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球形储罐设计要点及风险控制探讨发布时间：2021-08-12T07:06:49.480Z 来源：《建筑工人》2021年第5期作者：孙海鹏[导读] 以此保证球形储罐使用期间的安全性和稳定性，为相关行业的使用，提供安全保障。
武汉炼化工程设计有限责任公司湖北省武汉市 430000摘要：球形储罐在很多行业中，都有着广泛的应用，尤其是化工、石油、冶金等方面，主要是用于各种与气体的储存，由此可知球形储罐施工期间安全性和稳定性的重要性。
基于此，本文基于球形储罐的特点，对球形储罐设计要点，以及风险控制的相关内容，展开了分析和阐述，其目的就是提升球形储罐的设计质量，确保其安全性和稳定性，避免安全事故的产生。
关键词：球形储罐；球壳板；质量；安全性基于球形储罐的用途，所以在球形储罐设计较为复杂，并且在球形储罐设计期间很容易受到一些因素的影响，影响其设计质量。
因此，为了实现良好的设计质量与效果，必须掌握球形储罐的各项设计要点，并且严格落实到位，这样才能减少设计问题的产生。
但是，要想达到安全、稳定标准，仅仅是在掌握球形储罐设计要点是不够，还需要对球形储罐进行风险控制，针对可能产生的风险进行评估，采取合理的控制措施，以此保证球形储罐使用期间的安全性和稳定性，为相关行业的使用，提供安全保障。
一、球形储罐特点了解球形储罐特点，有助于对球形储罐设计要点的掌握，其特点内容如下。
1、球形储罐的表面积相对较小，即：在相同的容量的情况下，球形储罐所需要的钢材面积也相对较小【1】。
2、球形储罐中球壳与圆筒形容器相比，其承载能力相对较大，并且在相同的直径、压力等状态下，如果采用钢板的话，球形储罐与圆筒形容器相比，其厚度相对较薄。
3、球形储罐的体积相对较小，所以占地面积也相对较小，并且可以向空间的高度发展，这样可以有助于对占地面积的利用。
二、球形储罐的设计要点球形储罐设计所涉及的环节相对较多，所考虑的内容也相对较多，因此在球形储罐设计时，必须了解各项设计要点，具体的内容如下。
大型全足球瓣式球罐球壳板制作工法大型全足球瓣式球罐球壳板制作工法概述：大型全足球瓣式球罐球壳板制作工法是一种用于制作大型球形容器外壳的先进工艺。
这种工法可以应用于石油、化工、食品等行业中，用于制作贮罐、反应器、储罐等容器的外壳。
该工法的独特设计和生产流程，能够保证球罐球壳板的高质量、高强度和耐久性，为工业生产提供重要的基础设施。
工法步骤：1. 设计和制造球罐模具。
首先，通过计算和设计确定球壳的直径、高度和几何特征等参数，然后制造合适的模具。
模具是根据球壳的尺寸和形状来设计的，通常由金属材料制成，以保证足够的强度和稳定性。
2. 制作球壳板。
在完成模具制造之后，需要选择合适的材料来制作球壳板。
通常情况下，球壳板由高强度和耐腐蚀的材料制成，如不锈钢、铝合金或碳钢等。
在制作球壳板之前，需要对材料进行预处理，如切割、修整和准备焊接接头。
然后，将球壳板放入模具中，并根据需要进行角焊接，以确保球壳板能够完全封闭和保持结构强度。
3. 进行球壳板焊接。
将球壳板放入焊接工作台上，使用合适的焊接设备进行焊接。
焊接工艺需要根据球壳板的材质和设计要求来确定。
通常情况下，采用氩弧焊、封孔焊和角焊等方式进行焊接，以保证焊缝的质量和均匀度。
焊接完毕后，需要对焊缝进行检查和测试，以确保焊接质量达到标准要求。
4. 进行球壳板的后续处理。
在完成焊接之后，需要对球壳板进行抛光、除锈、喷涂和表面处理等工序。
这些工序的目的是提高球壳板的表面光洁度、耐腐蚀性和机械性能。
根据具体需求，可以额外进行防水、防火和隔热等处理，以增强球罐球壳板的性能和功能。
