1000立方米天然气球罐设计-文献综述

XX 大 学 毕 业 设 计 (论 文 )综 述 报 告 题 目 1000m3 大型球罐设计 学院名称 机械工程学院 指导教师 职 称 班 级 学 号 学生姓名 年 月 日 1. 本设计（课题）研究的目的和意义 球罐为大容量、承压的球形储存容器，广泛应用于石油、化工、冶金等部门，它可以用来作为液化石油气、液化天然。 球罐 一种钢制容器设备。在 石油炼制工业 和 石油化工 中主要用于贮存和运输液态或气态物料。操作温度一般为 -50 50 ,操作压力一般在 3MPa 以下。球罐与圆筒容器（即一般贮罐）相比，在相同直径和压力下，壳壁厚度仅为圆筒容器的一半，钢材用量省，且占地较小，基础工程简单。但球罐的制造、焊接和组装要求很严，检验工作量大，制造费用较高。球罐的形状有圆球型和椭球型。绝大多数为单层球壳。低温低压下贮存液化气体时则采用双重球壳，两层球壳间填以绝热材料。采用最广泛的为单层圆球型球罐（见彩图） 。球壳是由多块压制成球面的球瓣以橘瓣式分瓣法、足球式分瓣法或足球橘瓣混合式分瓣法组焊而成。球罐的支撑结构最常见的为赤道正切式，其次为对称式、裙座式、半埋地式和盆式。制造球罐的材料要求强度高，塑性特别是冲韧性要好，可焊性及加工工艺性能优良。球罐的焊接、热处理及质量检验技术是保证质量的关键。 2. 本设计（课题）国内外研究历史与现状 随着世界各国综合国力和科学技术水平的提高，球形容器的制造水平也正在高速发展。近年来，我国在石油化工、合成氨、城市燃气的建设中，大型化球形容器得到了广泛应用。例如：在石油、化工、冶金、城市煤气等工程中，球形容器被用于储存液化石油气、液化天然气、液氧、液氮、液氢、液氨、氧气、氮气、天然气、城市煤气、 ；压缩空气等物料；在原子能发电站，球形容器被用作核安全壳；在造纸厂被用作蒸煮球等。总之，随着工业的发展，球形容器的使用范围必将越来越广泛。 3. 目前存在的主要问题 球罐的选材、支座的选择、裙座设计、开孔补强设计、垫片以及焊接材料的选择。 4. 本设计（课题）拟解决的关键问题和研究方法 本设计的重点是： 筒体和封头、开孔及补强等尺寸计算，以及强度计算和校核。 难点是： 由于本次设计的球罐考虑了各种载荷，其难点是对罐体以及一些塔罐件的强度计算及校核。 研究方法：封头选用标准椭圆形封头，支座选择柱式支座，开孔补强用补强圈补强等，并且要考虑自振周期、风载荷和地震载荷。 5.文献综述 一、潘家祯编写的压力容器材料实用手册碳钢及合金钢 决定压力容器安全性的内在因素是材料的状态和性能，外在因素是载荷、时间和环境条件。合理选择零部件材料，可以确保压力容器在全寿命周期内安全可靠地运行。故压力容器材料的一般规定： a） 压力容器用材料的质量及规格，应符合相应的国家标准、行业标准的规定。 b） 压力容器用材应考虑容器的使用条件（如设计温度、设计压力、介质特性和操作特点等 )、材料的焊接性能、容器的制造工艺以及经济合理性。 c） 压力容器专用钢材的磷含量（质量分数，下同）不应大于 0.03%，硫含量不应大于0.02%；用于焊接压力容器主要受压元件的碳素钢和低合金钢，其含碳量不应大于 0.25%。 压力容器用钢的主要形状是板、管和锻件，钢板材料选用的一般原则： a） 所需钢板厚度小于 8 时，在碳素钢与低合金高强度钢之间，应尽量采用碳素钢钢m板 (多层容器用材除外 )。 b） 在刚度或结构设计为主的场合，应尽量选用普通碳素钢。在强度设计为主的场合，应根据压力、温度、介质等使用限制，依次选用 Q235-A.F、 Q235-A（ B、 C） 、 20R、 16MnR 等钢板。 