第二章球罐结构设计
球罐结构设计
第二章 球罐结构设计球壳球瓣结构尺寸计算 设计计算参数：球罐内径：D=12450mm []23341-表P几何容积：V=974m 3 公称容积：V 1=1000m 3球壳分带数：N=3 支柱根数：F=8各带球心角/分块数： 上极：°/7 赤道：°/16 下极：°/7图 2-1混合式排板结构球罐混合式结构排板的计算：1.符号说明：R--球罐半径6225 mm N--赤道分瓣数16 (看上图数的) α--赤道带周向球角° （360/16）0β--赤道带球心角70° 1β--极中板球心角44° 2β--极侧板球心角11° 3β--极边板球心角22° 2赤道板（图2-2）尺寸计算：图2-2弧长L )=1800βR π =18070622514.3⨯⨯=弦长L =2Rsin(20β)=2x6225×sin(270)=7141mm弧长1B )=N R π2cos(20β)=1614.362252⨯x ×cos 270=弦长1B =2Rcos(20β)sin(2α)=2x6225×cos35sin 25.22=弧长2B )=N R π2=1614.362252⨯x =弦长2B =2Rsin 2α=2x6225×sin(25.22）=弦长D =2R )2(cos )2(cos 1202αβ- =2x6225x )25.22(cos )270(cos 122- = 弧长D )=90R πarcsin(2R D )=903.14x6225arcsin(2x62257413.0) =极板（图2-3）尺寸计算：图2-3对角线弧长与弦长最大间距： H=)2(sin 1212ββ++=)11244(sin 12++ = 弦长1B =H R )2sin(221ββ+=139.1)11244sin(62252+x x =弧长1B )=90R πarcsin(2R B 1)=90622514.3x arcsin(2x62253.5953)=弦长0D =21B )=2×=弧长0D )=90R πarcsin(2R D )=903.14x6225arcsin(2x62258774)=弦长2B =2Rsin(212ββ+)=2x6225xsin(11244+)=弧长2B )=180)2(21ββ+R π=1802x11)(44622514.3+⨯⨯=(1)极中板（图2-4）尺寸计算：图2-4对角线弦长与弧长的最大间距：A=)2(sin )2(sin 121212βββ+-=弧长2B )=1801βR π=弦长2B =2Rsin(21β)= 弧长2L )=180)2(R 21ββ+π=弦长2L =2Rsin(212ββ+)=弦长1L =A )2sin()2cos(2R 211βββ+= 弧长1L )=90R πarcsin(R L 21)=弦长1B =AR )2cos()2sin(2211βββ+=弧长1B )=90R πarcsin(2RB 1)=弦长D =2211B +L =弧长D )=90R πarcsin(2R D )=(2)侧极板（图2-5）尺寸计算：图2-5弦长1L =2Rcos(21β)sin(212ββ+)/A= 弧长1L )=90R πarcsin （R L 21）=弦长 2L =2Rsin(212ββ+)/H=弧长 2L =90Rπarcsin(R L 22)=K=2Rsin(21β)cos(212ββ+)/A= 式中 同前1ε=arcsin(R L 22)-arcsin （2RK ）=弧长2B )=1802βR π=弦长2B =2Rsin(22β)=弧长1B )=1801επR =弦长D =21L L 1+B =弧长D )=90R πarcsin(2R D)=4.极边板（图2-6）尺寸计算：图2-6弧长1L )=2R πcos(2β)=弦长1L =2Rcos(2β)=弦长3L =2Rsin(222ββ+)/H=弧长3L )=90R πarcsin(2R L 3)=弧长2B )=1802βR π=弦长2B =2Rsin(22β)=式中 2α=21800β--arcsin(R 2D 0)= M=22Rsin(212ββ+)/H=3α=90°-2β+arcsin(RM2)= 4α=2 arcsin[22sin(23α)]=弧长1B =1802αR π=弦长1B =2Rsin(22α)=弦长D =3112L L B +=弧长D )=90R πarcsin(2R D )=弧长2L =1804απR = 弦长2L =2Rsin(23α)=第四章 强度计算球壳计算设计压力：设计温度：-20 — 40℃试验压力： + H*ρ*g*10-6 = 壳壁厚度球壳材料采用1Gr17，σb =450MPa，常温下许用应力为[σ]t=150MPa.[]14143-表P取焊缝系数：φ=[1]P110腐蚀裕量C2=2mm，钢板厚度负偏差C1=0mm，故厚度附加量C=C1+C2=2mm.[]1363-表P液柱高度H： H=K1R=*6225=9960mm液体的静压力P=ρgH = 6225**9960*10-9 =计算压力：Pc = + =球壳所需壁厚：δ1=CPDPctc+-ϕσ][4[]84691-式P= + 2 =圆整可取δ=38mm4.2接管和法兰的选择接管根据JBM0503-08选用DN25 DN40 DN50接管。
第二章、压力容器的基本结构及材料
29
第二章 压力容器的基本结构及材料 第三节 压力容器的材料
二、对压力容器选材的主要要求
1. 2.
3.
4.
压力容器的选材应当考虑材料的力学性能、化学性能、物理性能和 工艺性能。 选择压力容器用钢应考虑容器的使用条件（如设计温度、设计压力、 介质特性和操作特点等）、材料的焊接性能、容器的制造工艺以及 经济合理性。 压力容器受压元件用钢应符合GB150中4.材料章的要求。非受压元件 用钢,当与受压元件用钢焊接时,也应是焊接性良好的钢材。 钢材的化学性能、力学性能应符合《固定容规》有关规定。选用碳 素钢和合金钢制造的压力容器应符合GB150-2011《压力容器》的有 关规定，Q235B钢板不得用于直接受火焰加热的压力容器。用于焊接 结构压力容器主要受压元件的碳素钢和低合金钢，其碳含量不应大 于0.25%。钢制压力容器材料的力学性能、弯曲性能和冲击试验要求， 应符合GB150-2011《压力容器》中相关规定。 30
第一章 压力容器的基本结构及材料 第三节 压力容器的材料
一、压力容器材料性能 2. 工艺性能
良好的冷塑性变形能力：在加工时容易成形且不会产生裂 纹等缺陷。 具有较好的可焊性：以保证材料在规定的焊接工艺条件下 获得质量优良的焊接接头。第三，要求材料具有适宜的热 处理性能，容易消除加工过程中产生的残余应力，而且对 焊后热抗氧化性能处理裂纹不敏感。
19
第二章 压力容器的基本结构及材料 第二节 常见压力容器结构
二、列管式换热器
3. U形管式换热器 其结构特点是只有一个管板，管子成U形，管子 两端固定在同一管板上。管束可以自由伸缩，当壳体与管子有温差时， 不会产生温差应力。U形管式换热器的优点是结构简单，只有一个管板， 密封面少，运行可靠，造价低，管间清洗较方便。其缺点是管内清洗较 困难，可排管子数目较少，管束最内层管间距大，壳程易短路。U形管式 换热器适用于管、壳程温差较大或壳程介质是易结垢而管程介质不易结 垢的场合。
低温双层球罐结构设计
（3-20）
对角线：
= 2
+ sin ( ) ×
2
2
2
+
2
（3-21）
=1430.37
c.赤道板板几何尺寸计算
弦长：
= 2
50
= 2 × 5750 sin
= 4860.11
2
2
弧长：
12
（3-22）
=
=
× 50 × 5750 = 5015.28
( − )
( − )
（2-9）
式中, 为保冷层外径，mm; 为球罐内球壳外直径，mm;
为单层保冷层材料使用温度下的导热率， W/(m·K);
为保冷层外侧环境温度，℃； 为保冷层外表面温度，℃；
为介质温度，℃。
经计算外层球罐内直径为： = 12700。
（3-13）
π
αR = 3.14 ÷ 180 × 38 × 5750 = 3811.6mm
180°
（3-14）
a = 21
2
= 2 × 5750 ×
2
弧长：
a =
11
b.上、下温带板几何尺寸计算
上弦长：
= 2
180
38
180
= 2 × 5750 × sin
sin
1.0
0.1
设计温度（℃）
-196
-20/50
腐蚀裕量（mm）
0
焊接接头系数
1.0
无损探伤RT
100%
球壳材质
S30408
设计压力（MPa）
第二章球罐结构设计
