400m3低温球罐设计说明书

学号： 06403314 常州大学毕业设计（论文）（2010届）题目 400m3低温乙烯球罐设计学生卢甲猛学院机械与能源工程学院专业班级装备063 校内指导教师魏安安专业技术职务教授级高工校外指导老师专业技术职务二○一○年六月400m3低温乙烯球罐设计摘要：球罐设计可参照的标准有GB12337-1998《钢制球形储罐》，GB150-1998《钢制压力容器》，JB/T 17261-1998《钢制球形储罐型式基本参数》。

本文主要介绍了400m3乙烯球罐的设计,安装地点在上海。

文章主要针对设计参数的确定、选材、整体方案设计、球壳壁厚的确定、应力校核、支柱结构设计、安全阀的计算、开孔补强计算、及保冷计算做了详细的论证说明。

并对焊后整体热处理、对制造安装的技术要求等，作了简单的阐述。

经过对比论证，最后确定设计压力为2.2 Mpa，水压试验压力2.85，设计温度为-30℃,球壳材料为16MnDR，球壳厚度为36 mm。

球壳的组合方式为桔瓣式，六根支柱，保温材料为酚醛，保温层厚度为100 mm。

整个大型球罐的设计从整个球罐的生命周期着手,为后来的制造、安装、使用、检测及维修等创造条件。

关键词：乙烯，球罐，设计，低温，结构，材料，参数。

Design of 400 m3Low Temperature Ethylene TankAbstract： China has the capacity of designing and Building the Ethylene Tank Less than 2000 m3 .We Can refer to the standards such as GB12337-1998 《Spherical tanks》, GB150-1998 《Steel Pressure Vessels》, JB / T 17261-1998 《Spherical tanks type basic parameters》.This paper describes about 400m3Ethylene Tank design, installation Located in Shanghai. This paper gives a detailed discuss about the identification, selection, overall program design, determination of shell thickness, stress check, pillars of structural design, safety valve calculations, opening reinforcement calculations, and ensure the cold calculation .Brief description of the overall heat treatment after welding, installation of manufacturing technology requirements.After comparison argument，we make decisions that Design pressure is 2.2Mpa, water pressure test is 2.85, design temperature is -30 ℃, shell material is16MnDR, shell thickness is binations of spherical shell for the orange valve type, six pillars, phenolic insulation materials, insulation thickness is 100mm.The large spherical tank design should begin the life cycle of the tank Created the conditions for subsequent manufacture, installation, use, testing and maintenancthe later.Key words: ethylene, tank, design, low temperature, structural material parameters.术语表A -—单个支柱的横截面积，mm2 ;d1 -—支柱内直径，mm;do -—支柱外直径，mm;D cp-—球壳平均直径，mm;D1-—球壳内直径，MM;D o-—球壳外直径（当有保温层时，为保温层外直径）,mm; E-—球壳材料的常温弹性模量，MPa;E s -—支柱材料的常温弹性模量，MPa;F c-—拉杆作用在支柱上的水平力,N;F e-—球罐的水平地震力,N;F s-—支柱底板与基础的摩擦力,N;F max-—最大水平力,N；F T-—拉杆的最大拉力,N;F w-—球罐的水平风力,N;G -—重力加速度，取g=9.81m /s';G o-—操作状态下的重力载荷,N;G T-—液压试验状态下的重力载荷,N;H o -—支柱底板底面至球壳中心的距离,mm;I-—支柱横截面的惯性矩,mm';l-—支柱底板底面至上支耳销子中心的距离,mm;—支柱与球壳连接焊缝单边的弧长,m m,Lw-—球罐最小质量 ,kg;Mmin-—操作状态下的球罐质量 ,kg ;mo-—液压试验状态下的球罐质量,kg ;mT-M max-—水平地震力和水平风力引起的最大弯矩,N "m m; M o-—操作状态下支柱的总弯矩,N·mm;M o1-—操作状态下支柱的偏心弯矩,N ·MM;M o2-—操作状态下支柱的附加弯矩,N ·MM;M T-—液压试验状态下支柱的总弯矩,N "m m;M Tl-—液压试验状态下支柱的偏心弯矩,N·MM;M T2-—液压试验状态下支柱的附加弯矩,N ·mm;n-—支柱数目；p-—设计压力,M Pa；P c1-—计算压力,M Pa，P T-—试验压力,M Pa，R-—支柱中心圆半径，取R=R i,mm;R i-—球壳内半径,mm;T-—基本自振周期，s．W o-—操作状态下支柱的最大垂直载荷,N;W T-—液压试验状态下支柱的最大垂直载荷,N;W max-—最大垂直载荷，取W,和WT的较大值，N;β-—拉杆和支柱间的夹角,°;δ-—球壳计算厚度，mm；δ-—球壳有效厚度，mm;eδ-—球壳a点处的有效厚度，mm;enδ-—球壳名义厚度，mm;nμ-—球壳材料的泊松比，;ρ-—物料密度，kg/m3;2ρ-—液压试验时液体的密度，kg/m3;3σ-—操作状态下a点的纬向应力,MPa;1oσ-—操作状态下a点的组合应力, MPa;oaσ-—钢材常温下的屈服点，MPa;sσ-—液压试验状态下a点的纬向应力,MPa;T1σ-—液压试验状态下a点的组合应力,MPa;Ta[]tσ-—设计温度下球壳材料的许用应力,MPa;τ-—操作状态下。

