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機械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計
畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書
學(xué) 院： 機械工程學(xué)院
題 目： 1000m3天然氣球罐設(shè)計
論文 (設(shè)計) 內(nèi)容及要求：
一、畢業(yè)設(shè)計（論文）原始依據(jù)
裝置參數(shù)：
工作壓力1.6MPa
操作溫度40℃
物料:天然氣
全容積 1000m3
二、畢業(yè)設(shè)計（論文）主要內(nèi)容
設(shè)計圖紙折合0#圖3張以上（其中手工繪圖不少于1張1#圖）。設(shè)計說明書12000字以上，并有2000～3000字的外文文獻翻譯和300字左右中英文摘要。
三、畢業(yè)設(shè)計（論文）基本要求
設(shè)計符合最新國家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計圖樣達到工程設(shè)計施工圖水平。
四、畢業(yè)設(shè)計（論文）進度安排
2013.1.7---2013.1.14 文獻查閱
2013.1.14----2013.16 開題報告
2013.3.1----2013.4.1 總體設(shè)計
2013.4.2---2013.5.1 強度校核
213.5.1----2013.6.1 畫圖及編寫說明書
五、主要參考文獻
《化工設(shè)備設(shè)計全書（球罐）》
GB12337-1998《鋼制球形儲罐》
GB150-1998《鋼制壓力容器》
指導(dǎo)老師：
年 月 日
本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
設(shè)計（論文）題目
1000m3天然氣球罐設(shè)計
設(shè)計（論文）題目來源
自選課題
設(shè)計（論文）題目類型
工程設(shè)計
起止時間
2013.1.7～ 2013.6.8
一、 設(shè)計（論文）依據(jù)及研究意義：
天然氣的一大優(yōu)勢在于環(huán)保，其含硫、粉塵及其它有害物質(zhì)的比重很低，對溫室效應(yīng)的影響較低；同時天然氣的經(jīng)濟適用性相比其它燃料也有一定優(yōu)勢，能極大為人們節(jié)省更多的能源;天然氣還有一個很重要的優(yōu)點在于它的穩(wěn)定性及安全性，為人們的生活帶來極大的方便。
與常用的圓筒形容器相比球罐具有以下優(yōu)勢：
對比表面積與占地面積方面，球罐都比較小，這就代表在同等條件下球罐的空間要求較小和耗材量較小，這樣有利于資源的充分利用。
（2）對于承載能力方面球罐同樣占有一定優(yōu)勢，即在材料相同、直徑相當(dāng)、內(nèi)壓相同等情況下，圓筒形容器所需的厚度為球罐容器的2倍，所以球罐容器具有節(jié)省材料的優(yōu)點。
二、 設(shè)計（論文）主要研究的內(nèi)容、預(yù)期目標(biāo)（技術(shù)方案、路線）：
1000立方米天然氣球罐為本次的設(shè)計任務(wù)
其主要任務(wù)：
（1） 球罐的工藝設(shè)計：計算并設(shè)計內(nèi)徑、壁厚、地腳螺栓、拉桿及支柱等，并對其進行強度計算及校核，繪制圖紙等。
（2） 技術(shù)構(gòu)思與實踐：第一步先選擇合適的材料，接下來計算球罐的尺寸，然后進行強度計算并校核。
三、設(shè)計（論文）的研究重點及難點：
重點是：
球罐的尺寸計算和確定以及強度計算和校核。
難點是：
由于本次設(shè)計的球罐為高壓儲罐而且考慮了各種載荷，其難點是對球殼以及一些球罐附件件的強度計算及校核。
四、設(shè)計（論文）研究方法及步驟（進度安排）：
1月7日至1月9日：搜集一些與球罐相關(guān)的知識，對其有一個大致的了解；
1月9日至1月14日：對所要進行的設(shè)計有一個整體構(gòu)思，整理相關(guān)文獻；
1月14日至1月16日：編寫開題報告并，為設(shè)計打好基礎(chǔ)；
3月1日至4月1日：計算所需的數(shù)據(jù)，進行總體設(shè)計；
4月2日至5月1日；進行強度校核；
5月1日至6月1日：繪圖，最后完成設(shè)計說明書。
五、進行設(shè)計（論文）所需條件：
1、準(zhǔn)備好相關(guān)重要文獻：
《化工設(shè)備設(shè)計全書（球罐）》
GB12337-1998《鋼制球形儲罐》
GB150-1998《鋼制壓力容器》
2、在網(wǎng)上搜集與天然氣有關(guān)的文獻及資料。
2、認(rèn)真學(xué)習(xí)球罐相關(guān)知識并了解其基本結(jié)構(gòu)。
3、整理設(shè)計思路及方案，準(zhǔn)備所需要的東西。
六、指導(dǎo)教師意見：
簽名： 年 月 日
1000立方米天然氣球罐設(shè)計
摘要：近來年，由于科技的飛速發(fā)展，球罐的制造工藝水平也逐步提升。我國的大型球罐容器也在這個時期得到廣泛應(yīng)用，例如石油化工和城市燃?xì)獾裙こ探ㄔO(shè)中。此次球罐設(shè)計主要分為兩個主要部分，首先詳細(xì)進行球罐的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計，然后附上相關(guān)外文文獻及對應(yīng)的中文翻譯。本次球罐的設(shè)計壓力大小為1.6MPa，操作溫度為40℃，設(shè)計的厚度為38mm,其中球殼材料選用16MnR，支柱的支承形式采用赤道正切式支柱的形式。耐壓試驗選擇水壓試驗，其試驗壓力值為1.7MPa。為了保證球罐有足夠的穩(wěn)定性，應(yīng)采用拉桿連接形式，球殼采用三帶混合方式，這樣才能保證承受一定的風(fēng)載荷與地震在和，同時也能確保罐體的制造質(zhì)量也便于球罐的平衡性調(diào)節(jié)。
關(guān)鍵詞：球罐，壓力，校核，調(diào)節(jié)。
I
1000立方米天然氣球罐設(shè)計
Abstract：In recent years, due to the rapid development of science and technology, manufacturing technology level also gradually improve the spherical tank. Large spherical tank containers in China is also widely used in this period, such as the petrochemical industry and city gas engineering.The spherical tank design consists of two main parts, the first detailed structure design of spherical tanks, and then attach the relevant foreign language documents and the corresponding Chinese translation. The size of the spherical tank design pressure is 1.6MPa, temperature is 40 ℃, the design of the thickness of 38mm, 16MnR selects the shell material, supporting pillar by pillar form equatorial tangent. Pressure test to choose hydraulic pressure test, the test pressure is 1.7MPa. In order to ensure the spherical tank has enough stability, should use the rod connecting forms, spherical shell with three with mixed mode, so as to ensure that under certain wind load and earthquake in and, adjusting balance can also ensure the manufacturing quality of tank for spherical tank.