第二章 球罐结构设计球壳球瓣结构尺寸计算 设计计算参数：球罐内径：D=12450mm []23341-表P 几何容积：V=974m 3 公称容积：V 1=1000m 3球壳分带数：N=3 支柱根数：F=8各带球心角/分块数： 上极：°/7 赤道：°/16 下极：°/7图 2-1混合式排板结构球罐混合式结构排板的计算：1.符号说明：R--球罐半径6225 mm N--赤道分瓣数16 (看上图数的) α--赤道带周向球角° （360/16）0β--赤道带球心角70° 1β--极中板球心角44° 2β--极侧板球心角11° 3β--极边板球心角22° 2赤道板（图2-2）尺寸计算：图2-2弧长L =1800βR π =18070622514.3⨯⨯=弦长L =2Rsin(20β)=2x6225×sin(270)=7141mm弧长1B =N R π2cos(20β)=1614.362252⨯x ×cos 270=弦长1B =2Rcos(20β)sin(2α)=2x6225×cos35sin 25.22=弧长2B =N R π2=1614.362252⨯x =弦长2B =2Rsin 2α=2x6225×sin(25.22）=弦长D =2R )2(cos )2(cos 1202αβ- =2x6225x )25.22(cos )270(cos 122- = 弧长D =90R πarcsin(2R D )=903.14x6225arcsin(2x62257413.0) =极板（图2-3）尺寸计算：图2-3对角线弧长与弦长最大间距： H=)2(sin 1212ββ++=)11244(sin 12++ = 1B=L =1B=2B = 0D =弦长1B =H R )2sin(221ββ+=139.1)11244sin(62252+x x =弧长1B =90R πarcsin(2R B 1)=90622514.3x arcsin(2x62253.5953)=弦长0D =21B=2×=弧长0D =90R πarcsin(2R D )=903.14x6225arcsin(2x62258774)=弦长2B =2Rsin(212ββ+)=2x6225xsin(11244+)= 弧长2B =180)2(21ββ+R π=1802x11)(44622514.3+⨯⨯=(1)极中板（图2-4）尺寸计算：图2-4对角线弦长与弧长的最大间距： A=)2(sin )2(sin 121212βββ+-=弧长2B =1801βR π=弦长2B =2Rsin(21β)= 弧长2L =180)2(R 21ββ+π=弦长2L =2Rsin(212ββ+)=弦长1L =A )2sin()2cos(2R 211βββ+= 弧长1L =90R πarcsin(R L 21)=1B =2B =2L = 1L =弦长1B =AR )2cos()2sin(2211βββ+=弧长1B =90R πarcsin(2RB 1)=弦长D =2211B +L =弧长D =90R πarcsin(2R D )=(2)侧极板（图2-5）尺寸计算：图2-5弦长1L =2Rcos(21β)sin(212ββ+)/A= 弧长1L =90R πarcsin （R L 21）=弦长 2L =2Rsin(212ββ+)/H=弧长 2L =90Rπarcsin(R L 22)=K=2Rsin(21β)cos(212ββ+)/A= 式中 同前1ε=arcsin(R L 22)-arcsin （2RK ）=弧长2B =1802βR π=弦长2B =2Rsin(22β)=1B=2B =2L= 1L =弧长1B =1801επR =弦长D =21L L 1+B =弧长D =90R πarcsin(2R D)=4.极边板（图2-6）尺寸计算：图2-6弧长1L =2R πcos(2β)=弦长1L =2Rcos(2β)=弦长3L =2Rsin(222ββ+)/H=弧长3L =90R πarcsin(2R L 3)=弧长2B =1802βR π=弦长2B =2Rsin(22β)=式中 2α=21800β--arcsin(R 2D 0)= M=22Rsin(212ββ+)/H=3α=90°-2β+arcsin(RM2)= 4α=2 arcsin[22sin(23α)]=弧长1B =1802αR π=弦长1B =2Rsin(22α)=弦长D =3112L L B +=1B=2B = 3L =1L=弧长D =90R πarcsin(2R D )=弧长2L =1804απR = 弦长2L =2Rsin(23α)=第四章 强度计算球壳计算设计压力：设计温度：-20 — 40℃试验压力： + H*ρ*g*10-6 = 壳壁厚度球壳材料采用1Gr17，σb =450MPa ，常温下许用应力为[σ]t =150MPa.[]14143-表P 取焊缝系数：φ=[1]P110腐蚀裕量C 2=2mm ，钢板厚度负偏差C 1=0mm ， 故厚度附加量C=C 1+C 2=2mm.[]1363-表P 液柱高度H ： H=K 1R=*6225=9960mm液体的静压力P=ρgH = 6225**9960*10-9 = 计算压力：Pc = + = 球壳所需壁厚： δ1=CP D P ctc +-ϕσ][4[]84691-式P = + 2 =圆整可取δ=38mm4.2 接管和法兰的选择接管根据JBM0503-08选用DN25 DN40 DN50接管。
球罐容器的结构与安装
燃气的储存
燃气的储存
1-安全阀 2-上（下）人孔 3-压力表 4-气相进出口接管 5-液面计 6-盘梯 7-支柱 8-拉杆 9-排污管接管 10-液相进出口接管 11-温度计接管 12-二次液面指示计接管 13-壳体
2 球罐的特点
在相同容积下，表面积最小；
在相同压力下，罐壁内应力最小，板 厚圆筒形容器壁板厚度的一半； 占地面积少、基础工程量少； 受风面积小。
4） 附件
梯子和平台的目的 水喷淋装置以及 隔热或保冷设施
其它安全附件
选用时要注意其先进、安全、可靠， 并满足有关工艺要求和安全规定。
安全附件主要包括：
(1)消防喷淋装置 (2)压力表 (3)温度计 (4)液位计 (5)安全阀 (6)紧急切断阀 (7)接地
职业技能训练
五带球罐
1-极边板 2-极侧板 3-极中板 4-上极板 5-上温带 6-赤道带 7-下温带 8-支柱 9-下极板
5 球罐系列及基本参数
公称容积 -GB 12337 球罐体积系列
50、120、200、400、650、1 000、1 500、2 000、3 000、4 000、5 000、6 000、8 000、 10 000、12 000、15 000、18 000、20 000、 23 000和25 000，单位为m3 。
4×423.904
赤道正切 10-Φ728×14 -5.5-50
设计压力（Mpa）
水压试验压力（Mpa） 气密性试验压力（Mpa） 容积类别
0.8
1.0 0.8 三类
压力 容器 类别
4.2 支座
作用 支承本体重量和物料重量
1500m3丙烯球罐设计
1500m3丙烯球罐设计摘要本文首先对球形储罐的特点、发展概况和结构形式进行了简单的介绍，然后对目前国内外对球形储罐的研究水平进行了研究，发现目前国内的研究水平和国外相比还是有一定的差距。
对球形储罐设计的意义在于：通常球罐作为大容量、有压存储容器，在各工业部门中作为液化石油气（LPG）、液化天然气（LNG）、液氨、液氧、液氢、液氮及其他中间介质的贮存,也作为压缩空气、压缩气体（氧气、氮气、城市煤气……）的贮存；在原子能工业中球罐还作为安全壳（分割辐射和无辐射去的大型球壳）使用，总之随着工业的发展，球罐的使用范围也越来越广泛。
但是目前限制球罐向大型化发展的主要因素有：设计制造规范、球罐用钢、球罐现场组装和焊接问题、球罐现场热处理、球壳板尺寸精度，因此对球罐的结构和材料的选用提出了新的要求。
本文主要针对球罐的上支柱连接结构进行了相应的改进，把U形柱结构型式支柱改为长圆形结构型式支柱，在球罐施焊过程中和球罐受力方面到得了优化。
关键词：球形储罐应用范围大型化支柱结构Design of 1500m3 Propylene Spherical TankAbstractFirst, the characteristics, development of the survey and structural of the Spherical Tank are introduced in this paper.Then the Level of research for Spherical tank at home and abroad were studied. Study found that the level of development, or has a gap compared domestic to foreign. The significance of the spherical tank design are as follows: Usually as a large spherical tank capacity, pressure storage containers, In the industrial sector as liquefied petroleum gas (LPG), liquefied natural gas (LNG), liquid ammonia, liquid oxygen, liquid hydrogen, liquid nitrogen, and other storage media center, also as compressed air, compressed gases (oxygen, nitrogen, city gas ... ...) of the storage; In the atomic energy industry, also serves as the containment sphere (division of radiation and no radiation to the large spherical shell), In short With industrial development, the use of spherical tanks are increasingly being used. But the current restrictions on development to large spherical main factors: design and manufacturing specifications, spherical steel, spherical field assembly and welding problems, spherical tanks on-site heat treatment, dimensional accuracy of shell plates. Therefore, the structure of spherical tank and material selection were proposed new requirements. This paper corresponding improves on the pillar of the main connection for the spherical structure, changing the U-shaped column structure