液化石油气球罐的设计与制造
3000m_3液化气球罐设计与制造
科技论坛3000m3液化气球罐设计与制造相天龙（大庆中蓝石化有限公司科技规划办，黑龙江大庆163000）随着石油化工产品的层出和规模的扩大化，3000立液化气球罐不断被广泛应用。
随之，球罐在设计、制造及施工方面也越来越成熟，球罐从设计到交付使用前的过程，最终发展趋势是由制造厂单方完成，设计方只提供球罐设计参数。
1球罐设计1.1设计参数。
公称容积V=3000m3,设计压力1.77M Pa，设计温度50℃，工作介质液化气（密度578kg/m3），球壳直径φ18000mm，充装系数0.90，场地类别I类，地震设防烈度7度。
1.2设计、检验应遵循的标准：GB150-1998《钢制压力容器》；GB12337-1998《钢制球形储罐》；GB50094-1998《球形储罐施工及验收规范》；TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》；JB4726-2000《压力容器用碳素钢和低合金钢锻件》；JB/T4730-2005《承压设备无损检测》；JB4708-2000《钢制压力容器焊接工艺评定》；JB/T4709-2000《钢制压力容器焊接规程》；JB4744-2000《钢制压力容器产品焊接试板的力学性能检验》；JB/T4747-2002《压力容器用钢焊条订货技术条件》；GB713-2008《锅炉和压力容器用钢板》；JB/T4711-2003《压力容器涂敷与运输包装》；SH/T3138-2003《球形储罐整体补强凸缘》。
1.3设计说明。
球罐接管的补强可采用补强圈补强和凸缘补强，在接管公称直径不大于DN50的情况下，凸缘设计按SH/T3138-2003《球形储罐整体补强凸缘》采用，可免除强度核算。
球罐设计新容规TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》。
规定设计单位应提供球罐风险评估报告，其内容应包括：使用范围、依据的法规和标准、介质特性、失效模式、风险识别与防范等。
新容规还要求在设计图纸上注明设计使用年限，一般为20年。
液化石油气储罐设计说明书-
1003m液化石油气储罐设计绪论m或随着我国化学工业的蓬勃发展，各地建立了大量的液化气储配站。
对于储存量小于5003 m时．一般选用卧式圆筒形储罐。
液化气储罐是储存易燃易爆介质．直接关系到单罐容积小于1503人民生命财产安全的重要设备。
因此属于设计、制造要求高、检验要求严的三类压力容器。
本次设m液化石油气储罐设计即为此种情况。
计的为1003液化石油气贮罐是盛装液化石油气的常用设备, 由于该气体具有易燃易爆的特点, 因此在设计这种贮罐时, 要注意与一般气体贮罐的不同点, 尤其要注意安全, 还要注意在制造、安装等方面的特点。
目前我国普遍采用常温压力贮罐, 常温贮罐一般有两种形式: 球形贮罐和圆筒形贮罐。
球形贮罐和圆筒形贮罐相比: 前者具有投资少, 金属耗量少, 占地面积少等优点, 但加工制造及安装复杂,m或单罐容积大于2003m时选用球形贮焊接工作量大, 故安装费用较高。
一般贮存总量大于5003罐比较经济; 而圆筒形贮罐具有加工制造安装简单, 安装费用少等优点, 但金属耗量大占地面积大, m, 单罐容积小于1003m时选用卧式贮罐比较经济。
圆筒形贮罐按安装方所以在总贮量小于5003式可分为卧式和立式两种。
在一般中、小型液化石油气站内大多选用卧式圆筒形贮罐, 只有某些特殊情况下(站内地方受限制等) 才选用立式。
本文主要讨论卧式圆筒形液化石油气贮罐的设计。
卧式液化石油气贮罐设计的特点。
卧式液化石油气贮罐也是一个储存压力容器, 也应按GB150《钢制压力容器》进行制造、试验和验收; 并接受劳动部颁发《压力容器安全技术监察规程》(简称容规) 的监督。
液化石油气贮罐, 不论是卧式还是球罐都属第三类压力容器。
贮罐主要有筒体、封头、人孔、支座以及各种接管组成。
贮罐上设有液相管、液相回液管、气相管、排污管以及安全阀、压力表、温度计、液面计等。