Keywords: tank, pressure, check, adjustment
II
畢業(yè)設(shè)計(論文)
題 目 1000m3天然氣球罐設(shè)計
學(xué)院名稱 機械工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(論文)綜述報告
題 目 1000m3 大型球罐設(shè)計
學(xué)院名稱 機械工程學(xué)院
1. 本設(shè)計（課題）研究的目的和意義
球罐為大容量、承壓的球形儲存容器，廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金等部門，它可以用來作為液化石油氣、液化天然。
球罐一種鋼制容器設(shè)備。在石油煉制工業(yè)和石油化工中主要用于貯存和運輸液態(tài)或氣態(tài)物料。操作溫度一般為-50～50℃,操作壓力一般在3MPa以下。球罐與圓筒容器（即一般貯罐）相比，在相同直徑和壓力下，殼壁厚度僅為圓筒容器的一半，鋼材用量省，且占地較小，基礎(chǔ)工程簡單。但球罐的制造、焊接和組裝要求很嚴(yán)，檢驗工作量大，制造費用較高。球罐的形狀有圓球型和橢球型。絕大多數(shù)為單層球殼。低溫低壓下貯存液化氣體時則采用雙重球殼，兩層球殼間填以絕熱材料。采用最廣泛的為單層圓球型球罐（見彩圖）。球殼是由多塊壓制成球面的球瓣以橘瓣式分瓣法、足球式分瓣法或足球橘瓣混合式分瓣法組焊而成。球罐的支撐結(jié)構(gòu)最常見的為赤道正切式，其次為對稱式、裙座式、半埋地式和盆式。制造球罐的材料要求強度高，塑性特別是沖韌性要好，可焊性及加工工藝性能優(yōu)良。球罐的焊接、熱處理及質(zhì)量檢驗技術(shù)是保證質(zhì)量的關(guān)鍵。
2. 本設(shè)計（課題）國內(nèi)外研究歷史與現(xiàn)狀
隨著世界各國綜合國力和科學(xué)技術(shù)水平的提高，球形容器的制造水平也正在高速發(fā)展。近年來，我國在石油化工、合成氨、城市燃?xì)獾慕ㄔO(shè)中，大型化球形容器得到了廣泛應(yīng)用。例如：在石油、化工、冶金、城市煤氣等工程中，球形容器被用于儲存液化石油氣、液化天然氣、液氧、液氮、液氫、液氨、氧氣、氮氣、天然氣、城市煤氣、；壓縮空氣等物料；在原子能發(fā)電站，球形容器被用作核安全殼；在造紙廠被用作蒸煮球等?？傊?，隨著工業(yè)的發(fā)展，球形容器的使用范圍必將越來越廣泛。
3. 目前存在的主要問題
球罐的選材、支座的選擇、裙座設(shè)計、開孔補強設(shè)計、墊片以及焊接材料的選擇。
4. 本設(shè)計（課題）擬解決的關(guān)鍵問題和研究方法
本設(shè)計的重點是：
筒體和封頭、開孔及補強等尺寸計算，以及強度計算和校核。
難點是：
由于本次設(shè)計的球罐考慮了各種載荷，其難點是對罐體以及一些塔罐件的強度計算及校核。
研究方法：封頭選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，支座選擇柱式支座，開孔補強用補強圈補強等，并且要考慮自振周期、風(fēng)載荷和地震載荷。
5. 文獻綜述
一、潘家禎編寫的《壓力容器材料實用手冊－碳鋼及合金鋼》
決定壓力容器安全性的內(nèi)在因素是材料的狀態(tài)和性能，外在因素是載荷、時間和環(huán)境條件。合理選擇零部件材料，可以確保壓力容器在全壽命周期內(nèi)安全可靠地運行。故壓力容器材料的一般規(guī)定：
a） 壓力容器用材料的質(zhì)量及規(guī)格，應(yīng)符合相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。
b） 壓力容器用材應(yīng)考慮容器的使用條件（如設(shè)計溫度、設(shè)計壓力、介質(zhì)特性和操作特點等)、材料的焊接性能、容器的制造工藝以及經(jīng)濟合理性。
c） 壓力容器專用鋼材的磷含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）不應(yīng)大于0.03%，硫含量不應(yīng)大于0.02%；用于焊接壓力容器主要受壓元件的碳素鋼和低合金鋼，其含碳量不應(yīng)大于0.25%。
壓力容器用鋼的主要形狀是板、管和鍛件，鋼板材料選用的一般原則：
a） 所需鋼板厚度小于8時，在碳素鋼與低合金高強度鋼之間，應(yīng)盡量采用碳素鋼鋼板(多層容器用材除外)。
b） 在剛度或結(jié)構(gòu)設(shè)計為主的場合，應(yīng)盡量選用普通碳素鋼。在強度設(shè)計為主的場合，應(yīng)根據(jù)壓力、溫度、介質(zhì)等使用限制，依次選用Q235-A.F、Q235-A（B、C）、20R、16MnR等鋼板。
c） 所需不銹鋼厚度大于12時，應(yīng)盡量采用襯里、復(fù)合、堆焊等結(jié)構(gòu)形式。
d） 碳素鋼用于介質(zhì)腐蝕性不強的常壓、低壓容器，壁厚不大的中壓容器。
e） 低合金高強度鋼用于介質(zhì)腐蝕性不強，壁厚≥8的壓力容器。
f） 珠光體耐熱鋼用作抗高溫氫或硫化氫腐蝕或設(shè)計溫度350－650℃的壓力容器用耐熱鋼。
g） 不銹鋼用于介質(zhì)腐蝕性較高（如電化學(xué)腐蝕、化學(xué)腐蝕）、防鐵離子污染或設(shè)計溫度>500℃的耐熱鋼或設(shè)計溫度<－100℃的低溫用鋼。
鋼管的使用范圍：
a）按GB8163，GB3087，GB9948生產(chǎn)的碳素鋼及低合金鋼鋼管只能用于壓力≤10.0的受壓元件。
b）設(shè)計壓力≥10.0受壓元件用鋼管應(yīng)采用符合GB647或GB5310、GB2770要求的無縫鋼管。
c）按GB3092生產(chǎn)的有縫的水、煤氣輸送用鋼管只能用于常壓容器，但用作工業(yè)用水及煤氣輸送等用途者，可用于≤0.6的場合。
結(jié)論：我所設(shè)計的φ3000尾氣洗滌塔采用16MnR材料。
二、鄭津洋、董其伍、桑芝富編寫的《過程設(shè)備設(shè)計》
壓力容器的名義厚度應(yīng)不小于下列兩項中的最大值：
1、 按強度計算確定的名義厚度（內(nèi)壓容器），或按穩(wěn)定性計算確定的名義厚度（外壓容器）。
2、 按規(guī)定的加工成形后不包括腐蝕裕量的最小厚度確定的名義厚度：對碳素鋼、低合金鋼制容器，最小厚度不小于3（對鋼制塔式容器，還要滿足不小于0.2%DN)；對高合金鋼制容器，最小厚度不小于2。
壓力容器的封頭名義厚度應(yīng)不小于下列兩項中的最大值：
?按強度確定的名義厚度（對內(nèi)壓容器）或按穩(wěn)定性確定的名義厚度（對外壓容器）；
?按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的最小厚度。
標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭其長短軸之比為2，既便于加工，受力也比較有利。壓力容器選用封頭形式應(yīng)優(yōu)先選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭（標(biāo)準(zhǔn)號為JB/T4746-2002），標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的直邊長度為25（DN≤2000)和40（DN>2000）兩種規(guī)格。其有效厚度應(yīng)不小于封頭內(nèi)直徑的0.15%，其他橢圓形封頭的有效厚度應(yīng)不小于封頭內(nèi)直徑的0.30%.