a点的剪切应力, MPa;oτ-—液压试验状态下a点的剪切应力 ,MPa; Tφ-—焊接接头系数;φ-—角焊缝系数;a目录摘要： (I)术语表......................................................................................................................................... I II 目录 ................................................................................................................................................ V I 引言 .. (1)1 任务书给定的设计条件 (1)2 设计参数确定 (1)2.1设计温度 (1)2.2 设计压力 (3)3 材料的选取 (4)3.1 刚才的力学性能 (4)3.1.1 抗拉强度 (4)3.1.2 屈服点 (4)3.1.3 刚性 (5)3.1.4 韧性 (5)3.1.5 可焊性 (6)3.2 经济性 (7)3.3 选材 (7)4 结构参数的确定 (8)5 球壳计算 (10)5.1 球壳厚度 (12)5.2 球罐质量计算 (12)5.3 地震载荷计算 (13)5.4 风载荷计算 (15)5.5 支柱计算 (15)5.6 地脚螺栓计算 (19)5.7 支座地板 (20)5.8 拉杆计算 (20)5.9 焊缝强度检验 (21)6.补强计算 (23)7 保冷计算 (26)8 安全阀的计算 (27)8.1泄放量的确定 (27)8.2操作条件的确定 (28)8.2.1定压Ps（绝压） (28)8.2.2积聚压力Pa (28)8.2.3最高泄放压力Pm (28)8.3 喷嘴面积计算 (28)8.4 安全阀的选用 (30)9.参考文献 (31)致谢 (32)引言球罐在相同容积的前提下，与其它形状的压力容器相比，具有几何尺寸小、材料用量少、受力状态好，占地面积小等优点，故而在工业中得到广泛使用。

同时由于球罐成型和组装难度大、残余应力高、介质环境苛刻等特点，质量难于保证。

因此，在球罐在制造、安装和使用方面，如何确保安全又兼顾经济成为一个重要的壳体，这样选定意义合理的方案愈发有必要。

1 任务书给定的设计条件设计一台400m3低温乙烯球罐。

介质:乙烯；公称容积：400m3；安装地点：上海。

2 设计参数确定乙烯球罐属低温球罐，设计参数主要取决于所存乙烯介质的工作状态，不受环境温度的影响。

参照HG 20580—1998《钢制化工容器设计基础规定》，设计压力一般取1 .0 ～ 1 .1 倍工作压力，设计温度一般取介质最低工作温度减0 ～10 ℃。

目前80%左右的乙烯球罐操作温度约- 30 ℃，其设计温度一般选-40℃，设计压力取2 .2 MPa，燕山、大庆、兰石化、扬子、金山、齐鲁均属这种情况；另一种使用温度约- 40 ℃，设计压力1 .55 ～ 1 .9 MPa，设计温度为- 45 ～ - 50 ℃，吉化和茂名进口的2000m3 乙烯罐属该类。

因此建造球罐，应由工艺先确定正常操作温度，随之确定设计温度和设计压力。

2.1设计温度设计温度指容器在正常工作情况下，设定的元件的金属温度（沿元件金属截面的温度平均值）。