2000m3球罐毕业设计

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1 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。

1.1 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：

1.球形容器的表面积小，即在相同作用容量下球形容器所需钢材面积最小。

2.球形容器壳板承载能力比圆筒形容器大一倍。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。

3.球形容器占地面积小，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。

1.2 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。

目前国内使用的球罐，设计温度一般在-40C~50C之间。

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。 毕业设计

2 1.3 国内外球罐建造进展

1.3.1球罐建造的历史概论

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。即三十年代建造的球罐主要是铆接球罐。

在四十年代，由于焊接技术的出现，球罐建造出现较大的进度。但由于当时工业水平较低，工业领域窄，因此球罐需求量也不大，受球罐材料的局限，顾发展水平不快。

在五十年代，由于焊接技术的进一步发展及高强度钢的出现，随着工业部门对球罐的大量需求，球罐建造开始迅速发展起来。但由于五十年代建球技术并不先进，所以其特点为：数量低，质量低。

在六十年代，随着冶金工业的发展，石油化工，原子能工业的发展，建球水平进入了一个新的阶段，其特点如下：

a) 对球罐的建造提出容量大，数量多，质量高的要求：使用工艺条件也较苛刻。

b) 鉴于六十年代球罐多次脆性破裂事故，球罐的安全性得到足够重视。

c) 球罐在建造中出现全面的质量控制和施工管理。

d) 大容量球罐的经济性促进了开发高强度低合金钢，开始研究由于采用高强度钢而带来的焊接裂纹的防止。

e) 各国开发球罐整体热处理技术，并行成了热处理专利及专门热处理的服务公司。

f) 对球罐的使用中裂纹引起了足够的重视，并且开始防止球罐进行裂纹的研究。

在七十年代建造出现了不平衡的情况，由于各国发展了低温储存双层立式储罐，贮存各种气体及液化气体的需要，球罐又在某些国家迅速发展，这时期特点如下：

(1) 这时期建造球罐容量增加，质量得到较好的控制。

(2) 大型原子能发电站的建造，促进球形压力壳和安装壳的制造技术水平，一些超大型球壳陆续建造完成。

(3) 大量液化气贮存事业发展，推动建球技术的发展。

(4) 各国压力容器规范开始注重对球罐制造的要求，出现一些球罐的专用规范，并注意球罐的设计制造，施工检验的规范标准的制定及实施。

(5) 加强球罐施工现场管理，进行全面的质量控制。

(6)家强求关的科研。

1.3.2 国内球罐建造概论

我国最早建造球罐在1958年以后，至1980年已运行的各类球罐约为1000台左右。

回顾我国近三十年的建造球罐历史，历史较短，但发展速度较快，目前国内毕业设计

3 建球技术水平仅仅达到世界先进国家的八十年代的水平，至于近年来引进国外球罐技术水平也有达到九十年代的技术水平，但是综合技术水平还是比较落后的，球罐的质量不能很快提高是技术管理水平低，大容量球罐尚不能建造主要缺少球罐的专门材料。总结近三十年的建球历史，可以用如下几个阶段来阐述：

第一阶段 1958年——1972年

这阶段是我国开始组建球罐阶段，其特点是自行设计阶段，分散组建中小型球罐为主，最大容量为一千立方米。采用低合金钢16MnR球罐试制成功后，出现大容量的16MnR，15MnVR球罐，球壳和主要热压成型，由各施工单位组装焊接。球罐组建均设有标准规范进行质量控制，无竣工验收标准，因此施工质量低劣，生产效率低，对球罐安全性尚未被人们得到足够的认识。

第二阶段 1972年——1979年

这阶段是我国建造球罐最多，容量最大的时期。首先这阶段引进32台国外球罐，建造3台8250立方米大型液氨球罐，2台5200立方米液氨球罐，2太2200立方米丙烯球罐。在引进球罐设计制造，施工和检验技术的掌握下，我国建球技术有了较大的提高。为我国赶超世界先进技术水平创造了良好的开端。其次，我国自行建造的2000立方米的大型球罐，并且组建配套工程球罐近百台左右，使国产球罐技术水平达到了一个新水平。

第三阶段 1979年——1982年

这阶段是球罐建造调整阶段，主要对全国现已运行的近800台球罐进行一次全面开罐检查，消除重大事故的隐患，对新建球罐进行全面质量检查及控制，为迎接今后组建大量城市煤气球罐打下基础。

对提高国内球罐建造及安全使用的一些看法

由于目前的一些问题主要都出现在焊接接头上，所以应该采用指把焊缝的质量提高到目前的水平。

应从：

(1) 焊缝磨削（2）球罐热处理（3）人孔接管产生的应力进行处理 这三个方面进行考虑。

1.3.3为使国产球罐向大型化发展应注意的问题

1．球罐用钢问题

由于球罐向大型化发展，相应的要求球罐用钢要向高强度钢发展。采用高强度钢制造球罐有如下特点：

(1) 对于相同容量的球罐，采用高强度钢可以减少壁厚，节约原材料的消耗。

(2) 经济性好，占地面积小，附件数量少，节省基础工程的设计费用，减少制造工时，运输和安装也方便。

(3) 可以建成不用热处理的大容量球罐，因此可节省投资。

目前我国急需发展屈服强度为50公斤/cm的高强度调制钢，以满足球罐需要，特别是乙烯球罐用材的需要。

2．球瓣自制问题

不管球罐的绝对容积是多大，大型化总有一条总的原则：就是必须尽量减少焊缝数量即：尽量使球瓣尺寸趋于大型化。这样，不但焊缝工作量减少了，而且装配应力也相应减少，建造周期可以缩短。 毕业设计

4 第二章 结构设计

2.1 纯桔瓣球壳的瓣片设计和计算

2.1.1 各纬带截面下弦口直径：

cosiDD (2.1)

12345i

122.52i

1cos22.515700cos22.513710.88DDmm

2267.52i

2cos67.515700cos67.5694.37DD

2.1.2 各带弧长

360iDi

(2.2)

13.1415700456162.25360mm3616261622同理 ，

2.1.3 球瓣（半球以上）各点弦长

一般把球瓣分成10等分来测量，故取10。

因各带球心角相等，故：

22180cos11801cos1iiimiiiDmtgSNCmtgSN (2.3) 毕业设计

5 对赤道带：

22.51801804.5;11.25516iiiSN

1229200cos114511.251794.831cos114511.25tgCmmtg

231789.396;1773.45CmmCmm同理：

4561746.944;1709.99;1662.745CCmmC

对温带：

67.51801804.5;11.251516iiiSN

12215700cos714511.251605.4161cos714511.25tgCtg

89101538.263;1461.6;1375.8CmmCmmC同理：

1112131281.308;1178.618;1068.3CmmCmmC

141516950.99;827.381;698.245CmmCmmC

2.1.4

球瓣相对于mC的弧长

arcsin180mmCDAD

(2.4)

=3.14157001794.83arcsin1805.518015700mm

2341799.96;1783.716;1756.725AmmAmmA

5671719.12;1671.805;1612.86AmmAmmA

89101544.739;1467.075;1380.28AmmAmmA

1112131284.835;1181.267;1070.173AmmAmmA

141516952.209;828.08;698.563AmmAmmA 毕业设计

6 2.1.5 球瓣径向边缘各测点弦长

'22sinmmCDC

(2.5)

'221sin0157001974.830C

同理得：'2708.039Cmm

'''3451412.204;2108.623;2793.471CmmCmmCmm

'''6783462.7;4112.629;4739.317CmmCmmCmm

'''910115338.945;5907.735;6441.981CmmCmmCmm