根據(jù)計算得到的筒體或封頭的名義厚度，對其進行強度校核。
結(jié)論：我所設(shè)計的φ3000尾氣洗滌塔中采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，既便于加工，受力也比較有利。
三、賀匡國編寫的《化工容器及設(shè)備簡明設(shè)計手冊》
開孔及補強設(shè)計：為使壓力容器能正常操作和維護，在殼體和封頭上常設(shè)置工藝管口、人孔、手孔、試鏡等，故需在殼體和封頭上開孔并安裝接管。壓力容器上的開孔最好是圓形，在特殊條件下也可以采用橢圓形或長圓形孔。長圓形開孔的兩側(cè)為平行線，兩端為半圓形。由管子或圓形接管形成的開孔，若軸線未與容器器壁或封頭相垂直，則應(yīng)在設(shè)計時考慮用橢圓形開孔。對于橢圓形開孔和長圓形開孔，其長、短軸之比最好不大于2。
容器開孔后，不僅削弱了容器的整體強度，而且還因開孔引起的應(yīng)力集中以及接管和容器壁的連接造成開孔邊緣的局部的高應(yīng)力，這種高應(yīng)力通?？蛇_到容器筒體一次總體薄膜應(yīng)力的3倍，某些場合甚至?xí)_到5-6倍，再加上接管有時還會受到各種外加載荷的作用而產(chǎn)生的應(yīng)力以及溫差產(chǎn)生的熱應(yīng)力。又由于材質(zhì)和制造缺陷等各種因素的綜合作用，開孔接管附近就成為壓力容器的破壞源－主要疲勞破壞和脆性裂口。因此，壓力容器設(shè)計必須充分考慮開孔的補強問題。
常見補強結(jié)構(gòu)有補強圈結(jié)構(gòu)、后壁接管補強和整鍛件補強三種，由于補強圈結(jié)構(gòu)簡單、補強面積大，所以在中低壓容器中應(yīng)用最多。
補強圈補強結(jié)構(gòu)，是采用一補強圈來增強開孔邊緣處的金屬強度?？紤]到焊接的方便，通常是把補強圈放在殼體外側(cè)進行單面補強。補強圈材料、厚度一般與殼體相同。
開孔補強設(shè)計就是指采取適當(dāng)增加殼體或接管厚度的方法將應(yīng)力集中系數(shù)減小到某一允許數(shù)值，目前通用的是開孔補強設(shè)計準(zhǔn)則是基于彈性失效設(shè)計準(zhǔn)則的等面積補強法。
結(jié)論：我所設(shè)計的φ3000尾氣洗滌塔中適用于開孔補強中的補強圈補強。
6. 參考文獻
【1】徐灝，《機械設(shè)計手冊》[M]，北京：機械工業(yè)出版社，1998
【2】于永泗，齊民，《機械工程材料》[M]，大連：大連理工大學(xué)出版社，2007
【3】鄭津洋，董其伍，桑芝富，《過程設(shè)備設(shè)計》[M]，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006
【4】劉道德等，《化工設(shè)備的選擇與設(shè)計》[M]，長沙：中南大學(xué)出版社，2002
【5】秦叔經(jīng)，葉文邦,《化工設(shè)備設(shè)計全書(換熱器)》［M］,北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003
【6】黃振仁，魏新利，《過程裝備成套技術(shù)設(shè)計指南》[M]，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003
【7】賈紹義，柴誠敬《化工傳質(zhì)與分離過程（第二版）》[M] .化學(xué)工業(yè)出版社王志文，
【8】GB150-2011 《鋼制壓力容器》[S]，北京：國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，2011
【9】劉湘秋，《常用壓力容器手冊》[M]，北京：機械工業(yè)出版社，2004
【10】方書起，《化工設(shè)備課程設(shè)計指導(dǎo)》[M]，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010
【11】丁伯民，黃正林，《化工容器》[M]，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003
【12】潘國昌，郭慶豐，《化工設(shè)備設(shè)計》[M]，北京：清華大學(xué)出版社，1996
【13】《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》[S]，北京：國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，1999
【14】劉鴻文編.《材料力學(xué)》[M] .高等教育出版社，2004
【15】徐英 朱萍 《球罐和大型儲罐》化學(xué)工業(yè)出版社 2007
機械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計
1.球罐簡介 1
1.1 球罐的特點 1
1.2 球罐的分類 1
2. 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計方案確定 2
2.1 主要設(shè)計參數(shù)的確定： 2
2.2設(shè)計支柱的結(jié)構(gòu)： 3
3.球殼球瓣結(jié)構(gòu)尺寸計算 5
3.1混合式結(jié)構(gòu)排板的計算： 5
3.1.1符號說明 5
3.1.2赤道板尺寸計算： 5
4.坡口設(shè)計 12
5.球殼計算 14
5.1 壁厚的計算與確定 14
(1). 確定實驗壓力 14
5.2 壓力實驗校核 15
5.3 罐體球殼的質(zhì)量計算與確定： 15
5.4 地震力的計算與確定 17
5.5 風(fēng)載荷 18
5.6 彎矩的計算 19
5.7 支柱的計算 20
5.8 地腳螺栓計算 25
5.9 支柱底板 26
5.10關(guān)于拉桿的計算 30
5.11罐體支柱與球殼間連接處最低點a的應(yīng)力校核 33
5.12支柱與球殼連接焊縫的強度校核 36
6. 附件的設(shè)置 37
7. 制造及組裝 40
7.1 材料要求 40
7.2 罐體球殼板的下料、成型與運輸 42
7.3 現(xiàn)場組裝 43
7.4 焊接工藝 44
7.5無損檢測 45
7.6焊后整體熱處理 45
7.7壓力試驗和氣密性試驗 46
8. 英文文獻翻譯 48
參考文獻 56
謝 辭 57
引 言
天然氣中甲烷占大多數(shù)，還有少量其它乙、丙、丁烷等烷烴，天然氣被譽為最環(huán)保、最安全的綠色燃料之一。天然氣的比重比空氣還輕，它無毒且不含一氧化碳，燃燒時安全且無污染。天然氣的蘊藏豐富，所以天然氣逐漸取代煤氣、石油等傳統(tǒng)能源，這樣能很大程度上緩解能源短缺問題并有效減少二氧化碳的排放并緩解全球性的溫室效應(yīng)。我國的天然氣分布主要在南部和東部，北部和西部相對稀少，天然氣探明可采儲量大約在3.1萬億立方米，到2020年，我國天然氣累計探明可采量可達6萬億立方米以上，天然氣的年產(chǎn)量將從目前的700億立方米增加到1200億立方米至1500億立方米。就天然氣的價格而言，目前我國現(xiàn)行的天然氣價格普遍在2-3元/立方米，相對于其他能源而言有著一定的價格優(yōu)勢，所以其作為一種新能源具備一定的市場優(yōu)勢，是廣大消費者優(yōu)先選擇的能源之一。天然氣不會自身爆炸，必須滿足一定要求它才會燃燒，就是其在空氣中的濃度要達到一定要求后才可燃燒。另外，天然氣對人體無危害，因為其中不含類似一氧化碳等有毒物。由于天然氣比重比空氣輕所以及易擴散，在發(fā)生泄漏事故的時候會很快地擴散從而減少爆炸的危險性，這相對于其它燃料更加具有安全性。天然氣普遍采用燃?xì)夤艿肋\輸方式，那樣更方便更快捷，省去了運輸過程中帶來的各種問題，燃?xì)饪芍苯油ㄍ考颐繎?，給居民生活帶來極大的方便。天然氣不僅環(huán)保、價格便宜，其成分簡單，相對其它燃料燃燒更徹底，燃燒獲得的能量多，燃燒利用率更高，燃燒和運輸方便，不需要使用復(fù)雜的設(shè)備，燃燒后的主要成分是水和二氧化碳，不會產(chǎn)生其它運輸不便的廢物和廢渣，因此節(jié)省了大量的人力、物力成本。
V
1.球罐簡介
1.1 球罐的特點
1000立方米天然氣球罐為本次的設(shè)計任務(wù)，與常用的圓筒形容器相比球罐具有以下優(yōu)勢：
（1）對比表面積與占地面積方面，球罐都比較小，這就代表在同等條件下球罐的空間要求較小和耗材量較小，這樣有利于資源的充分利用。
（2）受力均勻
（3）對于承載能力方面球罐同樣占有一定優(yōu)勢，即在材料相同、直徑相當(dāng)、內(nèi)壓相同等情況下，圓筒形容器所需的厚度為球罐容器的2倍，所以球罐容器具有節(jié)省材料的優(yōu)點。
球罐的缺點在于其加工、制造及安裝較為復(fù)雜。
1.2 球罐的分類
球罐具有復(fù)雜多樣的結(jié)構(gòu)，一般按照其形狀、支承方式和構(gòu)造不同進行分類，不同的使用條件下（濕度、溫度、地震、壓力等）具有不一樣的形式?！ ?
