sphere球罐讲义课件讲解

压力容器设计工程师培训教材

目 录

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24.1 型式 (TYPE)

24.2 球壳板 (SHELL PLATES) 24.3 装量高度 (FILLING HEIGHT) 24.4 标准 (STANDARD) 24.5 设计 (DESIGN) 24.6 材料 (MATERIAL)

24.7 零部件﹑附件 (PARTS, ATTACHMENTS)

•24.8球壳板成形(FORMING OF SHELL PETALS)

•24.9组焊(ASSEMBLY WELDING) •24.10无损检测(NONDESTRUCTIVE EXAMINATION)

•24.11焊后整体热处理(POSTWELD HEAD TREATMENT FOR

COMPLETED TANK AS A WHOLE) •24.12产品焊接试板(PRODUCT WELDED TEST COUPON)

•24.13压力试验和气密性试验(STATIC PRESSURE TEST AND PNEUMATIC TEST)

•24.14特种球罐(SPHERICAL TANK FOR SPECIAL PURPOSE)

24.1型式 (a)桔瓣式 (b)足球瓣式 图24-1 球壳板结构型式(c)混合式 表24.1 1000m3桔瓣式与混合式球罐比较表

球壳分带数53534支柱根数88810810焊缝长度(m)352272型式桔瓣式混合式桔瓣式GB/T17261混合式总块数542854663054各带分块数3+16+16+16+37+14+73+16+16+16+33+20+20+20+37+16+77+20+20+7引进罐24.2球壳板

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球壳板设计要点﹕

(1)球壳板的几何尺寸应尽可能大。

(2)选择合适的钢板规格,提高板材利用率。 (3)规格要少,互换性要好。 (4)相邻带纵焊缝应相互错开。

(5)焊缝布局应均匀,减少装配应力﹑拘束应力与残余应力。

•(6)必须考虑压机及起重能力。

图24-2 引进1000m3丙烯罐俯视图

表24.2-1 1900m3乙烯罐下料表

名称赤道板温带板极中板极侧板面积总和(m2)块数204024球壳板尺寸长x宽(弧长)mm6047.6x2237.66047.6x2237.6原材料钢板尺寸长x宽,mm6155x2450 (20块)6250x3515 (20块)6085x3055 (2块)5330x3065 (2块)810.83746表24.2-2 国外某公司液体球罐球壳板分割表

公称容积(m)4005006007008009001000150020002500300035004000500060003内径 (mm)9150985010500110501155012000124501425015650168501790018850197002125022550L各带板数M––––––––––1821242424N––––––––––––––24型式AAAABBBBBBCDDDES1909090906060707070801050505040各带球心角°S2303030302424222222204022.52527.530S3303030302424222220201817161520S4––––––––––1817161514S5––––––––––––––14支柱数量6666888810121214161616焊缝长度(m)154.4166.2177.1186.4224.5233.3274.5314.2335.5402.9494.6513.6708.7775.5892.5121212121212161615181821242424表24.2-2附图-球罐型式

24.3 装量高度

球罐装量系数与装量高度关系: 装量系数K系球缺体积V´与壳体积V之比值:

H2(RiH KV'3)V433Ri令:装量系数K相对应的装量高度H为:H=kD为装量高度系数i

k,则:K=3k2-2k3 例:1000m3丙烯球罐,内径

Di=12300mm,装量系数K=0.9,求装量高度?

