毕业设计---2000立方米大型乙烯球罐的设计[管理资料]

第一章绪论
近几十年来球形容器在国外发展很快，我国的球形容器的引进和建设在七十年代才得到了飞速发展。

通常球形容器作为大体积增压储存容器，在各工业部门中作为液化石油气和液化天然气，液氨，液氮，液氢及其他中间介质并存，也有作为压缩空气，压缩气体贮存。

在原子能工业中球形容器还作为安全壳（分隔有辐射和无辐射区的大型球壳）使用。

总之随着工业的发展，球形容器的使用范围也就必然会越来越广泛。

由于球形容器多数作为有压贮存容器，故又称球罐。

球形容器的特点
球形容器与常用的圆筒型相比具有以下的一些特点：
，即在相同作用容量下球形容器所需钢材面积最小。

即在相同直径相同压力下，采用相同钢板时，球形容器的板厚只需圆筒形容器板厚的一半。

，且可向高度发展，有利于地表面积的利用。

由于这些特点，再加上球形容器基础简单，外观漂亮，受风面积小等等，使球形容器的应用得到扩大。

球形容器分类
球形容器可按不同方式，如储存温度，结构形式等分类。

按贮存温度分类：
球形容器一般用于常温或低温，只有极个别场合，如造纸工业用的蒸煮球等，使用温度高于常温。

(1) 常温球形容器如液化石油气，氨，煤气，氧氮等球罐一般这类球罐的压力较高，取决于液化气的饱和蒸汽压或压缩机的出口压力。

他的设计温度大于-20度。

(2) 低温球罐这类球罐的设计温度低于常温（即〈=120度），一般不低于-100度，压力偏于中等。

(3)深冷球罐设计球罐在-100度以下。

往往在介质液化点以下贮存，压力不高，有时为常压。

由于对保冷要求高，常采用双层球壳。

之间。

目前国内使用的球罐，设计温度一般在-40C~50C
按形状分有圆球形，椭球形，水滴形或上述几种形式的混合。

圆球形按分瓣方式分有桔瓣式，足球瓣式，混合瓣式等，圆球形按支撑方式分有支柱式，裙座式，半C里式，V形支撑式。

国内外球罐建造进展
球罐作为一种工业贮存介质的压力容器，仅开始于本世纪的三十年代。

在三十年代出现的工业球罐，特点是：容量小，结构粗笨，耗材高，施工技术差，施工管理也差，，没有形成专业化生产，大部分是分散单片生产，主要采用热压球壳板，铆接结构。

即三十年代建造的球罐主要是铆接球罐。

在四十年代，由于焊接技术的出现，球罐建造出现较大的进度。

但由于当时工业水平较低，工业领域窄，因此球罐需求量也不大，受球罐材料的局限，顾发展水平不快。

在五十年代，由于焊接技术的进一步发展及高强度钢的出现，随着工业部门对球罐的大量需求，球罐建造开始迅速发展起来。

但由于五十年代建球技术并不先进，所以其特点为：数量低，质量低。

在六十年代，随着冶金工业的发展，石油化工，原子能工业的发展，建球水平进入了一个新的阶段，其特点如下：
a)对球罐的建造提出容量大，数量多，质量高的要求：使用工艺条件也较
苛刻。

b)鉴于六十年代球罐多次脆性破裂事故，球罐的安全性得到足够重视。

c)球罐在建造中出现全面的质量控制和施工管理。

d)大容量球罐的经济性促进了开发高强度低合金钢，开始研究由于采用高
强度钢而带来的焊接裂纹的防止。

e)各国开发球罐整体热处理技术，并行成了热处理专利及专门热处理的服
务公司。

f)对球罐的使用中裂纹引起了足够的重视，并且开始防止球罐进行裂纹的
研究。

在七十年代建造出现了不平衡的情况，由于各国发展了低温储存双层立式储罐，贮存各种气体及液化气体的需要，球罐又在某些国家迅速发展，这时期特点如下：
(1) 这时期建造球罐容量增加，质量得到较好的控制。