（1）根據(jù)球罐支承結(jié)構(gòu)分為裙式、柱式、高架、半埋入式支承等
（2）根據(jù)球罐球殼的不同組合方式可分為純足球瓣式球罐、純橘瓣式球罐和足球橘瓣混合式球罐
（3）按球罐的殼體層數(shù)分為單層和雙層殼體
（4）按球罐外形的形狀可分為橢球和圓形
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2. 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計方案確定
2.1 主要設(shè)計參數(shù)的確定：
介質(zhì)：天然氣
球罐內(nèi)徑：D=12300mm
公稱容積：V=1000m3
設(shè)計溫度：40℃
設(shè)計壓力：P=1.7MPa
球殼分帶數(shù)：N=3
支柱根數(shù)：F=8
各帶球心角/分塊數(shù)： 上極：112.5°/7
赤道：67.6°/16 下極：112.5°/7
1.極邊板 2.極側(cè)板 3.極中板
4.上極 5.赤道帶 6.支柱 7.上極
圖2-1：混合式排板結(jié)構(gòu)球罐
罐體球殼的內(nèi)直徑約為φ11981mm，按標(biāo)準(zhǔn)可使用混合式三帶排板-根據(jù)GB/T17261，可分為上極、下極、赤道帶（如上圖）,支柱—8根，支柱選用材料為鋼管。
2.2設(shè)計支柱的結(jié)構(gòu)：
（1）連接方式：
球殼、支柱間根據(jù)GB12337采赤道正切式支承的連接方式。
（2）受力特點：
支柱支撐具有受力均勻的特點，它承受著整個容器的重量，而且其設(shè)計結(jié)構(gòu)便于施工及組合，也能對罐體進行簡單的調(diào)整，操作起來極為方便，使用范圍很廣泛，其彈性范圍較大，能夠承受較大程度的變形。
（3）防火設(shè)計：
因為球罐內(nèi)一般裝有易燃?xì)怏w，為了防范火災(zāi)發(fā)生時突然情況，在罐體上方應(yīng)當(dāng)設(shè)計安全通氣孔。當(dāng)遇到火災(zāi)時才不至出現(xiàn)由于罐體內(nèi)的溫度及壓力升而導(dǎo)致罐體塌陷、支柱斷裂及爆炸等危險情況。為了避免火災(zāi)的發(fā)生，在罐體內(nèi)表層可以附上一層防火性能較好的防火材料，那樣也能有效的防范火災(zāi)的發(fā)生。
（4）附件設(shè)計：
球罐設(shè)計出了最重要的罐體設(shè)計外，其附件的設(shè)計也尤為重要，附件的安全及連接性直接影響到整個球罐的性能。常有附件有接管、法蘭、盤梯、灑水孔、人孔、壓力表及安全閥等等，其設(shè)計思路在后文會進行詳細(xì)講述。
（5）支柱結(jié)構(gòu)：
由于支柱有上述特點，所以在本次設(shè)計中可選用U型托板并選取赤道正切的形式。
3.球殼球瓣結(jié)構(gòu)尺寸計算
3.1混合式結(jié)構(gòu)排板的計算：
3.1.1符號說明
R--球罐半徑6225 mm
α--赤道帶周向球角22.5° （360/16）
N--赤道分瓣數(shù)16 (如上圖)
--極中板球心角44°
--赤道帶球心角70°
--極側(cè)板球心角11°
--極邊板球心角22°
3.1.2赤道板尺寸計算：
= 2001.4
= 7601.4
圖2-2赤道板
弧長= ==7601.4mm
弦長=2Rsin()=2x6225×sin()=7141mm
弧長=cos()=×cos=2001.4mm
弦長=2Rcos()sin()=2x6225×cos35sin=1989.6mm
弧長===2443.3mm
弦長=2Rsin=2x6225×sin(）=2428.9mm
弦長=2R
=2x6225x = 7413.0mm
弧長=arcsin()=arcsin() = 7936.4mm
極板（圖2-3）尺寸計算：
= 6204.1
=7167.1
=9731.7
圖2-3極板
對角線弧長與弦長最大間距：
H== = 1.139mm
弦長===5953.3mm
弧長=arcsin()=arcsin()=6204.1mm
弦長==×6204.1=8774.0mm
弧長=arcsin()=arcsin()=9731.7mm
弦長=2Rsin()=2x6225xsin()=6780.8mm
弧長===7167.1mm
1） 極中板（圖2-4）尺寸計算：
= 4065.2
=4663.9
=7167.1
=6744.0
圖2-4
對角線弦長與弧長的最大間距：
A==0.979mm
弧長==4778.0mm
弦長=2Rsin()=4663.9mm
弧長==7167.1mm
弦長=2Rsin()=6780.8mm
弦長==6421.9mm
弧長=arcsin()=6744.0mm
弦長==3995.3mm
弧長=arcsin()=4065.2mm
弦長==7563.3mm
弧長=arcsin()=8124.5mm
(2） 側(cè)極板（圖2-5）尺寸計算：
= 1069.6
=1194.5
=5953.3
=6744.0
圖2-5 極側(cè)板
弦長=2Rcos()sin()/A=6421.9mm
弧長=arcsin（）=6744.0mm
弦長 =2Rsin()/H=5953.3mm
弧長 =arcsin()=6204.0mm
K=2Rsin()cos()/A=3995.3mm
式中 A.H 同前
=arcsin()-arcsin（）=9.85mm
弧長==1194.5mm
弦長=2Rsin()=1193.3mm
弧長==1069.6mm
弦長==6183.5mm
弧長=arcsin()=6467.7mm
(3).極邊板（圖2-6）尺寸計算：
= 1107.6
=1194.5
=6204.1
=8005.8
圖2-6 極邊板
弧長=cos()=8005.8mm
弦長=Rcos()=7210.3mm
弦長=2Rsin()/H=5953.3mm
弧長=arcsin()=6204.1mm
弧長==1194.5mm
弦長=2Rsin()=1193.3mm
式中 =arcsin()=10.2
M=Rsin()/H=8419.2
=90°-+arcsin()=97.55
=2 arcsin[sin()]=64.25
弧長==1107.6mm
弦長=2Rsin()=1106.7mm
弦長==4600.2mm
弧長=arcsin()=4709.4mm
弧長==6977.0mm
弦長=Rsin()=6621.3mm
4.坡口設(shè)計
坡口設(shè)計原則及重要性：
球罐的組裝連接大部分主要靠焊接，而焊接環(huán)節(jié)中坡口的設(shè)計尤為重要，所以坡口設(shè)計需要合理，其主要依據(jù)原則為方便安裝，檢驗容易，而且性價比要高，坡口焊縫處的連接強度一定要滿足要求，這樣才能保證罐體的穩(wěn)定性及強度要求。
焊縫系數(shù)的確定：
焊縫系數(shù)為坡口設(shè)計中很重要的因素，因此確定焊縫系數(shù)成為很重要的一項任務(wù)，現(xiàn)階段，焊縫系數(shù)大都采用Φ=1的結(jié)構(gòu)設(shè)計，這樣才能滿足罐體連接強度要求和其它指標(biāo)。
影響坡口的各種因素：
（1）焊接方法對坡口的影響：
采用自動焊時：視情況而定可采取不同的坡口，這需要看所選用的焊接的具體情況，一一對應(yīng)來進行。
采用氣電垂直自動焊時，這也需要根據(jù)焊接的具體情況來選擇不同的坡口形式，具體同自動焊一樣。
采用手工焊接時：其坡口形式可選擇X或者Y型等不對稱的坡口形式，具體是焊接情況而定。
（2）罐體球殼材料厚度對坡口的影響：
采用不對稱的X型坡口的情況：
在球殼材料厚度較小的情況下，其坡口的立足點要進行反面拋處理，而后才能進行焊接處理，這樣才能保證其強度和設(shè)計達到所需要求。
采用Y型坡口的情況：
在球殼材料厚度低于30mm的情況下，同時采用手工焊的情況下，這時候一般選擇Y型坡口，這樣才能保證其結(jié)構(gòu)達到設(shè)計要求，才能表現(xiàn)出設(shè)計的力學(xué)性能要求。
（3）焊縫所在位置對坡口的影響
