1500m3丙烯球罐设计【毕业论文+CAD图纸全套】

1500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（ 液化天然气（ 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 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 500of of in of at of or a to of as as a In as as . .) of In as of no to In of on to of of on of in of of to 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 摘要 . . 第一章 绪论 . 4 述 . 4 罐的设计参数 . 5 内外发展情况 . 5 第二章 基本尺寸确定 . 7 形尺寸的确定 . 7 料选择 . 7 壳设计 . 9 第三章 球罐受力分析 . 10 罐质量计算 . 10 震载荷计算 . 12 载荷计算 . 12 矩计算 . 13 第四章 强度及稳定性校核 . 14 柱计算 . 14 脚螺栓计算 . 16 柱底板计算 . 17 杆计算 . 18 柱与拉杆最低点 . 20 柱与球壳连接焊缝强度 . 21 孔补强校核 . 21 第五章 球壳分瓣计算 . 23 道带和上温带合板（如图 5 . 23 道带（如图 5 . 24 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 板（如图 5 . 25 第六章 工厂制造及现场组装 . 28 . 28 . 29 . 30 第七章 检验 . 34 . 35 . 36 . 40 . 45 . 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 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第一章 绪论 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。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（ 液化天然气（ 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。 本设计选择了球形容器的主要原因是球罐与常用的圆筒形容器相比有以下特点： 球罐的表面积最小，即在相同容量下球罐所需要的刚才最少。 球罐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，采用同样钢板是球罐的板厚只需圆通形容器的一半： 以上两个特点使球罐在用材远比同样容量、同样压力下的圆通形容器省料。 球罐占地面积小，且可向高度发展，有利于地表面积的使用。 由于这些特点，再加上球罐基础简单外观漂亮，受风面积小等原因，使球形容器应用得到扩大。 球形容器课按不同方式，如储藏温度、结构形式等分类。 按储藏温度分类： 常温球罐 这类球罐一般用于盛装液化石油气、氨、煤气、氧、氮等。这类容器的压力较高，取决于液化气的饱和蒸汽压或压缩机的出口压力。常温球罐的设计温度大于 氏度。 低温球罐 这类球罐的设计温度低于 常温（即 一般不低于 力属于中等（视该温度下的饱和蒸汽压而定）。 深冷球罐 这类球罐的设计温度在 往在介质液化点以下贮存，压力不高，有时为常压。由于保冷要求高，常采用双层球壳。 按结构形式分类： 按形状分有圆球形、椭球形、水滴形或以上几种形式混合； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 圆球按分瓣方式分有橘瓣式、足球瓣式混合瓣式； 圆球形按支撑方式分有支柱式、裙座式、半埋式、 球罐的设计参数 球罐的主要设计参数为设计压力和设计温度。这两 个参数互有影响，对球罐的设计影响很大，决定了材料的选用。 （ 1）设计压力 设计球罐时用来确定各部件的计算厚度或机械强度的压力。设计压力由工艺条件确定，要考虑以下几方面： 贮存介质为液化气是设计压力由最高设计温度决定； 装有安全阀时，设计压力取安全阀调定压力； 装有爆破膜时，设计压力取爆破膜的爆破压力； （ 2）设计温度 与设计压力同时存在的球罐壁温 为设计温度。 设计温度有工艺条件确定时根据工艺传热计算确定金属壁温为设计温度。 