(2) 大型原子能发电站的建造，促进球形压力壳和安装壳的制造技术水平，一些超大型球壳陆续建造完成。

(3) 大量液化气贮存事业发展，推动建球技术的发展。

(4) 各国压力容器规范开始注重对球罐制造的要求，出现一些球罐的专用规范，并注意球罐的设计制造，施工检验的规范标准的制定及实施。

(5) 加强球罐施工现场管理，进行全面的质量控制。

(6)家强求关的科研。

国内球罐建造概论
我国最早建造球罐在1958年以后，至1980年已运行的各类球罐约为1000台左右。

回顾我国近三十年的建造球罐历史，历史较短，但发展速度较快，目前国内
建球技术水平仅仅达到世界先进国家的八十年代的水平，至于近年来引进国外球罐技术水平也有达到九十年代的技术水平，但是综合技术水平还是比较落后的，球罐的质量不能很快提高是技术管理水平低，大容量球罐尚不能建造主要缺少球罐的专门材料。

总结近三十年的建球历史，可以用如下几个阶段来阐述：第一阶段1958年——1972年
这阶段是我国开始组建球罐阶段，其特点是自行设计阶段，分散组建中小型球罐为主，最大容量为一千立方米。

采用低合金钢16MnR球罐试制成功后，出现大容量的16MnR，15MnVR球罐，球壳和主要热压成型，由各施工单位组装焊接。

球罐组建均设有标准规范进行质量控制，无竣工验收标准，因此施工质量低劣，生产效率低，对球罐安全性尚未被人们得到足够的认识。

第二阶段1972年——1979年
这阶段是我国建造球罐最多，容量最大的时期。

首先这阶段引进32台国外球罐，建造3台8250立方米大型液氨球罐，2台5200立方米液氨球罐，2太2200立方米丙烯球罐。

在引进球罐设计制造，施工和检验技术的掌握下，我国建球技术有了较大的提高。

为我国赶超世界先进技术水平创造了良好的开端。

其次，我国自行建造的2000立方米的大型球罐，并且组建配套工程球罐近百台左右，使国产球罐技术水平达到了一个新水平。

第三阶段1979年——1982年
这阶段是球罐建造调整阶段，主要对全国现已运行的近800台球罐进行一次全面开罐检查，消除重大事故的隐患，对新建球罐进行全面质量检查及控制，为迎接今后组建大量城市煤气球罐打下基础。

对提高国内球罐建造及安全使用的一些看法
由于目前的一些问题主要都出现在焊接接头上，所以应该采用指把焊缝的质量提高到目前的水平。

应从：
(1) 焊缝磨削（2）球罐热处理（3）人孔接管产生的应力进行处理这三个方面进行考虑。

1．球罐用钢问题
由于球罐向大型化发展，相应的要求球罐用钢要向高强度钢发展。

采用高强度钢制造球罐有如下特点：
(1) 对于相同容量的球罐，采用高强度钢可以减少壁厚，节约原材料的消耗。

(2) 经济性好，占地面积小，附件数量少，节省基础工程的设计费用，减少制造工时，运输和安装也方便。

(3) 可以建成不用热处理的大容量球罐，因此可节省投资。

目前我国急需发展屈服强度为50公斤/cm的高强度调制钢，以满足球罐需要，特别是乙烯球罐用材的需要。

2．球瓣自制问题
不管球罐的绝对容积是多大，大型化总有一条总的原则：就是必须尽量减少焊缝数量即：尽量使球瓣尺寸趋于大型化。

这样，不但焊缝工作量减少了，而且装配应力也相应减少，建造周期可以缩短。

第二章 结构设计
纯桔瓣球壳的瓣片设计和计算
各纬带截面下弦口直径：
cos i D D α⎛⎫
= ⎪⎝⎭
∑ ()
12345i αααα====
122.52
i
αα=
=∑
1cos22.515700cos22.513710.88D D mm ==⨯=
2267.52
i
ααα=+
=∑
2cos67.515700cos67.5694.37D D ==⨯=
各带弧长
360
i
D i πα=
∑ ()
1 3.141570045
6162.25360mm ⨯⨯=
=∑361626162==∑∑2同理 ，
球瓣（半球以上）各点弦长
一般把球瓣分成10等分来测量，故取10。

