球形燃气储罐的安装

球形燃气储罐的安装

2005-12-29

一、球形储罐的构造与系列

(一)球形储罐的构造

球形储罐由球罐本体、接管、支承、梯子、平台和其他附件组成，如图6—3—1所示。

图6-3-1 球形储罐构造

1．球罐本体

球罐奉体的形状是一个球壳，球壳由数个环带组对而成。《球形储罐基本参数》(JBlll7—82)按公称容积及国产球壳板供应情况将球罐分为三带(50m3)、五带(120～1000mm3)和七带(2000～500 0m3)，各环带按地球纬度的气温分布情况相应取名，三带取名为上极带(北极带)、赤道带和下极带(南极带)；五带取名是在三带取名基础上增加上温带(北温带)和下温带(南温带)；七带取名则是五带取名基础上增加上寒带(北寒带)和下寒带(南寒带)。图6—3—l所示为五带名称示意图。每一环带由一定数量的球壳板组对而成。组对时，球壳板焊缝的分布应以“T”形为主，也可以呈“Y”或“十”形。

2．接管与入孔

接管是指根据储气工艺的需要在球壳上开孔，从开孔处接出管子。例如，液化石油气球型储罐的气相和液相的进出管、回流管、排污管、放散管、各种仪表和阀件的接管等。除特殊情况外，所有接管应尽量设在上、下极带板上。

接管开孔处是应力集中的部位，壳体上开孔后，在壳体与接管连接处周围应进行补强。对于钢板厚度不超过25mm的开孔，当材质为低碳钢时，由于其缺口韧性及抗裂缝性良好，常采用补强板型式(图6—3—2)。补强板制作简单，造价低，但缺点是结构形式覆盖焊缝，其焊接部位无法检查，内部缺陷很难发现。当钢板厚度超过25mm，或采用高强度钢板时，为了避免钢板厚度急剧变化所带来的应力分布不均匀，以及使焊接部位易于检查，多采用厚壁管插入型式(图6—3—3)。也可采用锻件型式(图6—3—6)。

3．支承

球罐的支承不但要支承球罐本体、接管、梯子，平台和其他附件的重量，而且还需承受水压试

验时罐内水的重量、风荷载、地震荷载，以及支承间的拉杆荷载等。

支承的结构形式很多，下面简单介绍燃气工程常用的几种支承。

(1)赤道正切柱式支承(见图6—3—1)

球罐总重量由等距离布置的多根支柱支承，支柱正切于赤道圈，故赤道圈上的支承力与球壳体相切，受力情况较好。支柱间设有拉杆，拉杆的作用主要是为了承受地震力及风力等所产生的水平荷载。

赤道正切柱式支承能较好地承受热膨胀和各类荷载所产生的变形，便于组装、操作和检修，是国内外应用最为广泛的支承型式。

支柱本身构造如图6—3—7所示，一般由上、下两段钢管组成，现场焊接组装。上段均带有一块赤道带球壳板，上端管口用支柱帽焊接封堵。下段带有底板，底板上开有地脚螺栓孔，用地脚螺栓与支柱基础连接。

图6-3-7 支柱构造

支柱焊接在赤道带上．焊缝承受全部荷载。凶此，焊缝必须有足够的长度和强度。当球罐直径

较大，而球壳壁较薄时，为使地震力或风荷载的水平力能很好地传递到支柱上，应在赤道带安装加强圈。

(2)V型柱式支承(图6—3—8)

图6-3-8 V型柱式支承

柱子之间等距离与赤道圈相切，支承载荷在赤道区域上均匀分布，且与球壳体相切。支柱在垂直方向与球壳切线倾斜2°～3°，这样可产生一个向心水平分力，可增强与基础之间的稳定性。此种结构自身能承受地震力和风力产生的水平荷载，支柱间不需要拉杆连接。但是，现场组装应严格按设计条件进行。

(3)半埋式支座(图6—3—9)

图6-3-9 半埋式支座

赤道正切柱式支承的球罐，其稳定性不够理想。半埋式支座是将球体支承于钢筋混凝土筑成基础上，混凝土基础外径一般不小于球罐的半径，呈半埋状态。为了在球罐下极带上开孔接管，可在基础中心留有一个圆形的孔洞。