设计温度由大气环境温度决定时，参照一下方法： 最低气温 最高温度 值高于 27时取最高温度为 48，低于 27时取最高温度为 40，当贮存液化气时，一般以此作为设计温度并由此决定设计压力。 （ 3）设计压力与设计温度配合 当球罐时可能会出现不同 的压力和温度的配合，则应取最不利的同时出现的压力和温度配合作为设计依据，但对其他可能出现的压力和温度配合进行校核，以证明设计满足各种使用条件。 内外发展情况 中国球罐产业发展出现的问题中，许多情况不容乐观，如产业结构不合理、产业集中于劳动密集型产品；技术密集型产品明显落后于发达国家，生产要素决定性作用正在削弱，产品能源消耗大、产出率底、环境污染严重、对自然资源破坏力达；企业总体规模缩小、技术创新能力薄弱、管理水平落后等。 中国球罐产业发展研究报告阐述了世界球罐产业的发展历程，分析了中国球罐产业发展 现状与差距，开创性地提出了“新型球罐产业”及替代品产业概念，在此基础上，从四个维度即“以人为本”“科技创新”“环境友好”和“面向未来 ”买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 准确地界定了“新型球罐产业”及替代产品的内涵，根据“新型球罐产业”及替代品的评价体系和量化指标体系，从全新的角度对中国球罐产业发展就进行了全面的研究。 从目前来看球罐相大型化发展是必然的趋势，球罐建造正向着大型化、结构多样化、高参数的方向发展。由于大型化的经济性十分明显，以成为世界各国优先重视的重要课题。球罐不同时期受着不同因素的制约。随着相应技术的发展，这些制约引述不断的得 到解决，又促使球罐大型化的发展。从国内情况看，目前限制球罐向大型化方向发展的影响因素有： （ 1）设计制造规范； （ 2）球罐用钢； （ 3）球罐现场组装和焊接问题； （ 4）球罐现场热处理； （ 5）球壳板尺寸精度； （ 6）吊装运输能力。 总的来说球罐的发展还有很多问题需要我们来解决，正因为球罐的发展面临很多问题才使得球罐未来的发展前景很广泛。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第二章 基本尺寸确定 形尺寸的确定 V= 得 R=圆整到 R=7100= 球罐的几何容积为 1499 立方米 因为充装物质为 丙烯，挥发性比较强所以选充装系数 K=料选择 我国建造大型球罐主要用钢采用 20R、 1616157外球罐用钢的典型钢种有美国的 本的 照大型球罐选材的要求，对本次 1500丙烯球罐进行了设计选材（见表 2 2 表 2烯球罐选材方案比较 材料 厚度 / 蚀性能 球壳 质量 /t 球罐 质量 /t 整体 热处理 单台造 价 /万元 16 197 237 必须处理 380 07 155 205 必须处理 388 15 183 232 必须处理 395 表 2烯球罐用钢机械性能比较 材料 交货 状态 板厚 /服强度 S/伸率 /5 冲击韧性 16火 36 60 305 470 31（ 20 横向） 07质 20 50 490 610 27（ 横向） 15火 36 60 340 520 620 34（ 横向） 表 275化学成分 / 表 27买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16材的焊接性能更较好，广泛用于建造各类压力容器和中小型球罐，但 16强度和韧性随板厚的增加下降较大。厚度为 4816设计厚度 50 156强度和韧性均高于 16厚韧性也较好，强度也比 16 10，因而可是球罐总重量下降 8。 15有良好的综合性能，焊接性能和抗 大大提高球罐使用的安全可靠性，是大型球罐的理想钢种，在设计厚度 60 07五”其间开发出来的新品种，现已纳入 钢的力学性能相当于 07） 和焊接裂纹敏感性组织（ ） ,并通过合理的调质热处理获得最佳强韧比的组织结构，从而从根本上保证了其焊接性能和优良的低温韧度。但对存储介质的 般在设计厚度 50 丙烯为易燃易爆介质，同时含有一定的 般情况下含量不高，但在异常时 00此丙烯球罐在选材时除考虑球罐本身的受力要求外，还应从材料化学成分、力学性能方面选择耐 接后还应进行消除残余应力的整体热处理，减少应力腐蚀的可能性。 通过对采用 16075个方案进行综合分析比较（表2 2认为 16计厚度不宜超过 5007厚力学性能一般，但不允许有 宜在本球罐设计中使用； 15板力学性能稳定，韧性储备好，具有良好的抗 15造球罐，虽然板厚度较07总成本与 07以最后决定本球罐选用15管材料选 16梯、支柱选 20号钢，拉杆选 40板选 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 壳设计 根据设计参数，球壳选取混合式四带球罐。 