type pillar into pillar oblong structure type, has optimization in the spherical tank welding process and the terms of the spherical tank force.Key Words: Spherical tank; Scope of application; Large to turn; Support structure目录摘要 (Ⅰ)ABSTRACT (Ⅱ)第一章绪论 (4)1.1概述 (4)1.2球罐的设计参数 (5)1.3国内外发展情况 (5)第二章基本尺寸确定 (7)2.1外形尺寸的确定 (7)2.2材料选择 (7)2.3球壳设计 (9)第三章球罐受力分析 (10)3.1球罐质量计算 (10)3.2地震载荷计算 (12)3.3风载荷计算 (12)3.4弯矩计算 (13)第四章强度及稳定性校核 (14)4.1支柱计算 (14)4.2地脚螺栓计算 (16)4.3支柱底板计算 (17)4.4拉杆计算 (18)4.5支柱与拉杆最低点A点应力计算 (20)4.6支柱与球壳连接焊缝强度 (21)4.7开孔补强校核 (21)第五章球壳分瓣计算 (23)5.1赤道带和上温带合板（如图5-1） (23)5.2赤道带（如图5-2） (24)5.3极板（如图5-3） (25)第六章工厂制造及现场组装 (28)6.1工厂制造 (28)6.2现场组装 (29)6.3组装方案 (30)第七章检验 (34)7.1原材料检验 (35)7.2车间制造检验 (36)7.3安装焊接检验 (40)7.4竣工检查 (45)7.5使用安全检查 (47)第八章技术经济分析 (51)第九章结论 (52)参考文献 (54)致谢 (57)第一章绪论1.1概述近十几年来球形容器在国外发展的很快，我国球形容器引进建设在七十年代才得到了飞速的发展。
第二节 压力容器结构设计
过系数K来体现平盖周
边的支承情况，K值越 小,平盖周边越接近固支； 反之就越接近于简支。
形等。
焊接接头
一、焊接接头形式 对接接头 焊接接头形式 角接接头及 T字形接头 搭接接头
（a）对接接头； （b）角接接头； （c）搭接接头 图2-8 焊接接头的三种形式
1．对接接头
结构： 特点： 两个相互连接零件在接头处的中面处于同一平面或 同一弧面内进行焊接的接头。 受热均匀，受力对称，便于无损检测，焊接质量容 易得到保证。
之间的纵焊缝应相 互错开75°。 筒节的长度视钢板的
宽度而定，层数则随
所需的厚度而定。
一、多层包扎式(续)
图2-1 多层包扎筒节
一、多层包扎式(续)
3、优点： 制造工艺简单，不需大 型复杂加工设备； 安全可靠性高，层板间 隙具有阻止缺陷和裂纹 向厚度方向扩展的能力； 减少了脆性破坏的可能 性； 包扎预应力改善筒体的 应力分布； 对介质适应性强，可选 择合适的内筒材料。 4、缺点： 筒体制造工序多、周期长、效率 低、钢材利用率低（仅60%左 右）； 深环焊缝对制造质量和安全有显 著影响。 ①无损检测困难，环焊缝的两侧均 有层板，无法用超声检测，只能射 线检测；②焊缝部位存在很大的焊 接残余应力，且焊缝晶粒易变得粗 大而韧性下降；③环焊缝的坡口切 削工作量大，且焊接复杂。
五、锥形封头
无折边锥壳
轴对称锥壳
折边锥壳 特点：结构不连续，应力分布不理想
排放固体颗粒和悬浮或粘稠液体 应用 不同直径圆筒体的中间过渡段 中、低压 容器
（a）无折边锥壳； （b）大端折边锥壳； 图2-7 锥壳结构形式
（c）折边锥壳
平盖
理论分析： 以圆平板应力分析 为基础，分为周边 固支或简支； 几何形状： 圆形、椭圆形、长 圆形、矩形及正方 工程计算：采用圆平板理论 为基础的经验公式，通 实际上：介于 固支和简支之间；
球罐的设计参考
目录任务书 (1)一选材 (2)二整体设计 (3)1球壳的设计 (3)2球罐质量计算 (4)3地震载荷计算 (5)4风载荷计算 (6)5弯矩计算 (6)6支柱计算 (7)7地脚螺栓计算 (13)8支柱底板 (14)9支柱与球壳连接最低点a的应力校核 (15)10球瓣设计 (16)三焊接设备选择和焊材选择 (17)四施焊环境 (18)五焊前预热 (18)六焊接工艺说明 (18)1埋弧焊 (18)2球罐气电焊 (19)3球罐的安装要求及焊接顺序 (20)4球罐焊后整体热处理 (22)5修补和修磨 (23)6检验与质量标准 (23)参考文献 (26)设计任务书设计一球形贮罐，主要设计参数如下：内径,7.15m Dn =体积32000m V =，设计压力MPa P 69.0=，工作压力MPa P 64.0=，水压试验压力MPa P 03.1=，水压试验总重t M T 2200=，立柱数为n=12,设计温度为20℃一选材1.1选材的基本要求：1、足够的强度指标2、充足的韧性储备3、良好的焊接性能4、优良的抗H2S应力腐蚀性能5、易成形不须预热6、经济性好7、有配套的锻件和焊材1.2选材的参照标准（GB6654-1996）:在此标准中提供了10种压力容器专用钢板，分别是：20R、16MnR、15MnVR、15MnNbR、18MnMoNbR、13MnNiMoNbR、15CrMoR、14Cr1MoR、07MnCrMoVR、12CrMo1R。
有关钢材的力学性能和焊接性分析：16Mn、16MnR：345MPa级的低合金结构钢，具有良好的力学性能，焊接性能，工艺性能及低温冲击韧性，一般可在热轧状态下使用，对于中厚板材，特别是冲击韧性，可进行900-920正火处理，正火后强度略有下降，但塑性、韧性、低温冲击韧性显著提高，并降低脆性转变温度。
焊接性良好，可进行手工焊、自动焊及电渣焊。
对重要的压力容器及板厚大于20mm的制品，焊后宜进行消除应力处理，加热温度600-650，保温后空冷或炉冷。
最新400M3丙烯球罐设计(机械CAD图纸)
400M3丙烯球罐设计（机械C A D图纸）摘要本次设计中的400m³球罐用于贮存氧气，其球壳板的材质为16MnR,本文对其母材的焊接性做了简要的分析，并在次基础上选择了球罐焊接前的预热温度，以及焊接方法和焊接材料。
预热温度为120-140℃，焊接方法为焊条电弧焊，焊条为E5015。
根据工厂的生产经验和相关标准编制了400m³球罐的生产工艺流程。
在整个生产过程中，球壳板的压制成形，球罐的组装与球罐的焊接属于生产中的重点与难点，在本文中都进行了详细的分析和论述。
球壳板成形采取布局成形的方法，必须在现场进行。
本文根据球罐上每条焊缝的不同特点，制定了各个焊缝的具体焊接方法，并选择了焊接工艺参数。
球罐组装‘焊接之后，需要进行焊后处理，包括无损检测，焊后热处理，以及耐压试验等，本文也都进行了简要的分析和说明，并介绍了相应的处理方法和注意事项。
关键词：球罐成形组装焊接AbstractThe design of the 400m³ spherical container used for store oxygen ,its spherical shell plate material is 16MnR .In this paper, the welding of the base metal was analysed briefly ,and on this foundation ,the preheat temperature before the spherical container for welding ,the welding process ,and the welding material were selected . The preheat temperature is 120-140 ℃，the welding process is the shield metal are welding, the covered electrodes are E5015 .The produce technologic course of the 400 m³spherical container was compiled according to the experience of the manufacturing plant and related standards .In the entire production process ,the press of forming spherical shell plate ，the installation and welding of spherical container belong to important and difficult in the production . In this paper ,they were carried out a detailed analysis and exposition .the methods of forming the spherical shell plate was part forming . The of the spherical container was divided two parts, they are the parts installation method ,and it should be conducted at the scene. According to the different character of each weld on the spherical container ,in this paper ,the concrete welding process of every weld was complied ,and the welding procedure parameters were chose .After the installation and welding of the spherical container ,there need to conduct process when the