球罐的设计

包括
罐式汽车[液化气体运输（半挂）车、低温液体 运输（半挂）车、永久气体运输（半挂）车]
罐式集装箱（介质为液化气体、低温液体等）
j．球形储罐（容积大于等于50m3） k．低温液体储存容器（容积大于5m3）
过程设备设计
（2）第二类压力容器： 具有下列情况之一的，为第二类压力容器: a.中压容器； b.低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）； c.低压反应容器和低压储存容器 （仅限易燃介质或毒性程度为中度危害介质）； d.低压管壳式余热锅炉； e.低压搪玻璃压力容器。
内件
储运容器
反应、传热、传质、分离等容器
过程设备设计
1.1 压力容器总体结构
1.1.2 压力容器零部件间的焊接
焊接结构设计
接头的形式（如对接、搭接、角接） 坡口形式和尺寸 焊接方法（如手工焊、自动焊等） 检验要求（表面探伤、透射探伤等）
过程设备设计
1.2 压力容器分类
1.2.1 介质危害性 介质危害性： 指介质的毒性、易燃性、腐蚀性、氧化性等
过程设备设计
1.承压方式
外压容器
[当容器的内压力小于一个绝对大气 压（约0.1MPa）时又称为真空容器]
低压(L)容器 0.1 MPa≤p＜1.6 MPa
内压容器
（按照设计 压力p分）
中压(M)容器 1.6 MPa≤p＜10.0 MPa 高压(H)容器 10 MPa≤p＜100 MPa 超高压(U)容器 p≥100MPa
清理,对人孔还应考虑进出方便。
b.立式小型容器的人孔、手孔应设于顶盖上,较大 立式容器人孔可设于筒体上。
c.设置两个人孔的容器，其位置一般分别设在顶 盖和筒体上。
d.设在侧面位置的人孔，容器内部应根据需要设 置梯子或踏步。
e.用于装卸填料、触媒的手孔允许斜置。
(7)不必开设检查孔的条件：
检查压力容器在使用过程中是否有 裂纹、变形、腐蚀等缺陷产生
过程设备设计
（3）第一类压力容器： 除上述规定以外的低压容器为第一类压力容器。
过程设备设计
由于各国的经济政策、技术政策、工业基础和管 理体系的差异，压力容器的分类方法也互不相同。 采用国际标准或国外先进标准设计压力容器时，应 采用相应的分类方法。
球罐简介：压力容器的一种
球罐特点和分类
•特点 相同容积下，球罐表面积最小，所需钢材少 球罐板壳承载能力比圆筒形容器大一倍，板厚减半 球罐占地面积小，可向高度空间发展，利于地表面 积的应用 受风面小，外观漂亮 分类（使用温度） 常温球罐 > －20℃ 低温球罐 －100℃～ －20℃ 深冷球罐 < － 100℃
e．低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质， 且pV乘积大于等于0.2MPa·m3）；
f．高压、中压管壳式余热锅炉；
过程设备设计
g．中压搪玻璃压力容器； h．使用强度级别较高的材料制造的压力容器；
（指响应标准中抗拉强度规定值下限≥540MPa）
过程设备设计
i．移动式压力容器
铁路罐车（介质为液化气体、低温液体）
过程设备设计
（1）第三类压力容器： 具有下列情况之一的，为第三类压力容器: a．高压容器； b．中压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）； c．中压储存容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质， 且pV乘积大于等于10MPa·m3）；
过程设备设计
d. 中压反应容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介 质，且pV乘积大于等于0.5MPa·m3）；
应力试验
压力试验的种类、要求和实验压力值应在图样上注明
气密性试验
压力试验合格后进行，其值等于设计压力
球罐的结构设计：选材
•选材原则：强度，焊接性，加工性，可靠性，经济性
壳体用钢板 GB 6654 GB 3531
20R, 16MnR, 15MnVR, 16MnDR, 09Mn2VDR
锻件用钢 JB 4726 JB 4727
结构类型
桔瓣式 混合式
几何尺寸
桔瓣式 混合式
球罐的结构设计：结构类型及几何尺寸