5. 进行球罐球壳板的组装和安装。
完成球壳板的制作和处理后，需要将其进行组装和安装。
这需要根据设计要求进行精确的测量和定位，以确保球壳板的安装位置和连接口与球壳的其他组件完全配合。
在组装过程中，还需要进行必要的密封和减震处理，以确保球罐球壳板在使用过程中能够安全、稳定地运行。
总结：大型全足球瓣式球罐球壳板制作工法是一项复杂的工程，在制作过程中需要高度的技术和专业知识。
大瓣片高强钢球罐壳板成形机理及本构关系研究随着石油、化工、冶金及城市燃气工业的发展，作为储存容器的球罐，得到了广泛的应用和迅速的发展。
目前，球罐制造技术正向着容积大型化、结构多样化、高参数方向发展，这势必要求球罐的瓣片尽可能大，减少焊缝长度，降低成本，同时提高整个球罐的安全性。
我国从上个世纪80年代开始试制和生产σ_b=610MPa级别的高强钢，但是板宽较窄，无法满足大型球罐板宽较大的要求。
直到本世纪初，才开始批量生产宽板高强钢，这样，使用国产高强钢制造大型球罐已成为可能。
因此，作为国产高强钢板应用于大型球罐的技术需求，大瓣片高强钢球罐壳板成形机理及本构关系研究势在必行。
本文对国产高强钢球罐壳板冲压成形过程中板料受力和变形进行弹塑性分析，对成形过程进行应力测试与分析，推导多维应力和应变状态的弹塑性增量本构关系，并对高强钢球罐结构进行了有限元数值计算。
主要探讨板料塑性变形的应力状态和变形状态，为合理设计高强钢球罐壳板冲压成形工艺提供依据。
以便进一步提高产品的制造精度，确保产品质量，提高球罐制造安装技术水平。
本文完成的具体工作摘要如下： 1、通过对耦几何与物理非线性为一体的圆板力学分析模型的研究，对球罐壳板冲压成形过程中板料受力和变形进行分析。
主要讨论板壳成形过程中的结构性问题，探讨板料塑性变形、板内膜力对应力状态和变形状态的作用以及回弹规律。
板料成形过程符合线性强化理论。
当膜力卸除后，周向弹性变形和径向缩短的弹性变形导致回弹。
2、对大瓣片高强钢球罐壳体成形过程进行应力测试与分析，在分析壳体成形工艺特点和力学特征的基础上，创新性地设计出合适的应力测试方法，准确测定冲压加工过程中特定状态下板壳内的应力分布及变化规律。
压力加工过程中，当模具完全冲压到位时，在模具中心区域出现最大拉伸应变，应力值也最大，其它部位应力值均不超过中间部位，而卸载后该区反而出现了很小的压应力，这对容器的安全是有利的。
因此在冲压过程中只要控制冲压变形量，使得中间部位应力值小于材料的强度极限，就可保证板材不发生工艺性破裂，而且成形完成后该区也无不利的力学因素。
JFE-HITEN610U2L球罐焊接技术分析摘要：通过分析JFE-HITEN610U2L钢制乙烯球罐球壳板材料和焊接材料的化学成分及其焊接性，通过采取严格控制焊接线能量、预热温度、层间温度以及后热消氢、消应处理等工艺措施，采用合理焊接工艺参数，优化施焊措施，确保了球罐整体焊接接头的性能，保证JFE-HITEN610U2L低温高强钢球罐的现场组焊质量。
关键词：JFE-HITEN610U2L钢；焊接；优化；措施0 引言本人于2010年至2011年底在中国石油抚顺石化公司扩建80万吨/年乙烯工程化工压力罐区装置担任焊接专业工程师，主要负责球罐焊接技术管理，化工压力罐区有9台乙烯球罐，乙烯球罐主体材质选用了JFE-HITEN610U2L，其设计温度为50℃/-45℃，设计压力为1.9MPa，容积为2000m3，球壳板厚度38mm，JFE-HITEN610U2L钢板其化学成分见表1；焊条采用与钢板相匹配的日本神户LB-65L高强度、高韧性、超低氢性焊条。
本文对该材质球罐群用钢材的焊接性进行了分析，并对焊接过程中的质量控制进行介绍。
