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科技论坛3000m3液化气球罐设计与制造相天龙（大庆中蓝石化有限公司科技规划办，黑龙江大庆163000）随着石油化工产品的层出和规模的扩大化，3000立液化气球罐不断被广泛应用。
随之，球罐在设计、制造及施工方面也越来越成熟，球罐从设计到交付使用前的过程，最终发展趋势是由制造厂单方完成，设计方只提供球罐设计参数。
1球罐设计1.1设计参数。
公称容积V=3000m3,设计压力1.77M Pa，设计温度50℃，工作介质液化气（密度578kg/m3），球壳直径φ18000mm，充装系数0.90，场地类别I类，地震设防烈度7度。
1.2设计、检验应遵循的标准：GB150-1998《钢制压力容器》；GB12337-1998《钢制球形储罐》；GB50094-1998《球形储罐施工及验收规范》；TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》；JB4726-2000《压力容器用碳素钢和低合金钢锻件》；JB/T4730-2005《承压设备无损检测》；JB4708-2000《钢制压力容器焊接工艺评定》；JB/T4709-2000《钢制压力容器焊接规程》；JB4744-2000《钢制压力容器产品焊接试板的力学性能检验》；JB/T4747-2002《压力容器用钢焊条订货技术条件》；GB713-2008《锅炉和压力容器用钢板》；JB/T4711-2003《压力容器涂敷与运输包装》；SH/T3138-2003《球形储罐整体补强凸缘》。
1.3设计说明。
球罐接管的补强可采用补强圈补强和凸缘补强，在接管公称直径不大于DN50的情况下，凸缘设计按SH/T3138-2003《球形储罐整体补强凸缘》采用，可免除强度核算。
球罐设计新容规TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》。
规定设计单位应提供球罐风险评估报告，其内容应包括：使用范围、依据的法规和标准、介质特性、失效模式、风险识别与防范等。
新容规还要求在设计图纸上注明设计使用年限，一般为20年。
球罐球壳板一次下料的优化计算徐翔;常虎【摘要】通过理论分析和具体工程实例介绍不同结构形式(桔瓣式和混合式)球罐球壳板一次下料的计算方法及相关公式,列举400 m3桔瓣式液氨球罐和6 000 m3混合式丙烷球罐的下料计算实例,并在实践中验证上述方法的准确性,证明采用此方法可以直接确定原材料钢板的订货尺寸,提高了材料利用率.比较混合式球罐和桔瓣式球罐的材料利用率,探讨赤道带所含球心角与材料利用率的关系,以及增加温带对材料利用率的影响.【期刊名称】《电焊机》【年(卷),期】2016(046)009【总页数】5页(P83-87)【关键词】球罐;一次下料计算;材料利用率【作者】徐翔;常虎【作者单位】合肥通用机械研究院,安徽合肥230031;合肥通用机械研究院,安徽合肥230031【正文语种】中文【中图分类】TG48球壳板是球型容器的主体，质量约占球型容器的90％。
合理提高球壳板材料的利用率，是降低球型容器成本的关键环节。
我国在20世纪60年代球壳板的材料利用率为55％，到了20世纪80年代材料利用率为60％～65％。
目前，美国的材料利用率为83％，我国、日本和韩国球壳板的材料利用率均约为80％。
按照本研究能准确地计算出钢板压型后的尺寸变化（也称为“拱高”），将之和工艺留量、复验及试板用料预先加在球壳板的净尺寸上，就能得出比较准确的钢板一次下料尺寸。
根据一次下料尺寸从钢厂订购定尺板，能有效提高球壳板的材料利用率，特别是对于四带混合式球罐，球壳板的材料利用率可以提高到约85％[1-5]。
钢板从平面造型成为一定曲率的双曲面球片的过程中会发生一定的物理变化，使球片长度方向的弧长较之最初钢板的长度（轧制方向）发生缩短，缩短的长度称之为拱高H。
如果在下料计算中忽略了拱高，或冒进地对拱高进行折算，很可能使壳板长度不足，甚至材料报废；如果保守地将拱高预留出很大的留量，又会浪费原材料，降低材料的利用率。
