球罐设计

第一章 确定设计参数、选择材料

一、确定设计参数

（一） 设计温度

储罐放在室外，罐的外表面用150mm 的保温层保温。在吉林地区，夏季可能达到的最高气温为40℃。最低气温（月平均）为-20℃。

（二） 设计压力

罐内储存的是被压缩且被冷却水冷凝的液氨。氨蒸汽被压缩到0.9~1.4MPa ，被冷却水冷凝。液氨40℃时的饱和蒸汽压由[1]查得为：P 汽=1.55MPa(绝对压力)。为保证安全,在罐顶装有安全阀,故球罐设计压力为安全阀的启动压力，即：

P=(1.05-1.1)P 汽=(1.05-1.1)×1.45=1.523~1.595MPa 取设计压力P=1.6MPa

(三) 焊缝系数φ

球罐采用X 坡口,双面对接焊,并进行100%的无损探伤,由[2]知φ=1.0 (四) 水压试验压力

由[4]知水压试验压力为: T P =1.25P

[][]t

σσ 球壳材料为16MnDR ，初选板厚为36mm,由[3]表3查得[]σ=157MPa, []t

σ=157MPa 则

T P =1.25P ×157/157=1.25×1.6×1=2.06 MPa

试验时水温不得低于5℃。

（五） 球罐的基本参数

球罐盛装量为170吨／台。液氨-20℃的密度为0.664吨／M 3，，40℃时0.58吨／M 3

。 球罐所需容积（按40℃计）为：V=

58

.0170=293.1M 3

已给盛装系数为0.5，即不得装满，故实际所需容积为：V=

5

.0170=340M 3，其小于400M 3

，余容较大，足够用，相差17.6%，符合标准要求。

按公称容积4003

设计，由[2]附录一P41查得球罐基本参数如表 一 1-1

表——1-1球罐基本参数

二．材料的选择

按操作条件要求及各种材料的性能特点，分别选择如下。

（一）球壳钢板

操作最低气温为-20℃。按［2］，［3］要求，从表四选用16MnDR低温钢板.使用状态为正火.逐张进行超声波检查,按ZBJ740030—88Ⅲ级为合格,试验要求按［3］规定进行。

(二) 接管

由［3］表5选16Mn,正火状态,其机械性能及要求应符合［3］表5、表6的要求。

(三) 锻件

选16MnD(［3］表7)采用正火加回火或调质状态，要求及机械性能应符合［3］规定。(表

8)

(四) 螺栓.螺母

按［3］表10规定,螺栓选35,螺母选Q235 GB699其机械性能及要求应符合［3］规定。表9,正火状态.

(五) 支柱、拉杆材料. 见表2-2

表2-2支柱、拉杆材料

(六) 焊接材料

焊条选用低氢型,要求应符合[3]的有关规定。

第二章 结构设计

一、概述

球罐结构设计主要包括:球壳设计、支柱设计、拉杆设计、人孔设计、备用孔设计、接管及补强设计、保温绝热设计及各种附件设计等。其设计合理与否,直接关系到制造安装质量、成本及检修是否方便等。

二 球壳设计

(一)分瓣法及各带片数的确定

目前我国多用桔瓣式,其便于现场组对和手工施焊。由直径的大小决定采用五环带桔瓣式。球片宽不小于500mm 。

上、下极带用数量、型式相同 的球片各三块。上、下温带各 16块；赤道带16块；

故球片总数为:

n=16×3＋2×3=54片 (二) 球瓣尺寸计算 按几何关系计算出成 型后球片的各部尺寸,

以便下料.按[6］[7]公式计算。

符号说明:

D ─球壳内径; n ─球壳分带总数;

i n ─球壳分带序数(只考虑半

球);(i=1为赤道带,i=2为温度带,i=3为极带);

i α—各带球夹角(均为45°);

i D ─球壳各带横截面弦口直径;

m C ─球瓣各测量点的弦长; m ─球瓣各测量点的顺序号；

i S ─各带测量点顺序号； i N ─第N 带的分块数;

m A

—球瓣各点对应弦长m C 的弧长; m B

—对应m

C '各点弧长; m

C '—球瓣经向各点弦长;

i R —各带球瓣弦口展开半径;

T C —极板弦口弦长; T A

—极板弦口弧长;

yi C —各带球瓣对角线弦长;

yi A

—各带球瓣对角线弧长.

各带球心夹角:︒

====45321ααααi

测量点:赤道带1m =1～6，温带2m =6～16

1、 各带横截面弦口直径的计算

(1)赤道带弦口直径 ()∑•=i

i D D αcos

其中

2

)1(1

1ααα+

-=∑i i n =(1-1)×45°＋

2

45︒

∴ co 1•=D D cos

[(1-1)×45°＋2

45︒

]=9200×cos22.5°=8499.69mm (2) 温带弦口直径(小端) ()∑•=2

2cos

αD D =9200×cos[(2-1)×45°＋2

45︒）]

=9200×cos67.5°=3520.69mm

(3) 极带弦口直径 ()∑•=3

3cos

αD D =Dcos[(3-1)×45°＋2

45︒]=9200×cos112.5°=3520.69mm

2、 球片各带弧长计算(经向)

由于各带球片的球心角相等,所以各带弧长也相等。即

321L L L ===︒360απD =︒

︒⨯⨯36045920014.3=3612.83mm

3、 球瓣测量点弦长Cm 的计算