第二章 球罐结构设计

第一章绪论近几十年来球形容器在国外发展很快，我国的球形容器的引进和建设在七十年代才得到了飞速发展。

通常球形容器作为大体积增压储存容器，在各工业部门中作为液化石油气和液化天然气，液氨，液氮，液氢及其他中间介质并存，也有作为压缩空气，压缩气体贮存。

在原子能工业中球形容器还作为安全壳（分隔有辐射和无辐射区的大型球壳）使用。

总之随着工业的发展，球形容器的使用范围也就必然会越来越广泛。

由于球形容器多数作为有压贮存容器，故又称球罐。

球形容器的特点球形容器与常用的圆筒型相比具有以下的一些特点：，即在相同作用容量下球形容器所需钢材面积最小。

即在相同直径相同压力下，采用相同钢板时，球形容器的板厚只需圆筒形容器板厚的一半。

，且可向高度发展，有利于地表面积的利用。

由于这些特点，再加上球形容器基础简单，外观漂亮，受风面积小等等，使球形容器的应用得到扩大。

球形容器分类球形容器可按不同方式，如储存温度，结构形式等分类。

按贮存温度分类：球形容器一般用于常温或低温，只有极个别场合，如造纸工业用的蒸煮球等，使用温度高于常温。

(1) 常温球形容器如液化石油气，氨，煤气，氧氮等球罐一般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。

他的设计温度大于-20度。

(2) 低温球罐这类球罐的设计温度低于常温（即〈=120度），一般不低于-100度，压力偏于中等。

(3)深冷球罐设计球罐在-100度以下。

往往在介质液化点以下贮存，压力不高，有时为常压。

由于对保冷要求高，常采用双层球壳。

之间。

目前国内使用的球罐，设计温度一般在-40C~50C按形状分有圆球形，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桔瓣式，足球瓣式，混合瓣式等，圆球形按支撑方式分有支柱式，裙座式，半C里式，V形支撑式。