第一章 设计参数的选择1、设计题目：853m 液化石油气储罐的设计2、设计数据：如下表1：表1：设计数据3、设计压力：设计压力取最大工作压力的倍，即 1.10.790.869P MPa =⨯=4、设计温度：工作温度为50C 。
谈2000m3液化石油气球罐设计
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ２ ０ ０ ０ ｍ ＬＰＧ Ｓ ｐ ｈ ｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｔａ ｎ ｋ
Ｈｅ ｎ ｇ ｎ ｉ
（ Ｊ ｉ ａ ｎ ｌ ｉ ａ ｎ Ｈｅ ａ ｖ ｙ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ Ｃ ｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ． ， Ｎ ａ ｎ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ３ ３ ０ ０ ３ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
开发与应用
能 源研 究 与 管 理 ２ ０ １ ３ （ ３ ）
・ ７ ５・
谈２ ０ ０ ０ ｎ ｌ ３ 液 化石油气球罐设计
吴 恒妮
（ 江联重 工股份 有限公 司，南 昌 ３ ３ ０ ０ ３ ０ ）
摘 要 ：随着我 国近 年核电 、石化 、天然气 、电力工业 的发展 势头 ，许 多的产 品也行 销国外 ，在很 多场合 ，压力 容
引 言
球 罐 为大 容 量 、承压 的球 形 储 存 容 器 ，广泛 应
难 。本 文 以我 公 司承接 的 国外某 项 目的 ２台 ２ ０ ０ ０ｍ３
液化石油气球Biblioteka 为例阐述液化石油气球罐按 Ａ Ｓ ＭＥ 规范第 Ｖ Ｉ Ｉ Ｉ 卷第一分册设计的要点。
用于石油、化工、冶金等部门 ，它可以用来作为液化 石油气 、液化天然气 、液氨及其他介质的储存容器 ， 也 可作 为 压缩 气体 （ 空气 、氧 气 、氮气 、城 市煤 气）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａｌ ｏ ｎ ｇ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｎ ｕ ｃ ｌ ｅ ａ ｒ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ， ｐ ｅ ｔ ｒ ｏ ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ ， ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｇ ａ ｓ ａ ｎ ｄ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ ｏ ｆ ｏ ｕ ｒ ｃ ｏ ｕ ｎ ｔ ｒ ｙ
2000m 3液化石油气球罐设计
球形储 罐 的结构 并不 复杂 ，但 它的制 造和 安装
较其 它形式 储罐 困难 ，主 要原 因是 它的壳 体为 空 间
曲 面 ，压制 成 型 、安 装 组对 及 现 场 焊 接难 度 较 大 。
由于球形储 罐 大多数 是压 力或 低温 容器 ，它盛 装 的 物料 又大部 分是 易燃 、易 爆物 ，且装 载量 又大 ，一
结合业 主 的管理 和组 织 机 构 情 况总 体要求 ；⑦ 维抢修 各项 具 体实 施 内容要求 ；⑧ 分析 原油和 成 品油管道 泄露 的危 害 ；⑨ 管道抢 修应 急预 案及其 重要性 。
（ 目主 持 栏 张 秀 丽）
维护 、维修 、抢 修工 作分层 次 ，分 别组织 设计 。做
旦 发生事 故 ，后果不 堪设 想 。结构 设计 不合理 是球 形储 罐发 生事 故 的主要原 因之 一 。
式 ，但 设计计 算也 比较 复杂 。
支座 可 分 为 柱支 座 和 裙 式 支 座 两 大 类， ＧＢ ２ ３ － １ ９ 钢 制球形 储罐 》采 用 的支 座 型式 １ ３ ７ ９ ８《 是赤 道正 切柱式 支座 。
