毕业设计（论文）-1400立方天然气储罐设计.docx

南华大学机械学院毕业设计（论文）目录1、设计主要参数的确定42、总体设计方案42.1设计选材42.2球罐设计方案的确定53、球壳强度计算63.1壁厚的确定63.1.1计算压力63.1.2球壳各带厚度63.1.3试验压力校核73.2球罐质量计算83.3地震载荷计算93.3.1自振周期93.2.1地震力103.4风载荷计算103.5弯矩计算113.6支柱计算113.6.1单个支柱的垂直载荷113.6.2组合载荷123.6.3单个支柱弯矩123.6.4支柱稳定性校核143.7地脚螺栓计算163.7.1拉杆作用在支柱上的水平力163.7.2支柱底板与基础的摩擦力163.7.3地脚螺栓的选取163.8支柱底板173.8.1支柱底板直径173.8.2底板厚度173.9拉杆计算183.9.1拉杆螺纹小径的计算183.9.2拉杆连接部位的计算183.10支柱与球壳连接最低点a的应力校核213.10.1 a点的剪切应力213.10.2 a点的纬向应力223.10.3 a点的应力校核223.11支柱与球壳连接焊缝的强度校核234、极板尺寸计算244.1赤道板尺寸计算244.2极板尺寸计算254.2.1极中板尺寸计算264.2.2极侧板尺寸计算284.2.3极边板尺寸计算305附件的设置316制造及安装336.1材料要求336.2球壳板下料、成型及运输346.3组装356.4焊接366.5无损检测376.6焊后整体热处理376.7压力试验和气密性试验38参考文献41谢辞42天然气是当今最清洁的可用矿物燃料之一。其主要成分是烷烃，甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水汽，以及微量的惰性气体（如氦和氩等）。燃烧天然气时，主要产生二氧化碳及水蒸气。燃烧时几乎不对大气层释放二氧化硫或小微粒物质，所释放的有害物质也比其他矿物燃料如煤及原油少得多。就相对热值而言，天然气价格比其他大多数燃料便宜。例如，天然气比煤气便宜约34%至88%,比液化石油气便宜约38%至52%及比电力便宜约63%至80%。天然气本身并不具爆炸性，它必须与空气混合至超过一定百分比后才可燃烧。由于天然气以管道输送至最终用户，因此免除使用罐装液化石油气时储存燃料带来的危险。并且天然气比空气轻，万一发生漏气会迅速扩散而不容易聚结形成爆炸。天然气纯净。燃烧充分，燃烧效率高。因此天然气燃烧时较相同热值的大部分其他矿物燃料释放出的热量更高。此外，天然气燃烧设备比煤或其他矿物燃料的燃烧设备简单、容易操作及方便保养。而且，使用天然气后无须弃置固体废料或烟灰。天然气燃烧后无废渣、废水产生，具有使用安全、热值高、洁净等优势，使其广泛作为发电、石油化工、机械制造、玻璃陶瓷、汽车、集中空调的燃料或原料。本次设计的是1400m3天然气球罐，球罐与圆筒形容器相比其主要优点是：受力均匀；在同样壁厚条件下，球罐的承载能力最高，在相同内压条件下，球形容器所需要壁厚仅为同直径、同材料的圆筒形容器壁厚的1/2（不考虑腐蚀裕度）；在相同容积条件下，球形容器的表面积最小，由于壁厚、表面积等原因，一般要比圆筒形容器节约30% 40%的钢材，也就减少了成本。因此，液化气球罐作为一种高效的III类存储容器，在我国得到了广泛的使用。1、设计主要参数的确定全套图纸加扣 3012250582 此次设计为以甲烷为主要组分的天然气作为介质来设计的，给定操作温度40，工作压力为1.6MPa，取设计压力1.72MPa；罐体腐蚀裕量取1mm、单位充装量0.65Kg/ m3 ，因为是气体，充装系数按1.0。该设备工作地点为湖南省长沙市，查资料确定其风压、雪压值，具体设计条件如下：公称容积：1400m3 存储介质：天然气（甲烷）物料密度： 2=0.65Kg/ m3设计压力：P=1.72MPa设计温度：40球壳内直径：Di =14200mm充装系数：k=1.0地震设防烈度：8度基本风压值：q0 =350N/ m2基本雪压值：q=300N/m2 球罐建造场地：II类场地土、近震、B类地区2、总体设计方案2.1设计选材 1400立方米天然气球罐壳体材料采用Q345R，它具有良好的焊接性能；锻件采用16MnIII；焊条采用E5015（J507）。壳体板材厚度大于20mm应用超声检测，符合JB/T4730-2005规定III级合格。2.2球罐设计方案的确定球壳内直径14200mm，按JB/T4711-92球罐储罐型式与基本参数标准推荐采用混合式三带排版，分别为上极、赤道带、下极。