因各带球心角相等，故：
(
)180cos 1i i
i m D m tg S N C α⎡⎤
⎢
⎥⎢⎥-⎢⎥⎢⎥=
∑ ()
对赤道带：
22.5180180
4.5;11.25516
i
i
i S N α
=
==∑ ()12
9200cos 114511.251794.834511.25tg C mm tg ⎡⎤-⨯⎦∴==⎤⎦
231789.396;1773.45C mm C mm ==同理： 4561746.944;1709.99;1662.745C C mm C === 对温带：
67.5180180
4.5;11.251516
i
i
i S N α
=
==∑ ()12
15700cos 714511.251605.4164511.25tg C tg ⎡⎤-⨯⎦∴==⎤⎦ 89101538.263;1461.6;1375.8C mm C mm C ===同理： 1112131281.308;1178.618;1068.3C mm C mm C === 141516950.99;827.381;698.245C mm C mm C ===
球瓣相对于m C 的弧长
arcsin 180m m C D
A D π⎛⎫
= ⎪⎝⎭
() =
3.1415700179
4.83
arcsin 1805.518015700
mm ⨯=
2341799.96;1783.716;1756.725A mm A mm A === 5671719.12;1671.805;1612.86A mm A mm A ===
89101544.739;1467.075;1380.28A mm A mm A === 1112131284.835;1181.267;1070.173A mm A mm A === 141516952.209;828.08;698.563A mm A mm A ===
球瓣径向边缘各测点弦长
(
'sin m C α=∑ ()
'1sin 0157000C ==
同理得：'2708.039C mm =
'''3451412.204;2108.623;2793.471C mm C mm C mm === '''6783462.7;4112.629;4739.317C mm C mm C mm === '''910115338.945;5907.735;6441.981C mm C mm C mm === '''1213146938.089;7392.607;7802.269C mm C mm C mm === ''15168164.043;8475.181C mm C mm ==
球瓣径向边缘相应于'
m C 的弧长之一半
12
m
i B n =当，求赤道带的
时 'arcsin 2360m m B C D
D π⎛⎫= ⎪⎝⎭
() 有关式中S S 温赤，分别表示赤道球瓣（赤道平面以上），温带球瓣的测量点数。

对赤道带，令：
12,2i n m B B ==3,B 4,B ……；对温带：令27,2
i n m
B B ==816,......,B B 以此类推 2 3.1415700708.093arcsin 354.1936015700B ⨯⎛⎫
=
= ⎪⎝⎭
同理得：3708.545B =
4561063.228;1418.392;1774.179B mm B B mm === 22
m
i B n =当求温带的
时：
12'
arcsin 23602i i n n m s m m B B C D D π===⎡
⎤⎛⎫=-
⎢⎥ ⎪⎝⎭⎣⎦赤 () 763.14157004112.692arcsin 356.54836015700
B B ⨯=-=
同理得：89713.961;1072.335B B ==
1011121431.742;1792.226;2153.808B B B === 1415162880.21;3244.934;3610.574B B B ===
各带球瓣弦口弧长和弦长
i
i i
D A N π=
180sin
i i C cos N α⎛⎫
= ⎪⎝⎭
∑ () 1
1
8499.692
1668.06516
i D A mm N ππ⨯=
=
=
()()11180180
sin
cos 22.515700sin cos 22.51658.207616
C D N ==⨯= 各带球瓣弦口展开半径
各带的球心夹角相等
()212i i i i D
R tg n αα∴=
⎡
⎤
-+⎢⎥
⎣
⎦ ()
()111115700
212R tg n αα∴=
⎡
⎤-+⎢⎥
⎣
⎦
=
()15700
11105.38222.521122.52tg =⎡⎤
-⨯+
⎢⎥⎣⎦
()222157002212R tg αα=
⎡
⎤
-+⎢⎥
⎣
⎦
15700
1905.38267.5
mm tg =
极带几何尺寸计算
sin
15700sin 22.53520.6882
i
G D mm α=== ()
71570045
3611360
360
i
D A mm παπ⨯⨯=
=
=
当0
2
m ββ=
时，
1570022.5
1805.5180
180
2
k m D
L
mm ππβ⨯=
=
•
=
'm C = () =22.5157003088.17cos11.25⎫
=⎪⎭
因赤道带对称于赤道平面
180
yi C D = () arcsin
180
yi yi C D
A D
π=
1180
8499.6923891.644y C =+= 2180
22.58499.6923678.88y C =+= 115700
3891.644
arcsin
4016.14418015700y A mm π⨯=
=
2157003678.88arcsin 3782.8218015700y A π⨯==
破口设计
球壳都是以球瓣焊接而成，因次焊接破口的设计是保证球罐质量的重要环节。