當(dāng)焊縫焊接方式采用手工焊接時，同時采用不堆成的X型坡口時，一般情況都把小坡口設(shè)計在外側(cè)，一般把全部環(huán)峰的坡口放在內(nèi)側(cè)以及把處于赤道帶環(huán)峰和上級板上縱縫的坡口放在內(nèi)側(cè)。反過來的情況，把處于下級帶的縱縫、赤道帶上的環(huán)峰的大坡口放在外側(cè)為宜。
（4）焊接的工藝對坡口的影響
下圖為X型坡口和Y型坡口的結(jié)構(gòu)和尺寸要素，坡口設(shè)計需要根據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn)來進行，坡口的三要素也最為重要，它包括間隙、鈍邊尺寸及角度的大小三個要素，確定此三要素后才能確定坡口的結(jié)構(gòu)尺寸。一般在實際工程應(yīng)用中常采用的坡口形式為不對稱的X型坡口。坡口的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)有GB986-1988、ＪＢ／Ｔ４７０９ ２００和GB985-1988等等。
圖4-1 坡口形式
5.球殼計算
5.1 壁厚的計算與確定
(1). 確定實驗壓力
由于本次設(shè)計任務(wù)中給定的設(shè)計壓力為1.6MPa
給定任務(wù)中的設(shè)計溫度為 40℃
1.6 + H*ρ*g*10-6
根據(jù)上式可求出試驗壓力為 1.76MPa
(2).球罐殼壁的厚度計算
球罐的殼體材經(jīng)上面選定為1Gr17
此材料的抗拉強度為σb=450MPa
此材料的許用應(yīng)力為[σ]t=150MPa.（常溫條件下）
此材料的焊縫系數(shù)可選取為：φ=1.0[1]（P110）
此材料的腐蝕裕量可選定為C=2mm
此材料的厚度負(fù)偏差可知為C=0mm，
所以其厚度附加量可得：
C=C+C=2mm.（）
可得液柱的高度H為：
H=K1R=1.6084*6225=9960mm
可得液體的靜壓力為：
P=ρgH = 6225*9.8*9960*10-9 =0.061MP
可得計算壓力為
Pc = 1.76+0.061 = 1.821MP
綜上所述可求得罐體球殼壁厚為：
δ=38mm
δ1==35.2 + 2 = 37.2mm
圓整后得δ=38mm
5.2 壓力實驗校核
計算水壓條件下試驗壓力值
有上面式中：P=1.7MPa
可得：[]=157MPa
進行壓力試驗前需要對球殼的應(yīng)力進行校核：
罐體球殼的有效厚度必須滿足以下幾個條件應(yīng)滿足：
在進行液壓試驗時，；
在上式中得：球殼材料的常溫屈服點為305，此值是在常溫條件情況下查表所得。
可查表知焊縫系數(shù)為1.0
可得液壓試驗壓力為188.2MPa
綜上所述可得校核結(jié)果為合格，滿足設(shè)計要求。
5.3 罐體球殼的質(zhì)量計算與確定：
平均直徑計算式：
D=12450+42=12492mm
罐體球殼計算式：
M1 =πD2*δ*ρ
可得球殼質(zhì)量=3.14*124922x38 x10-9x7900Kg/m3 ≈ 162.6 (噸)
然氣滿載情況下質(zhì)量計算（實際情況按90%計算）：
M2 = 1000 x 714kg/m3 x10-9x 0.9 ≈ 642.6(噸)
進行液體壓力實驗時液體的重量計算式：
M3=1000*1000Kg/m3 *0.9=900噸
雪壓的質(zhì)量計算式：
M4=（π/4g）D2
qCs*10-6= 4.55(噸)
保溫層的計算質(zhì)量式：
M5=π(D+ t)2
可得tρ*10-9 +400 = 1.5噸
支柱質(zhì)量與拉桿質(zhì)量的總和：
M6=11.103噸
罐體中附件的質(zhì)量總和確定：
M7=9.750噸
處于工作條件下的球罐質(zhì)量計算式：
M0 = M1+M2+M4+M5 +M7=740.8噸
進行液壓工作狀況下的球罐質(zhì)量：
Mf = M1+ M3+ M6+M7 = 1083.5噸
滿足條件下球罐所需的最小質(zhì)量確定式：
Mmin = M1+M6+M7=183.45噸
球罐單根支柱所受的均布靜載荷計算式：
G0 = = = 907480N
罐體處于液壓試驗狀況下的計算式：
進行液壓實驗時罐內(nèi)液體的質(zhì)量計算：
M3=1000*1000Kg/m3 *0.9=900噸
Mt = M1+M3+M6+M7
Gt = = = 1327噸
5.4 地震力的計算與確定
(1). 罐體所受的地震水平方向載荷
拉桿對地震力的影響系數(shù)的確定式：
λ = 1 – ()2 (3-) = 1- ()2 (3-) = 0.384
中心位置處單位力對水平方向位移的影響：
v = λ*103 =0.384**103 = 2.3*10-8
(2).基本自震周期的確定
T= 2π
= 0.82 S
表5-1 地震影響系數(shù)的最大值αmax
本次天然氣球罐設(shè)計中取常用的地震烈度7度，有上表可知道其影響系數(shù)最大可取0.23，這樣就能確定地震力對整個球罐設(shè)計的影響。
可得地震力影響系數(shù)為：
α= ()0.9αmax = 0.093
(3).地震水平力大小的確定
有地震水平力的計算公式可得：
Qz = Czαm0g
= 0.45*0.093*740800*9.8 = 303824N
5.5 風(fēng)載荷
下圖為風(fēng)載荷的風(fēng)壓高度變化系數(shù)表和動載系數(shù)表，通過圖表4-9可以很清楚的反應(yīng)不同高度在不同地面粗造度的情況下的變化系數(shù)，通過圖表4-10可以很直接的反應(yīng)不同自震周期下的動載系數(shù)，這樣就能確定不同情況下風(fēng)載荷對球罐的影響。
表5-2 風(fēng)壓高度變化系數(shù)f1
表5-3動載系數(shù)
球罐罐體基本風(fēng)壓值為：
q0 = 600N/m2
風(fēng)壓值高度變化系數(shù)的確定：
查表4-9，f1 = 1.00,
動載荷系數(shù)的確定：
查表4-10，ξ= 1.58，
風(fēng)振系數(shù)的確定
k2 = 1+mξ=1.553
計算水平風(fēng)力：
Qf = π(D0 + 2t)2 k1k2q0f1f2*10-8
=*3.14*(12450 + 2*65)2 0.4*1.553*600*1.0*1.1*10-6 = 50933N
Qz > Qf
計算水平載荷的大徐愛
F = Qz = 303824N
5.6 彎矩的計算
由彎矩計算式：
M=FL2 = 303824* 2500 = 7.6×108 N*mm
彎矩對各支柱產(chǎn)生的垂直力
Fi = η=
Fa = = 30522N
Fb = = 21579N
Fc = = 0N
由剪切力形成的支柱的垂直載荷：
如圖4-8所示， 水平力F的方向為A向，拉桿構(gòu)架的方為角θAB =22.5， θAC=67.5
于是有：
Cij =
Cab = = 33555N
Cbc = =80410N
Tijmax = = = 91009.5N
5.7 支柱的計算
(1).單個支柱的垂直載荷
i.支柱的重力載荷
處于工作狀態(tài)下的重力載荷：
處于液壓試驗情況下的重力載荷：
ii.支柱的垂直最大載荷
支柱中心圓半徑：
最大彎矩對支柱產(chǎn)生的垂直載荷的最大值(按GB 12337-1998表19計算)
：
拉桿作用在支柱上的垂直載荷的最大值(按GB 12337-1998表19計算)：
上面二力相加的最大值為(按GB 12337-1998表計算)：
(2).組合載荷的計算
工作狀態(tài)下支柱所受最大垂直載荷：
進行液壓試驗時支柱所受最大垂直載荷：
(3).單個支柱彎矩
i.偏心彎矩
處于工作條件時赤道線的液柱所在高度：
處于液壓試驗條件下赤道線的液柱所在高度：
處于工作條件下物料在赤道線上的液柱靜壓力：
處于液壓試驗條件下液體在赤道線上的液柱靜壓力：
=0.06MPa
罐體球殼的有效厚度：
處于工作條件下的球殼赤道線上的薄膜應(yīng)力，
處于液壓試驗條件下罐體球殼赤道線上的薄膜應(yīng)力，
罐體球殼的內(nèi)半徑：
罐體球殼材料的泊松比：
罐體球殼材料16MnR的彈性模量：
查表：
工作條件下支柱所受的偏心彎矩：
處于液壓試驗情況下支柱所受的偏心彎矩：
ii.附加彎矩的計算
處于工作狀態(tài)時支柱所受的附加彎矩：