混 合式球 壳 具有 材 料利 用率 高 ，球 壳 板 互换 性 好 、
焊 缝 总长度减 少 和焊 接工作量 、焊 接用 料及 能源 消
耗 低 的特点 。大 型球 罐 适 合 采 用 混合 式 球 壳结 构 ，
因此 ２ ０ ｍ。 ０ ０ 液化 石油气 球 罐 采用 混 合 式球 壳 结 构
球 壳结构 型式 主要 分足球 瓣式 、桔瓣 式 和混合
瓣 式三种 。国 内 自行 设计 、制 造 、组焊 的球罐 多 为
支柱 与球壳 的连接 主要 分为有 垫板 和无 垫板 两 种结构 ，有 垫板结 构 可增加球 壳板 的 刚性 ，但 又增
浅谈球形储罐的设计
浅谈球形储罐的设计摘要：近几年来，随着我国石油、化工等工业的开发，球形储罐作为储存气体或液化气体的压力容器，有了迅速的发展。
我院随着市场的开发和竞争，也在这方面有了很大的进步。
98年曾在牙哈凝析气田地面建设中设计两台1000m3液化石油气储罐，运行很好。
以后陆续又给吉拉克油田设计了2台2000m3液化石油气储罐。
近年来又为山东、鞍山等地设计了1000m3～3000m3的球罐，这些球罐的设计为我院今后球罐设计大型化发展打下了坚实的基础。
下面就从几个方面谈谈球形储罐的设计。
关键词：球罐设计选材结构1.概述球形储罐是一种储存气体、液体或液化气体的压力容器，由于与同容量的其它储罐相比，具有表面积少、板厚小、消耗钢材少、重量轻、制造方便、施工周期短、占地面积少、维修方便等优点，已被广泛地应用于石油、化工等各个领域。
随着工厂规模及设备处理能力向大型化发展，贮存气、液介质的压力容器也趣向大型化，球罐在容器大型化发展方面具有独特的优越性。
球罐也是比较特殊的压力容器。
须在现场组装、焊接。
具有球壳焊缝长、焊接条件差且焊缝质量要求高、球罐体积大等特点，一旦失效其危害性也大。
因此球罐的设计，在选材和结构方面非常重要。
2.球罐的选材球罐是压力容器的一种结构型式，因而在选材的基本要求方面与压力容器相同，球罐选材必须符合GB150《压力容器》的规定，球罐用钢的选择是在满足强度的前提下，应保证有良好的成型性，优良的焊接性能，足够好的缺口韧性值和长期可靠的使用性能。
选择球罐用钢应考虑球罐的使用条件（如设计温度、设计压力、物料特性等）、材料的焊接性能、球罐的制造工艺和组焊要求以及经济合理性。
球罐用钢是球罐制造和设计的主要参数，材料是球罐设计制造的基础，材料的性能和质量的优劣直接影响着球罐的质量和安全作用，因而对材料提出了特殊要求。
2.1.为了控制球壳厚度，要求材料具备一定的强度级别。
随着板厚增加，材料综合力学性能不够稳定，焊接质量及热处理难以保证，因此选中厚板较好。
球罐生产工作及流程
• 用刨边机刨边， 应用样板检验 破口尺寸。 • 进刀量应较小， 避免产生撕裂 装表面，并用 砂轮机修磨整 个表面。
• 所用焊接坡口进 行渗透或磁粉检 测，Ⅰ 测，Ⅰ级合格。 • 板材周边100mm 板材周边100mm 范围内超声， JB4730， JB4730，Ⅲ级合 格。
由前线施工单位制作
球壳板的焊接
• 考虑到球形储罐具有体积大、运 输困难的特点，球罐大多进行室 外焊接，在现场完成球壳板的组 对和焊接。
球壳的焊接
谢谢观赏
、整形
• 切割后进行曲率测量，若有超差现象， 上整形胎进行整形。
8、无损检测
• 坡口进行渗透或磁粉 检测，Ⅰ 检测，Ⅰ级合格。 • 周边100mm范围内超 周边100mm范围内超 声，JB4730 UT声，JB4730，UT-Ⅲ JB4730， 级合格。
9、测厚
• 用超声波或测厚 仪对成型后的壳 体测厚，布点应 有代表性，大致 均匀排列，每张 板一般5点以上。
球壳板防腐工艺
• 表面预处理合格后至涂敷第一道底漆的时间不 应超过8h。如果表面在8h间隔内出现锈蚀现象， 应超过8h。如果表面在8h间隔内出现锈蚀现象， 涂敷前应对锈蚀部位重新进行表面预处理。 • 清除球壳板坡口表面和两侧至少50mm范围内 清除球壳板坡口表面和两侧至少50mm 50mm范围内 的油污、水分及其他熔渣级氧化皮有害杂质清 除干净，涂刷可焊性涂料。 • 其他要求详见《容器防腐工艺守则》。