弧长L
R0
180
弦长L 2R sin( 0 )
2
弧长B1
2R
N
cos（ 0
2
）
弦长B1
2R
c os ( 0
2
)
sin(
2
)
弧长B2
2R
N
弦长B1
2R
sin(
2
)
弦长D 2R
1
c
os2
(
0
)
c
os2
(
)
2
2
弧长D
球罐设计计算实例
设计条件：
设计压力：0.7MPa 设计温度：常温 液压试验压力：0.875MPa 球壳内直径：15700mm 公称容积：2000m3 几何容积：2026.3m3 储存物料：C4 物料密度：800 kg/m3 充装系数：0.9 地震设防烈度：7度 基本风压值：450 N/m2 基本雪压值：200 N/m2 球罐建造场地：Ⅱ类，近震，B类地区
容器若符合下列条件之一,则可不必开设检查孔:
a.筒体Di≤300mm 的压力容器
b.容器上设有可拆卸的封头、盖板或其它能够开关的盖子， 其尺寸不小于所规定检查孔的尺寸。
c.无腐蚀或轻微腐蚀，无需做内部检查和清理的压力容器。 d.制冷装置用压力容器。 e.换热器
过程设备设计
5.支座
卧式容器支座（鞍座、圈座、支腿）
※ 介质毒性程度愈高，压力容器爆炸或泄漏所造成的危害
愈严重，对材料选用、制造、检验和管理的要求愈高。
过程设备设计
介质危害性 （续-毒性）
Q235-B 不能使用 钢板应逐张超声检测 100%射线或超声检测 气密性试验 法兰带颈 且PN≥1.6MPa
过程设备设计
2.易燃介质： 爆炸下限＜10%，或爆炸下限和上限之差≥20%的 介质,如甲烷、乙烷、乙烯、氢气、丙烷、丁烷等。
手孔≥150 mm (Di＜1000mm)
(5)开孔大小：
人孔
圆形≥400mm 椭圆形350×450mm
(Di
≥
1000mm)
物料进出口 根据工艺计算确定
仪表接口 根据仪表确定
(6)开孔位置：满足工艺要求考虑操作方便 应力集中区域
避开 边缘应力区 焊缝处
a.检查孔(人孔、手孔等)的装设位置应便于检查、
碳素钢，低合金钢
min( b
/ 3.0， s
/
1.6，
t s
/1.6）
焊接接头系数
由焊缝形式、焊接工艺和焊缝无损检测严格程度决定 GB150按无损检测率对双面焊全焊透对接接头做了规定
100%无损检测 1.00 局部无损检测 0.85
存储介质
限制硫 GB1117-1989中规定总硫含量不大于345mg/m3
100.761507.70805MP2a.5 410166301.7908.7MPa
过程设备设计
2. 生 产 过 程 中的作用
反应压力容器 (代号R) 换热压力容器（代号E） 分离压力容器（代号S） 储存压力容器（代号C，其中球罐代号B）
过程设备设计
3.安装方式
固定式压力容器
移动式压力容器（该安装方式的压力容器在结构、 使用和安全方面均有其特殊的 要求。）
过程设备设计
4.按安全技术管理分类 分类原则: 根据容器压力与容积乘积大小、介质危害程度以 及容器的作用将压力容器分类。 第一类压力容器 三类容器 第二类压力容器 第三类压力容器
第六章 球罐的设计
●1.1 压力容器总体结构 1.1.1 压力容器基本组成(如图1) 1.1.2 压力容器零部件间的焊接
●1.2 压力容器分类 1.2.1 介质危害性 1.2.2 压力容器分类
●1.3 压力容器规范标准 1.3.1 国外主要规范标准简介 1.3.2 国内主要规范标准简介
过程设备设计
圆筒形容器支座
类型 球形容器支座
立式容器支座（腿式支座、支承式支座、
柱式
耳式支座和裙式支座）
裙式
6.安全附件： 主要有： 安全阀 爆破片装置 紧急切断阀 安全联锁装置 压力表 液面计 测温仪表等
过程设备设计
过程设备设计
筒体 ╬ 封头 ╬ 密封装置 ╬ 开孔接管 ╬ 支座 ╬ 安全附件
压力容器的外壳 ╬
h) ]
h)
赤道以下区域：
Rc2p 2
[H
h(3Rcp 3(2Rcp
h) ]
h)
Rc2p 2
[H
h(3Rcp 3(2Rcp
h) ]
h)
液体密度，Rcp平均半径，球壳厚度
返回
[ ] Di (内直径) Dcp
材料16MnR
s 325MPa
pDi P1
4[ ] Pp2
0C0..77M常焊MPP温缝aa下系[数 ]t 1.1063MP
a