welding finished ,which include non-destructive testing , post weld heat treatment ,and the pressure test ,and so on .In the paper , they were conducted a brief analysis and exposition ,and were introduced the corresponding resolve methods and attention matters .Key words :Spherical container forming installation welding目录绪论 (1)1.1球形容器的特点 (1)1.2球形容器分类 (1)1.3国内球罐建造情况 (2)第一章材料选用 (3)1.1材料的选择原则 (3)1.2壳体用材料 (4)1.3锻件用钢 (5)1.4螺栓、螺母和支撑结构的选材 (6)1.4.1螺栓螺母的选用 (6)1.4.2支承结构（支柱、拉杆等）选材 (6)第二章结构设计 (7)2.1概述 (7)2.2球壳设计 (7)2.3球壳的分带，分块及分角 (8)2.4纯桔瓣球壳的瓣片设计和计算 (9)2.4.1瓣片设计 (9)3.4.2纯桔瓣球瓣的计算 (9)3.5坡口设计 (15)3.6支座设计 (16)3.6.1支座结构 (16)3.6.2拉杆结构 (16)3.7人孔和接管 (16)3.7.1人孔结构 (16)3.7.2接管结构 (16)3.8球罐的附件设计 (17)3.8.1梯子平台 (17)3.8.2水喷淋装置 (17)3.8.3隔热设施 (18)3.8.4页面计 (18).8.5压力表 (18)2.8.6安全阀 (18)第四章强度计算 (19)4.1球壳壁厚计算 (19)4.1.1符号说明 (19)4.1.2计算各带壳板厚度时的计算压力，最大的物料成装体积 (20)4.13各带球壳板的厚度计算 (20)4.2支柱计算 (21)4.2.1载荷计算 (21)4.2.2支柱计算 (24)表4-2B向受力表 (28)4.2.3 支柱弯矩及偏心率计算 (29)支柱在操作和水压试验时，在内压力作用下，球壳直径增大，使支柱承受偏心弯矩和附加弯矩 (29)a 偏心弯矩 (29)4.2.4 支柱稳定性验算 (30)查表得ε0=0.278353 (31)4.2.5 地脚螺栓计算 (32)4.3拉杆计算 (33)4.3.1 拉杆强度计算 (33)4.3.2 拉杆连接部位计算 (34)4.4 支柱和球壳连接最低处a点的应力验算 (36)4.4.1 符号说明 (36)4.4.2 单项应力计算 (37)4.4.3 合成应力计算 (38)4.4.4 强度验算 (39)4.5 支柱与球壳连接焊缝强度验算 (39)4.6 支柱间的允许沉降差 (40)4.7 人孔锻件设计和强度校核 (41)4.7.1人孔锻件设计 (41)4.7.2法兰强度校核 (42)4.7.3法兰外力矩计算 (44)4.7.4法兰形状系数 (45)4.7.5 法兰应力计算 (46)4.7.6应力检验 (46)第五章工厂制造及现场组装 (47)5.1工厂制造 (48)5.1.1 原材料检验 (48)要了解钢板的使用状态和了解进厂钢板的实际状态是否与使用状态相符。
1000m3球罐的焊接结构和工艺设计毕业设计
(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！)摘要计依据，综合国内外现有的制造技术设计了3000m3液氨储罐。
在以安全为原则的基础上综合考虑产品质量、施工建造可行性、国内现有的建造技术等方面的因素，设计出公称直径为18000mm、壁厚为44mm的大型球罐。
本设计在选材方面考虑了多种材料的特性，最后确定Q345R为本球罐的材料。
同样，本设计在球罐选型及支撑方式的选择上也应用多种形式作比较最终确定混合式结构、可调式拉杆支撑最合理。
最后进行强度及稳定性校核，校核结果显示本设计的结构既安全又经济。
本文通过对球罐的材质的焊接性分析，确定焊接材料和焊接方法。
根据每条焊缝有不同的特点，制定了各条焊缝的具体焊接顺序和坡口形式，并选择了焊接工艺参数。
球罐组装、焊接之后，需要进行焊后处理，包括无损检测，焊后热处理，以及耐压试验等，本文也都进行了简要的分析和说明，并介绍了相应的处理方法和注意事项。
关键词：球罐；安全；经济；焊接AbstractThe design Of 3000m3 liquid ammonia spherical tank is basis on both the vessel》, considering the existing manufacturing technology of tanks both at the principles of safety ，consideration of product quality and construction feasibility, the existing building technology and other factors, at last the spherical tank is designed for nominal diameter 18000mm、wall thickness 44mm. The selection of materials in this design is in consideration, compared with some different properties of materials，finally the Q345R .Also, the design and selection of the spherical support is in consideration，finally support seems to be the most reasonable. Finally the strength and stability test, the result shows this design of structure is safe and economic.Based on the spherical tank welding materials analysis to determine the welding materials and welding methods. According to different characteristics of each weld, developed a specific welding seam of each sequence and groove type, and selected welding parameters.After the installation and welding of the spherical container, there need to conduct process when the welding finished, which include non-destructive testing, postweld . In the paper, they were conducted a brief analysis and exposition, and were introduced the corresponding resolve methods and attention matters.Keywords: spherical tank；safety；welding目录1绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 球罐介绍 (2)1.3 国内外研究现状 (2)1.3.1 球罐的发展和应用现状 (2)1.3.2 焊接设备应用现状 (3)1.3.3 球罐自动化焊接技术的进展 (4)1.4 课题主要内容 (5)1.5 课题研究方案 (5)2 3000m³球罐的结构设计 (6)2.1 3000m³球罐的参数 (6)2.1.1 主要技术参数 (6)2.1.2 球罐用钢的基本要求分析 (6)2.1.3 球罐用钢的确定 (6)2.2 球罐的结构设计要求 (6)2.3 球壳的设计 (7)2.3.1 球罐结构型式的选择 (7)2.3.2 混合式结构排板计算 (7)2.4 支座设计 (14)2.4.1 支柱 (14)2.4.2 底板 (15)2.4.3 拉杆 (15)2.5 人孔和接管 (15)2.5.1 人孔结构 (15)2.5.2 接管结构 (15)2.6 球罐的附件 (15)2.6.1 梯子平台 (15)2.6.2 液位计 (16)2.6.3 安全阀 (16)2.6.4 溢流阀 (16)2.7 球罐对基础的要求 (16)3 焊接性分析 (17)3.1 材料的焊接性分析 (17)3.1.1 Q345R的化学成分和力学性能 (17)3.1.2Q345R的焊接性 (17)3.2焊接性分析 (18)3.2.1 碳当量（CE） (18)3.2.2 裂纹敏感性指数（Pc） (18)3.3焊接方法与填充材料的选择 (20)4 球罐强度计算及稳定性校核 (20)4.1 设计条件 (20)4.2 球壳计算 (20)4.2.1 计算压力 (20)4.2. 2 球壳各带的厚度计算.............................................. 错误！未定义书签。
3000立方米LPG球罐设计说明书
毕业设计（论文）任务书3000立方米LPG球罐设计摘要：本设计以《GB12337-89钢制球形储罐》和《GB150-89钢制压力容器》为设计依据，综合国内外现有的制造技术设计了3000m3LPG储罐。
在以安全为原则的基础上综合考虑经济适用性、产品质量、施工建造可行性、国内现有的建造技术等方面的因素，设计出公称直径为18000mm、壁厚为44mm的大型球罐。