静液柱高度按 H=2R 代入数据解得 H=11419计压力： P=壳各带的物料静液柱高度（如图 2 图 2罐静液位示意图 mm 700mm 339mm 1419料密度 重力加速度 g=壳各带计算压力： 材 料是 16缝选双面焊 100%无损检测， =文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 取球壳的名义厚度 47 第三章 球罐受力分析 罐质量计算 球罐平均直径： 4047壳材料密度： 1=5627kg/装系数： K=的密度： 3=1000kg/壳外径： 4294文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 基本雪压： q=400N/南京地区五十年一遇最大雪压选取 ) 球面积雪系数： 壳质量： 物料质量： 液压试验时的： 保温层质量： (因为该设备为常压储罐，所以无需保温 ) 支柱和拉杆质量：支柱选 10根。 600柱长 L=8300料为 10号钢。 7850 附件质量：人孔两个，公称直径 500量 302孔接管 16 扶梯的设计：本设计扶梯选择近似球面螺旋线性盘梯，主要参数： 球罐内半径： R=7100罐壁板厚度： =47子宽度（包括侧板后）： b=712子侧板宽： 80平台板厚度： S=子或顶平台板与球面最小距离： t=245想 求圆半径： + +t=7100+47+245=7392平台最大半径： 顶部平台半径：，所以 600部平台上面相对于赤道平面的距离： 盘梯中心回转半径： 盘梯圆柱中心轴线与球心距离： 盘梯终点的水平回转角： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 附件质量： 300作状态下球罐质量： 液压试验状态下球罐质量： 球罐的最小质量： 震载荷计算 支柱底板面至球壳中心距离： 300柱数目： n=10 支柱材料为 10号钢常温弹性模量： 柱外径： 支柱内 径： 支柱截面惯性矩： 支柱底板面至拉杆中心线与支柱中心线交点处距离： l=4694杆影响系数： 球罐的基本自振周期： 综合影响系数： 由于南京地区地震设防烈度为 7级，建造场地为 14、图 9查得 对应于自振周期 球罐的水平地震力为： 载荷计算 风载体形系数： 振系数： =文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 按 5 选取系数 1=000N/南京地区五十年一遇最大风压选取） 支柱底板值球壳中心距离： 压高度变化系数： 球附件增大系数： 球罐所受水平风力： 矩计算 视地震载荷和风载为一作用于球壳中心的集中水平载荷，则由于地震力和水平风力引起的最大弯矩计算式： 力臂： ,则 球罐的最终简图如下图所示 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第四章 强度及稳定性校核 柱计算 操作状态下的重力载荷 液压试验下的重力载荷 支柱中心圆半径： R=7100 7 计算最大弯矩对支柱产生垂直载荷的最大值 拉杆作用在支柱上的垂直载荷的最大值 以上两力之和的最大值 液压试验状态下支柱的最大载荷 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 操作状态下赤道线液柱高度： 液压状态下赤道线的液柱高度： 操作状态下物料在赤道线的液柱静压力： 液压试验状态下液体在赤道线的液柱静压力： 球壳的有效壁厚 操作状态下物料在球壳赤道线的薄膜应力： 液压试验状态下的液体在球壳赤道线的薄膜应力： 球壳内半径 球壳 材料泊松比 球壳材料弹性模量 操作状态下支柱的偏心弯矩： 液压试验状态下支柱的偏心弯矩： 操作状态下支柱的附加弯矩： 液压试验状态下支柱的附加弯矩： 操作状态下支柱的总弯矩： 液压试验状态下支柱的总弯矩： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 、支柱的偏心率计算 单个支柱的截面积 单个支柱的截面系数 操作状态下支柱的偏心率 液压状态下支柱的偏心率 、稳定性校核：计算长度系数 支柱惯性半径 支柱细长比 操作状 态下偏心受压支柱的稳定系数， 查表 18 液压试验状态下偏心受压支柱的稳定系数， 查表 18 支柱材料 20 钢 操作状态下稳定性校核 液压试验状态下支柱稳定性校核 支柱稳定性校核通过 脚螺栓计算 