球体分为30块板，上下级各7块，赤道带16块，焊缝总长311.3mm。支柱8根，支柱选用426x13钢管。按此设计焊缝分布合理，材料利用率高，生产制作简单容易，在一定程度上降低生产成本及生产周期，提高生产效益积极生产进度。 图2.1球罐总体设计图 支柱结构设计，支柱与球罐壳体的连接按GB12337选用的是赤道正切柱支撑。正切结构式由多根圆柱状的支柱在球壳赤道部位等距离布置，与球壳相切或相近似相切而成的焊接结构。支柱撑住球罐的重量，为承受风载荷和地震载荷，保证球罐的稳定性，在支柱之间设置拉杆相连接。这种支座的优点是受力均匀，弹性好，能承受热膨胀的变形，组焊方便，施工简单，容易调整，现场操作和检查也方便，且适用于多种规格的球罐。基于以上考虑，本球罐上支柱结构采用赤道正切支柱型式；U型托板连接结构。 支柱上应设置通风口是处于安全防火的需要，一旦遇到火灾，支柱内的气体会急剧膨胀，压力迅速升高，短时间内造成支柱爆裂，球罐倒塌，为避免此类情况发生，在支柱上应设置通风口。因是天然气球罐，还应设置防火层，防火层应选用耐热性和保温性能好的火水泥层或涂耐火涂料。 球罐除球壳板及零部件外，通常还有附件。附件包括压力表，温度计、液位计、安全阀、禁忌切断阀、接地、在次球罐都需设置。同时因为是天然气球罐，则要求必须设置消防喷淋装置和降温喷淋装置。3、球壳强度计算3.1壁厚的确定3.1.1计算压力根据Pci=p+hi2g10-9MPa式中：设计压力p=1.72MPa hi为介质静压力 物料密度2 =0.65Kg/ m3重力加速度：g=9.81m/s2因为介质为气体,物料密度小，介质静压力可忽略不计，故球壳各带的计算压力为其设计压力1.72MPa。3.1.2球壳各带厚度 根据di=PciDi4t-Pci+C式中：球壳内直径Di =14200mm 设计温度下球壳材料Q345R的许用应力查表得t=157MPa焊缝系数=1.0厚度附加量按C=C1+C2 (钢材厚度负偏差C1取0；腐蚀裕量C2取1.0mm)C=0+1.0=1.0mm各带：di=PciDi4t-Pci+C=1.721420041571-1.72+1.0=39.99mm根据以上各带厚度计算结果取各带球壳板的名义厚度均为：n=42mm3.1.3试验压力校核水压试验压力PT=1.25Pt=1.251.721=2.15MPa式中：P=1.7MPa t=157MPa =157MPa压力试验前校核球壳应力： T=PT(Di+e)4e=2.135(14200+41)441=186.7MPa式中：T-试验压力下球壳的应力，Mpa;试验压力：PT =2.15Mpa； 球壳有效厚度按e=n-C=42-1.0=41mmT应满足下列条件：液压试验时，T0.9s；式中：球壳材料在试验温度下的常温屈服点，查表得s=305 焊缝系数=1.0即：T=186.7MPa0.93051=274.5MPa结论：合格。3.2球罐质量计算球壳平均中径：Dcp =14242mm球壳材料密度：1 =7850Kg/m3充装系数：k=1.0水的密度：3 =1000Kg/m3物料密度：2 =0.65Kg/ m3球壳外直径：Do =14284mm地震设防烈度：8度基本雪压值：q=300N/m2 球面积雪系数：C5 =0.4球壳质量, m1=Dcp 2n1 10-9=14242242785010-9=210000Kg物料质量， m2=6Di32k10-9=61420030.65110-9=974Kg液压试验时液体（水）的质量， m3=6Di3310-9=6142003100010-9=149845Kg积雪质量， m4=4gDo2qCs10-6=49.811428423000.410-6=1959Kg保温层质量，m5=0（无保温）支柱、拉杆及附件的质量，m6=19605Kg操作状态下的球罐质量， mo=m1+m2+m4+m5+m6 =210000Kg+974Kg+1959Kg+0+19605Kg =2232538Kg液压试验状态下的球罐质量， mT=m1+m3+m6 =210000Kg+149845Kg+19605Kg =1728059Kg球罐最小质量， mmin=m1+m6 =2100000Kg+19605Kg =1728059Kg3.3地震载荷计算3.3.1自振周期支柱底板底面至球壳中心的距离：H0=8800mm支柱数目：n=8支柱材料16Mn号钢的常温弹性模量：Es=206103MPa支柱外直径：do=426mm支柱内直径：di=400mm支柱横截面惯性矩， I=64do4-di4=64(4264-4004)=3.598108mm4支柱底板底面至拉杆中心线与支柱中心线交点处的距离：l=5600拉杆影响系数， =1-lH023-2lH0=1-5720880023-257208800=0.282球罐可视为一个单质点体系，其基本自振周期， T=m0H0310-33nEsI=232538880030.28210-3382061033.598108 =0.4977s.1地震力综合影响系数：C2=0.45地震影响系数的最大值，查表：max=0.45特征周期，按场地土类别II类及近震查表：Tg=0.30s对应于自振周期T的地震影响系数，=(TgT)0.9min=(0.300.4977)0.90.45=0.2853球罐的水平地震力， Fe=Czm0g=0.450.28532325389.81=204943N=2.929105N3.4风载荷计算风载体形系数：k1=0.4系数查表：1=1.64风振系数： k2=1+0.351=1.49基本风压值：q0=350N/m2支柱底板底面至球壳中心的距离：H0=8.8m风压高度变化系数查表计算得：f1=1.00球壳附件增大系数：f2=1.1球罐的水平风力， FW=4Do2k1k2q0f1f210-6=41428420.41.493501.001.110-6 =3.675104N3.5弯矩计算视地震载荷和风载荷为一作用于球壳中心的集中水平载荷，则由于水平地震力和水平风力引起的最大弯矩， Mmax=FmaxL=3.021053080=9.3108N.mm式中，Fmax为最大水平力，取（Fe+0.25FW）与FW较大值。而 FW=3.675104N Fe+0.25FW=2.929105+0.253.675104=3.02105N故取：Fmax=3.02105NL为力臂：L=H0-l=8800-5720=3080mm3.6支柱计算3.6.1单个支柱的垂直载荷重力载荷操作状态下的重力载荷， GO=mOgn=2325389.8110=2.85105N液压试验状态下的重力载荷， GT=mTgn=17280599.8110=2.12106N支柱的垂直最大载荷支柱中心圆半径：R=Ri=7100mm最大弯矩对支柱产生的垂直载荷的最大值， (Fi)max=0.2a=0.2MmaxR=0.29.81087100=3.27104N拉杆作用在支柱上的垂直载荷的最大值，（Pi-j）max=0.3260b=0.326lFmaxR=0.32657203.021057100=7.9104N以上两力之和的最大值， Fi+Pi-jmax=0.176a+0.301b=0.176MmaxR+0.301lFmaxR=0.1769.31087100+0.30157203.021057100 =9.6104N3.6.2组合载荷操作状态下支柱的最大垂直载荷， WO=GO+(Fi+Pi-j)max=2.85105+9.6104=3.81105N液压试验状态下支柱的最大垂直载荷，WT=GT+0.3(Fi+Pi-j)maxFWFmax=2.12106+0.39.610436751043.02105=2.124106N3.6.3单个支柱弯矩偏心弯矩操作状态下赤道线的液柱高度：hOe=0mm液压试验状态下赤道线的液柱高度：hTe=7100mm操作状态下物料在赤道线的液柱静压力：POe=0MPa液压试验状态下液体在赤道线的液柱静压力：PTe=hTe3g10-9=710010009.8110-9 =0.07MPa球壳的有效厚度：e=n-C=42-1.0=41mm操作状态下的球壳赤道线的薄膜应力，Oe=P+POe(Di+e)4e=1.72+0(14200+41)441=149.36MPa液压试验状态下球壳赤道线的薄膜应力，Te=PT+PTe(Di+e)4e=2.15+0.07(14200+41)441=192.77MPa球壳内半径：Ri=7100mm球壳材料的泊松比：=0.280球壳材料16MnR弹性模量，查表：E=209103MPa操作状态下支柱的偏心弯矩，MO1=OeRiWOE1-=149.3671003.81105209103(1-0.280)=1.4106Nmm液压试验状态下支柱的偏心弯矩，MT1=TeRiWTE1-=192.7771002.1241062091031-0.280=1.0107Nmm附加弯矩操作状态下支柱的附加弯矩， MO2=6EsIOeRiH02E1-=62061033.598108149.366150880022091031-0.280=2.1107Nmm液压试验状态下支柱的附加弯矩，MT2=6EsITeRiH02E1-=62061033.598108192.777100800022061031-0.280 =2.71107Nmm总弯矩操作状态下支柱总弯矩，MO=MO1+MO2=1.4106+2.1107=2.24107Nmm液压试验状态下支柱的总弯矩，MT=MT1+MT2=1.0107+2.71107=3.71107Nmm3.6.4支柱稳定性校核单个支柱的横截面积：A=4do2-di2=44262-4002=16858.66mm2支柱的惯性半径：ri=IA=3.59810816858.66=146.09mm支柱长细比：=k3H0ri=18800146.09=60.23 式中，计算长度系数k3=1。支柱材料16Mn号钢的常温常压屈服点，查表：s=345MPa支柱换算长细比，=sEs=60.23345206103=0.78当0.215时，弯矩作用平面内的轴心受压支柱稳定系数：p=1222+3+2-2+3+22-42=120.7820.986+0.1520.78+0.782-0.986+0.1520.78+0.7822-40.782 =0.826等效弯矩系数：m=1截面塑性发展系数：=1.15单个支柱的截面系数，Z=(do4-di4)32do=(4264-4004)32426=1.7106N欧拉临界力，WEX=2EsA2=220610316858.6660.242=9.449106N支柱材料的许用应力：c=s1.5=3451.5=230MPa操作状态下支柱的稳定性校核， WOpA+mMOZ1-0.8WOWEX=0.3811060.82616858.66+12.241071.151.71061-0.80.3811069.449106 =39.2MPac=230MPa液压试验状态下支柱的稳定性校核， WTpA+mMTZ(1-0.8WTWEX)=2.1241060.82616858.66+13.711071.151.71061-0.82.1241069.449106 =175.72MPac=230MPa结论：稳定性校核合格。3.7地脚螺栓计算3.7.1拉杆作用在支柱上的水平力拉杆和支柱间的夹角：=arctg2Rsin180nl=arctg27100sin18085720=43.53拉杆作用在支柱上的水平力Fc=Pi-jmaxtan=7.9104tg43.53=7.5104N3.7.2支柱底板与基础的摩擦力支柱地板与基础的摩擦系数：fs=0.4支柱底板与基础的摩擦力，Fs=fsmmingn=0.42296059.818=1.13105N3.7.3地脚螺栓的选取因FcFs，则球罐不需设置地脚螺栓，但为了固定球罐位置，应设置地脚螺栓。每个支柱上的地脚螺栓个数：nd=2结论：选取M30的地脚螺栓。3.8支柱底板3.8.1支柱底板直径基础采用钢筋混凝土，其许用应力：bc=3.0MPa地脚螺栓直径：d=30mm支柱底板直径Db取下列两式中的较大值：Db1=1.13Wmaxbc=1.132.1241063.0=950.81mmDb2=810d+do=81030+325=565625mm选取底板直径Db=970mm3.8.2底板厚度底板的压应力：bc=4WmaxDb2=42.1241069702=2.876MPa底板外边缘至支柱外表面的距离：lb=970-4262=272mm底板材料Q235-B的常温屈服点：s=225MPa底板材料的许用弯曲应力：b=s1.5=2251.5=150MPa底板的腐蚀裕量，一般取Cb=3mm 。支柱底板厚度，b=3bclb2b+Cb=32.8762722150+3=68.2mm结论：选取底板厚度b=70mm 。3.9拉杆计算3.9.1拉杆螺纹小径的计算拉杆选用10钢，拉杆的最大拉力， FT=(Pi-j)maxcos=7.9104cos43.53=1.09105N上式中，拉杆和支柱间的夹角=43.53 。拉杆材料的常温屈服点，查表：s=205MPa拉杆材料的许用应力：T=s1.5=2051.5=137MPa拉杆的腐蚀裕量，一般取CT=2mm 拉杆螺纹小径， Db1=1.13FTT+CT=1.131.07105137+2=33.87mm结论：选取拉杆的螺纹公称直径为M36。3.9.2拉杆连接部位的计算销子直径销子选用45钢，销子的直径,dP=0.8FTp=0.81.09105142=22.16mm式中，销子材料的常温屈服点：s1=355MPa 销子的许用应力：p=0.4s1=0.4355=142MPa结论：选取销子的直径为25mm。