1球壳板材料和焊接材料分析1.1球壳板材料中国石油抚顺石化公司扩建80万吨/年乙烯工程化工压力罐区装置，其中的9台2000m3JFE-HITEN610U2L钢板熔敷金属化学成分见表1；JFE-HITEN610U2L钢板复验力学性能指标见表2。
表1JFE-HITEN610U2L钢板化学成分指标（熔炼分析）（%）表2 JFE-HITEN610U2L钢板的力学性能及冷弯性能要求1.2焊接材料乙烯球罐焊接采用与JFE-HITEN610U2L钢相匹配的LB-65L焊条，其熔敷金属化学成分见表3；熔敷金属力学性能的技术要求见表4。
表3 熔敷金属化学成分指标C Si Mn P S Ni Mo 其他合金元素总量≤0.10≤0.800.6~1.20 ≤0.015≤0.010 2.00~2.75 0.05~0.35 ≤1.5表4 LB-65L焊条熔敷金属力学性能的技术要求试样状态拉伸试验冲击试验焊后经570±15℃X4hr Ra/Mpa Rel/MpaA/% 试验温度/℃冲击功AKV/J平均值单个值≥490610~740 ≥20 -50 ≥60≥422 JFE-HITEN610U2L钢的焊接性分析球壳板采用的是日本CF系列JFE-HITEN610U2L钢，属于低裂纹敏感性低温高强，是在低碳高锰的基础上，通过加入微量镍、铬、钼、钒、铌等元素合金元素的方式，并通过一定的控制热加工工艺,获得了以针状铁素体为主的混合组织,具有较高的强韧性、良好的成型性和焊接性能,广泛用于制造各种低温球罐。
球形储罐的组装及焊接工艺探讨摘要：球形储罐（以下简称球罐）的现场组装与焊接是球罐建造工程中的关键，现场组焊焊接难度增大，施工机具增多，质量要求不断增高。
选择合理的施工方案，减少组装应力和焊接应力，确保工程质量，是业主、施工单位、监理机构追求的目标。
关键字：球形储罐焊接工艺预热焊接线能量Abstract: the spherical tank (hereinafter referred to as the spherical tank) at the scene of the assembly and welding is the key of the spherical tank of construction of the project, the welding compound increased the difficulty, construction tools increased, the quality requirements have increased. Choose reasonable of construction project, reduce assembly stress and the welding stress, ensure the engineering quality, is the owner, construction units, supervision organization the pursuit of the goal.Key word: spherical tank welding process preheat the welding energy中图分类号：P755.1文献标识码：A文章编号：球罐的组装球罐组装方案多种多样，有散装法，大片装法，带装法等。
安装现场用施工设备和机具、工夹具繁多。
组装工艺、脚手架的搭板也不尽一致。
下面就散装法作一介绍。
球罐球壳板相关技术探讨作者：张传齐罗永智王保卫陈丽萍
来源：《科技与创新》2019年第09期
摘要：对球罐的桔瓣式和混合式两种球壳结构进行了对比总结，概括了球壳板在材料、成形、组焊等方面的关键技术，以期为广大技术人员提供一些设计参考。
关键词：球罐;球壳板;结构对比;切割