国内外球罐建造进展球罐作为一种工业贮存介质的压力容器，仅开始于本世纪的三十年代。

在三十年代出现的工业球罐，特点是：容量小，结构粗笨，耗材高，施工技术差，施工管理也差，，没有形成专业化生产，大部分是分散单片生产，主要采用热压球壳板，铆接结构。

摘要球罐因其具有相同容积条件下所需钢材量最少、承载能力大、占地面积小、空间利用率大等优点，所以得到了广泛的应用。

本球罐设计压力为0.79MPa，球壳名义厚度为16mm，球壳采用混合式三带8支柱结构形式。

文章通过分析Q345R的化学成分及力学性能指标确定其在本次设计状态下使用的可行性。

继而介绍了球罐参数的确定、球壳结构设计和校核、球壳板等原料的生产、焊接工艺设计、制造及安装以及无损检测、球罐整体热处理工艺、水压试验和气密性的检验。

关键词：球罐；焊接结构；焊接工艺AbstractSphere with the same conditions required less steel, load capacity, small footprint, great utilization of space in recent years has been widely used.The Spherical Tank design pressure is 0.79MPa, Nominal thickness of shell is 16mm, It uses Mixed-type shell- Three-zones-eight Pillar structure. By analyzing the chemical composition and mechanical properties of Q345R, make sure its feasibility in the design of state. Then introduced the parameters of the spherical, design and verification of the shell structure, the production and welding technology of raw materials such as shell plates, manufacture and installation, and non-destructive testing requirements. the overall heat treatment process, water pressure testing and leak testing.Key-words: Sphere; Welded structure; Welding Technology目录1 绪论 (1)1.1 球罐的特点 (1)1.2 球罐分类 (1)1.3 球罐用钢 (2)1.4 课题目的及意义 (3)2 结构设计 (4)2.1 概况 (4)2.2 球壳的设计 (4)2.2.1 结构的选取 (4)2.2.2 壳板尺寸计算 (4)2.3 支座和拉杆的设计 (11)2.4 开孔 (11)2.4.1 人孔结构 (11)2.4.2 接管结构 (12)2.5 球罐附件 (12)2.6 球壳壁厚的确定 (13)2.6.1 设计条件 (13)2.6.2 球壳壁厚计算 (13)2.7 球罐质量计算 (14)2.8 支柱、拉杆计算 (15)2.8.1 地震载荷计算 (15)2.8.2 风载荷计算 (15)2.8.3 弯矩计算 (16)2.8.4 支柱计算 (16)2.9 各连接部位的强度计算 (20)2.9.1 地角螺栓的计算 (20)2.9.2 支柱底板的计算 (20)2.10 拉杆计算 (22)2.10.1 拉杆螺纹小径计算 (22)2.10.2 拉杆连接部位的计算 (22)2.11 连接焊缝强度校核 (23)2.12 支柱与球壳连接最低点a的应力校核 (24)2.12.1 a点的剪切应力 (24)2.12.2 a点的纬向应力 (24)2.12.3 a点应力校核 (24)2.13 支柱与球壳连接焊缝的强度校核 (25)2.14 厚壁管补强计算 (25)3 工厂制造及现场组装 (29)3.1 工厂制造 (29)3.1.1 原材料检查 (29)3.1.2 瓣片加工 (29)3.1.3 瓣片的放样及坡口加工 (30)3.1.4 支柱检查 (30)3.2 现场组装 (30)3.2.1 球罐组装 (30)3.2.2 组装设备及工具 (31)3.3 组装准备 (32)3.3.1 基础检查验收 (32)3.3.2 球瓣的几何尺寸检查和理化检验 (32)3.3.3 其他地面准备工作 (32)3.4 组装精度的控制 (32)3.4.1 支柱偏差控制 (32)3.4.2 椭圆度、焊缝错边量和角变形 (33)4 焊接工艺 (34)4.1 钢材的可焊性 (34)4.1.1 低合金钢的概述 (34)4.1.2 低合金钢的分类 (34)4.1.3 低合金高强度钢的特性 (34)4.1.4 低合金高强度钢的焊接性 (35)4.2 焊接工艺的选择 (36)4.2.1 焊接方法和焊条的选择 (36)4.2.2 焊接工艺的确定 (37)4.2.3 焊接顺序 (38)4.3 焊后检查 (40)4.3.1 目测检查 (40)4.3.2 射线检测和超声检测 (40)4.3.3 磁粉检测 (40)4.4 球罐整体热处理 (41)4.4.1 焊后热处理的目的和参数 (41)4.4.2 焊后热处理的方法 (42)5 气密性检验 (43)5.1 水压试验 (43)5.2 气密性试验 (44)5.3 球罐附件的安装 (44)6 结论 (45)致谢 (46)参考文献 (47)附录A (48)附录B (55)附录C 焊接工艺卡 (65)附录D 装配工艺卡 (87)。