c） 所需不锈钢厚度大于 12 时，应尽量采用衬里、复合、堆焊等结构形式。 d） 碳素钢用于介质腐蚀性不强的常压、低压容器，壁厚不大的中压容器。 e） 低合金高强度钢用于介质腐蚀性不强，壁厚 8 的压力容器。 mf） 珠光体耐热钢用作抗高温氢或硫化氢腐蚀或设计温度 350 650的压力容器用耐热钢。 g） 不锈钢用于介质腐蚀性较高（如电化学腐蚀、化学腐蚀） 、防铁离子污染或设计温度500的耐热钢或设计温度 2000 ）两种规格。其有效厚度应不小于hmm封头内直径的 0.15%，其他椭圆形封头的有效厚度应不小于封头内直径的 0.30%. 根据计算得到的筒体或封头的名义厚度，对其进行强度校核。 结论：我所设计的 3000 尾气洗涤塔中采用标准椭圆形封头，既便于加工，受力也比较有利。 三、贺匡国编写的化工容器及设备简明设计手册 开孔及补强设计： 为使压力容器能正常操作和维护，在壳体和封头上常设置工艺管口、人孔、手孔、试镜等，故需在壳体和封头上开孔并安装接管。压力容器上的开孔最好是圆形，在特殊条件下也可以采用椭圆形或长圆形孔。长圆形开孔的两侧为平行线，两端为半圆形。由管子或圆形接管形成的开孔，若轴线未与容器器壁或封头相垂直，则应在设计时考虑用椭圆形开孔。对于椭圆形开孔和长圆形开孔，其长、短轴之比最好不大于 2。 容器开孔后，不仅削弱了容器的整体强度，而且还因开孔引起的应力集中以及接管和容器壁的连接造成开孔边缘的局部的高应力，这种高应力通常可达到容器筒体一次总体薄膜应力的 3 倍，某些场合甚至会达到 5-6 倍，再加上接管有时还会受到各种外加载荷的作用而产生的应力以及温差产生的热应力。又由于材质和制造缺陷等各种因素的综合作用，开孔接管附近就成为压力容器的破坏源主要疲劳破坏和脆性裂口。因此，压力容器设计必须充分考虑开孔的补强问题。 常见补强结构有补强圈结构、后壁接管补强和整锻件补强三种，由于补强圈结构简单、补强面积大，所以在中低压容器中应用最多。 补强圈补强结构，是采用一补强圈来增强开孔边缘处的金属强度。考虑到焊接的方便，通常是把补强圈放在壳体外侧进行单面补强。补强圈材料、厚度一般与壳体相同。 开孔补强设计就是指采取适当增加壳体或接管厚度的方法将应力集中系数减小到某一允许数值，目前通用的是开孔补强设计准则是基于弹性失效设计准则的等面积补强法。 结论：我所设计的 3000 尾气洗涤塔中适用于开孔补强中的补强圈补强。 6. 参考文献 【 1】徐灏，机械设计手册 M，北京：机械工业出版社， 1998 【 2】于永泗，齐民，机械工程材料 M，大连：大连理工大学出版社， 2007 【 3】郑津洋，董其伍，桑芝富，过程设备设计 M，北京：化学工业出版社， 2006 【 4】刘道德等，化工设备的选择与设计 M，长沙：中南大学出版社， 2002 【 5】秦叔经，叶文邦 ,化工设备设计全书 (换热器 ) M ,北京：化学工业出版社，2003 【 6】黄振仁，魏新利，过程装备成套技术设计指南 M，北京：化学工业出版社，2003 【 7】 贾绍义，柴诚敬化工传质与分离过程（第二版） M .化学工业出版社 王志文， 【 8】 GB150-2011 钢制压力容器 S，北京：国家质量技术监督局， 2011 【 9】 刘湘秋， 常用压力容器手册 M，北京：机械工业出版社， 2004 【 10】方书起，化工设备课程设计指导 M，北京：化学工业出版社， 2010 【 11】丁伯民，黄正林，化工容器 M，北京