中图分类号：TH49
文献标识码：A
DOI： 10.15913/ki.kjycx.2019.09.032
球罐[1]作为承压的大型球形储存容器，其应用领域非常广，涉及化工、炼油、天然气等多个领域。
球壳板是球罐的主要受压元件之一，其组成球壳主体的方式多种多样，常见的有桔瓣式、混合式、足球瓣式球壳结构。
在特定的设计温度下，球壳板要承受物料压力、液柱静压力、风载荷、雪载荷、地震载荷等外部载荷，受力复杂，工程设计时不仅要通过强度计算保证球罐的强度，还要合理确定球壳结构，从球壳板的分带排版、制造、检验等多个方面优化设计，充分保证球罐的安全性和经济性。
笔者结合相关标准资料[2-5]和设计经验，通过数据实例对桔瓣式和混合式两种球壳结构进行了对比分析，总结了球壳板设计技术要点。
1 桔瓣式和混合式球壳结构对比
桔瓣式和混合式球壳结构对比如图1所示。
桔瓣式球壳先以纬线将球壳分割成球带，再以经线将球壳分割成球壳板，其极带由1块极中板和2块极侧板组成;混合式球壳的极带板采用足球瓣式，由1块极中板、2块极侧板和4块极边板组成，其余均采用桔瓣式。
为了对两种数据进行更直观的对比，容积相同的球罐均取相同数量的赤道板和支柱，分带数按照GB/T 172612011[6]标准选取，主要从球壳板数量、焊缝总长度、板材利用率进行计算，球壳板结构数据如表1所示，通过对比分析可以得出结论。
球罐容积为400 m3时，桔瓣式球壳的球壳板总数和焊缝总长度都比混合式球壳的少，其球壳板下料、加工、焊接组装的工作量大大降低，提高了生产效率，同时还节约了焊材、人工等生产成本，缺点是板材利用率没有混合式球壳高。
因此，容积400 m3的球罐采用桔瓣式球壳比较有优势。
球罐容积为650 m3时，在球壳板的数量上，混合式结构要比桔瓣式结构多，但是混合式结构的焊缝总长缩短了，并且板材利用率更高，占有一定优势。
球罐容积为1 000 m3时，3带桔瓣式球壳的球壳板总数和焊缝总长度要优于4带桔瓣式和3带混合式球壳，但是其球壳板尺寸较大，深度达到1 801 mm，弧长达到9 660 mm，这种曲率较大且长度长的球壳板压制好可以说困难重重，制造的可行性较差，而且板材利用率也低，所以在工程设计中，容积1 000 m3的球罐采用桔瓣式球壳结构时，最少要分4带，而混合式3带球壳结构和桔瓣式4带球壳结构相比，混合式球壳的优势就非常明显了。
容积为2 000 m3和3 000 m3的球罐与混合式球壳结构相比，桔瓣式球壳结构在球壳板总数、焊缝总长、板材利用率上没有明显优势，并且分带数量也较多。
对于较大容积的球罐，如果采用3带和4带桔瓣式球壳结构，其球壳板规格较大，已经超出了钢板的轧制能力，并且每张球壳板重量也增大，吊装及运输费用高，所以对于大容积球罐采用混合式球壳结构是比较合适的。
2 球壳板制造技术
2.1 原材料复验
钢板进厂后制造厂按照材质证明文件检查验收，如设计图纸及相关标准中要求对材料进行复验，还需按文件执行，复验内容有超声波检测、力学性能检测、化学成分检测等。
2.2 球壳板的成形
2.2.1 球壳板的下料
目前制造厂普遍采用火焰切割工藝，先切割出球壳板料坯，成形后坡口和二次下料结合进行，坡口精度高和尺寸误差较小。
随着球壳板的切割工艺的迅速发展，比较先进的“切割机器人”得到广泛应用，其可在球壳板成形后，直接进行数控划线和数控切割，且自动搜寻切割轨迹，能够保证每片曲面钢板的弧长、弦长等尺寸精度符合技术要求，提高了切割下料的一致性和准确率，使曲面板现场拼装更迅速、焊接质量更易保证、工作效率更高。
2.2.2 球壳板的成形
压形前应彻底去除钢板表面的氧化皮等杂物，避免损伤球壳板表面，并按照球壳板的规格尺寸、材料特陛等因素制定技术措施，选择合适的模具。