破口设计的原则是要便于焊接，便于检验，以次来达到焊缝有足够的强度而
ϕ=，因此破口设计就更又经济合理。

目前国内外球罐焊缝系数都趋向于采用1
为重要。

破口设计的影响因素：
与采用焊接方法有关，当用手工焊时采用不对称X型破口或Y型V型破口；当用自动焊，半自动焊启电垂直按所用焊机情况选定适当形式破口。

与球壳的钢板的厚薄有关，当钢板厚度大于20mm时，一般采用大型破口（不对称或对称）当钢板厚度小于20mm时而采用手工焊时，一般采用Y型（V型）破口。

与焊接所在球壳部位（即焊工操作位置）有关。

当采用手工焊焊接不对称X 型破口时，一般适宜于把上温带，上极板的焊缝及赤道上环缝以上所有环缝的大坡口放在内侧，小坡口放在外侧；反之把赤道带，下温带和下极板的主从缝及赤道带下环缝以下的所有环缝的大小破口放在外侧，小坡口在内侧。

这样有利于碳弧气刨清根（或磨焊极）及着已检验的操作，同时小坡口侧便于预热，电焊工作（所谓大破口是指焊根部较深那边）。

与焊接公艺有关采用不对称X型破口手工电弧焊时，采用小间隙坡口结构（C=1~3mm）是我国和日本的习惯。

坡口的设计就是决定破口结构的三个要素：角度（包括角度误差）；间隙（包括间隙误差）；钝边尺寸大小。

在本设计中根据《球形储罐设计规定》选用不对称X型破口形式。

支座设计
球罐支座是球罐中用以支撑本体重量和贮存物料重量的结构部件，由于球罐壳体呈圆球状，给支左设计带来一定的困难，它即要支撑较大的重量。

又由于球罐设计在室外，需承受各种自然环境影响；如风载荷，地震载荷和环境温度变化的作用。

为了对付各种影响因素，结构形式比较多，设计计算也比较复杂。

支撑可分成柱式支撑和裙式支撑两打类。

柱式支撑中又以赤道正切柱式支撑用的最多，为国内外普遍采用。

裙式支撑包括圆筒裙式支撑，锥形支撑。

在本设计中，参考国内外经验和我国目前的制造水平，选用了赤道正切形式支座结构。

赤道正切柱式支座结构:
它的特点是：球壳由多根圆柱状的支柱在球壳赤道部位等距离布置，与球壳相切或近乎相切，（相割）而焊接起来。

一般说相割时，支柱的轴心线与球壳交点与球心连线与赤道平面的夹角约为10~20角支柱支撑球的质量，为了承受地震载荷和风载荷；保正球罐的稳定性，在支柱之间设置拉杆相连。

这种支座的优点是受力均匀，弹性好，安装方便，施工简单，容易调整，现场操作和检修也方便。

它的缺点主要是重心高，稳定性较差。

(1) 支柱结构支柱由圆管，地板，端板三部分组成，分单段式和双段式两种。

〈1〉单段式支柱
主柱由一根圆管或圆筒组成，某上端在制造厂加工成与球壳相接的圆弧状（为达到密切接合也有采用翻边形式），下端与地板焊好，然后运到现场与球瓣进行组装和焊接。

它主要用于常温球罐。

〈2〉双段式支柱
这种支柱适用于低温球罐的特殊材料的支座。

按低温球罐设计要求，与球壳相连的支柱必须选用与壳体相同的低温材料，其设计高度一般为支柱总高度的30~40%左右，该段支柱一般在制造厂内与球瓣进行组对焊接，并对连接焊缝进行焊后热处理。