處于液壓試驗條件下支柱所受的附加彎矩：
iii.總彎矩
處于工作條件下支柱所受總彎矩的計算：
處于液壓試驗條件下支柱所受的總彎矩計算：
(4).支柱穩(wěn)定性校核
長度系數(shù)的確定:
每一根支柱所在的橫截面積：
支柱的慣性半徑計算式：
支柱長細(xì)比的計算式：
上式中的長度系數(shù)為1
支柱材料16MnR鋼的常溫屈服點:
支柱換算長細(xì)比的確定：
其中
系數(shù)：
位于彎矩作用所在平面內(nèi)的軸心處所受壓力的支柱穩(wěn)定系數(shù)：
=0.808
支柱的等效彎矩系數(shù)：
支柱的截面塑性發(fā)展系數(shù)：
每一根支柱的截面系數(shù)，
歐拉臨界力：
支柱所選材料的許用應(yīng)力：
工作條件操下對支柱的穩(wěn)定性校核：
進行液壓試驗條件下對于支柱的穩(wěn)定性校核：
綜合上述內(nèi)容可得結(jié)論： 球罐的支柱穩(wěn)定性校核滿足要求。
5.8 地腳螺栓計算
(1).罐體支柱所受拉桿上的水平力
拉桿和支柱間的夾角：
拉桿作用在支柱上的水平力：
(2).支柱底板與基礎(chǔ)的摩擦力
支柱地板與基礎(chǔ)的摩擦系數(shù)的確定：
支柱底板與基礎(chǔ)的摩擦力的計算：
(3).地腳螺栓的選取
由于，
所以設(shè)計時必須對設(shè)置地腳螺栓才能滿足球罐的設(shè)計要求。
每一個支柱上的地腳螺栓的數(shù)目
:
地腳螺栓所采用的材料:
地腳螺栓材料的許用剪切應(yīng)力:
地腳螺栓的螺紋小徑:
綜合上述可得結(jié)論：
可選取型號為M36的地腳螺栓。
5.9 支柱底板
球罐的支座形式和結(jié)構(gòu)相對多，其相關(guān)的設(shè)計與計算也較為復(fù)雜，是因為支座對于整個罐體是相對重要的部件，是用來支撐整個罐體重量和儲存在罐體的物料重量的部件，其關(guān)鍵到真?zhèn)€罐體的強度和設(shè)計要求，其重要性可想而知。
支柱的形式多種多樣，按其支撐方式主要可以分成柱式與裙式支撐兩類，除此之外還有很多其它的支撐形式，比如還有此外，還有錐底支撐、三樁合一型柱式支撐、V型柱式支撐、可脹縮的支撐三樁合一型柱式支撐、半埋式支撐等等。
關(guān)于赤道正切柱式的支座結(jié)構(gòu)設(shè)計
用赤道正切柱式作為支座的結(jié)構(gòu)需要保證一定的強度性與穩(wěn)定性，需要能承受住球罐所受的各種形式和一定大小的載荷，那樣才能滿足球罐整體的設(shè)計要求。
關(guān)于拉桿的結(jié)構(gòu)：
球罐的拉桿的設(shè)計是為了增強球罐整個的穩(wěn)定程度而設(shè)定的，其欄桿的結(jié)構(gòu)一般可以分成可調(diào)式與固定形式，拉桿是作為承受風(fēng)載荷與地震載荷作用力而存在的重要組成部件。現(xiàn)階段我國自主研發(fā)和建造的球罐與從國外引進的先進球罐的拉桿結(jié)構(gòu)大都同樣采用可調(diào)式形式，本次的球罐拉桿也同樣采用可調(diào)式拉桿結(jié)構(gòu)，其拉桿層數(shù)為單層結(jié)構(gòu)，如下圖所示結(jié)構(gòu)：
d0 = 526
d1=506
L=8000
N = 8
φ = 30
圖5-1 單層交叉可調(diào)式拉桿
1 -支柱
2 - 支耳
3— 長拉桿
4 – 調(diào)節(jié)螺母
5 – 段拉桿
支柱的外直徑大小為：
d0 = 526mm；
支柱的內(nèi)直徑大小為：
d1=506mm
支柱的計算長度大小為：
L=8000mm
支柱的金屬橫截面積的大小為 ：
A=648096mm2
支柱的橫截面的慣性矩大小為：
(d04-d14) = 5.4*108mm4
基本雪壓值q大小為：
550N/m2
支柱所選的材料為：
Ｑ２３５Ａ
支柱所選材料的屈服極限σs查表為：
235Mpa
支柱的數(shù)目n為:
8 根
圖5-2 支柱與底板簡圖
(1).支柱底板直徑
基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土，其許用應(yīng)力：
地腳螺栓直徑：d=36mm
選取底板直徑:
(2).底板厚度
確定底板的壓應(yīng)力大?。?
底板外邊緣至支柱外表面的距離：
底板材料為Q235-B，其常溫屈服點的確定：
底板材料的許用彎曲應(yīng)力大小為：
底板的腐蝕裕量數(shù)值的確定，一般為：
支柱底板的厚度大小為：
綜上所述可圓整得地板的厚度大小為：
5.10關(guān)于拉桿的計算
(1).拉桿螺紋小徑的計算
確定拉桿的最大拉力的公式：
上式中，拉桿和支柱間的夾角 。
拉桿所采用的材料為20鋼管，其常溫屈服點大小查表得：
拉桿材料的許用應(yīng)力：
關(guān)于拉桿的腐蝕裕量，查表一般可確定其大小 ：
拉桿螺紋小徑大小的確定式：
綜上所述：可選擇選拉桿的螺紋公稱直徑為：
M48.
(2).拉桿連接部位的計算
i.銷子直徑
確定銷子直徑的大?。?
確定銷子的屈服輕度：
由于銷子的材料為35號鋼，查表可得銷子的屈服強度為：
銷子所選材料的許用剪切應(yīng)力大小的計算式：
銷子直徑大小的計算式：
圓整后可確定銷子直徑大小為:
ii.耳板厚度
耳板所選用的材料為Q235-B，其屈服強度大小查表得：
耳板所選用材料的許用壓應(yīng)力計算式：
耳板厚度大小的計算式:
綜上所述：圓整后可確定耳板的厚度大小為18mm。
iii.翼板厚度
由于翼板所選用的材料為Q235-B，查表可得其屈服強度大小為：
由翼板厚度計算式可確定其大小為：
綜上所述：圓整后可確定翼板厚度的大小為11mm.
iv.連接部位的焊縫強度校核
下圖為罐體支柱與球殼之間的結(jié)構(gòu)圖，罐體支柱與拉桿之間的結(jié)構(gòu)圖以及罐體支柱底座的結(jié)構(gòu)圖等。
圖5-3 支柱與耳板、翼板的連接
支柱和耳板之間的焊縫處A所受的剪切應(yīng)力大小的確定：
焊縫A的單邊長度大小為：
焊縫A的焊腳尺寸大小為:
罐體支柱或者耳板材料屈服點的較小值:
角焊縫系數(shù)大小為:
焊縫的許用剪切應(yīng)力大小為：
支柱與耳板連接處的焊縫A的剪切應(yīng)力校核公式:
支柱和耳板之間的焊縫處B所受的剪切應(yīng)力大小的確定:
焊縫B的單邊長度大小為:
焊縫B的焊腳尺寸大小為:
罐體拉桿或者翼板所選用的材料屈服點的較小值:
焊縫處的許用剪切應(yīng)力大小為:
罐體翼板與拉桿連接處的焊縫B的剪切應(yīng)力校核公式：
5.11罐體支柱與球殼間連接處最低點a的應(yīng)力校核
圖 5-4 支柱與球殼連接處
圖中a點一定要進行應(yīng)力校核，現(xiàn)在主要的校核依據(jù)為GB12337-90中關(guān)于a點的應(yīng)力計算式來計算其應(yīng)力大小，因為此點a處為球殼與支柱連接較弱的部分，為了保證整個罐體的強度達到設(shè)計要求，這一個應(yīng)力校核環(huán)節(jié)也顯得尤為重要。
(1).支柱與球殼連接處最低點a的剪切應(yīng)力
罐體支柱與球殼的連接處焊縫單邊的弧長大小為:
罐體球殼處a點的有效厚度大小為:
處于工作條件下a處所受的剪切應(yīng)力大小為:
處于液壓試驗條件下a處所受的剪切應(yīng)力大小為:
(2). 支柱與球殼連接處最低點a的緯向應(yīng)力
處于工作條件下a點處的液柱高度為：
處于液壓試驗條件下物料在a點處的液柱高度為：
處于工作條件下物料在a處所受的液柱靜壓力大?。?
處于液壓試驗條件下液體（水）在a處所受的液柱靜壓力大小為：
處于工作條件下a點所受的緯向應(yīng)力大小：
處于液壓條件狀態(tài)下a處所受的緯向應(yīng)力大小為：
(3). 最低點a處的應(yīng)力校核
工作條件下a點所受的組合應(yīng)力計算式：
進行液壓試驗條件下a處所受的組合應(yīng)力計算式：
對a處進行應(yīng)力校核:
綜上所述：最低點a處的組合應(yīng)力達到要求，應(yīng)力校核合格。
5.12支柱與球殼連接焊縫的強度校核
罐體支柱與球殼的連接處焊縫所承受的剪切應(yīng)力大小的確定：
取和兩者之中的較大值：
故取剪切應(yīng)力大?。?