【CAD图纸】球罐总图在工业领域中，球罐作为一种常见的储存容器，因其独特的结构和优异的性能，被广泛应用于石油、化工、燃气等行业。

而球罐总图，则是球罐设计、制造、安装和维护的重要依据，它包含了球罐的各种详细信息，对于确保球罐的安全可靠运行起着至关重要的作用。

球罐通常由球壳、支柱、拉杆、人孔、接管等部分组成。

球壳是球罐的主体部分，承受着内部介质的压力和外部载荷。

支柱用于支撑球壳，将球罐的重量传递到基础上。

拉杆则起到加强球罐结构稳定性的作用。

人孔和接管则用于人员进出和介质的输入输出。

在球罐总图中，首先映入眼帘的是球罐的整体外形和尺寸标注。

通过这些标注，我们可以清楚地了解球罐的直径、高度、壁厚等关键参数。

这些参数的准确性直接关系到球罐的容量和强度，必须经过严格的计算和设计。

球壳的设计是球罐总图中的核心部分。

球壳的厚度通常根据内部介质的压力、温度以及球罐的直径等因素来确定。

为了保证球壳的强度和稳定性，还需要考虑材料的性能、焊接工艺等因素。

在总图中，会详细标注球壳的板材规格、拼接方式以及焊接接头的类型和位置。

支柱的布置和设计也是至关重要的。

支柱的数量、位置和尺寸需要根据球罐的重量、尺寸以及安装场地的条件来确定。

为了减少支柱对球壳的局部应力影响，通常会采用一些特殊的结构形式，如裙式支座、耳式支座等。

在总图中，会清晰地展示支柱的结构形式、尺寸以及与球壳的连接方式。

拉杆的设计主要是为了增强球罐的整体稳定性。

拉杆的数量、直径和布置方式需要根据球罐的结构和受力情况进行计算确定。

在总图中，会明确标注拉杆的位置、长度和与球壳、支柱的连接方式。

人孔和接管的设置需要考虑操作和维护的便利性以及安全性。

人孔的位置和尺寸要便于人员进出，接管的位置和规格要与工艺管道相匹配。

同时，为了防止泄漏和保证密封性能，人孔和接管的法兰连接形式、密封垫片的材质等也会在总图中详细说明。

除了上述主要部件的设计和布置，球罐总图中还会包含一些其他重要的信息，如基础的设计要求、防腐和保温措施、安全附件的设置等。

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 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。

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。

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。

第一章概论1.1 球罐简介：随着世界各国综合国力与科技水平的不断提高，球星容器的制造水平也正在飞速发展。

近年来，我国在石油化工、合成氨、城市燃气建设中，大型球罐容器的到广泛应用。

例如，在石油、化工、冶金城市煤气的工程中，球形容器被用于储存液化石油气、液化天然气、液氧、液氨、液氮等物料；在原子能发电站，球形容器被用作核安全壳；在造纸厂被用作蒸煮球等。

由于球形容器多数作为有压储存容器，故又称球形储罐（简称“球罐”）。

总之，随着工业的发展，球形容器的使用范围必将越来越广。

1.1.1 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1/2（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%的钢材其主要缺点是制造施工比较复杂。

1.1.2 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1.2 1Gr17材料焊接性分析：1Cr17不锈铁标准：GB/T 1220-19921.2.1 特性及适用范围1Cr17不锈铁为耐蚀性良好的通用钢种。

用于建筑内装饰、重油燃烧器部件、家庭用具和家用电器部件等。

S43000(美国AISI,ASTM) 430对应的中国牌号是1 Cr17 。

导热系数大，膨胀系数小、抗氧化性好、抗应力腐蚀优良等特点，多用于制造耐大气、水蒸气、水及氧化性酸腐蚀的零部件。

1.2.2 化学成份（质量分数）%碳 C ：0.12硅 Si：≤0.75锰 Mn：≤1.00硫 S ：≤0.030磷 P ：≤0.035铬 Cr：16.00～18.00镍 Ni：允许含有≤0.601.2.3 力学性能抗拉强度σb (MPa)：≥450条件屈服强度σ0.2 (MPa)：≥205伸长率δ5 (％)：≥22断面收缩率ψ (％)：≥50硬度：≤183HB1.2.4 焊接工艺要点1）焊前要预热，但必须采用低温预热。

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混合式结构排板得计算： 1、符号说明：R--球罐半径6225 mm N--赤道分瓣数16 (瞧上图数得) 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 )=N R 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、4 L ) = 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对角线弦长与弧长得最大间距： 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、9 2L )=7167、11L )=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、3mm弧长1B )=1801επR =1069、6mm弦长D =21L L 1+B =6183、5mm1B )= 1069、62B )=1194、5 2L )=5953、31L )=6744、0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、2mm弧长D )=90R πarcsin(2R D )=4709、4mm1B )= 1107、62B )=1194、5 3L )=6204、11L )=8005、8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液体得静压力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=C PD P ctc +-ϕσ][4[]84691-式P =35、2 + 2 = 37、2mm圆整可取δ=38mm4.2 接管与法兰得选择接管根据JBM0503-08选用DN25 DN40 DN50接管。