耳板厚度c=FTdPc=1.0910525213.64=20.4mm式中：耳板材料的常温屈服点：Q235-A，s2=235MPa 耳板材料的许用压应力：c=s21.1=2351.1=213.64MPa结论：选取耳板厚度为25mm。翼板厚度翼板选用Q235-Aa=c2s2s3=20.482235235=10.2mm式中：耳板材料的常温屈服点：s2=235MPa 翼板材料的常温屈服点：s3235MPa结论：选取翼板厚度为12mm。连接焊缝强度校核1）耳板与支柱的焊缝A（见图3.1）所承受的剪切应力：图 3.1耳板与支柱FT1.41L1S1=1.091051.4138010=20.34MPaW=56.4MPa式中：A焊缝单边长度：L1=380mm;A焊缝焊脚尺寸：S1=10mm 支柱或耳板材料常温屈服点的较小值：s=235MPa 角焊缝系数：取a=0.6;焊缝的许用剪切应力， W=0.4sa=0.42350.6=56.4MPa2)拉杆与翼板的焊缝B所承受的剪切应力,FT2.82L2S2=1.091052.8220010=19.32MPaW=56.4MPa式中：B焊缝单边长度：L2=200mm; B焊缝焊脚尺寸：S2=10mm; 拉杆或翼板材料常温屈服点的较小值：s=235MPa; 角焊缝系数：取a=0.6;焊缝的许用剪应力， W=0.4sa=0.42350.6=56.4MPa结论：焊缝强度通过。3.10支柱与球壳连接最低点a的应力校核（见图3.2）图 3.2支柱与球壳连接支柱与球壳板连接最低点（a点）是一个薄弱环节，此点的应力必须进行应力校核。目前，主要用GB12337-90中a点应力的计算公式来计算横托板下表面a点的应力。3.10.1 a点的剪切应力操作状态下a点剪切应力， O=GO+(Fi)max2LWea=2.85105+3.271042193141=2.006MPa液压试验状态下a点剪切应力，T=GT+0.3FimaxFWFmax2LWea=2.12106+0.33.271043.26751043.021052193141 =13.4MPa式中：支柱与球壳连接焊缝单边的弧长：LW=1931mm 球壳a点处的有效厚度：ea=41mm3.10.2 a点的纬向应力操作状态下a点的液柱高度：hOa=0mm;液压试验状态下物料在a点的液柱高度：hTa=8800mm;操作状态下物料在a点的液柱静压力： POa=hOag10-9=0液压试验状态下液体（水）在a点的液柱静压力：PTa=hTag10-9=880010009.8110-3=0.086MPa;操作状态下a点的纬向应力：O1=P+POaDi+ea4ea=1.72+014200+41441=149.36MPa液压试验状态下a点的纬向应力：T1=PT+PTaDi+ea4ea=2.15+0.08614200+41441=194.16MPa3.10.3 a点的应力校核操作状态下a点的组合应力，Oa=O1+O=149.36+2.006=151.37MPa液压试验状态下a点的组合应力，Ta=T1+T=194.16+13.4=207.56MPa应力校核：a点的组合应力满足Oa=151.37MPat=157MPaTa=207.56MPa0.9s=0.9305=274.5MPa式中：s为试验温度下球壳材料的屈服点结论：校核通过。3.11支柱与球壳连接焊缝的强度校核支柱与球壳连接焊缝所承受的剪切应力，W=W1.41LWS=2.1211061.41193110=77.9MPa式中：W取GO+Fimax和GT+0.3FimaxFWFmax两者之中的较大者，其中GO+Fimax=2.85105+3.27104=3.177105NGT+0.3FimaxFWFmax=2.12106+0.33.271043.6751043.02105 =2.121106N 所以，W=GT+0.3FimaxFWFmax=2.121106N 支柱与球壳连接焊缝焊角尺寸：S=10mm支柱与球壳连接焊缝的许用剪切应力，W=0.4sa=0.43450.6=78MPa其中：支柱或球壳材料屈服点的最小值：s=245MPa 角焊缝系数：取a=0.6；应力校核： W=77.9MPaW=78MPa,通过。4、极板尺寸计算4.1赤道板尺寸计算 已知：R=7100，N=16，0=67.5，1=22.5，2=22.5，3=22.5。