解:查表24.3:K=0.9得 k=0.8042则其装量高度为:

H=kDi=0.8042x12300=9891.66mm

Di H 表24.3 装量系数K与装量高度系数k的关系

K0.500.510.520.530.540.550.560.570.580.59k0.50000.50670.51330.52000.53670.53340.54010.54680.55350.5603K0.600.610.620.630.640.650.660.670.680.69k0.56710.57390.58070.58760.59450.60140.60840.61540.62250.6296K0.700.710.720.730.740.750.760.770.780.79k0.63680.64400.65130.65870.66610.67360.68130.68900.69680.7048K0.800.810.820.830.840.850.860.870.880.89k0.71290.72110.72940.73800.74670.75560.76470.77410.78380.7938K0.900.910.920.930.940.950.960.970.980.99k0.80420.81500.82630.83830.85100.86460.87960.89640.91600.941124.4 标准

表23.4-1 GB12337与GB50094比较表

序号项目编制颁发GB12337-1998全国压力容器标准化技术委员会提出国家质量技术监督局发布P=4MPaV≥50m3桔瓣或混合式支柱支撑碳钢或低合金钢制球形储罐设计﹑制造﹑组焊﹑检验与验收GB50094-98建设部编制建设部与国家技术监督局联合发布0.1MPa≤P≤4MPaV≥50m3桔瓣或混合式支柱支撑碳钢或低合金钢制球形储罐仅从现场施工出发,规定了施工与验收要求1 2适用范围3内容表24.4-2 GB12337与GB50094控制值的差异

序号123456项 目支柱安装找正后,H≤8m时,在球罐径向和周向两个方向的垂直允许偏差Δmm碳素钢球壳对接接头应进行100%射线或超声检测的厚度mm碳素钢应进行焊后热处理的厚度mm20R 16MnR热处理工艺 ℃热处理升降温控制起始点 ℃压力试验时对液体温度要求 ℃GB12337-1998Δ≤10GB50094-98Δ≤12δ>30δn>32625±25400≮5δ>38δn>34600±25300≮024.5设计

•球罐设计时应考虑以下载荷:

•(1) 压力﹔

•(2) 液体静压力﹔

•(3) 球罐自重（包括内件）以及正常工作条件下或压力试验状态下内装物料的重力载荷﹔

•(4) 附属设备与隔热材料﹑管道﹑支柱﹑拉杆﹑梯子﹑平台等的重力载荷﹔ •(5) 风载荷,地震载荷,雪载荷。

球罐因结构的对称性和形状特点,质量可近似地集中于球壳中心,故球罐可视为单自由度体系。因为球罐在脉动情况下按剪切型振动,即结构在水平力作用下,整个体系会产生平移,球罐本身不发生偏转,所以求解球罐在水平力作用下的位移便可转化为求支柱在该力作用下的位移问题。风力及地震力等水平力的合力Fmax通过球心,该合力在赤道平面上由几根支柱分担,各支柱受力可能不同,但其合力一定是水平力Fmax。当支柱在水平力Fmax作用下发生位移时,拉杆将被拉长或压短,从而限制了支柱的位移。支柱的地脚螺栓使其底部不产生水平位移及转角,即相当于固定端支承,支柱便相当于悬臂梁。 当支柱底板与基础的摩擦力Fs大于等于拉杆作用在支柱上的水平力Fc时,理论上球罐不需设置地脚螺栓,但为了固定球罐位置,规定应设置一定数量的定位地脚螺栓。表24.5 球罐设计中应校核的内容序号1内容设计温度下球壳的计算应力操作状态下液压试验状态下公式Pci(Die)ttø4eW0pA备注tPci计算压力包括液柱静压力 MPa设计温度下球壳材料许用应力MPamM0W0Z(10.8)WEXc支柱2稳定性WTpAmM0WTZ(10.8)WEXc支柱材料许用应力scc1.5，MPaB地脚螺栓材料许用，MPa3地脚螺栓的螺纹小径dB1.13FcFsndB2CB剪应力B0.4s4底板厚度b3bcLbbCbb应力底板材料许用弯曲bs1.5，MPa拉杆螺纹小径d1.13TFrCT拉杆材料许用应力销子直径dp0.8FTpTr，MPa1.5 p销子材料的许用p0.4s，MPa耳板材料许用应力cs剪应力耳板厚度cdpc5拉杆翼板厚度c's1.5，MPacsa2s's翼板材料的屈服点 MPaFT耳板W与支1.41L1S1柱的焊缝强焊缝FT拉杆w度2.82L2S2与翼板的焊缝w焊缝材料的许用剪，MPa应力w0.4sww焊缝的许用剪应力0.4s，MPa67操作010t状态下支柱与球壳连接最低点液压10.9sa的应力试验状态下W支柱与球壳连接焊ww1.41LwS缝的强度校核ts设计温度下球壳材料许用应力MPa试验温度下球壳材料的屈服点,MPaw焊缝的许用剪应力w0.4sa，MPa24.6材料