下段支柱可采用一般材料。

在常温球罐中也有由于安装方面希望改善柱头部位支座与球壳连接的应力状况而采用双段式支柱结构。

这时，不要求上段采用与壳体相同的材料。

双段式支柱本身结构较为复杂，但它在与壳体相焊处焊缝的受力水平较低，这是一个显著的优点，故在国外得到广泛的应用。

故在本设计中采用双段式支柱。

〈3〉支柱与球壳的连接
主要分为有垫板和无垫板两种结构，有垫板结构可增加球壳板的刚性，但又增加了球壳上的搭接焊缝，在第合金高强钢的施焊中由于易产生裂纹，探伤检查又困难，故应尽量避免采用垫板结构。

故在本设计中采用垫板结构。

支柱与球壳连接端部结构，也分为平板式和半球式两种。

半球式受力较合理，抗拉断能力较强，平板式结构造成高应力的边角，连接不合理。

支柱与球壳连接的下部结构，分为直接连接和有托连接两种。

有托板结构，可以改善支撑和焊接条件，便于焊缝检验。

在本设计中采用半球顶有托板结构。

〈4〉支柱的防火安全结构
支柱的防火安全结构主要是在支柱上防火层及可熔塞结构。

当在灌区发生火灾时，为了防止球罐支柱在很短时间内被火烧塌，引起球罐破坏使事故加剧，除了对球罐体本身采用防火水幕喷淋以外，对于高度为一米以上的支柱，用厚度50mm以上的耐热混凝土成具有相当性能的不燃性绝热材料覆盖。

防火隔热层不应发生干裂，其耐火性必须在一小时以上。

每根支柱上开设排气孔，使支柱管子内部的气体在火灾时能够及时溢出，保护支柱。

为了隔绝支柱管与外界接触，试压后在排气孔上采用可熔塞堵孔，可熔
塞内填上以100C以下温度时能自行熔化的金属材料，易熔塞直径应在6mm以
上。

支柱还必须具有较好的平密性，保证各处焊缝有足够的强度（尤其是在支柱与球壳接头上），（组装施焊后的支柱必须进行2
kgf cm表压的空气气密试验）
5/
球罐应按有关规定安装单个接地电阻为20Ω，总和电阻为10Ω以下的接地设施。

每台球罐至少应有两个接地凸缘。

（2）拉杆结构
拉杆是作为承受风载荷及地震载荷的部件，增加球罐的稳定性而设置。

拉杆
结构可分为可调试和固定式两种。

可调试拉杆分成长短两段，有可调螺母连接，以调节拉杆的松紧度，大多数采用高强度的圆钢或锻件圆钢制作
在本设计中采用可调试拉杆结构。

人孔和接管
人孔结构
球罐用的人孔是作为操作人员进出球罐以进行检查及维修用的。

本设计中的球罐虽然不做焊后整体热处理，但人孔的选定必须考虑操作人员带工具进出球罐方便。

一般选用Dg500~600较适宜。

根据《球形储罐设计规定》本球罐开设
Dg10003m的人孔。

一般球罐上应该有两个人孔，分别设在上下极带上。

上部人孔采用水平吊盖人孔，下部人孔采用回转盖人孔。

原因：工作压力2
，材质为低合金高强钢或低温球罐时，采用
16/
P kgf cm
回转盖整体锻件凸缘补强人孔，因为这种结构合理外，由于球罐极带配管集中，空间比较紧张也是一个原因，但由于人孔盖较厚，顶部人孔的开启是很费力的，所以若极带空间较宽裕的话，可选用水平吊盖人孔。

在有压力情况下人孔法兰一般采用带颈对焊法兰。

密封面采用凹凸面形式。

采用整体锻件补强的人孔结构较为合理：
其优点是补强金属集中于开孔削弱应力最大的部位，应力集中系数最小，又采用对接焊缝，并使焊缝及其热影响区离开最大应力点的位置，故抗疲劳性能好，疲劳寿命只降低10~15%节省材料，且壁厚大于或等于30mm的球罐，其人孔和接管的开孔补强均应采用整体补强结构。