4、二次号料
• 用精确软样板进行号料，该样板 需在成性良好的球壳板上制作。 检查线和检查点应清楚。
5、坡口加工
• 用专用切割胎具进 行切割，在切割前 要进行调胎使切割 轨迹对准切割线， 将胎具定位后进行 半自动切割割炬的 顺序为下坡口、钝 边、上坡口。
2000m 3液化石油气球罐设计研究
材 料
Ｑ２ ５ ４Ｒ Ｑ３ ５ ４Ｒ
厚度 ／ ｍｍ
５ ４ ４ ４
球 壳质 量／ ｔ
３０ ３ ２９ ６
单 台造价 ／ 元 万
整 体 热 处理
必须进 行 必 须进 行
Ｑ３ ０ ７Ｒ
４ ２
２７ ５
必 须进 行
Ｑ ４ Ｒ相近 。 焊接要求严格 ， ３５ 但 价格偏 高 ， 以 ２ ０ ｍ 液化石油 所 ００ ， 气球形储罐用钢 ， 最终选用 Ｑ ４ Ｒ材质 。 ３５
２设计材料选择
提高 ， 球壳 的分带也发生 了很大的变化 。 设计过程 中选 取了两种方案 ． 第一种方案 ： 四带十支柱型式
嘲
，
球罐 的选材对球罐质量 的优劣性有着举足轻重 的影 响。球
罐用பைடு நூலகம்的选择原则是在满足强度要求的前提下 ，应保证 有 良好
如图 １ 所示 ； 第二种方案 ： 三带 十支柱型式 ， 如图 ２ 所示 。 第一
球形储 罐简称球罐 ［１ 】， － 是用于储存 气体或液体介 质的球形 ２ ３球罐壁厚的确 定 容器。与相 同容积 的其他储存容器相 比 。 其具有表面积小、 重量 根据设计条件 ， 利用 Ｓ — ９ ８ 过程设备强度计算软件包》 Ｗ６ １ ９ （ 轻、 受力 均匀 ， 建造方便 、 美观等优 ［］ ２， － 在石油化 工 、 ４ 城市燃气 对球罐进 行强度计算 。 确定球 壳计算厚度 为 ３ ．ｍ 腐蚀 裕量 ９ ｍ， ９
Ｑ ４ Ｒ钢板是 用量最大的压 力容 器专 用钢板 ，钢材的焊接 ３５ 性能较好 ， 广泛用于建造各类压力容器和球罐 中， 一般在设计 厚 度 ≤５ ０ｍｍ时使用。
3000m3液化气球罐的优化设计—(毕业设计)
本科毕业设计说明书3000m3液化气球罐的优化设计THE OPTIMAL DESIGN OF 3000m3 LPG SPHERICALTANK学院（部）：专业班级：学生姓名：指导教师：年月日3000m3液化气球罐的优化设计摘要球形储罐作为一种有压储存容器，相对于一般圆筒形储存容器，具有用材少、受力情况好、占地面积小等显著优点，在石油、化工、冶金等领域广泛用于储存气体、液体或者液化气体。
本文设计了在常温下工作的3000m3的液化气球罐及其相应附件。
查阅相关资料后，确定采用16MnR钢作为球壳用钢，对其储罐形式进行了优化设计，计算比较后确定采用混合式三带球罐，支柱形式为赤道正切式，支柱根数为10根，拉杆采用可调式拉杆，根据相关设计标注进行结构设计和强度校核，最后完成相关附件的设计。
最终的成果为一张装配图和三张主要零件的零件图。
关键字：球形储罐，材料选择，结构优化，强度校核THE OPTIMAL DESIGN OF 3000m3 LPG SPHERICALTANKABSTRACTCompared to the general cylindrical storage container, the spherical tank is a kind of pressure storage containers with less material, good force, cover a small area, etc, which is widely used in storage of gases, liquids, or liquefied gas in petroleum, chemical industry, metallurgy and other fields.This paper designs the 3000㎡LPG spherical tank working at room temperature and its corresponding accessories. Referring to relevant data, I determine using 16 MnR