本设计在选材方面考虑了多种材料的特性，最后确定07CrMnMoVR为本球罐的材料。
同样，本设计在球罐选型及支撑方式的选择上也应用多种形式作比较最终确定混合式结构、可调式拉杆支撑最合理。
最后进行强度及稳定性校核，校核结果显示本设计的结构既安全又经济。
关键词：球罐，安全，经济The Design Of 3000m3 LPG Spherical TankAbstract: the design Of 3000m3 LPG spherical tank is basis on both the GB12337-89 《steel spherical tanks 》and GB150-89 《design of steel pressure vessel》, considering the existing manufacturing technology of tanks both at home and abroad. In the principles of safety ，consideration of the economic applicability, product quality and construction feasibility, the existing building technology and other factors, at last the spherical tank is designed for nominal diameter 18000mm、wall thickness 44mm. The selection of materials in this design is in consideration, compared with some different properties of materials，finally the 07MnCrMoVR has be choosen.Also, the design and selection of the spherical support is in consideration，finally hybrid strucure and adjustable tension support seems to be the most reasonable. Finally the strength and stability test, the result shows this design of structure is safe and economic.Keywords: spherical tank, safety, economy目录1绪论................................................. 错误!未定义书签。
球罐设计_精品文档
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)焊缝系数球罐采用坡口,双面对接焊,并进行100%的无损探伤,由[2]知=1、0(四)水压试验压力由[4]知水压试验压力为:PT=1、25Pt球壳材料为16MnDR，初选板厚为36mm,由[3]表3查得=157MPa,PT=1、25P157、157=1、251、61=2、06MPat=157MPa则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／M3，40℃时0。
58吨／M3。
球罐所需容积（按40℃计）为：V=1700。
58=293、1M31700。
5已给盛装系数为0。
5，即不得装满，故实际所需容积为：V==340M3，其小于400M3，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公称容积内径㎜几何容积m支座型式支柱根数分带数3表，1-1球罐基本参数400各上极带9200408赤道正切式85带球心角45°／345°／1645°／1645°／1645°／3上温带赤道带下温带各带下极带分块数1二．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℃。
1160m3丙烷气球罐结构设计方案
1160m3丙烷气球罐结构设计方案1.1 球壳的设计................................................................1.2 球罐的结构设计应包括如下的内容：..........................................1.3 球罐结构的类型及儿何尺....................................................1.1.1球壳的设计1.1球壳的设计球壳是球罐的主体，它是储存物料和承受物料工作压力和液柱压力的构件。
球壳几何尺寸较大，用材量大，它必须由许多瓣片组成，球壳设计要按照如下的设计准则进行：⑵必须满足所储存物料在容量、压力、温度方面要求，且安全可靠；⑵受力状况最佳；⑶考虑瓣片加工机械（油压机或水压机）的跨度大小，运箱条件的可能，尽量采用大的瓣片结构，使焊缝长度最小，减少安装工作量；（4）考虑钢板的规格，增强球壳板的互换性，尽量提高板材的利用率。
国内自行设计、制造、组装焊接的球罐多为橘瓣式和混合式排板组成的球壳。
其基本结构参照G∕T17261o1.2球罐的结构设计应包括如下的内容：(1)根据工艺参数的要求确定球罐结构的类型及几何尺；(2)确定球壳的排板方法(分带、分片)；(3)确定球壳板的几何尺寸；(4)支撑结构的确定；(5)人孔和工艺接管的选定、布置以及开孔补强的设计;(6)球罐的附件，如内外盘旋梯、爬梯、平台的设计；(7)有要求时，对保冷结构设汁；(8)有基础的技术要求；(9)有要求时，对防地震、防雷的设计等1.3球罐结构的类型及几何尺本次设计的对于公称容量700,n∖通常采用橘瓣式的的结构。
根据GB/T17261-1998《钢制球形储罐型式与基本参数》，同时充分考虑钢板长供货尺寸，制造厂的球片压制能力，以及安装单位现场安装能力。
最终确定采用4带6支柱混合式结构。
赤道带由16瓣板组成，分带角为65°；上温带各由16瓣组成，分带角为55。
球罐设计说明书2
成绩评定表课程设计任务书目录1 概论 (1)1.1 球罐的分类 (1)1.2 球罐的特点 (1)1.3 球罐的应用 (1)2 球罐的结构设计 (2)2.1 材料的选用 (2)2.2 球壳橘瓣式结构尺寸计算 (2)2.2.1 设计计算参数 (2)2.2.2 橘瓣式结构排版的计算 (3)2.3 支座 (8)2.3.1 支座设计 (8)2.3.2 底板 (9)2.3.3 拉杆 (9)2.4人孔和接管 (9)2.4.1 人孔结构 (9)2.4.2 接管结构 (10)2.4.3 接管法兰 (10)2.4.4 接管和补强结构 (10)2.4.5 保冷措施 (10)3 球罐强度计算 (12)3.1 设计条件 (12)3.2 球壳壁厚的计算 (12)3.3 球壳应力 (13)3.4 球壳的稳定性验算 (13)3.5 支柱、拉杆计算 (15)3.5.1 静载荷 (15)3.5.2 动载荷 (16)3.5.3 附加压缩载荷 (19)3.5.4 拉杆直径的计算 (19)3.6 连接部位的强度计算 (20)3.6.1 销钉直径的计算 (20)3.6.2 耳板、翼板厚度计算 (20)3.6.3 地脚螺栓直径的计算 (21)3.6.4 支柱底板的计算 (21)4 焊接结构设计 (23)4.1 焊缝布置 (23)4.2 焊接顺序 (23)4.3 焊接方法的选择 (23)4.4 坡口加工 (23)参考文献 (24)1、概论1.1 球罐的分类球罐的结构是多种多样的，根据不同的使用条件(介质、容量、压力湿度)有不同的结构形式。
通常按照外观形状、壳体构造和支承方式的不同来分类。
(1)按形状分为圆球形和椭球形(2)按壳体层数分为单层壳体和双层壳体(3)按球壳的组合方式分为纯橘瓣式、纯足球瓣式和足球橘瓣混合式(4)按支承结构分为柱式支承和裙式支承，半埋入式支承、高架支承等(5)按储存温度分为常温球罐、低温球罐、深冷球罐1.2 球罐的特点与圆筒形容器相比其主要优点是：(1)受力均匀(2)在同样壁厚条件下，球罐的承载能力最高，在相同内压条件下，球形容器所需要壁厚仅为同直径、同材料的圆筒形容器壁厚的l/2(不考虑腐蚀裕度)(3)在相同容积条件下，球形容器的表面积最小，由于壁厚、表面积小等原因，一般要比圆筒形容器节约30%～40%的钢材(4)球罐的表面积最小，即在相同的容量下球罐所需的钢材面积最小(5)球罐的承载能力比圆筒形容器大一倍，即在相同直径、相同压力下，采用同样钢板时，球罐的板厚只需筒形容器板厚的一半(6)球罐占地面积小，且可向空间高度发展，有利于地表面积的利用其主要缺点是制造施工比较复杂。
丙烷球罐设计
培黎石油工程学院课程设计课程名称油气储运题目350 m3丙烷球罐设计系部培黎石油工程学院油气储运工程系专业油气储运工程班级2011级3班学生姓名程建斌学号20111801050303指导教师徐菁张艳丽2014年 11 月 13 日培黎石油工程学院课程设计任务书题目名称350 m3丙烷球罐设计系部培黎石油工程学院油气储运工程系专业班级油气储运工程2011级3班学生姓名程建斌一、课程设计的内容储罐设计包括工艺设计和机械设计两部分:1、工艺设计:是根据化工生产任务提供的工艺条件:包括压力、温度、产量、物料性能等,通过工艺计算和生产经验确定设备的结构型式、设备总体尺寸及管口尺寸和方位。
2、机械强度设计:是在工艺设计的基础上,进行强度、刚度和稳定性设计和校核计算, 对设备的内、外附件进行选型和结构设计计算，最后绘制设备的装配图和零部件图。
二、课程设计的要求与数据1. 设计条件物料：丙烷地震设防烈度：8度安装地区：兰州球罐建造场地：Ⅱ类，近震温度：35℃丙烷饱和蒸汽压：1.231Mpa丙烷密度：474 kg/m32. 课程设计辅导资料：“压力容器设计手册”、“管道及储罐强度设计”、“固定式压力容器安全技术监察规程”、“化工容器”等；三、课程设计应完成的工作1.课程设计时间：4周；2.课程设计内容：储罐设计包括工艺设计和机械设计两部分:(1)工艺设计:是根据化工生产任务提供的工艺条件:包括压力、温度、产量、物料性能等,通过工艺计算和生产经验确定设备的结构型式、设备总体尺寸及管口尺寸和方位。
