球罐设计中的若干问题
球罐的应用日益普遍，国内相继成立了几家球罐联营公司就是一个证明。
球罐的设计应该可称相当成熟，但在某些具体问题上还需要加以探讨。
1如何选定设计温度
大型球罐往往不加保温，此时罐壁温度受内贮介质及环境气温的影响。
各设计规范都明确设计温度，即设备的金属壁温，当壁温由环境气温确定时，设计温度取多少?
环境气温从我国现有记录看，月平均最低气温出现在一月份;月平均最高气温，按地区不同可能出现在七月或八月份。
参考有关设计规范，对如何取定由环境气温确定的设计温度就较为有依据了。
对大型平底立式贮罐，我国石油部的油罐设计规定均取日平均气温最低值加上8 -} 13℃作为设计温度的下限值(罐壁温度的下限值)。
因而在设计这类贮罐时可以此为标准。
平底贮罐的容量较大，在考虑环境低温影响时，贮罐的实测壁温总是比气象资料得到气温(日平均温度)来得高。
因此，取壁温为最低环境气温(日平均气温最低值)加上8-} 13`C o 球罐属于压力容器，应按压力容器处理，所以在同样的环境低温和保温条件下，阐述最明确的当推日本的规范。
日本JIS B 8243一81《压力容器构造规范》以月平均最低气温值作为以环境气温的影响，即全常温处理。
液化石油气球罐的设计压力取决于高气温，对月平均最高气温值高于27℃时，设计温度取为48℃;对月平均最高气温值低于27℃的地区，其极端最高气温都是在40℃以下。
归纳起来，当以环境温度确定设计温度时，取
法如下:
(1)最低设计温度取为月平均最低气温值，当该温度大于一10℃时作常温考虑;
(2)最高设计温度以月平均最高气温值为依据，当该温度低于27℃时取设计温度为40℃;当该温度高于27℃时取设计温度为48℃。
液化气罐以此为基准。
具体以哪一温度为选材依据，即定位设计温度，则要视该二温度下的压力情况。
2焊后整体热处理
球罐的整体热处理工艺在我国已相当成熟，应用也较为普遍。
热处理方法主要为保温内燃法，燃料采用轻柴油或液化气。
当前的问题是热处理的应用是否确切。
一些使用部门认为球罐只要经过热处理就保险，因而造成球罐热处理势在必行。
我们认为这是不正常的，有必要加以纠正。
整体消除应力热处理的作用是解除过大的残余压力，一般说并不能提高材料的性能。
对大多数低合金高强度钢，消除应力的热处理温度往往会在不同程度上降低材料的韧性，特别是降低了材料热影响区的韧性。
因而整体消除应力热处理并不像某些用户认为的有百利而无一弊的。
考虑到其它一些原因，如经济性等，我们认为球罐没有必要做整体热处理。
以七十年代引进的一批球罐为例，只有从法国引进的二台壁厚超过40~的球罐才作整体热处理。
从日本
引进的材料屈服强度大于50 kgf/mm2的液态乙烯、液态丙烯罐;从日本、法国引进的材料屈服强度大于36 kgf/mm 的液氨球罐不作整体热处理。
这些球罐都在我国现场组装的，已经多年安全使用，就是一个最好的证明。
综上所述，对球罐是否要做整体热处理，参照下述各条。
(1)介质无应力腐蚀时，球罐是否需要处理应按目前相应的规范。
根据材料厚度，下述情况应作热处理。
碳素钢壁厚大于34 mm(如焊前预热100℃以上时壁厚大于38~);16锰容钢壁厚大于30 mm(如焊前预热100℃以上时壁厚大于34~)15锰矾容钢壁厚大于28 mm(如焊前预热100℃以上时壁厚大于32 mm) o
(2)液化石油气球罐应综合硫化氢含量及材料强度等级来确定是否需要进行焊后消除应力热处理，如表1可供参考。
(参见日本jLPA Not - 11978((液化石油气球型贮罐标准》)。
(3)其它有应力腐蚀的场合应作整体消除应力热处理。
3计算应力
从事球罐设计、制造、安装的工程技术人员都知道，球壳板厚减薄降低了球瓣的刚性从而可减少拘束应力，并且也减少了焊接工作量。
目前我国可适用于球罐设计的规范有三种，计算许用应力的方法各异。
(1)《钢制石油化工压力容器设计规定》 {36.1)1(][b
g σσσ= (2)《冶金工业部球罐技术条件》
{7.26.1)2(][b g σσσ=
(3)《球型贮罐设计规定》
)]6.1(5.0[1][)3(b g g g
g n n σσσσ-==
试以工作压力为30kgf/时，直径9200 mm 的巧MnVNR 贮氧球罐为例来进行讨论。
按各规定计算的许用应力分别为:
mm s 36≤时:()2
)3(222