1.1 实际测量发现拱高以某6 000 m3球罐的赤道板为例，压型前钢板的实际测量尺寸为52 mm×2 984 mm×12 005 mm。
INSTALLATION233000m 3偏心支柱球罐的组装工艺孟庆功 石作胜（沈阳工业安装工程股份有限公司 沈阳 110034）摘 要： 本文介绍了采用偏心支柱设计的3000m 3液化气球罐安装技术。
通过对球形储罐安装的说明，阐述了偏心球形储罐安装工艺的难点和要点，并确定了球形储罐组装的关键控制环节和方法。
关键词： 3000m 3 偏心支柱球罐 组装工艺中图分类号：TQ053.2 文献标识码：B 文章编号：1002-3607（2012）05-0023-021. 引言近几年，随着我国石油天然气工业的快速发展，球罐作为贮存易燃易爆及有毒介质的最佳容器，应用越来越广泛，我公司承建的中石油呼和浩特石化公司500万吨/年炼油扩能改造工程-商品液化气球罐，该球罐采用Q370R材质，球罐设计型式为偏心三带十二支柱混合式结构。
该球罐的设计突破常规3000m 3混合式（四带十支柱）球罐结构，为目前大规格尺寸钢板在球罐行业的典型应用，在很大程度上减少了焊缝延长米数，焊缝减少了约20%，也是今后球罐结构发展的方向。
2. 球罐设计参数球罐的直径：18米，设计压力：1.77M Pa ,主体材料：Q370R，结构形式：十二支柱三带混合式（32块），水压试验压力：2.21 MPa，气密性试验压力：1.77 MPa，容器类别：Ⅲ类，介质名称：液化石油气，设计温度：50℃，单台重量：500吨。
与同类型的球罐相比，该球壳板具有单重大、单张面积大、工期紧等特点。
为了减小球罐在现场组装过程中的焊接变形，应采取合理的控制措施来保证球罐的组装质量。
三带混合式3000m 3球罐的参数球壳板名称几何尺寸（mm）重量(kg)数量（块）赤道带2406.6×12566.4155066带上支柱赤道带2406.6×12566.41638112极侧板2809.0×8345.7112558极边板1691.5×10829.7104724极中板2727.6×9424.8140592图1 3000m 3混合式三带偏心支柱球罐3. 施工难点分析从3000m 3球罐的设计参数以及图1可知，赤道带中心线于赤道带板宽度的1/4处，中心沿周向偏心，对于这种球罐的结构形式我们称之为三带偏心支柱球罐，我们公司采用无中心柱散装法组装的球罐，首先需要解决的2012年 第5期24是带支柱赤道带板吊装后的直立固定问题。
本科毕业设计说明书3000m3液化气球罐的优化设计THE OPTIMAL DESIGN OF 3000m3 LPG SPHERICALTANK学院（部）：专业班级：学生姓名：指导教师：年月日3000m3液化气球罐的优化设计摘要球形储罐作为一种有压储存容器，相对于一般圆筒形储存容器，具有用材少、受力情况好、占地面积小等显著优点，在石油、化工、冶金等领域广泛用于储存气体、液体或者液化气体。
本文设计了在常温下工作的3000m3的液化气球罐及其相应附件。
查阅相关资料后，确定采用16MnR钢作为球壳用钢，对其储罐形式进行了优化设计，计算比较后确定采用混合式三带球罐，支柱形式为赤道正切式，支柱根数为10根，拉杆采用可调式拉杆，根据相关设计标注进行结构设计和强度校核，最后完成相关附件的设计。
最终的成果为一张装配图和三张主要零件的零件图。
关键字：球形储罐，材料选择，结构优化，强度校核THE OPTIMAL DESIGN OF 3000m3 LPG SPHERICALTANKABSTRACTCompared to the general cylindrical storage container, the spherical tank is a kind of pressure storage containers with less material, good force, cover a small area, etc, which is widely used in storage of gases, liquids, or liquefied