故在本设计中采用正锻件补强。

接管结构
球罐由于工艺操作需要有各种接管。

球罐接管部分是强度的薄弱环节，国内较多事故是从接管焊接处发生的。

为了提高该处的安全性，采用厚避管或整锻件凸缘补强措施。

1．接管材料
与球罐相焊的接管材料选用与球壳相同的材料。

开孔应该设计在上下极带上，便于集中控制，并使接管焊接能在制造厂完成，保证接管焊接部位的质量。

开孔应与焊接错开，其间距应大于三倍的板候，并且必须大于100mm。

在球罐焊接缝上不应开孔。

因球罐容积大，一般其壳体避厚都较接管厚得多，为了保证焊接质量，应加厚接管的管壁。

即使对小直径接管。

例如Dg20也应采用壁厚管焊接结构。

球罐的附件设计
梯子平台
在本设计中球罐外部设有顶部平台，中间平台以及为了从地面进入这些平台的下部斜梯，上部盘梯。

由于球罐的工艺接管及人孔绝大部分都设置在上级板处，顶部平台是作为工艺操作用的平台。

中间平台的设置是为了操作人员上下顶部平台时中间休息，或者是作为检查球罐赤道部位外部情况用的。

在本设计中采用的梯子（上部盘梯）是球体和椭柱体相贯的相贯线，这种梯子结构弥补了球面螺线盘体的刚开始梯子的上升角太大，后来上升角太大，后来上升角太小的缺点，故这种结构行走舒适，没有陡升陡降的感觉。

水喷淋装置
1．概述
球罐上装射水喷淋装置是为了内盛的液化石油气，可燃性气体及毒性气体（氯，氨除外）的隔热需要，同时也可起消防的 保护作用。

但是隔热和消防保护有不同的要求，一般淋水装置的构造为环形冷却水管和导流式淋水装置。

〈1〉隔热用淋水装置的要求
要求淋水装置可以向球罐整个表面均匀淋水 ，其淋水量按球罐本体表面积每平方米淋水2L/min 进行计算。

〈2〉消防用淋水装置的要求
要求淋水装置也能向球罐整个表面均匀淋水，其淋水量按球罐本体表面积6L/min 2m 当储存可燃性气体，液化气和液化石油气的球罐之间实际距离比安全规程缩短时，洒水量要求增大至10L/min 2m .
淋水管原则上要求采用镀锌水管或具有同等以上耐热性，耐腐蚀性及强度的钢管。

淋水管的洒水孔口径为4mm 以上，以防止水垢，灰尘垢塞洒水孔。

在本设计中所用的洒水量为6L/2m min 贮槽外表面积：
()2
220 3.149.20.06269.384A D m π==⨯+=
〈1〉所需洒水量：
269.38461616.304/min Q L =⨯=
=
〈2〉洒水管口径
水流速：V=2m/s=31210/min cm ⨯
所需管径：13.1
d cm
===() 〈3〉洒水孔数的决定：
(
2
11
1Q
N
d P
αεγ
=
-
()
255.1
=个
隔热设施
贮存液化石油气，可燃性气体和它的液化气以及有毒气体（氯，氨除外）的球壳体和支柱应该设置隔热设施。

隔热设施可采用水喷淋装置或采用不燃性绝热材料覆盖。

液面计
贮存液体和液化气球罐中应装液面计。

目前，球罐中采用的液面计主要有浮子——齿带液面计和玻璃板式液面计两种。

国外采用的都是前者。

由于我国浮子——齿带液面计还处在试产阶段，一般都采用玻璃板式液面计。

玻璃板式液面计直接性好，可以指示高液位和低液位。

这种结构定型规格长度较短，而球罐直径较大，要求装设许多个液面计才能看到全液位，结构较为复杂，管接头增多，易渗透。

压力表
为了测量容器内压力，球罐应设计压力表。

考虑到压力表由于某种原因而发生故障，或由于仪表检验而取出等情况，应在球壳的上部和下部各设一个以上的压力表。

压力表的最大刻度为正常运转压力的1。

5倍以上。

为使压力表的读数尽可能正确，压力表的表面直径应大于150mm。

压力表前应安装截至阀，以便在仪表标校时可以取下压力表。

安全阀
1．安全阀的种类，数量及可设置的位置
为防止球罐运转异常造成内压超过设计压力，应在气相部分设置一个以上的异常时用安全阀，以便及时排除部分气相物料，自动的将内压回复到设计压力以下。