steel as the steel spherical shell. The optimization design is carried out on the form of storage tank. After computation and comparison, I determine using hybrid three zones spherical tank with the pillar form of the equator tangent type, prop root number of 10, and adjustable draw-pole. The structure is designed and the strength is checked according to related design marks, and finally the design of the related accessories is completed. The final result of this study is a assembly drawing and three parts drawing of major parts.KEYWORDS: the spherical tank, material selection, structure optimization,strength chec目录摘要................................................ 错误!未定义书签。
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题目：液化石油气球罐的设计与制造
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院 （系）：机械工程学院
专业班级：装备0702
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完成时间：2011年月日
1.课题的意义
由于世界能源分布的不均匀性，我国的石油资源进口依赖度已经超过50%。所以国家在“十二五”期间继续加大能源战略的宏观调控，加大节能减排的力度。作为储存能源（比如LPG，LNG，石油，乙烯等）和特出物质（比如液氮，液氧，氧气，液氨等）的一种载体。从家用的煤气储罐到供应整个城市的天然气球罐，可以说球罐的大小决定一个城市发展的规模。然而我们在追求大型化的同时也付出了惨痛的代价（比如2009年兰炼储罐爆炸，2010年大连天然气球罐的着火，2011年日本9.0级地震引起的炼油厂球罐着火）。球罐绝大多数是压力容器且一般储存的介质的条件比较苛刻，大都是易燃，易爆的危险的物质。所以就要求其有很高的安全性，确保人们正常的生活与生产秩序。有必要对球罐的设计与制造进行改进，确保起运行安全可靠。故设计有一定强度和大型化的储存设备是很有必要的。
3.毕业设计（论文）的主要内容
一基本参数：
介质：液化石油气;设计温度：20—50度;设计压力：1.8MPa;建设地点：西安;公称容积：3000立方米；场地： 二类场地土。
二设计要求：
1，结构设计:球壳分级、分带设计及球壳板计算；支柱与拉杆设计.
2，附件设计：安全阀、泄漏阀、温度计、压力计、液面计、喷淋装置、内外梯子、保温层等设计。
(4） 第6周对主要零部件进行选材。
(5） 第7-9周进行结构设计，完成壁厚﹑人孔﹑支柱﹑连杆﹑底座等一些连接结构的设计。
(6） 第10周强度计算及校核部分要求确定的球罐的壁厚﹑风载荷和地震载荷及相关焊缝。
(7） 第11-13周绘制总装图一张和零部件若干张。
(8） 第14周编写设计说明书一份。
（9） 第15周整理毕业设计，等待最后答辩。
这次设计的储罐为球形储罐相比其他形式的储罐有以下特点：如与同等容量，相同工作压力的圆筒形压力容器比较，球罐具有表面积小，所需钢板厚度较薄，因而具有耗钢量少，重量轻的优点。此外，球罐还有制造方便，易于大型化、占地面积小、操作管理和检修方便等特点。再加上球罐基础简单、受风面小、外形美观，可用于美化工程环境等原因，使球罐的应用得到很大发展。