gas in petroleum, chemical industry, metallurgy and other fields.This paper designs the 3000㎡LPG spherical tank working at room temperature and its corresponding accessories. Referring to relevant data, I determine using 16 MnR steel as the steel spherical shell. The optimization design is carried out on the form of storage tank. After computation and comparison, I determine using hybrid three zones spherical tank with the pillar form of the equator tangent type, prop root number of 10, and adjustable draw-pole. The structure is designed and the strength is checked according to related design marks, and finally the design of the related accessories is completed. The final result of this study is a assembly drawing and three parts drawing of major parts.KEYWORDS: the spherical tank, material selection, structure optimization,strength chec目录摘要................................................ 错误!未定义书签。
1工程概况1.1工程简介建设单位：山东***石油化工有限公司设计单位：***石化设备有限公司安装单位：***石化设备有限公司1.2球罐技术参数(详见表1)表12编制依据2.1招投标文件2.2施工图(图号:B1013-01)2.3TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》2.4GB12337-1998«钢制球形储罐»2.5GB50094-98«球形储罐施工验收规范»2.6JB/T4730-2005«压力容器无损检测»2.7JB4708-2000«钢制压力容器焊接工艺评定»2.8JB/T4709-2000«钢制压力容器焊接工艺规程»2.9GB713-2008 «锅炉和压力容器用钢板»2.10S H3512-2002 «球形储罐工程施工工艺标准»2.11***石化设备有限公司«质量保证手册»3材料验收3.1 球壳板及零部件的出厂证明书，确认符合设计文件要求，资料齐全后，方可进行实物验收。
3.2 球罐组装前，组织责任人员逐张对球壳板的曲率、几何尺寸和表面损伤全面复查，其要求如下：(1) 球壳板曲率复查a.当球壳板弦长≥2000mm时，检查样板的弦长≦2000mm，当球壳板弦长≤2000mm时，检查样板的弦长≦球壳板的弦长。
b.球壳板曲率要求不得大于3mm。
c.每块球壳板的复查不少于5处。
(2) 球壳板几何尺寸复查a.长度方向弦长允差不大于±2 .5mm。
b.宽度方向弦长允差不大于±2 .0mm。
c.对角线弦长允差不大于±3 .0mm。
d.两条对角线应在同一平面上，用两直线对角线测量时，两直线的垂直距离不得大于5mm。
(3) 坡口检查a.坡口夹角偏差为±2 .5°。
b.钝边偏差±1 .0mm。
3000m3液化气球罐组装方案一. 编制讲明1.1 本方案适用于XXXXX项目XXX单元的2台3000m3液化气球罐工程的组装施工。