同时，在气象部分还要设置一个以上的火灾安全阀，使得由于火灾而使罐内物料温度及压力上升时，能自动发生作用，排泄物料，确保球罐不超过。

2．安全阀的排泄量
对无绝缘材料保温层的液化气体球罐的安全泄放量：
0.82
0.82'
6100061000 1.0177.540537542.946/68.136
FA G kgf m γ
⨯⨯=
== ()
式中：'G ——球罐的安全的泄放量。

γ——在泄放压力下液化气体的气化潜热。

泄放压力 :
21.1 1.033 1.116 1.03318.633/P P kgf cm
=+=⨯+=设 2cm ：52C 。

2cm ：103C 。

查《化工工艺设计手册》（二）P16-182得：在本设计中丙烷〈90%，丁烷〈10%，
且丙烷的沸点远远低于丁烷的沸点。

故以丙烷的蒸发潜热作为液化气体的气化潜热。

F ——系数，球罐装在地面下用沙土覆盖的取F=，球罐在地面上时，取 F=1，对设置在大于10L/2min m 喷淋装置下时取F=，在本设计中F=1。

A---球罐的受热面积 2m
2221011
9.26134.623722
A D m ππ==⨯=
()2
222 4.6317.5 6.024 4.63177.54A Rh m ππ==⨯⨯⨯-+=⎡⎤⎣⎦
12A A A 取和中较大的值 故取A=2m
3．安全阀排气能力的计算
0G APC =， () 因为我们所设计的球罐容积比较大，容量大，故在本设计中采用全启式安全阀，一般易燃易爆或有毒介质应选用封闭式。

全启式安全阀 A=211
4
d π
因乙烯是多原子气体，故取x=,0C =~,0C 取0. 65。

T=273+520=325k 根据〈〈化学工程手册〉〉第一篇P50求：
()()()()00,,r r r r Z Z T P Z T P ω=+
丙烷的临界点 c T = c P = 3
203/c V cm ml =
偏心因子:0.125ω= 查〈〈化学工艺手册〉〉第一篇 P170
27352
0.87885369.8
r c T T T +=
== 。

18.6330.4343.2827
r c P P P =
== 。

()
010.85,0.40.0661r r T P Z ===时， ()
20.90,0.40.78r r T P Z ===时， ()0
30.85,0.60.0983r r T P Z ===时，
()0
40.9,0.6
0.1006r r T P Z ===时， 其中 ()()()000123,Z Z Z 都为液体的数据。

在本设计中所用的Z 是球体在操作压温度压力下的压缩系数。

()0
0.78Z ∴=取
同理：()10.1118Z =-
()()()()()01,,0.780.1520.11180.763r r r r Z Z T P Z T P ω∴=+=+⨯-=
0G APG = ()
=2211118.6330.65977.1814d d π⨯=⨯=
安全阀的排气能力G ≥液化气体球罐的安全泄放量'G
21977.18137542.946d ≥ 161.98361.983d mm mm ≥=
在〈〈化工工艺设计手册〉〉第一册P10——87查得A42H ——40 弹簧全启封闭式安全阀（阀体材料为碳钢）
g D 0d 1d L h H 重量 配法总型号 100 65 135 205 185 590 93 HG5016-58-40
第三章强度计算设计条件
设计压力：P=
设计温度：常温
公称容积：20003m
几何容积：3m
物料密度：3
m
地震设计烈度：7级
球壳内直径：15700
基本风压值：450N/2
m
基本雪压值：200N/2
m
球罐建造场地：II类近震B类地区
充装系数：
球壳计算
球壳厚度
球壳各带的计算压力分别为：
1P = 2P =
3P =+⨯()⨯6
10-⨯=
64
0.7 1.25(15.55 3.074)9.8100.7002P Mpa =+⨯-⨯⨯= 50.7002P mpa =
球壳材料采用16MnR ，325s Mpa σ=，常温下许用压力为[]163t
Mpa σ=；取焊缝系数： 1.0ϕ=，腐蚀余量()22C mm =腐蚀性较强，钢板厚度负偏差10C mm =，故厚度附加量122C C C mm =+=。

