3000m3液化气球罐的优化设计—（毕业设计）(2)

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1球罐概述

1.1绪论

球形储罐最早出现在19世纪末20世纪初，最初的球罐只是用来储存低压气体，此时的球罐结构是铆接结构，这种结构的球罐制造困难，材料浪费情况严重。当时世界上只有少数国家能进行球罐的设计制造，比如美国于1910年建造的小型球形储罐。到40年代，由于焊接技术和新钢材的快速发展，球罐正式从最初的铆接结构转变成沿用至今的焊接结构，与铆接结构相比，焊接结构更加牢固，周期比更短，而且焊接不需要任何的介质，是本体的焊接，更经济，更环保，再此阶段，球罐的制造得到了飞速的发展。在日本于1950年利用美国的T-L80钢知道了当是世界上最大的球罐，它的直径有33.68m,容量为2000m3的城市煤气储罐。虽然此时球罐体积可以做的很大，但压力与储存能力还是处于较低状态。从60年代至今，球罐的制造技术在原先的基础上得到了进一步的发展，在此时期，日本已然能制造设计压力为0.75MPa的大型球罐。我国的球罐行业起步于50年代末期，相比于其他发达国家有很大差距，我国在60年代只能制造出几何容积只有400m3的球罐。随着我国科学技术的高速发展，尤其是在改革开放以后，为满足石油、化工、冶金等行业的需求，作为储存容器的球罐得到了广泛的用用和高速发展。与此同时，为了赶上世界球罐设计制造的大型化和高参数化的趋势，我国引进并建起了一批5000m3、10000m3的特大型球罐和低温球罐。球罐作为一种装备在国民经济种已然占据了不可忽视的重要地位。

由于各个国家之间的工业化程度存在差异，球罐的设计规范在不同的国家亦是不同的。我国的球罐设计标准有GB150、GB12337、GB/T17261等等。在其他主要工业化国家中，除了日本有专业的球罐设计规范外，一般均为压力容器方面的行业规范，例如美国的ASMEⅧ，法国的CODPA，英国的BS5500等。虽说各个国家的设计规范不尽相同，但是总体来说一个完整的球罐主要有罐体、支柱、拉杆、操作平台、盘梯以及各种相关附件（包括人孔、接管、液面计，压力计、温度计、安全泄放装置等）组成。 1.2球罐的分类和特点 1.2.1球罐的分类

球罐的的结构形式和用途具有多样性，其分类依据亦有多种不同的标准，在这里主要介绍以下几种分类：

（1） 按照储存物料类型分类

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按球罐物料类型不同，可以将球罐分为储存液相无聊和气象物料两大类。其中储存液相物料的球罐友根据其工作温度分为常温球罐、低温球罐和深冷球罐。

（2） 按照球壳形式分类

按球壳的不同可以分为足球瓣式、橘瓣式、足球瓣与橘瓣混合式。 （3） 按照球罐外形分类

按球壳外形的不同可以分为圆球形、椭球形、水滴形或者上述几种形式的混合

（4） 按照支柱形式分类

按支柱形式的不同可以分为支柱式、裙座式、锥底支撑以及按照在混凝土基础上的半埋式，其中，支柱式又可以分赤道正切式、V形支柱式、三柱合一式。由于赤道正切式具有受力均匀、承受横向载荷能力强等优点，应用最为广泛

（5） 按照拉杆分类

按拉杆不同可以分类成可调式拉杆、固定式拉杆。

目前在国内使用最广泛的是单层赤道正切式，可调拉杆的球罐。该种球罐无论是在设计制造，还是在现场组装安装等方面均有较为成熟的经验。我国的国家标准GB12337规定采用这种形式的球罐 1.2.2球罐的特点

有压储存容器一般分为圆筒形和球形两种，不同形式的储存容器各有各的特点，在这里着重介绍球形储罐的特点：

（1）与圆筒形储存容器相比，同等体积下，球罐的表面的表面积最小，即在相同容量下球罐所需钢材面积最小，一般情况下要节约30%-40%的钢材。 （2）球罐翘板承载能力是圆筒形容器的两倍，即在内压相同的条件下，球形容器所需壁厚仅为同直径、同材料的圆筒形容器壁厚的一般（不考虑腐蚀裕量）。 （3）球罐的风力系数为0.3，而圆筒形容器的风力系数为0.7，所以对于风载荷而言，球罐比圆筒形容器更安全。

（4）与相同体积的圆筒形储罐相比，球罐占地面积小，而且可以向空间高度发展，有利于地表面积的利用。

综上所述，再加上球罐基础简单，外观具有观赏性，可用于工程环境的美化，使球罐的应用得到了很大的发展。 1.3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，这两个参数互相影响，对球罐的设计影响很大，对材料的选用其决定作用。 1.3.1压力

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除注明者外，压力均指表压。

1.工作压力 工作压力值正常情况下，球罐顶部可能达到的最高压。 2.设计压力 设计压力值设定的球罐顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于工作压力。 1.3.2温度

除注明者外，温度均指摄氏温度

1.设计温度 设计温度指球罐在正常工作情况下设定的受压元件的金属温度（沿元件金属截面的温度平均值）。设计温度与设计压力一起作为设计载荷条件。

2.试验温度 实验温度指压力试验是，球壳的金属温度。

在本次液化气球罐的设计中，设计压力p=1.77MPa,设计温度T=50℃. 1.4球罐的应用

由于球形储罐具有显著的优点，在我国石油化工滚、合成氨、城市燃气建设中，大型球罐被广泛用于贮存和运输液态或者气态物料。比如，在石油、化工、冶金、城市煤气的工程中，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。随着工业化的发展，球形容器的使用范围必将越来越广泛。

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2球罐的结构设计

2.1球罐壳体的优化设计 2.1.1壳体结构的确定

球壳是球形储罐的主体部分，它是储存物料和承受物料工作压力和液柱压力的受压构件。球壳的几何尺寸较大，用材量大，不能整体运输，所以它必须由许多瓣片组成，在制造厂进行球瓣的加工制作，最后运至安装现场进行组焊安装。接下来对球壳的三种主要结构进行论述比较，最终确定本次球罐壳体设计的主要形式。（见图2-1）

1.橘瓣式球壳

橘瓣式球壳的特点是组装焊缝相对于足球瓣式较规则，施工过程简单。大多数橘瓣式球罐采用偶数支柱，其分带分块对称，所以在组装焊接时其内应力分布较均匀，易保证球罐质量。此结构较灵活，按原材料的尺寸大小及压机跨度的尺寸，可以设计成不同球心夹角的分带与分块，一用来满足结构和制造工艺的要求。该结构也有其缺点：由于球片在各带位置尺寸大小不一，只能砸本带内或者在上、下对称带进行互换；下料成型较复杂，原材料利用率较低。橘瓣式结构适合用于任何体积大小的球罐，是世界各国普遍采用的结构。

2.足球瓣式球壳

足球瓣式球壳的球壳划分和足球是一样的，所有球壳板片大小相同，所以又称均分法，优点是每块板的尺寸相同，下料成形规格化，材料利用率高，互换性好，组装焊缝较短，焊接及检验工作量小，缺点是焊缝布置复杂，施工组装空难，对球壳板的制造精度要求高。由于受到钢板规格及自身结构的影响，一般只使用在制造容积小于120m3的球罐,本次设计不考虑该种类型。

3.混合式球壳

混合式球壳，其赤道带和温带采用橘瓣式结构，极板采用足球瓣是结构。由于该结构取用的是橘瓣式和足球瓣式两种结构形式的优点，其材料利 …… 此处隐藏：1983字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……