球壳板成形一般采用大模具、多点冷压成型工艺，成形时温度应在0℃以上，施压速度应缓慢，要充分保证钢板的供货状态，不损伤材料。
2.2.3 尺寸检验与标识
球壳板的最终尺寸应满足设计标准及施工图的技术要求，并制作档案卡片记录好每块球壳板材质、带号、位号、炉号等，检测合格后用油漆在球壳板上喷涂位号及带号。
球壳板几何尺寸允许偏差的最低要求为：长度方向弦长L允差不大于±2.5 mm;任意宽度方向弦长允差不大于±2 mm;对角线弦长允差不大于±3 mm;两条对角线应在同一平面上，用两直线对角测量时，两直线的垂直距离不得大于5 mm;长度方向弧长允差±2.5 mm，宽度方向弧长允差±2 mm。
2.3 球壳板在制造厂内的焊接
从事球罐焊接的焊工必须持有考试合格证书，焊工施焊的钢材种类、焊接方法、焊接位置等均应与焊工本人考试合格的项目相符;施焊前应按照标准进行焊接工艺评定，并根据图样要求及评定合格的焊接工艺制订出焊接工艺规程。
上支柱的组焊要采用专用平台和工装，防止赤道板变形，保证其变形量控制在限定范围内。
2.4 球壳板出厂前表面缺陷的修复
球壳板表面的凹坑、划伤、裂纹等缺陷必须打磨清除，修磨表面应平滑过渡，坡度不小于3：1，修磨后的厚度须不小于图样要求的最小厚度，且修磨表面还应按NB/T47013.4_2015[7]标准的规定应进行l00%磁粉检测，I级合格。
当缺陷深度小于球壳厚度的5%或者2 mm时，需对缺陷进行焊接修补，焊接修补措施应符合设计标准相关规定。
2.5 球壳板的涂覆、包装及运输
球壳板制造完毕检测合格后应彻底清除内外表面铁锈等杂物，并涂防锈漆。
运输时，球壳板采用专门的钢框架进行包装，球壳板凹面朝下，上下重叠放置，相互之间垫衬橡胶带等柔性材料。
通常情况，单个包装框架中球壳板数量最多6块，其整体总质量应控制在30t之内。
球罐上、下极带与接管相焊的球壳板应单个包装，并采取保护设施防止吊装、运输中接管碰撞变形，如果设计文件没有其他特殊规定，应符合JB/T 4711_2003[8]标准的规定。
3 结束语
近年来，钢板的轧制能力、球壳板的制造水平、运输能力都在不断提升，球壳板的规格也随之变化。
在工程设计时，球壳板的规格尺寸并没有规定不变的设计参数，技术人员需要综合考虑各个影响因素，制订出合理的球壳结构和球壳板尺寸，提高生产效率，降低生产成本;同时，还需要提出全面的、合理的技术措施，保证球罐的安全可靠性。
参考文献：
[l]甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司，中国特种设备检验研究院，合肥通用机械研究院，等.GB/T 12337-2014钢制球形储罐[S].北京：中国标准出版社，2014.
[2]卫建良，张扬，纪伯伟，等.GB 50094-2010球形储罐施工规范[S].北京：中国计划出版社，2010.
[3]李世玉.压力容器设计工程师培训教程[M].北京：新华出版社，2005：335-352.
[4]叶文邦，黄正林，曹文辉.压力容器设计指导手册[M]3版.昆明：云南科技出版社，2015：439-477.
[5]化工设备设计全书编辑委员会.球罐和大型储罐[M].北京：化学工业出版社，2015.
[6]刘福录，党战伟，李峰，等.GB/T 17261-2011钢制球形储罐型式与基本参数[S].北京：中国标准出版社， 2011.
[7]合肥通用机械研究院，中国特种设备检测研究院，浙江特种设备检验研究院，等.NB/T 47013.4-2015承压设备无损检测第4部分：磁粉检测[S].出版社不详，2015.
[8]合肥通用機械研究院，中国石化集团公司经济技术研究院.JB/T 4711-2003压力容器涂敷与运输包装[S].出版社不详，2003.。