(2)机械强度设计:是在工艺设计的基础上,进行强度、刚度和稳定性设计和校核计算, 对设备的内、外附件进行选型和结构设计计算，最后绘制设备的装配图和零部件图。
3.课程设计说明书按学校“课程设计工作规范”中的“统一书写格式”撰写，具体包括：1)目录；2)摘要；3)通过工艺计算和生产经验确定设备的结构型式；4)设备总体尺寸及管口尺寸和方位；5)在工艺设计的基础上,进行强度、刚度和稳定性设计和校核计算；6)对设备的内、外附件进行选型和结构设计计算；7)绘制设备的装配图和零部件图8)总结与展望；（设计过程的总结，还有没有改进和完善的地方）；9)课程设计的心得体会（至少500字）；10)参考文献（不少于5篇）；11)附录。
球罐讲义
焊后组装尺寸检查H
产品试板试验H
焊后热处理H 水压试验和气密性试验H 20%磁粉检测
第五章
球罐焊接
球罐的焊接是球罐建造中极为重要的环节，焊
接质量将直接影响其使用安全性。因此，在球
罐建造过程中，对球罐焊接施工全过程必须进
行严格控制和管理，和金属结构厂压力容器控
制相类似，包括焊接工艺评定、焊接工艺制定、
气密试验
气密试验应在水压试验合格后进行，主要检 查球罐焊缝及其阀门、配件等的严密性。在试验 过程中严格执行球罐施工及验收规范，执行各项 安全技术措施。 气密试验所用的介质一般为洁净、干燥的空 气或氮气。在夏季试验注意环境温度变化，防止 超压现象。
附录 ：球罐常用的标准
1、GB50094-98《球形储罐施工及验收规范》 2、GB12337-1998《钢制球形储罐》 3、GB150-1998《钢制压力容器》 4、JB/T4730.1～4730.6-2005《承压设备无损检 测》 5、JB4708-2000《钢制压力容器焊接工艺评定》 6、JB/T4709-2000《钢制压力容器焊接规程 》 7、JB4744-2000《钢制压力容器产品焊接试板的 力学性能检验》 8、GB/T17261-1998 《钢制球形储罐型式与基本 参数》
加拿大。
预热及后热
球罐预热与后热一般由同一设备来完成。主 要采用火焰加热法和电加热法。 火焰加热法就是用细钢管做一套多嘴燃烧器， 以液化气或天然气做燃料进行燃烧来加热的。火 焰加热法简便易行、费用低，应用较多，但烟尘 大。
电加热法采用电阻丝做成电加热片，挂在被
焊的焊缝上，施焊前通电加热。费用高，应用少。
第二章
一、球罐结构
球罐结构与材料
球罐一般由球罐本体、支柱及附件等组成。 球壳板及支柱在有资质的制造厂完成制造。 1、球罐本体：一般由赤道板、温带板和极 板构成，包括直接与球壳焊接的接管和人孔 等。一般上下极带板中心个设置一个人孔。 2、球罐支柱：多采用与赤道板正切的支柱 支座，一般用钢管制成，数量为赤道板的
球罐毕业设计
球罐毕业设计球罐毕业设计一、引言球罐是一种广泛应用于工业领域的容器，它具有优异的密封性和耐压性能，被广泛用于储存和运输气体、液体等物质。
在工程设计中，球罐的设计是一个重要的环节，它直接关系到工程的安全性和可靠性。
本文将探讨球罐毕业设计的相关内容，包括设计原则、结构设计、材料选择等方面。
二、设计原则1. 安全性原则球罐设计的首要原则是确保其在使用过程中的安全性。
这包括对球罐内部压力、温度、材料强度等因素的综合考虑，以确保球罐在正常工作条件下不会发生泄漏、爆炸等事故。
2. 可靠性原则球罐设计需要具备良好的可靠性，即在设计寿命内能够保持其功能完整并满足使用要求。
这需要对球罐的结构强度、材料疲劳寿命等进行全面考虑，以确保球罐在长期使用过程中不会出现破损、变形等问题。
3. 经济性原则球罐设计需要在满足安全性和可靠性的前提下，尽可能降低成本。
这包括对球罐的结构设计进行优化，选择合适的材料和工艺，以降低制造成本并提高生产效率。
三、结构设计球罐的结构设计是球罐毕业设计中的重要环节，它直接关系到球罐的强度和稳定性。
常见的球罐结构设计包括球形罐体和球形罐盖两部分。
1. 球形罐体设计球形罐体是球罐的主要承载部分，它需要具备足够的强度和刚度以抵抗内部压力和外部荷载。
球形罐体的设计可以采用有限元分析等工程方法，对罐体的应力和变形进行计算和优化，以确保其在使用条件下不会发生破损和变形。
2. 球形罐盖设计球形罐盖是球罐的密封部分，它需要具备良好的密封性能，以防止气体、液体的泄漏。
球形罐盖的设计需要考虑到其与球形罐体的连接方式、密封材料的选择等因素，以确保罐盖与罐体之间的连接紧密可靠。
四、材料选择球罐的材料选择是球罐毕业设计中的关键环节，它直接关系到球罐的强度、耐腐蚀性和使用寿命。
常见的球罐材料包括碳钢、不锈钢、合金钢等。
1. 碳钢碳钢是一种常用的球罐材料，它具有良好的强度和可焊性，适用于一般工业场合。
然而，碳钢对于腐蚀性介质的耐蚀性较差，需要进行防腐处理。
球罐设计
第一章概论随着各国综合国力和科学水平的提高，球形容器的制造水平也正在高速发展。
近年来，我国在石油化工、合成氨、城市燃气的建设中，大型化球形容器得到了广泛应用。
例如：在石油、化工、冶金、城市煤气等工程中，球形容器被用于储存液化石油气、液化天然气、液氧、液氮、液氢、液氨、城市煤气、压缩空气等物料；在原子能发电站，球形容器也被用作核安全壳；在造纸厂被用作蒸煮球等。
总之随着工业的发展，球形容器的使用范围必将越来越广。
由于球形容器多数作为有压储存容器，故又称球形储罐。
本文重点介绍球形储罐的设计过程。
1.1球罐特点球罐与常用的圆形容器相比具有以下特点：a.球罐的表面积小，即在相同容量下球罐所需钢材面积最小；b.球罐壳板承载能力比圆筒形容器大一倍，即在相同直径、相同压力下采用同样钢板时，球罐的板厚只需圆筒形容器板厚的一半；c.球罐占地面积小，且可向空间高度发展，有利于地表面积的利用。
由于这些特点，再加上球罐基础简单、受风面小、外观漂亮，可用于工程环境等原因，使球罐的应用得到很大发展。
1.2球罐分类球罐按不同方式分类，如按储存温度、结构形式等。
按储存温度分类：球罐一般用于常温或低温，只有极个别场合，如造纸厂用的蒸煮球罐，使用温度高于常温。
a.常温球罐如液化石油气、氨、煤气、氧、氮等球罐。
一般说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。
常温球罐的设计温度大于-20℃。
b.低温球罐这类球罐的设计温度低于或等于-20℃，一般不低于-100℃。
压力属于中等。
c.深冷球罐设计温度在-100℃以下，往往在介质液化点以下储存，压力不高，有时为常压。
由于对保冷要求高，通常采用双层球壳。
按结构形式分类，按结构分有圆球形、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橘瓣式、足球瓣式、混合式三种。
圆球形按支撑方式有支柱式、裙座式两大类。
1.3球罐的设计参数球罐的主要设计参数为设计压力和设计温度。
这两个设计参数互相影响，对球罐的设计影响很大，对材料的选用起决定作用。
3000m3液化气球罐的优化设计—(毕业设计)
本科毕业设计说明书3000m3液化气球罐的优化设计THE OPTIMAL DESIGN OF 3000m3 LPG SPHERICALTANK学院（部）：专业班级：学生姓名：指导教师：年月日3000m3液化气球罐的优化设计摘要球形储罐作为一种有压储存容器，相对于一般圆筒形储存容器，具有用材少、受力情况好、占地面积小等显著优点，在石油、化工、冶金等领域广泛用于储存气体、液体或者液化气体。
本文设计了在常温下工作的3000m3的液化气球罐及其相应附件。
查阅相关资料后，确定采用16MnR钢作为球壳用钢，对其储罐形式进行了优化设计，计算比较后确定采用混合式三带球罐，支柱形式为赤道正切式，支柱根数为10根，拉杆采用可调式拉杆，根据相关设计标注进行结构设计和强度校核，最后完成相关附件的设计。
最终的成果为一张装配图和三张主要零件的零件图。
关键字：球形储罐，材料选择，结构优化，强度校核THE OPTIMAL DESIGN OF 3000m3 LPG SPHERICALTANKABSTRACTCompared to the general cylindrical storage container, the spherical tank is a kind of pressure storage containers with less material, good force, cover a small area, etc, which is widely used in storage of gases, liquids, or liquefied gas in petroleum, chemical industry, metallurgy and other fields.This paper designs the 3000㎡LPG spherical tank working at room temperature and its corresponding accessories. Referring to relevant data, I determine using 16 MnR steel as the steel spherical shell. The optimization design is carried out on the form of storage tank. After computation and comparison, I determine using hybrid three zones spherical tank with the pillar form of the equator tangent type, prop root number of 10, and adjustable draw-pole. The structure is designed and the strength is checked according to related design marks, and finally the design of the related accessories is completed. The final result of this study is a assembly drawing and three parts drawing of major parts.KEYWORDS: the spherical tank, material selection, structure optimization,strength chec目录摘要................................................ 错误!未定义书签。