罐體支柱與球殼連接處焊縫的焊腳尺寸大小確定：
罐體支柱與球殼連接處焊縫所受的剪切應(yīng)力大小計算式：
根據(jù)支柱或者球殼所選材料，查表可得其屈服點的較小值為:
焊縫處所受的許用剪切應(yīng)力大小為：
對其應(yīng)力進行校核：
綜上所述：應(yīng)力校核通過，滿足要求。
6. 附件的設(shè)置
球罐設(shè)計中很重要的一個環(huán)節(jié)還有附件設(shè)計，附件包含的部件相對較多，其大致包括液位計、溫度計、溫度計、安全閥、壓力表及緊急切斷閥等等。其中比較重要的要屬安全附件，安全附件的設(shè)計和選擇有一定的要求并有一定的選擇依據(jù)，大致設(shè)計思路分別有：
壓力表的選擇：
依據(jù)選取壓力表的相關(guān)規(guī)定可選擇壓力表的型號和規(guī)格為：
型號：YA-150
壓力表承壓范圍：0~4MPa
其壓力表的精度確定為1.5級。
溫度計的選擇與確定：
溫度計分為上溫度計和下溫度計兩個部分，
根據(jù)相關(guān)規(guī)矩可選取的溫度計型號為：
型號為：溫度計WS-71
插入深度：250。
液位計的選擇與確定：
在球罐的設(shè)計中，為了預(yù)防和避免事故的發(fā)生，在設(shè)計中一定要設(shè)計現(xiàn)場液位計和遠(yuǎn)傳液位計，同時液位計中也要設(shè)置高低位報警與帶聯(lián)鎖的高液位報警裝置，那樣才能達到所需要求。由于液位計的直徑相對較大，而且液位計的規(guī)格也有一定選擇要求，根據(jù)相關(guān)選擇依據(jù)和設(shè)計要求，本次選定了練個功型號的液位計來滿足設(shè)計需求。
型號：HG/T21584-199，
形式：磁性液位計。
型號：UZ4.0M-6000-0.6AF304/A
形式：現(xiàn)場液位計。
安全閥的選擇與確定：
安全閥為安全附件重比較重要的附件之一，同時因為介質(zhì)的緣故，其必須保證每一個安全閥都能同時達到發(fā)生事故條件下的最大泄放量之上。
型號：CA42F-25安全閥DN150
開啟壓力：1.7MPa
數(shù)量：2個。
其相關(guān)數(shù)據(jù)的具體計算為：
其容器二安全泄放量（WSI），
式中：為天然氣密度0.65kg/
V為天然氣進口管的流速30m/s
D為壓力容器進口管內(nèi)徑100mm
單個DN100安全閥排氣能力，
：整定壓力
：出口側(cè)壓力
：排放壓力（絕壓）
：氣體絕熱系數(shù)，查表得：k=
C：氣體特征系數(shù)，查表：C=348
K：排放系數(shù)，按全啟式安全閥取K=0.65
A：安全閥最小排氣截面積，
：安全閥喉徑，DN100喉徑為65mm
M：氣體摩爾質(zhì)量，M=24kg/kmol
T：氣體溫度，T=273+40=313K
Z：氣體在操作溫度壓力下的壓縮系數(shù)取1.0
綜上所述得：
兩個型號為DN100的安全閥可以達到設(shè)計要求。
接地板的設(shè)計：
接地板的材料選?。?
按相關(guān)設(shè)計要求可選取材料為1Cr18Ni9。
接地電阻大?。?0
操作方式：梯子平臺式現(xiàn)場操作
7 制造及組裝
7.1 材料要求
對于所有原材料進行檢驗：
材料制造廠一定要按照相關(guān)技術(shù)要接并結(jié)合圖紙對制造過程中所使用的鋼板及其它材料都進行一個全面的檢測，這樣才能保證設(shè)計和制造出來的產(chǎn)品符合要求，否則一切設(shè)計都是徒勞。
檢驗過程有一定的依據(jù)，最重要的是先要根據(jù)當(dāng)初材料的使用狀態(tài)和現(xiàn)階段進廠的剛才狀態(tài)是否保持一致，如果對比情況下使用狀態(tài)是一致的則后續(xù)要根據(jù)相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)對鋼材進行一些化學(xué)的或者物理的性能方面檢測，包含的檢測方面大致有以下幾點：
（1）對其化學(xué)成分進行檢測。
（2）進行拉伸性能試驗。
（3）進行彎曲性能試驗。
（4）進行沖擊性能試驗。
（5）對其尺寸及外觀進行仔細(xì)檢查。
（6）采用超聲波對其進行探傷檢查。
( 7) 進行其它相關(guān)技術(shù)要求的規(guī)定材料檢驗。
每當(dāng)鋼板材料檢驗之后符合相關(guān)設(shè)計和制造要求的，需要在該材料上做一定的可識別的標(biāo)志，那樣才能很方便的在日后供工作人員考察。同時，如果有確切的證明材料達到設(shè)計和制造要求的，那么上述的要求可以不檢驗或者做部分的抽檢。
瓣片成型的方法
球殼板的瓣片設(shè)計要求必須考慮每次設(shè)備的材料厚度、曲率半徑、強度、材料種類及設(shè)備的能力等等很多方面的因素，瓣片成型法具體情況是鋼板材料通過沖壓機的沖壓而形成一定的形狀來滿足設(shè)計要求的方法，其方法較為成熟且簡便，本次的球罐設(shè)備設(shè)計根據(jù)要求選擇常用的溫壓成型法。這種成型法可以有效的防止一些材料所產(chǎn)生的相對地應(yīng)力脆性的破壞，此種方法同時還可以解決工廠內(nèi)壓機的加工能力缺陷，因為通過加熱的方式可以使材料的屈服極限有所降低。溫壓與冷壓相比較有很多優(yōu)勢，冷壓加熱時間較長，氧化皮較多，而溫壓相比之下有加熱時間較短，氧化皮較少等等許多長處。溫壓與冷壓相比沒有脆性破壞的危險，溫壓成型的條件選擇很重要，其處于熱壓與冷壓之間，所以其成型時的溫度控制和時間長短控制較為嚴(yán)格，這樣才能保證在后續(xù)的加工中達到所要的成型溫度及熱處理效果。本次球罐瓣片要考慮所使用的材料在此次時間段內(nèi)會不會導(dǎo)致性能降至達不到設(shè)計要求，而且要把預(yù)計的焊后熱處理時間與成型的保溫時間總和起來，同時也要限制溫度，限制標(biāo)準(zhǔn)是處于焊后熱處理溫度之后。在這個時候也要注意不能大幅度降低材料的韌性，這就要求必須仔細(xì)注意并觀察材料的脆化效用情況。
瓣片的放樣及坡口加工：
（1)瓣片的放樣：
由于球殼表面構(gòu)造為雙曲面，就其構(gòu)造而言達不到在平面精確展開的要求，現(xiàn)階段我國采用二次立體下料法比較多。所謂二次立體下料法就是首先按照近似展開進行初步的下料，等待壓制成型之后，然后再進行二次下料，下料方式也必須是立體下料。
（2）坡口的加工
各球瓣的焊接坡口加工，加工時可以多種方法相結(jié)合進行，但是必須首先等球瓣成型之后方可加工，或者也可以和瓣片第二次下料一起進行。同時坡口加工也可單獨采用機械加工及火焰切割等方法，其中的火焰切割在切割后必須采用輔助方法例如打磨或者其它方法來消除切割所產(chǎn)生的熱影響區(qū)，同時，采用火焰切割方法切割時為了有效避免裂紋的發(fā)生還要對厚度比較大或者強度比較高的鋼材進行預(yù)熱。
坡口加工相對于其它加工方式有很多優(yōu)點，例如它不會造成局部變形和硬化也不會在坡口的表面產(chǎn)生氧化皮，這比火焰切割等方式要更有優(yōu)勢，所以此坡口加工方式是最好的機械加工方法之一。同時加工后的坡口表面應(yīng)當(dāng)涂上一層防護層，這樣才能在后續(xù)過程中即不影響焊接效果又能直接進行施焊，現(xiàn)今已經(jīng)有預(yù)防坡口生銹的專門性涂層了，最后在坡口的加工完成之后要進行全方位且細(xì)致的檢查，以保證坡口沒有分層等致命的缺陷。