P3 0.7钢 8材00负 (偏5.1差6C313.00m74m) 9.8106 0.716MPa
P4 0.7腐 8蚀00裕 (量10C.52 352.53m.0m74) 9.8106 0.758MPa
P5 P6 P7
0.7 0.7 0.7
800 800
((11135..485[6699P]1t D33i..007P7144))C99..88
R
arc s in(
D
)
90
2R
球罐的结构设计：球壳厚度的设计
(1)内应力形成的球壳应力：
pDcp 薄球壳的经向和周向应力
4
(2)液体静压力形成的球壳应力： p内应力，Dcp平均直径，球壳厚度
赤道以上区域：
Rc2p 2
[H
h(3Rcp 3(2Rcp
h) ]
h)
Rc2p 2
[H
h(3Rcp 3(2Rcp
其中影响压力容器分类的主要是毒性和易燃性
1.毒 性： 是指某种化学毒物引起机体损伤的能力。 （1）极度危害（Ⅰ级）：最高容许浓度＜0.1 mg/m3； （2）高度危害（Ⅱ级）：最高容许浓度0.1～＜1.0 mg/m3； （3）中度危害（Ⅲ级）：最高容许浓度1.0～＜10 mg/m3； （4）轻度危害（Ⅳ级）：最高容许浓度≥10 mg/m3。
球罐的设计参数
•压力
工作压力：正常工作情况下，球罐顶部的最高压力 设计压力：设定的球罐顶部的最高压力，大于工作压力 计算压力：确定球壳各带厚度或受压元件厚度的压力 试验压力：压力试验的值，一般为1.25-1.5倍的设计压力
温度
设计温度：正常工作时，设定的受压元件的金属温度 试验温度：压力试验时，球壳的金属温度
1.1 压力容器总体结构
1.1.1 压力容器基本组成
过程设备设计
1-法兰； 2-支座； 3-封头拼接焊缝； 4-封头； 5-环焊缝； 6-补强圈； 7-人孔；8-纵焊缝； 9-筒体； 10-压力表； 11-安全阀；12-液面计
基本组成
筒体 封头 密封装置
开孔与接管
支座 安全附件
过程设备设计
过程设备设计
厚度
计算厚度：公式计算所得的厚度 设计厚度：计算厚度与腐蚀裕量之和 名义厚度：图样上标的厚度，设计厚度加钢材负偏差后圆
整钢材标准规格的厚度 有效厚度：名义厚度减去腐蚀裕量和钢材负偏差
球罐的设计参数
•许用应力（GB 12333 钢制球形储罐）
材料的各项强度性能指标分别除以安全系数 我国球罐钢材的许用应力
压力容器盛装的易燃介质主要指易燃气体和液化气体。
※易燃介质对压力容器的选材、设计、制造和管理等
提出了较高的要求，易燃介质容器均采用全焊透结构
过程设备设计
1.2.2 压力容器分类
世界各国规范对压力容器分类的方法各不相同，本节着 重介绍我国《压力容器安全技术监察规程》中的分类方法
分类
按压力等级 按容器在生产中的作用 按安装方式 按安全技术管理
(1)开孔目的： a.满足工艺要求 b.满足结构要求
(2)开孔结果： a.开孔部位的强度被削弱 b.结构连续性破坏 c.与接管焊接时易产生焊接残余应力和缺陷焊接
故应少开孔并作开孔补强设计。
(3)破坏形式： 疲劳破坏
过程设备设计
(4)开孔类型：人孔、手孔、视镜孔、物料进出口接管，以及安装 压力表、液面计、安全阀、测温仪表等接管开孔。
人孔和接管用锻件可避免补强 20, 16Mn, 20MnMo,16MnD
钢管 GB 6479
10, 20, 20G, 16Mn, 15MnV
螺柱和螺母 GB/T 3077
Q235A, 35, 40Cr
焊接材料 GB/T 5117(5118) GB/T 8110
焊条、焊丝、焊剂
球罐的结构设计：结构类型及几何尺寸
封头形式
凸形封头：球形、椭圆形、蝶形和球冠形封 锥壳 平盖
不可拆式（焊接） 封头与筒体的连性关系到压力容器能否正常、安全地运行。 最常见的密封装置：螺栓法兰连接（简称法兰连接） 容器法兰 法兰： 管道法兰 筒体端部 (高压容器)
过程设备设计
4.开孔与接管
1.筒体 储存物料或完成化学反应所需要的主要压力空间。
形式：圆柱筒体、球形筒体。
无缝钢管（无纵焊缝） 直径较小
圆筒体制造方法 卷焊（有纵环焊缝）
直径较大
整体锻造（可能有环焊缝） 高压容器
整体铸造（无纵环焊缝） 高压容器
圆筒体结构
单层式 组合式 多层式
缠绕式
过程设备设计
2.封头 与筒体等部件形成封闭空间