第二章 球罐结构设计
第二章 球罐结构设计2.1 球壳球瓣结构尺寸计算 2.1.1 设计计算参数：球罐内径：D=12450mm []23341-表P几何容积：V=974m 3 公称容积：V 1=1000m 3球壳分带数：N=3 支柱根数：F=8各带球心角/分块数： 上极：112.5°/7 赤道：67.6°/16 下极：112.5°/7图 2-1混合式排板结构球罐2.1.2混合式结构排板的计算：1.符号说明：R--球罐半径6225 mm N--赤道分瓣数16 (看上图数的) α--赤道带周向球角22.5° （360/16）0β--赤道带球心角70° 1β--极中板球心角44° 2β--极侧板球心角11° 3β--极边板球心角22° 2赤道板（图2-2）尺寸计算：图2-2弧长L =1800βR π =18070622514.3⨯⨯=7601.4mm弦长L =2Rsin(20β)=2x6225×sin(270)=7141mm弧长1B =NR π2cos(20β)=1614.362252⨯x ×cos 270=2001.4mm弦长1B =2Rcos(20β)sin(2α)=2x6225×cos35sin 25.22=1989.6mm弧长2B =N R π2=1614.362252⨯x =2443.3mm弦长2B =2Rsin 2α=2x6225×sin(25.22）=2428.9mm弦长D =2R )2(cos )2(cos 1202αβ-=2x6225x )25.22(cos )270(cos 122- = 7413.0mm 弧长D =90R πarcsin(2R D )=903.14x6225arcsin(2x62257413.0) = 7936.4mm极板（图2-3）尺寸计算：图2-3对角线弧长与弦长最大间距： H=)2(sin 1212ββ++=)11244(sin 12++ = 1.139mm 1B = 2001.4L= 7601.41B= 6204.12B=7167.1 0D=9731.7弦长1B =H R )2sin(221ββ+=139.1)11244sin(62252+x x =5953.3mm弧长1B =90R πarcsin(2R B 1)=90622514.3x arcsin(2x62253.5953)=6204.1mm弦长0D =21B=2×6204.1=8774.0mm弧长0D =90R πarcsin(2R D )=903.14x6225arcsin(2x62258774)=9731.7mm弦长2B =2Rsin(212ββ+)=2x6225xsin(11244+)=6780.8mm 弧长2B =180)2(21ββ+R π=1802x11)(44622514.3+⨯⨯=7167.1mm(1)极中板（图2-4）尺寸计算：图2-4对角线弦长与弧长的最大间距： A=)2(sin )2(sin 121212βββ+-=0.979mm弧长2B =1801βR π=4778.0mm弦长2B =2Rsin(21β)=4663.9mm 弧长2L =180)2(R 21ββ+π=7167.1mm弦长2L =2Rsin(212ββ+)=6780.8mm弦长1L =A )2sin()2cos(2R 211βββ+=6421.9mm 弧长1L =90R πarcsin(R L 21)=6744.0mm1B= 4065.22B=4663.92L=7167.1 1L=6744.0弦长1B =AR )2cos()2sin(2211βββ+=3995.3mm弧长1B =90R πarcsin(2RB 1)=4065.2mm弦长D =2211B +L =7563.3mm弧长D =90R πarcsin(2R D )=8124.5mm(2)侧极板（图2-5）尺寸计算：图2-5弦长1L =2Rcos(21β)sin(212ββ+)/A=6421.9mm 弧长1L =90R πarcsin （R L 21）=6744.0mm弦长 2L =2Rsin(212ββ+)/H=5953.3mm弧长 2L =90Rπarcsin(R L 22)=6204.0mmK=2Rsin(21β)cos(212ββ+)/A=3995.3mm 式中 A.H 同前1ε=arcsin(R L 22)-arcsin （2RK ）=9.85mm弧长2B =1802βR π=1194.5mm弦长2B =2Rsin(22β)=1193.3mm1B= 1069.62B=1194.52L=5953.3 1L=6744.0弧长1B =1801επR =1069.6mm弦长D =21L L 1+B =6183.5mm弧长D =90R πarcsin(2R D)=6467.7mm4.极边板（图2-6）尺寸计算：图2-6弧长1L =2R πcos(2β)=8005.8mm弦长1L =2Rcos(20β)=7210.3mm弦长3L =2Rsin(222ββ+)/H=5953.3mm 弧长3L =90R πarcsin(2R L 3)=6204.1mm弧长2B =1802βR π=1194.5mm弦长2B =2Rsin(22β)=1193.3mm式中 2α=21800β--arcsin(R 2D 0)=10.2 M=22Rsin(212ββ+)/H=8419.23α=90°-2β+arcsin(RM2)=97.55 4α=2 arcsin[22sin(23α)]=64.25弧长1B =1802αR π=1107.6mm弦长1B =2Rsin(22α)=1106.7mm弦长D =3112L L B +=4600.2mm1B= 1107.62B=1194.5 3L=6204.11L=8005.8弧长D =90R πarcsin(2R D )=4709.4mm弧长2L =1804απR =6977.0mm 弦长2L =2Rsin(23α)=6621.3mm第四章 强度计算4.1球壳计算设计压力：1.6MPa设计温度：-20 — 40℃试验压力：1.6 + H*ρ*g*10-6 = 1.76MPa 壳壁厚度球壳材料采用1Gr17，σb =450MPa ，常温下许用应力为[σ]t =150MPa.[]14143-表P 取焊缝系数：φ=1.0[1]P110腐蚀裕量C 2=2mm ，钢板厚度负偏差C 1=0mm ， 故厚度附加量C=C 1+C 2=2mm.[]1363-表P液柱高度H ： H=K 1R=1.6084*6225=9960mm液体的静压力P=ρgH = 6225*9.8*9960*10-9 =0.061MP 计算压力：Pc = 1.76+0.061 = 1.821MP 球壳所需壁厚：δ1=CP D P ctc +-ϕσ][4[]84691-式P =35.2 + 2 = 37.2mm圆整可取δ=38mm4.2 接管和法兰的选择接管根据JBM0503-08选用DN25 DN40 DN50接管。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第二章 球罐结构设计球壳球瓣结构尺寸计算 设计计算参数：球罐内径：D=12450mm[]23341-表P几何容积：V=974m 3 公称容积：V 1=1000m 3球壳分带数：N=3 支柱根数：F=8 各带球心角/分块数： 上极：°/7 赤道：°/16 下极：°/7图 2-1混合式排板结构球罐混合式结构排板的计算：1.符号说明：R--球罐半径6225 mm N--赤道分瓣数16 (看上图数的) α--赤道带周向球角° （360/16）0β--赤道带球心角70° 1β--极中板球心角44° 2β--极侧板球心角11° 3β--极边板球心角22° 2赤道板（图2-2）尺寸计算：图2-2弧长L )=1800βR π =18070622514.3⨯⨯=弦长L =2Rsin(20β)=2x6225×sin(270)=7141mm弧长1B )=N R π2cos(20β)=1614.362252⨯x ×cos 270=弦长1B =2Rcos(20β)sin(2α)=2x6225×cos35sin 25.22=弧长2B )=N R π2=1614.362252⨯x =弦长2B =2Rsin 2α=2x6225×sin(25.22）=弦长D =2R )2(cos )2(cos 1202αβ-=2x6225x )25.22(cos )270(cos 122- = 弧长D )=90R πarcsin(2R D )=903.14x6225arcsin(2x62257413.0) =极板（图2-3）尺寸计算：图2-3对角线弧长与弦长最大间距： H=)2(sin 1212ββ++=)11244(sin 12++ = 1B )=L )=1B )=2B )= 0D )=弦长1B =H R )2sin(221ββ+=139.1)11244sin(62252+x x =弧长1B )=90R πarcsin(2R B 1)=90622514.3x arcsin(2x62253.5953)=弦长0D =21B )=2×=弧长0D )=90R πarcsin(2R D )=903.14x6225arcsin(2x62258774)=弦长2B =2Rsin(212ββ+)=2x6225xsin(11244+)= 弧长2B )=180)2(21ββ+R π=1802x11)(44622514.3+⨯⨯=(1)极中板（图2-4）尺寸计算：图2-4对角线弦长与弧长的最大间距： A=)2(sin )2(sin 121212βββ+-=弧长2B )=1801βR π=弦长2B =2Rsin(21β)= 弧长2L )=180)2(R 21ββ+π=弦长2L =2Rsin(212ββ+)=弦长1L =A )2sin()2cos(2R 211βββ+= 弧长1L )=90R πarcsin(R L 21)=1B )=2B )=2L )= 1L )=弦长1B =AR )2cos()2sin(2211βββ+=弧长1B )=90R πarcsin(2RB 1)=弦长D =2211B +L =弧长D )=90R πarcsin(2R D )=(2)侧极板（图2-5）尺寸计算：图2-5弦长1L =2Rcos(21β)sin(212ββ+)/A= 弧长1L )=90R πarcsin （R L 21）=弦长 2L =2Rsin(212ββ+)/H=弧长 2L =90Rπarcsin(R L 22)=K=2Rsin(21β)cos(212ββ+)/A= 式中 同前1ε=arcsin(R L 22)-arcsin （2RK ）=弧长2B )=1802βR π=弦长2B =2Rsin(22β)=1B )=2B )=2L )= 1L )=弧长1B )=1801επR =弦长D =21L L 1+B =弧长D )=90R πarcsin(2R D)=4.极边板（图2-6）尺寸计算：图2-6弧长1L )=2R πcos(2β)=弦长1L =2Rcos(2β)=弦长3L =2Rsin(222ββ+)/H=弧长3L )=90R πarcsin(2R L 3)=弧长2B )=1802βR π=弦长2B =2Rsin(22β)=式中 2α=21800β--arcsin(R 2D 0)= M=22Rsin(212ββ+)/H= 3α=90°-2β+arcsin(RM 2)= 4α=2 arcsin[22sin(23α)]=弧长1B =1802αR π=弦长1B =2Rsin(22α)=弦长D =3112L L B +=1B )=2B )= 3L )=1L )=弧长D )=90R πarcsin(2R D )=弧长2L =1804απR = 弦长2L =2Rsin(23α)=第四章 强度计算球壳计算设计压力：设计温度：-20 — 40℃试验压力： + H*ρ*g*10-6 = 壳壁厚度球壳材料采用1Gr17，σb =450MPa ，常温下许用应力为[σ]t =150MPa.[]14143-表P 取焊缝系数：φ=[1]P110腐蚀裕量C 2=2mm ，钢板厚度负偏差C 1=0mm ， 故厚度附加量C=C 1+C 2=2mm.[]1363-表P 液柱高度H ： H=K 1R=*6225=9960mm液体的静压力P=ρgH = 6225**9960*10-9 = 计算压力：Pc = + = 球壳所需壁厚：δ1=CP D P ctc +-ϕσ][4[]84691-式P = + 2 =圆整可取δ=38mm4.2 接管和法兰的选择接管根据JBM0503-08选用DN25 DN40 DN50接管。
法兰由JBT 81—1994选择。
4.3人孔尺寸 组合如下图所示：盘梯近似球面的螺旋形盘梯的设计计算R1 = R + δ+ t R1---假想圆球的半径；R = 6225mm----球罐的内半径δ= 38mm---球甲壁板厚度t = 200 —梯子或者顶平台与球面最小距离R1 =6225 + 38 + 200 = 6463mmR2max = (R12-(R+δ1– b1)2)δ1 = 5mm——顶平台板厚度b1 = 180mm——梯子侧板宽R2max =2273mmR2 <= R2max 选R2 =2000mmR2 ——顶部平台半径Z1 = b1 + (R12-R22)=b = 1500mm ——梯子宽度r = R12 + R1b + (b2 )2 - R222R1 + b= ——梯子中心回转半径|X0| = R12 + R1b + (b2 )2 + R222R1 + b= ——盘梯圆柱中心轴线与球心的距离X0在坐标中的值为负α终= arccos(rX0) =洒水孔t = 200R1= 6463 R2 =2000 r =α终=1000m3以上的中型球罐可设置内部转梯，本球罐采用内部转梯淋水管的洒水孔径为4mm以上球罐直径：D f = 12450mm壁厚t = 38mm设计压力P =球罐外表面： A = 4πR2 =洒水量 2 L/min*m2水流速度v = 2m/s = 120m/min水压：所需撒水量Q = * 2 = 980L/min*m2所需管径： D = 2d =* (4Qπv) = ≈11mm洒水孔数：算的N = ≈82个保冷措施：压力表压力表的最大刻度为正常运转压力的倍以上（不要超过3倍）取：最大刻度Mpa压力表表面直径应大于150mm压力表前应安装截止阀，以便于在仪表标校时可以取下压力表支柱拉杆球罐支座是球罐中用以支承本体质量和储存物料质量的结构部件，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。
支撑主要可分为柱式支撑和裙式支撑，此外，还有V型柱式支撑，三桩合一型柱式支撑，裙式支撑，锥底支撑，钢筋混凝土连续基础支撑，半埋式支撑，高架式支撑，可胀缩的支Q=980D=11N = 82个撑赤道正切柱式支座设计a)赤道正切柱式支座必须能够承受作用于球罐的各种载荷，支柱构建要由足够的强度和稳定性b)拉杆结构：拉杆是作为承受风载荷以及地震载荷的部件，增加球罐的稳定性而设置的，栏杆结构可分为可调式和固定式。
目前，国内自行建造的球罐和引进球罐的大部分采用可调式拉杆，本球罐的支承结构采用单层可调式拉杆结构，如图（3-13）1 -支柱2 - 支耳3 –长拉杆4 –调节螺母5 –段拉杆支柱外直径d0 = 526mm；内直径d1=506mm支柱计算长度L=8000mm支柱金属横截面积A：648096mm2支柱横截面的惯性矩：π64(d04-d14) = *108mm4基本雪压值q：550N/m2支柱材料：Ｑ２３５Ａ支柱材料屈服极限σs ：235Mpa支柱数目n: 8 根支柱载荷计算静载荷球壳质量计算：球壳平均直径：D=12450+42=12492mmM1 =πD2*δ*ρ=*124922x38x10-9x7900Kg/m3 ≈(吨)液体NH3 质量(装满M2 = 1000 x 625kg/m3 x10-9x ≈(吨)液压实验时液体的质量：M3=1000*1000Kg/m3 *=900吨雪压质量M4=（π/4g）D2 qCs*10-6= (吨)保温层质量M5=π(D+ t)2 tρ*10-9 +400 = 吨d0 = 526 d1=506 L=8000 N = 8φ= 30支柱和拉杆的质量：M6=吨 附件的质量：M7=吨操作状态下的球罐质量： M0 = M1+M2+M4+M5 +M7=吨 液压状态下的球罐的质量： Mf = M1+ M3+ M6+M7 = 吨 球罐最小质量Mmin = M1+M6+M7=吨球罐每根支柱承受的静载荷：G 0 =m 0g n = ++++*103*8 = 907480N 液压试验条件下：液压实验时液体的质量：M3=1000*1000Kg/m 3 *=900吨 Mt = M1+M3+M6+M7Gt = m t g n = +900++*103*8 = 1327吨 动载荷地震水平载荷拉杆影响系数：λ = 1 – (L 1L )2 (3-2L 1L ) = 1- (52009000 )2 (3-2x52009000 ) = 球罐中心处单位力引起的水平位移v = λL 12nEJ *103 =*800012*8*192000**108 *103 = *10-8 基本自震周期 T= 2πv m 0 = S设计地震烈度为7度，按表4-2，地震影响系数的最大值αmax = ，α= (T gT )αmax = 地震水平力Q z = C z αm 0g = **740800* = 303824N 风载荷球罐建造的基本风压值： q 0 = 600N/m 2 查表4-9，风压值高度变化系数f 1 = , 查表4-10，动载荷系数ξ= ，故风振系数k 2 = 1+m ξ= 水平风力：Q f = 14 π(D 0 + 2t)2 k 1k 2q 0f 1f 2*10-8=14 **(12450 + 2*65)2 **600***10-6 = 50933N Q z > Q f 取水平载荷F = Q z = 303824N 推到弯矩形成的支柱垂直力 推到弯矩：M=FL 2 = 303824* 2500 = ×108 N*mm 由M 对各支柱产生的垂直力 F i = Mcos θi ηRη= n 2Fa = 错误!= 30522N Fb = 错误!= 21579N Fc = 错误!= 0N剪切力形成的支柱垂直载荷 如图4-8， 水平力F 的方向为A 向，拉杆构架的方为角θAB =，θAC = 于是： C ij = L 2Fsin θijnRsin 180 nC ab =5500* 303824*8*6225sin 180 8= 33555NC bc =5500* 303824*8*6225sin 180 8 =80410NT ijmax = C ijmax cos α= 80410N5500 6225=拉杆直径： d=2(T ijmaxπ[α])+C = 2(错误!) + 2 =取拉杆直径为φ30mm连接部位强度计算支柱与拉杆，支柱与球壳以及支柱底座等结构图4-13 图4-15相同销钉、耳板销钉直径的计算 销钉材料选用Q235-A 钢 d 销 =( 2T ijmax π[τ])= ( 错误!) =取销钉直径为φ25mm耳板和翼板厚度计算 耳板和翼板都选用Q235-A 钢。