)1(19.18][11.21][00.19][mm kgf mm kgf mm kgf ===σσσ， mm s 50≤时:()2)3(222)1(55.17][37.20][33.18][mm kgf mm kgf mm kgf ===σσσ
按下述公式计算壁厚:
m m
S m m S m m
S P D P S i 48.39)mm 36(80.3880.3270.38)mm 36(45.36)
][4()3()2()1(→==→=-⨯=因大于因大于σ
由上述计算可看出，同样参数的球罐由于计算许用应力的规定不同造成壁厚有较大的差别(其中因材料保证值与厚度有关，更促使壁厚上升。
壁厚增加了，造成什么的影响如下。
首先，在同样球瓣大小下，板厚越大刚性也大，增加了组装应力及焊接应力;其次，使原材料的净耗量增加，三种设计的球壳净重分别为W(1)=78. 36 t; W(2) = 68.00 t; W(3) = 81.90 t;最后由于板厚增加，不但增加了填充金属量(焊条消耗增加了)而且增加了焊接工作量。
还可以指出壁厚增加可以使焊后热处理成为必要，更增加了投资。
从上面分析可看出，在许用应力的确定方面有值得探讨的地方。
更应强调一下，目前在球罐方面发现的事故原因，从材料来说不是因为强度不够，而归因于塑性、韧性不足及制造原因。
大家知道，材料厚度增加，塑性、韧性就降低。
也应该指出，氧、氮球罐在冶金部大量应用，其设计、制造有较多经验，按冶金部技术规定设计的氧、氮球罐已经
多年考核。
球罐的问题主要在于材料的性能及制造的问题。
以上是对球罐的设计方面的需要注意的几个问题，在接下来的设计中应加以重视。
参考文献
[1]GB150-1998 钢制压力容器[S].
[2]曲文海等.压力容器与化工设备实用手册[M].北京：化学工业出版社，2000
[3]陈乙崇主编.搅拌设备设计[M].上海：上海科学技术出版社.
[4]董大勤，袁风隐.压力容器与化工设备实用手册[M].北京：化学工业出版社.
[5]贺匡国.化工容器及设备简明设计手册[M].第二版，北京：化学工业出版社，2002
[6]郑晓梅. 化工制图[M].北京：化学工业出版社，2002
[7]俞逢英.球形储罐焊接工程技术[M].北京：机械工业出版社，1999
[8]徐英，杨一凡.储罐和大型球罐[M].北京：化学工业出版社，2005
[9]王志魁.化工原理[M].北京：化学工业出版社，1998
[10] Perl, M., and Arone´, R., 1986, ‘‘Stress Intensity Factors for Large Arrays of
Radial Cracks in Thick-Walled Steel Cylinders,’’ Eng. Fract. Mech., 25, No. 3,pp. 341–348.
[11] Perl, M., and Arone´, R., 1988, ‘‘Stress Intensity Factors for a Radially Multicracked Partially-Auto frettaged Pressurized Thick-Walled Cylinder,’’ ASME
J. Pressure Vessel Technol., 110, pp. 147–154.
[12] Perl, M., and Ashkenazi, A., 1992, ‘‘A More Realistic Thermal Shock Analysis of a Radially
Multicracked Thick-Walled Cylinder,’’ Eng. Fract. Mech., 41,pp. 597–605.
[13] Parker, A. P., and Farrow, J. R., 1982, ‘‘Stress Intensity Factors for Multiple Radial Cracks Emanating From the Bore of an Auto frettaged or Thermally Stressed Thick Cylinder,’’ Eng. Fract. Mech., 14, pp. 237–241.。
![毕业设计---2000立方米大型乙烯球罐的设计[管理资料]](https://img.taocdn.com/s1/m/f8a68ca1f01dc281e43af075.png)