1.2 编制及施工验收依据●施工蓝图●《压力容器安全技术监察规程》质技监局锅发［1999］●《钢制球形储罐》GB12337-1998●《钢制压力容器》GB150-1998●《球形储罐施工及验收规范》GB50094-98●《球形储罐工程施工工艺标准》SH/T3512-2002●《承压设备无损检测》JB47030.1-4730.6-2005●《熔敷金属中扩散氢测定方法》GB／T3965-1995●《金属夏比缺口冲击实验方法》GB／T229-94●《压力容器涂敷与运输包装》JB/T4711-2003●《钢制压力容器焊接工艺评定》JB4708-2000●《钢制压力容器焊接规程》JB/T4709-2000●《压力容器用钢板》GB6654-1996●《碳钢焊条》GB/T5117-1995●《低合金钢焊条》GB/T5118-1995●《气焊、手工电弧焊及气体爱护焊焊缝坡口的差不多形式与尺寸》G B985-88●《压力容器用碳素钢和低合金钢锻件》JB4726-2000●《钢制压力容器产品焊接试板的力学性能检验》JB4744-2000●《压力容器用钢焊条订货技术条件》JB4747-2002二．工程概况2.1 本工程有2台3000m3液化气球罐由我公司负责现场安装施工任务，其结构为四带混合式，材质为15MnNbR。
2.2 3000m3 液化气球罐设计参数2.3 工程内容2.3.1 2台3000m3液化气球罐本体组焊、热处理以及相应的各项试验；2.3.2 球罐本体的梯子平台、球罐的防腐等工作；2.4 球罐结构形式赤道正切支柱四带混合结构，球罐零部件包括球壳板、支柱、拉杆、开孔接管及其它附件。
2.5 工程实物量2.5.1 加氢轻石脑油罐区（224单元）2台3000m315MnNbR液化气球罐本体组焊,球罐编号224-T-07、224-T-09。
3000m3球罐球壳板的优化
摘要：本文介绍了球壳板的尺寸计算和平面下料展开计算方法，在标准混合式球壳结构的基础上，提出了3000m3球罐一种优化排板三带球壳结构，并对其焊缝长度，球壳板块数，材料利用率，钢板采购板幅等进行了分析比较，实践证明三带优化球壳结构具有明显优势。
关键词：3000m3球罐；球壳板；计算下料；优化
球形容器与同容量的其它容器相比，具有表面积小，重量轻，制造周期短及占地面积小等优点，随着我国石油化工、冶金、城市燃气等迅速发展，对大型容器的需求与日俱增。
球罐的大型化，使用强度更高的材料，提高单块球壳板的面积是技术发展的必然要求。
对于3000m3球罐球壳结构形式GB/T17261-1998推荐了4种结构形式，桔瓣式球壳分为5带10支柱和12支柱两种，混合式球壳分为4带10支柱和5带12支柱两种。
对于大型球罐采用混合式结构已经成为主要方向，因此对于3000m3球罐主要讨论混合式结构形式。
1、3000m3球罐主要设计参数见表1
表1 3000m3球罐主要设计参数
2、球壳板几何参数的计算及优化
2.1成形后球壳板的尺寸计算
球壳板的几何尺寸计算多为球面三角法、解析几何法等，这些方法的理解和推导比较繁琐，特别是混合式球壳极板尺寸计算对于非专业设计人员使用不够方便。
球壳板的任一边弧线可以看成是平面与球面相交所得的相贯线。
平面有通过球心和不通过球心两种方式，平面与球壳的相贯线均为圆，相贯线的投影，因其投影方向不同则可为圆、椭圆和直线三种形式，按其相贯线投影建立相应的曲线方程，将有关方程联立可求出各曲线的交点坐标，经转化计算既可求得成型后球壳板的各种弦长和弧长，将计算过程通过计算机编程则会使计算更加便捷。
图1为混合式球壳极板的坐标系及相贯线方程。
θ
θ
θ
θ
θ
图1 混合式球罐极板的坐标系
2.2球壳板平面下料尺寸计算
为确定采购钢板的尺寸需进行平面展开计算，圆锥模型形成如图2所示，球面上任一点P ，在极轴上引直线PG ，使PG 垂直于P 点的球半径OP ，则以GP 为母线绕极轴旋转形成锥体的下底圆，使下底圆与P 点在球面上的纬向圆为同一圆，则P 点在球面上的纬向圆弦口可按锥体下底圆进行展开计算, 对于钢板采购尺寸的确定重要的是计算与展开后的圆弧相对应的弦长，根据各带分瓣数,即可计算出每片球壳板纬向的弧长，计算出钢板长度和宽度。