⑶瓣片的測量
球瓣的尺寸已經(jīng)有設(shè)計圖紙上給定了，這已經(jīng)是比較精確的尺寸了。成型時要做一系列的檢測，例如要做對角線的尺寸檢測、瓣片曲率檢測及瓣片四邊弦長檢測，這些檢測都能為以后檢查相關(guān)尺寸留下依據(jù)。精確尺寸。這些檢測都有一定的要求，必須按照相關(guān)長度尺寸標(biāo)準(zhǔn)及曲率標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計，同時需保證弦長不低于1米，也需要采用內(nèi)側(cè)樣板的形式，這樣才能滿足要求。
7.2 罐體球殼板的下料、成型與運輸
（1）對球殼所使用的材料做可識別的標(biāo)記，同時制作關(guān)于下料工序的示意圖；
（2）用水壓機對材料進行冷壓成型法，嚴(yán)格檢查并剔除有皺邊及包邊等不良情況的材料，同時檢查并保證任意間隙低于2毫米。
(3）按照要求標(biāo)識可識別的切割線，切割線形式要按照二次樣板來進行劃分，切割時要嚴(yán)格按照切割線所示方向進行切割，那樣切割出來的球殼才可以，切割出來的表面一定要保證一定的要求，即平面度B<1.0mm，粗糙度25un，同時也必須保證切割表面要有一定光滑度，不能夠太粗糙。加工后的坡口一定不能有分層、夾渣、裂紋等明顯的缺陷。
(4)按照J(rèn)B/T4730-2005標(biāo)準(zhǔn)III對每一塊球殼的坡口附近周邊一定范圍內(nèi)（大約100mm）進行全方位仔細(xì)的檢查，以確保達到要求。
(6）按照要求對其對角線的公差、寬度和長度方向的弦長公差做一個全面的仔細(xì)的檢查方可。
(7）在一定范圍內(nèi)對一定不問涂抹可焊性涂料：
這些范圍大致為坡口的表面與機器內(nèi)、外表面50mm范圍。
(8）在對罐體的球殼板進行運輸時，為了保證球殼板在此過程中不會變形，需要為其量身定制便于運輸過程中保護的包裝架，這必須依據(jù)球殼球片的曲率來進行一一對應(yīng)的設(shè)計。
7.3 現(xiàn)場組裝
(1).檢驗主要尺寸標(biāo)志是否清晰并確定各零件數(shù)目。
(2).對定位塊進行組焊：
為了保證所有定位塊的對應(yīng)于調(diào)整卡工具的方便使用，在焊前就必須畫出所在的焊接位置線，而且定位塊允許有一定的偏差，定位塊須在球殼板吊裝前焊接完成。在允許范圍之內(nèi)，為了穩(wěn)定并加固傘形架，可以加鋼絲繩或者型鋼來進行必要的固定。
（3）球罐赤道板插入法：
i.為了確保赤道板處在同一個水平度上面，在進行安裝工作之前就應(yīng)該劃好中心線，那樣才能有所保證?？梢允褂娩摻z繩來吊裝赤道板，此赤道板帶有支柱，這樣能準(zhǔn)確定位，可以讓底板中心線與座板的中心線一一相對應(yīng)。為了防止傾倒，可以采用臨時的加固方法，就是采用加裝處在柱間拉桿的形式，這樣才方便控制垂直度來達到要求。
ii.吊裝其它赤道板，安裝組裝夾具進行固定，根據(jù)球殼板復(fù)檢計算調(diào)整間隙、錯邊、棱角度、端口水平度。
iii.等到組對成環(huán)完成后，依據(jù)相關(guān)規(guī)定與方法對其進行適當(dāng)?shù)臋z驗與改正，著重在于上環(huán)扣與下環(huán)扣橢圓度、周長的調(diào)適，為了更便于上極帶與下極帶間進行組裝，同時在支柱下端用儀器測得水準(zhǔn)線，從而便于對赤道線的水平度進行一個調(diào)整。
（4）進行上極帶板組裝步驟
等待上極帶板到達相關(guān)位置的情況下，用相關(guān)夾具使赤道帶的上端與板殼的上端進行連接，將傘形架掛在殼板下端來調(diào)節(jié)下口直接和球臺的高度，等到組裝過程完成之后才拆掉。
（5）進行下極帶板的組裝步驟
等待下極板到達相關(guān)位置的情況下，用相關(guān)夾具使赤道帶的下端與板殼的下端進行連接，將傘形架掛在殼板下端來調(diào)節(jié)下口直接和球臺的高度，等到組裝過程完成之后才拆掉。
7.4 焊接工藝
（1）關(guān)于焊接的方法選擇
在工程實際應(yīng)用中最常用的焊接方法主要有埋弧焊和焊條電弧焊
（2）關(guān)于坡口的制作
首先進行預(yù)熱，將各個口邊加熱至一千五百攝氏度以上，進行熱切割所在的邊緣必須要檢測表面是不是有裂紋存在，可以采用常用的磁粉探傷形式，同時加工時也要采用機械加工的方法為宜。在坡口加工后應(yīng)涂上防護層，
焊接前也要適當(dāng)清除氧化皮和熔渣，然后要使之圓滑，要達到這樣的要求可以繼續(xù)使用砂輪機進行進一步打磨處理，最后要清理表面，避免有油漬等情況的發(fā)生。
7.5無損檢測
按相關(guān)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)要求必須對焊后的焊縫進行無損檢測，要進行的檢測有超聲檢測、射線檢測與磁粉檢測，檢測范圍都是全范圍檢測，其中檢測的標(biāo)準(zhǔn)有所不同，超聲檢測依據(jù)的是JB/T4730-2005，檢測級別為I級方達到要求，射線和磁粉的檢測依據(jù)是JB/T4730-2005，檢測級別為II級方達到要求。磁粉檢測的檢測范圍是所有焊縫，要進行百分之20的磁粉檢測，檢測時間須在水壓試驗完成之后方可。
7.6焊后整體熱處理
為了提高接頭的整體力學(xué)性能，尤其是為了提高整體結(jié)構(gòu)的抗應(yīng)力腐蝕與抗脆性斷裂能力，要在焊后進行熱處理，這樣才能達到上述要求。這樣做不僅能提高接頭性能、塑型及斷裂韌性，還能夠很好的穩(wěn)定其結(jié)構(gòu)與尺寸，從而能有效延緩裂紋的發(fā)生。 按照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，本次設(shè)計之后要進行消氫處理。
圖7-1 1000立方米球罐的焊后熱處理工藝圖
現(xiàn)在使用較多的焊后熱處理方法為安全電加熱法與燃油法。
以內(nèi)燃法為主，電加熱方法進行輔助加熱的方法來保證達到所需效果。同時對結(jié)構(gòu)也做了一些調(diào)整，在罐體外面附加了保溫層，以此確保在加熱時均勻加熱。
材料的提供：
各六塊性質(zhì)相同的材料，湊成三隊，各種焊接形式各一對。
試板要求：
其焊接工藝依據(jù)相關(guān)要求進行，焊接需進過檢查，要按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行檢測，并符合一定標(biāo)準(zhǔn)方法合格，同時也要進行熱處理及機械性能試驗，其檢測標(biāo)準(zhǔn)是JB/T4730-2005，達到RT II級，UT I 級即可，檢測范圍和方式為100%RT+100%UT檢測。
7.7壓力試驗和氣密性試驗
（1）壓力實驗：
進行壓力實驗時，要在罐體內(nèi)充滿潔凈的溫度為5℃ 以上的水，這樣就能排除氣體的影響，整個過程要使得罐體外部干燥。要在罐的頂部與底部都安裝一個壓力表，其精度必須大于1.5級，其表盤的直徑需為150mm，同時它的量程要在0~4MPa。進行水壓試驗時，應(yīng)使其壓力的一般保持一刻鐘，實驗壓力為2.13MPa，其壓力數(shù)值以灌頂?shù)臄?shù)值為