1、拉杆和支柱之间的夹角： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 拉杆作用在支柱上的水平力 2、支柱底板与基础的摩擦力 地板基础选钢筋混凝土 基础与地板的摩擦系数 底板与基础的摩擦力 3、地脚螺栓 因为故必须设地脚螺栓 每个支柱上的地脚螺栓个数： 地地脚螺栓材料 =235脚螺栓材料许用 剪切应力 地脚螺栓腐蚀余量 地脚螺栓的螺纹小径 选取 柱底板计算 1、支柱底板直径 基础采用钢筋混凝土，其许用压力 地脚螺栓直径 d=30柱底板直径 选底板直径为 2、底板厚度，地板的压应力 底板外缘至支柱处外表面距离 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 底板材料选 底板材料弯曲许用应力 底板腐蚀裕量 底板厚度 选底板厚度 45杆计算 1、拉杆螺纹小径计算：拉杆的最大拉力 拉杆材料 40 拉杆材料的许用应力 拉杆腐 蚀裕量 拉杆螺纹小径： 选取拉杆螺纹为 、拉杆连接部位的计算 销子直径 销子材料选用 40 销子材料的许用剪切应力 销子直径 选取销钉直径为 耳板厚度 材料选用 40 耳板材料许用压应力 = 耳板厚度 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 取耳板厚度为 24 翼板厚度 材料选用 40 图 4杆连接示意图 焊缝强度验算 A 支柱和耳板焊缝的验算 焊缝单边长度： 焊缝角尺寸： 支柱或耳板材料屈服点较小值： 角焊缝系数： 焊缝许用剪切应力： 支柱和耳板间焊缝的剪切应力校核 B 拉杆和翼板焊缝的验算 焊缝单边长度： 焊缝角尺寸： 拉杆或翼板 材料屈服点较小值： 焊缝许用剪切应力： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 拉杆和翼板间焊缝的剪切应力校核 柱与拉杆最低点 a 点应力计算 1、 图 4 图 4低点 支柱与球壳连接焊缝单边的弧长： 球壳 操作状态下 液压试验状态下 a 点的剪切应力： 2、 操作状态下 液压试验下 操作状态下物料在 液压试验下物料在 操作状态下 液压试验下 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3、 操作状态下 液压试验下状态下 则通过应力校核 a 点安全 柱与球壳连接焊缝强度 支柱与球壳连接焊缝角尺寸 支柱与球壳连接剪应力： 支柱与球壳屈服点较小值： 焊缝许用剪切应力： 应力校核： 则通过 孔补强校核 接管材料选择 16据国家相关标准规定只需对人孔、安全阀及进出口接管进行开孔补强校核。 1、人孔开孔补强计算 人 孔接管选 530 接管壁厚计算 接管有效厚度 开孔直径 接管有效补强宽度 B=2d=2 013管处侧有效补强高度 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 需要补强面积 可以作为补强面积为 需加补强圈 补强圈厚度 实际补强与筒体等厚度 同时计及焊缝面积之后，补强足够 2、进出料及安全阀接管均取 16 接管壁厚计算 接管有效壁厚 开孔直径 有效补强宽度 B=2d=2 99管处侧有效补强高度 需要补强面积 可以作为补强面积 需加补强圈 补强圈厚度 实际补强与筒体等厚度 同时计及焊缝面积之后，补强足够 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第五章 球壳分瓣计算 查表 赤道带 50 上温带 40 上下级 90 1=36 2=9 3=18 0=90 半径 R=7100 赤道带分瓣数 N=20 赤道带轴向球心角 =18 赤道带和上温带 0=90 极中板球心角 1=36 极侧板球心角 2=9 极边板球心角 3=18 道带和上温带合板（如图 5 弧长 弦长 弧长 弦长 弧长 弦长 弦长 弧长 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 5道带和上温带合板示意图 道带（如图 5 弧长 弦长 弧长 弦长 弧长 弦长 弦长 弧长 图 5道带瓣片示意图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 板（如图 5 图 5板示意图 对角线与弧长最大距离： 弦长 弧长 弦长 弧长 弧长 弦长 如图 5 弧长 弦长 弧长 弦长 弦长 弧长 弦长 弧长 弦长 弧长 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 5如图 5 图 5弦长 弧长 弦长 弧长 弧长 弦长 弧长 弦长 弦长 弧长 如图 5 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 5板示意图 弧长 弦长 弦长 弧长 弧长 弦长 弧长 弦长 弦长 弧长 弧长 弦长 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第六章 工厂制造及现场组装 球罐一般在现场组装、施焊。