图 4.1赤道板尺寸弧长L=R0180=3.14710067.5180=8360.25mm弦长 L=2Rsin(02)=27100sin67.52=7889.10mm弧长B1=2RNcos(02)=23.14710016cos67.52=2317.10mm弦长B1=2Rcos(02)sin(2)=27100cos67.52sin22.52=2303.49mm弧长B2=2RN=23.14710016=2786.75mm弦长B2=2Rsin(2)=27100sin22.52=2770.281mm弦长D=2R1-cos202cos22=271001-cos267.52cos222.52=8218.98mm弧长D=R90sin-1D2R=3.14710090sin-18218.9827100=8760.62mm4.2极板尺寸计算图 4.2极板尺寸对角线弦长与弧长的最大间距：H=1+sin2(12+2)=1+sin 2(22.52+22.5)=1.14弦长B1=2Rsin(12+2)H=27100sin(22.52+22.5）1.14=6029.26mm弧长B1=R90sin-1(B12R)=3.14710090sin-16029.2627100=7224.75mm弦长D0=2B1=26920.26=9786.23mm弧长D0=R90sin-1(D02R)=3.14710090sin-19786.2327100=10792.10mm弦长B2=2Rsin(12+2)=27100sin(22.52+22.5）=7889.10mm弧长B2=R1+22180=3.14710022.5+222.5180=8360.25mm4.2.1极中板尺寸计算图 4.3极中板尺寸对角线弦长与弧长的最大间距：A=1-sin212sin2(12+2)=0.994弧长B2=R1180=3.14710022.5180=2786.75mm弦长B2=2Rsin(12)=27100sin22.52=2770.28mm弧长L2=R(1+22)180=3.147100(22.5+222.5)180=8360.25mm弦长L2=2Rsin(12+2)=27100sin(22.52+22.5)=7889.10mm弦长L1=2Rcos(12)sin(12+2)A=27100cos22.52sin（22.52+22.5）0.994=7784.21mm弧长L1=R90sin-1(L12R)=3.14710090sin-17784.21271000=8234.54mm弦长B1=2Rsin(12)cos(12+2)A=27100sin22.52cos（22.52+22.5）0.994=2317.31mm弧长B1=R90sin-1B12R=3.14710090sin-12317.3127100=2326.54mm弦长D=L12+B12=7784.212+2317.312=8121.80mm弧长D=R90sin-1D2R=3.14710090sin-18121.8027100=8641.86mm4.2.2极侧板尺寸计算图 4.4极侧板尺寸弦长L1=2Rcos(12)sin(12+2)A=27100cos22.52sin（22.52+22.5）0.994=7332.57mm弧长L1=R90sin-1(L12R)=3.14710090sin-17332.5727100=7701.24mm弦长L2=2Rsin(12+2)H=27100sin(22.52+22.5)1.144=6896.06mm弧长L2=R90sin-1(L22R)=3.14710090sin-16896.0626150=7197.07mm弧长B2=R2180=3.14710022.5180=2786.75mm弦长B2=2Rsin(22)=27100sin22.52=2770.28mm弧长B1=R1801=366=2435mm弦长B1=2Rsin(12)=27100sin19.662=2424.30mm弦长D=B12+L2L1=7512.86mm弧长D=R90sin-1(D2R)=7912.631mm上列式中，A、H同前；1=sin-1（L22R）-sin-1(K2R)=sin-1(6896.0627100)-sin-1(2318.2327100)=19.66K=2Rsin12cos12+2A=27100sin22.52cos22.52+22.50.994=2318.23mm4.2.3极边板尺寸计算图 