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。手工电弧焊可根据不同结构采用J502、J506、J507焊条，自动焊焊剂可采用HJ431，焊丝应根据板厚及坡口形式不同采用H08A（不开坡口，单层焊），H08MnA、H10Mn2（开破口、多层焊）等。采用电渣焊时，焊丝用H08MnMoA，H10Mn2等，配以HJ360或HJ431等焊剂，电渣焊后，一般采用900-930正火加600-650回火处理。

15MnV、15MnVR：强度390MPa级的合金钢，该钢具有较好的综合性能，一般情况下在热轧状态下使用，但该钢的塑性和低温冲击性较碳钢及16Mn低，且波动较大。还具有较大的缺口敏感性，时效性也比16Mn大，，当剪切厚度大于25mm时，冷剪边缘易产生裂纹，在随后冷卷过程中还可能出现扩展脆裂的可能，在冷冲压时，会出现局部变形。

焊接性良好，可采用手工焊、自动焊及电渣焊，对于厚大件焊后宜进行消除应力处理，手工焊可采用J502、J506、J507、J556、J557焊条。自动焊焊丝采用H08Mn2A、H10MnSi、

H08MnMoA。焊剂可采用HJ431、HJ350。

13MnNiMoNbR：从德国引进的一个钢种，可承受不超过400的各种焊接或者承压部件，在一定的工艺条件下，钢的可焊性良好。

CF-62、07MnCrMoVR、07MnCrMoVDR：高强度低裂纹敏感性钢种，从日本引进，由武汉钢厂试生产。目前这两种钢在我国仍处于试应用阶段，还存在一些问题，化学成分还有进一步调整。

钢板的使用规定：要求在正火状态下交货的钢板：

（1）制造壳体的厚度大于30mm的20R和16MnR

（2）制造管板、法兰，平盖用的厚度大于50mm的20R和19MnR钢板

（3）厚度大于16mm的15MnVR

综上所述，球壳用刚选用16MnR

许用应力：[]σ=163MPa,弹性模量：E=209×310MPa

支柱用刚选用16Mn

二 球罐整体设计计算

1球壳的设计 1.1 计算压力

设计压力：p ＝2.2 MPa

球壳各带的物料液柱高度： h1＝ 0mm h2＝ 1212mm h3＝ 8340mm h4＝ 11770mm h5＝ 12626mm

物料密度：ρ2＝453 kg/m3 (天然气密度为0.42～0.46 kg/m3) 重力加速度：g ＝9.81 m/s2 球壳各带的计算压力： 9210-⨯+=g g h p p i ci MPa =1c p 2.2×910-MPa

=2c p 0.69+1212×453×9.81×910-=0.6954MPa =3c p 0.69+8340×453×9.81×910-=0.727MPa =4c p 0.69+11770×453×9.81×910-=0.745MPa =5c p 0.69+12626×453×9.81×910-=0.746MPa

1.2 球壳各带的厚度计算

球壳内直径：Di ＝15700 mm

设计温度下球壳材料07MnNiCrMoVDR 的许用应力：［σ]t ＝163 MPa 焊缝系数：φ＝1

厚度附加量：C ＝C1＋C2＝1.0＋1＝2.0mm

[]=+-=

C p

D p c t

t

c d 1

114φσδ63.18269.0116341570069.0=+-⨯⨯⨯mm []=+-=C p D p c t

t

c d 2

224φσδ82.1826954

.0.01163415700

69.0=+-⨯⨯⨯mm

[]=+-=

C p

D p c t

t

c d 3

334φσδ5.192727.0116341570069.0=+-⨯⨯⨯mm