工厂中制造主要是指球瓣成形，坡口加工，其他还有锻件、支柱及有关附件加工。在工厂制造过程中有事需要进行焊接，如人孔与球壳板的焊接、支柱与球壳板的焊接，以及相应的焊后热处理。球瓣加工后尚需对坡口进行防锈处理，出厂前必须对球瓣片进行妥善包装，要保证运输过程中瓣片不产生变形及损伤。 球罐现场过程是整个建造工程的关键之一。而采取组装 手段是否恰当，能否与焊接、检验等工序相切合，充分利用资财条件使生产效率达到最高，是组装工程的主要内容。所以，本章主要介绍本设计的组装方法和组装过程使用的工具，着重介绍组装质量的手段。 厂制造 1、原材料的检验：制造厂必须按照图纸及有关技术条件对制造球罐的钢板进行检验。 首先要了解进场钢材是否与设计要求刚才的使用状态相符，如相符则应按技术要求进行化学或物理性能检验，其主要有： 化学成分。 拉伸试验。 弯曲试验。 冲击试验。 尺寸及外观检查。 超声波探伤检查。 其他技术要求中规定材料检验。 如有缺失的证明材料符合技术要求，则上述要求可不做或适当的抽查检验。当钢板检验后证明达到设计要求时，应在每张钢板上做适当的标记，并且在以后的加工过程中保留这些标志，以备识别考察。 2、瓣片成形 球壳办的瓣片是有钢板通过压机的压力加工而达到要求的形状，考虑本设备的材料种类、厚度、曲率半 径、热处理、强度、延性和设备能力买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 等方面因素，本球罐采用温压成型。 温压成型主要解决工厂压机的能力不足（加热可降低材料的屈服极限），以及防止某些材料产生低应力脆性破坏。温压介于热压和冷压之间。与热压相比温压具有加热时间短、氧化皮少等优点。与冷压相比，则无脆性破坏的危险。温压成型的温度及保温时间要仔细选择。确保以后在加工过程中的热处理与成型温度的效果，不是材料的机械性能降至最低要求以下。本球罐瓣片温压成型是应把温度控制在焊后热处理温度之下，且要把成型的保温时间与孤寂的焊后热处理时间相加，并考虑该材料在这段时间下 性能会不会降到不合要求。同时要注意材料的脆化效应及该温度下材料的韧性会大幅度降低。 瓣片的放样及坡口加工： 瓣片的放样，球壳是双曲面，不可能在平面上精确展开因此瓣片不可能一次精确下料。通常按近似展开下料，在压制成型后再进行二次下料（立体下料）。 坡口加工各球瓣的焊接坡口必须在球瓣压制成型后加工，亦可与瓣片第二次下料结合进行。坡口加工加工可采用火焰切割，风铲，机械加工及打磨，亦可采用各种方法结合进行。如果采用火焰切割必须限于半自动或自动火焰切割设备。切割后必须用打磨及其他机械方法去除氧化皮及热影响区。当火焰 切割方法切割厚截面钢材或高强度钢材时应采用预热，以避免产生裂纹。加工坡口最理想的方法机械加工，它不像火焰切割会在坡口表面留下氧化皮，也不会造成材料局部硬化和变形，坡口加工后必须仔细检查坡口表面，不得有分层、开裂或影响焊接质量的缺陷，坡口加工后应该涂上防护层，目前已有专用坡口防锈的涂层。这种防护层可以在以后的施工中不必去除，即能直接施焊而不影响焊接质量。 3、瓣片测量 在设计图纸上已给出球瓣的精确尺寸，在成型时，根据需要随时检查有关尺寸。成品检验做瓣片四边弦长检验、对角线尺寸检验及瓣片曲率检验。瓣片曲率检验 ，采用内侧样板，要求弦长不小于 1m。长度尺寸公差及曲率按有关标准规定检验。 场组装 根据本球罐的特点，组装时宜采用整体组装法中的单片组装法又称散装法即把单张球瓣逐一组装成型的方法。这种方法由于单片组装故不需要很大能力的吊起机具和安装场地准备的工作量小组装速度快且球体的组装精度易于保证，组买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 装应力小。但它的高空作业量比较多要求全位置的焊接技术也严格焊工操作劳动强度也比较大对球瓣的几何尺寸及形状要求也高，且需要相当数量的工具夹。综合考虑各种因素，选择单片组装法还是很具有有势。 组装设备 及工具： 起重设备 起重设备是球罐安装过程中所需的重要设备之一，能否合理选用起