4.5极边板尺寸弧长L1=R2cos(02)=3.1471002cos67.52=9268.36mm弦长L1=2Rcos(02)=27100cos67.52=8348.72mm弦长L3=2Rsin(22+2)H=27100sin(22.52+22.5)1.144=6896.06mm弧长L3=R90sin-1L32R=3.14710090sin-16896.0627100=7197.07mm弧长B2=R1803=35=2786.75mm弦长B2=2Rsin32=27100sin22.52=2770.28mm弧长B1=R1802=368=1570.49mm弦长B1=2Rsin(22)=27100sin12.682=1568.08mm弦长D=B12+L3L1=1568.082+6896.068348.72=7748.04mm弧长D=R90sin-1(D2R)=3.147100090sin-17748.0427100=8191.36mm弧长L2=R4180=3.14710065.5180=8112.54mm弦长L2=2Rsin(32)=27100sin(99.822)=7681.64mm上列式中，2=180-02-sin-1D02R=180-67.52-sin-19786.7327100=12.683=90-02+sin-1M2R=90-67.52+sin-19786.7327100=99.824=2sin-122sin(32)=2sin-122sin(99.822)=65.50M=22Rsin12+2H=227100sin22.52+22.51.144=9786.73mm5附件的设置球罐除球壳板及零部件外，通常还有附件。附件包括压力表、温度计、液位计、安全阀、紧急切断阀、接地。安全附件的设计、选择如下：（1） 压力表：按规定“在球罐顶部和底部各设置一个量程相同并经过校正的压力表，选用压力表的量程为2倍试验压力左右” 。故选用压力表的规格为：YA-150压力表04MPa，精度1.5级。（2） 温度计：上下两个温度计，型号为：温度计WS-71,插入深度250。（3） 液位计：装设现场和远传液位计，且有高低位报警装置和带联锁的高液位报警，以免发生事故。因直径较大，而液位计的规格有一定的规格，故此次选用两个型号为HG/T21584-1995磁性液位计UZ4.0M-6000-0.6AF304/A作为现场液位计。（4） 安全阀：因介质的原因必须设置两个安全阀，每个都能满足事故状态下最大泄放量的要求。型号为：CA42F-25安全阀DN100开启压力1.72MPa，数量2个。具体计算如下：a) 容器安全泄放量（WSI）， WS=2.8310-3Vd2=275.93kg/h 式中：为天然气密度0.65kg/m3 V为天然气进口管的流速15m/s D为压力容器进口管内径100mmb) 单个DN100安全阀排气能力，WS1=7.610-2CXKPnAhMZT=7.610-20.63471.993318241.0313=28930.6kg/hPS：整定压力PS=1.72MPaPd：排放压力（绝压）Pd=1.1PS+0.1=1.99MPa：气体绝热系数，查表得：k=CPCV=1.3X：气体特征系数，查表：X=348C：流量系数，按全启式安全阀取C=0.65A：安全阀最小排气截面积，A=d124=6524=3318mm2d1：安全阀喉径，DN100喉径为65mmM：气体摩尔质量，M=24kg/kmolT：气体温度，T=273+40=313KZ：气体在操作温度压力下的压缩系数取Z=1.0结论：WS1=28930.6kg/hWS=275.93kg/h 两个DN100安全阀满足设计要求。（5） 接地：设置两个接地电阻为10的接地板，材料为1Cr18Ni9。（6） 梯子平台现场配作。6制造及安装6.1材料要求球罐制造所用主体材料为16MnR和16MnIII，下料前板材16MnR符合GB6654-96标准，逐张超声波检测，标准III级要求，使用状态：正火，并进行0度冲击试验；锻件符合JB/T4726-2000标准，III级合格。主体材料的化学成分和力学性能如下：表6.1 主体材料的化学成分化学元素16Mn锻件,%16MnR钢板,%CSi0.200.600.20.55Mn1.201.601.201.60P0.0300.030S0.0150.015Ni0.300.30Cr0.30Cu0.25 表6.2 主体材料的力学性能检验项目16Mn锻件16MnR钢板b450600470600s275305%2021AKV-2,J27（三个试样平均值）31（0三个试样平均值）硬度试验，HB121-178支柱选用符合GB6470的16Mn钢管。