图2 球壳锥体展开模型及P 点纬向圆弦口展开图
P 点纬向圆弦口展开半径 R P =(Dtg αP )/2 (1) P 点纬向圆展开后扇形角 γP =360COS αP (2) P 点单块瓣片对应展开角 ΦP =(360COS αP )/N P (3) P 点单块瓣片展开宽度W P
W P =PQ=2R P sin （Φp/2）=Dtg αP sin ［（180cos αP ）/N P ］ （4）
对应W P 形成的拱高h P
h p =MN=R P -R P cos （ΦP /2）=（D/2）tg αP ｛1-cos ［（180cos αP ）/N P ］｝ （5）
式中：N P — P 点所在带板分瓣数，D —球罐直径。
在工程实践中主要以7块混合式极板球壳为主，各板球心角相同，θ1= θ2 = θ3 = θ，则极带各板下料宽度相同θπD/360。
极中板下料长度为 3θπD/360； 极侧板下料长度为图
1
中大边弧长度
A1A1
/
（弧），
()()
()()⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⎥⎦⎤⎢⎣⎡- 1.5θ2sin 0.5θ2sin 1)5.0(2sin 11.5θsin arcsin 1802πθR ；
极边板下料长度为图1中大边弧A3A3/
（弧）在平面中展开后对应的弦长（其数值小于边弧
长度） )5.2cos 45sin 5.2tg 2θθ（R ，如图3所示。
温带板和寒带板下料宽度为单块瓣片上下边弧在平面展开对应弦长的较大者（其数值小于边弧长度），下料长度为其相应经向弧长与小端圆弧平面展开中形成的拱高之和（其数值大于经向边弧长度），拱高计算按公式（5），如图3所示。
赤道板下料宽度为赤道线周长被分瓣数均分，下料长度为赤道板经向弧长与赤道板上下边弧在平面展开形成的拱高三者之和（其数值大于经向边弧长度），拱高计算按公式（5），如图3所示。
下拱高
图3 平面下料板幅原理图
2.3 3000m 3球罐球壳结构形式的优化
球罐的大型化使混合式球壳结构获得广泛应用，而混合式球壳瓣片的大型化又是其显著特点。
从冶金行业看，轧钢能力显著提高，能够提供3m 以上的宽厚板，从球罐生产厂家看，大跨距6m 以上，大吨位2000t 压力机已经装备，使球壳瓣片的大型化具备了现实条件。
针对3000m 3球罐进行优化如图4所示，球壳仍然采用混合式结构，减少球壳分带数，采用3带式结构代替GB/T17261-1998中的4带和5带结构。
增加极带板的球心角为100°，代替GB/T17261-1998中的75°和90°球心角，每块极板的球心角均为20°。
增大赤道板的球心角为80°，代替GB/T17261-1998中的45°和50°，取消温带和寒带，减少赤道板的分瓣数为18块，代替GB/T17261-1998中的20块和40块，使每块赤道板的纬向球心角均为20°。
三种分带方式球壳板数量及球心角比较见表2，三种分带方式与制造安装的有关参数比较见表3，其中下料尺寸计算以球罐中径18052mm 计算，钢板采购尺寸考虑了切割双边余量100mm 。
表 2 三种分带分瓣方式球壳板数量及球心角比较
表3 三种分带方式与制造安装的有关参数比较
图4 3000m3球壳优化分瓣形式图
3.0 结论
对于3000m3球罐，混合式结构比桔瓣式结构具有显著优点，具有焊缝长度短、球壳板数量少、材料利用率高的特点，而经过优化的三带混合式结构相对于标准中四带和五带混合式结构
更加科学合理，焊缝长度比标准中四带和五带混合式结构分别减少了95.3m和238.5m，焊缝长度最短，球壳板数量比标准中四带和五带混合式结构分别减少了22块和54块，材料利用率最高，球壳板的种类最少，且实现了所有球壳板宽度相同。
对于减少焊接和无损检测工作量，提高组焊施工效率，提高材料利用率，减少材料成本，提高球罐的质量和安全性具有重要意义。
参考文献
［1］王嘉麟.球形储罐焊接工程技术［M］.北京机械工业出版社,2000.
［2］GB/T17261-1998, 钢制球形储罐形式与基本参数［S］.。