表24.6-1 钢板的标准﹑使用状态

钢号钢板标准使用状态厚度20R16MnR15MnNbR07MnCrMoVR16MnDR07MnNiCrMoVDRGB6654δ≤30 热轧δ>30 正火6-1006-120正火10-60调质16-50GB3531正火6-100调质16-50 表24.6-2 WHD1和WHD4标准及实物性能值

牌号标准值实物值①标准值交货状态正火厚度mm﹥16~36﹥36~6026~48正火或正火+回火10~16﹥16~36﹥36~6012~65бbMPa470~600450~580505~595440~560430~550430~550450~530бSMPa≥295≥275350~460≥300≥280≥270345~405δS%≥2122~36≥2326~41AKV℃-40-40-70-70J≥3461~167≥3142~248WHD1WHD4实物值②注 ①随机抽取143批 ②随机抽取205批球罐的设计温度低于或等于-20℃时钢板的使用状态及最低冲击试验温度应符合表24.6-4的规定。

表24.6-4 低温时钢板的使用状态及最低冲击试验温度

钢号16MnR15MnNbR07MnCrMoVR16MnDR07MnNiCrMoVDR使用状态热轧正火正火调质正火调质厚度mm6～256～12010～6010～506～36>36～100>36～100最低冲击试验温度℃-20-40-30-40 表24.6-5 按球壳用钢选取锻件钢号

球壳钢号锻件钢号锻件标准20R2016MnR16MnJB472615MnNbR20MnMo16MnDR16MnD07MnNiCrMoVDR08MnNiCrMoVDJB472724.7零部件﹑附件

球罐除球壳板外,通常还有人孔﹑接管﹑支柱﹑拉杆﹑平台﹑梯子﹑安全附件等组成。 •24.7.1人孔﹑接管 •24.7.2支柱﹑拉杆 •24.7.3平台﹑梯子 •24.7.4隔热﹑保冷 •

24.7.5附件

图24.7-1 支柱与壳体连接形式

图24.7-1 支柱与壳体连接形式 24.7-2 支柱各部分名称 图

图24.7-3 拉杆结构形式

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

裂纹试验

•裂纹试验国内一般采用Y型﹑斜Y型﹑窗形拘束三种方法。Y型坡口焊缝裂纹试验的坡口型式见图24.9,试验方法参照GB4675.1《斜Y型坡口焊接裂纹试验方法》,主要用来评价熔敷金属根部冷裂纹倾向,裂纹率应为零。斜Y坡口焊接试验又称小铁研试验,是一种苛刻的抗裂试验,试验目的是检查焊缝热影响区断面裂纹﹑纵向裂纹的敏感性,由于其拘束度大,日本铃木春等人认为:只要该试验焊缝表面

•裂纹率小于20%,实际构件焊接时就不会产生冷裂纹(不包括定位焊﹑短段焊和补焊) 。但是人们习惯上仍试验焊道表面和断面裂纹率为零作为不出现冷裂纹的依据。窗形拘束试验模拟了球罐的高拘束度,主要用于评价高强度钢多层焊时焊缝产生横向裂纹的敏感性,其结果可验证施工工艺的正确性,所以球壳板厚度大于25mm时,一般还需做窗形拘束裂纹试验。

图 24.9 Y型坡口 24.14特种球罐

24.14.124.14.224.14.324.14.424.14.5液化石油气球罐 液氨球罐 氧气球罐 天然气球罐 低温球罐

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图24.14 HAZ硬度,H2S浓度与裂纹关系