6.2球壳板下料、成型及运输 a）按零件图编制下料排版图，并进行材料标记； b）上水压机冷压成型，并用一次样板检查，任意部位间隙小于等于2.0mm，不允许存在包边及皱边； c）按二次样板划切割线，样冲标识切割线。沿切割线切割球壳，对接坡口形式及尺寸按图，气割要求表面平滑，粗糙度25un；平面度B1.0mm，熔渣及氧化皮应清除干净，坡口表面不得存在夹渣、分层、裂纹等缺陷； d)对每块球壳板坡口周边100mm范围内全面积检测，符合JB/T4730-2005标准III合格； e）测厚：不小于41.50mm； f）对球壳板进行总检：球壳板长度方向弦长公差2.5mm，宽度方向弦长2.0mm，对角线公差3.0mm； g）坡口表面机器内、外表面50mm范围内涂可焊性涂料； i）球壳板运输时，需根据球片曲率制作运输包装架，防止球壳板运输变形。6.3组装按图清点各零部件，复验其主要尺寸，标志清楚齐全。组焊定位块：定位块在球壳板吊装前焊完，焊接前应画出焊接位置，确保全部球壳板定位块的一一对应和调整卡具使用合适，允许偏差0.5mm。内脚手脚及外防护棚的搭设。球罐内部用42613无缝钢管和32510有缝钢管组成伞形架；外部与防护棚共同形成罐外操作平台。为保证伞形架的稳定，在不影响球罐安装的情况下，在其顶部和底部分别用钢丝绳和型钢固定。球罐赤道板的组装采用插入法，具体步骤如下： a)赤道带板应在安装前在板中划出中心线，以保证安装时赤道板处于一个水平度，按排版图吊装带支柱的赤道板，用钢丝绳牵引，准确就位，使座板十字中心线和柱底板十字中心线吻合。采取临时固定措施，防止倾倒，安装柱间拉杆，调整支柱垂直度，以利于相邻赤道板的组装，且有利于控制支柱最终垂直度。 b)吊装其它赤道板，安装组装夹具进行固定，根据球壳板复检计算调整间隙、错边、棱角度、端口水平度。 c)组对成环后，按技术要求进行检查、调整，重点注意调整上、下环口的椭圆度和周长，以利于上、下极带的组装，且在支柱下端用水准仪测出各支柱的水准线，以便检查，调整赤道线水平度。上极带板的组装上极带板起吊就位时，壳板上端用组装夹具与赤道带上端连接，壳板下端用倒链钩挂在伞形架上，调节球台高度和下口直径，待组装完毕后拆除。下极带板的组装 下极带板起吊就位时，球壳板下端用组装夹具与赤道带板下端连接，壳板上端用倒链钩挂在伞形架上，调节球台高度和下口直径，待组装完毕后拆除。6.4焊接 球罐壳体及壳体与各接管锻件焊接选用低氢碱性焊条E5015(J507)，壳体施焊前应将坡口表面和两侧至少20mm范围内的油污、水分及其他有害杂质清除干净。该壳体采用双面焊对接焊缝，单侧焊接后应进行背面清根，清根时应将定位焊的溶附金属清除掉，清根后的坡口形状、宽窄应一致。焊后须立即进行热后消氢处理，后热温度宜为200250，后热时间应为0.51小时。 焊后球壳两极间净距与球壳设计内直径之差和赤道截面的最大内直径与最小内直径之差小于80mm。焊缝表面不得有裂纹、咬边、气孔、弧坑和夹渣等缺陷，并不得保留有熔渣与飞溅物。对接后焊缝余高不得大于3mm。立柱与球壳的角焊缝采用E4315(J427)，焊缝应圆滑过渡至母材的几何形状。6.5无损检测 无损检测要求对接焊缝焊后应进行100%的射线检测+100%超声检测+100%磁粉检测，射线和磁粉检测按JB/T4730-2005压力容器无损检测的II级为合格，超声检测按JB/T4730-2005得I级为合格。水压试验后，球壳上所有焊缝应进行20%磁粉，符合JB/T4730-2005标准规定，II级合格。6.6焊后整体热处理焊后热处理的主要目的是为了消除存在于球罐上由于组装焊接造成的残余应力，并改善焊接接头性能，特别是提高整体球罐抗脆性断裂和抗应力腐蚀的能力，同时能稳定结构形状与尺寸，改善并使淬火组织软化，细化晶粒，从而改善焊接接头的性能，降低硬度，提高塑性及断裂韧度，提高疲劳强度，提高应力腐蚀能力，避免延迟裂纹的产生。我国规定：“厚度大于30mm的16MnR钢制球壳应在压力试验之前进行焊后整体热处理”，故设计要求进行焊后整体热处理。另人孔凸缘与球壳的对接接头焊后立即进行消氢处理。1400m3球罐的焊后热处理工艺如下图 目前，国内外针对球罐焊后整体热处理的施工方法有很多种，此次选择应用较为普遍和安全的电加热法和燃油法（内部燃烧法）。加热以内燃法为主，同时采用电加热方式辅助加热，以保证热处理效果。此外，在结构上做了一些调整，采用在球罐外部包裹保温材料，内部进行加热及将下人孔布置居中、球罐里面的上部加上挡热板