球壳各带所需壁厚：
[]111
0.715700
218.87416310.7
4i t
PD C mm P δσϕ⨯=
+=
+=⨯⨯-- ()
圆整后可取120mm δ=；
[]222
0.715700
218.87416310.7
4i t
P D C mm P δσϕ⨯=
+=
+=⨯⨯-- ()
圆整后可取220mm δ=；
[]333
0.700115700
218.88416310.7001
4i t
P D C mm P δσϕ⨯=
+=
+=⨯⨯-- ()
圆整后可取320mm δ=；
[]444
0.700215700
218.90416310.7001
4i t
P D C mm P δσϕ⨯=
+=
+=⨯⨯-- ()
圆整后可取420mm δ=；
[]555
0.700215700
218.90416310.7001
4i t
P D C mm P δσϕ⨯=
+=
+=⨯⨯-- ()
圆整后可取520mm δ=。

球壳薄膜应力校核根据式：
4cp
PD ϕϑσσδ==；()()23232cp cp
cp h R h R H R h ϕρσδ
⎡⎤-=
-⎢⎥-⎢⎥⎣⎦；()()23232cp cp
cp R h R H R h ϑρσδ⎡⎤-=
+⎢⎥-⎢⎥⎣⎦
；
()()23232cp cp
cp h R h R H R h ϕρσδ
⎡⎤-=
+⎢⎥-⎢⎥⎣⎦；()()23232cp cp cp R h R H R h ϑρσδ⎡⎤-=-⎢⎥-⎢⎥⎣⎦
球壳各带应力计算值如表3—1
操作条件下： []162Mpa ϕσ=
液压试验条件下： 0.90.93251292.5s Mpa σϕ=⨯⨯=
表中各带计算应力均小于上述许用应力，故强度条件得到满足。

(1) 球壳许用外压力
系数 00.1250.125
0.0002777890
17.5e
A R δ
== ()
查GB150——1998《钢制压力容器》第33页图6-5得：B=375
许用外压力：
[]0
37.5
0.083789017.5e
B P Mpa R δ
=== ()
(2) 球壳压应力校核
许用临界压应力：
[]21.5
0.180.1820600786033.83
e
cp
c E
R Mpa m
σσ⨯⨯
=
=
= ()
下半球壳质量：
292911111
101572017.51071217.222cp n m D kg πδρπρ--=⨯=⨯⨯⨯⨯⨯≈
()
下半球储存介质质量：
393921211
1015700 1.25101265.781212m D kg πρπ--=⨯=⨯⨯⨯⨯≈ ()
下半球保温隔热材料质量 50m kg = 操作条件下赤道避压应力：
()[]1254cp c cp e
e
P D m m m g D σπδδ++=
+ ()
(71217.21265.780)9.80.08315720
19.461572017.5417.5
Mpa π++⨯⨯=
+=⨯⨯⨯
下半球水的质量：
3193393411
1015700101010126221212
i m D kg πρπ--=⨯=⨯⨯⨯⨯= ()
水压试验条件下赤道避压力：
()()13'
71217.210126229.812.31572017.5
c
cp e
m m g Mpa D σπδπ++⨯==≈⨯⨯ ()
所以 []'
,c c c σσσ均小于
支柱载荷计算
支柱外直径： 600mm φ 支柱内直径： 584mm φ 支柱计算长度L ：9000mm 支柱金属横截面积A ：148712mm 支柱截面惯性矩J ：846.2510mm ⨯ 支柱断面模数W ：632.1710mm ⨯ 基本雪压值q ：2200/N m 支柱材料：Q235-A
支柱材料屈服极限:235s Mpa σ
支柱数目 n ：10。