半埋式支座受力均匀，稳定性好，节省钢材，但相应增加了钢筋混凝土工程量。

(4)高架式支承(图6—3—10)

图6-3-10 高架式支承

高架式支承本身可以做成容器，因此，可合理利用钢板和空间，减小占地。但球罐的施工安装较困难，受吊装能力所限，球罐不可能大型化。

3．球壳板的画线下料

由于球面是不可展开的曲面，因此无论采用何种放样方法都是近似的，而且钢板在成型加工过程中，还会产生一定量的延伸变形，中心部分被拉伸，四角受到压缩。因此下料时一定要考虑材质、板厚、毛坯尺寸、成型加工方法、加热温度和加热次数对延伸变形的影响。为了保证球壳板尺寸的准确性，一般采用两次切割下料，即毛坯尺寸下料和成型后的二次准确下料。

(1)毛坯尺寸下料(一次下料)

根据展开尺寸，考虑各种影响变形的因素，按下料时各边留出20～30mm的加工余量，作出毛坯下料样板进行画线下料。

也可以将同一种球壳板的计算数据输入XY数控切割机，进行自动切割。数据切割方法可以省略样板，但其周边曲线尺寸仍然是近似的。

(2)二次准确下料(成型下料)

毛坯经成型加工，曲率合乎要求后，进行二次准确下料。二次下料的切割线可采用球面样板(图6—3—15)画出，以得到尺寸准确的球壳板。球壳板的切割可在弧形格板胎具上进行(图6—3—16)。

胎具由弧形格板与支架构成，弧形格板组成的球形弧面与被加工的球壳板曲率完全符合。因此，同一胎具可以切割同一球罐上的所有球壳板，割炬自行小车可在相同弧形轨道上运动。球壳板的二次下料可与坡口切割合并为同一工序进行。

图6-3-15 球面样板结构

图6-3-16 切割球壳板的胎具

球罐的上下极板一般由两块以上的球壳板拼接而成。因此，实际上要进行三次下料，—次下料分块切割毛坯，二次下料将球壳板拼接处开出坡口，拼焊成圆，第三次下料切割成精确的极板尺寸，并加工出坡口。

(二)球壳板的成型

球壳板的成型方法有冲压成型和滚压成型两大类。目前我国多采用冲压成型，冲压成型又分为冷压成型和热压成型。

1．热压成型

热压成型一般是将球壳板毛坯放入加热炉加热到塑性变形温度，然后取出放在冲压机上，用模具一次冲压成型。加热炉应能一次加热若干块毛坯，以保证连续冲压。若多次加热，多次冲压，将会影响钢板性能，使钢板多次出现氧化皮，板厚减薄量过大。

热压成型速度快，冲压成型容易，可以减少内应力和冷压效应的产生，但加热温度不能过高，毛坯各点温度应均匀一致，以保证压形均匀。

2．冷压成型

冷压成型就是钢板在常温状态下，经冲压变形成为球面壳板的过程。冷压成型一般采用小模具多压点的点压法，压型顺序如图6—3—17所示。由壳板的一端开始冲击，按顺序排列压点，相邻两压点之间应相互有1／2至2／3的重压率，以保证两压点之间成型过渡圆滑，成型应力分布均匀，并可减小成型后的自然变形。

坡口切割多数使用氧炔火焰，所以应特别注意保证坡口表面的平面度，光洁度以及坡门尺寸的精确。

(四)消除应力处理

对于焊接入孔或管口的上下极板，以及带支柱的赤道板，焊接残余应力很大。据实验测定，焊接应力集中甚至可能接近或超过钢板的屈服极限，因此必须进行消除应力处理，以改善其机械性能。

消除应力处理一般是将需处理的球壳板放在大型热处理炉中进行。炉中必须设有防止变形的专用托架，托架曲率应与球壳板一致。根据钢板的性质，严格按予先制定的工艺要求进行热处理。处理后需对球壳板进行曲率检查，如有变形，应在冲压机上进行校正。