（8）绘制设备装配图、零部件图；
5.阶段进度计划
这次毕业设计的时间为2011年02月20日至2011年6月15日，结合导师的要求和自身的实际情况，决定以下设计进度：
（1) 第1-2周查阅相关资料，了解和熟悉球罐的结构及制造安装工艺等。
(2） 第3-4周检索一定数量的中英文期刊论文。
(3） 第5周书写开题报告一篇及翻译外文资料一篇。
（3）绘制零号组装图两张，零部件图若干（一张零号图的量）。
（4）完成设计说明书一份。
四球罐制造要点（1)球壳板的制造；
（2）组装方法；
（3）焊接方法与焊接材料料的选择；
（4）质量捡验。
4.所采用的方法、手段以及步骤等
本设计为球罐的机械设计，设计的方法步骤如下：
（1）查阅相关资料，熟悉球罐及其特点和结构；
3，强度设计：(1)材料选择：球壳材料予选两种以上通过对比，确定一种并论述其合理性；支柱材料要与壳体相匹配；
（2）支柱与拉杆的强度校核及支柱稳定性校核；
（3）接管的补强设计与计算；
（4）连接部位及簿弱环节的强度校核；
（5）立柱底板及地脚螺栓的设计。
三设计任务：（1）完成开题报告一份；
（2）完成外文资料一份（不少于15000字符）
6.参考文献
[1] 徐英，杨一凡，朱萍等主编.球罐和大型储罐.北京：化学工业出版社，2004.11
[2]GB 12337—1990.钢制球形储罐[S] .北京：中国标准出版社，2000.3.15
[3] 郑津洋，董其伍，桑芝富主编.过程设备设计 第二版.北京：化学工业出版社，2005.5
[4]何提主.国外储存技术的发展与动向.石油化工设备技术.2003
这次设计的球罐为单支柱混合式球罐相比其他形式的球罐有以下特点：这种结构取橘瓣式和足球瓣式两种结构形式的优点，材料利用率高，焊缝长度缩短，球壳板数量减少，适合大型球罐。
2.国内外研究现状
国外：
国外先进工业国家开展石油液化气球罐大型化工作较早，技术水平较高，建造100Байду номын сангаас0-25000m3大型球罐已相当普遍。在日本为确保石化企业能常年平稳生产，建了不少大罐，16万立方米的油罐十几台。如文献介绍，1968年已经制成了容量20000 m3的大型球罐。1984年日本水岛的炼油厂就建成两台内径83米，储油深48米，容量26万立方米的地中式油罐。1985年日本新日铁公司为日本西部瓦斯用本公司生产的WEL-TEN80C型高强度钢制造一台大型球罐，设计压力0.75MPa、直径为37.07m、容积为26700 m3。在美国，据美国环境事务杂志2007的统计，美国全境地上储罐总数约70万多座。对炼油厂大罐基本上作到5万立方米左右，有个别的地方会更大。
（2）了解球罐和其他附件材料的选用及要求；
（3）了解球罐和其他附件如球壳、支座、人孔、接管和抗震结构的结构设计；
（4）依据相关标准，对球罐进行强度计算及校核，并据校核结果进行调整；
（5）对球罐进行经济性分析；
（6）了解和掌握球罐的工厂制造及现场组装、进行球罐组装时所采用的焊接工艺；
(7) 了解球罐质量检验的方法和步骤；
[5]
[6]
指导教师意见：
指导教师签名：
年 月 日
系（教研室）意见：
主任签字：
年 月 日
国内:
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1000台左右。回顾我国近三十年的建造球罐的历史，发展速度较快，目前国内建球罐技术水平仅仅达到世界先进国家的九十年代的水平，近几年来引进国外球罐技术水平也只能达到两千年的技术水平，但是综合技术水平还是比较落后的，球罐方面的技术管理水平还不够成熟，大容量的球罐尚不能建造缺少球罐的专门材料。。因此，为满足我国石油液化气存储需求，同时也满足石油、化工、轻纺、冶金等行业对球罐大型化的需求，迫切需要开发具有我国自主知识产权的特大型球罐核心技术。2001年我国生产的最大球罐也只有8000立方米，到2010年中石油兰州石化300万吨/年重油催化炼化装置配套的2台4000立方米液态烃通过验收，这是我国自行设计，制造，阻焊的参数最大盛装液态烃的球罐，解决了一系列技术难题，该球罐的建造成功应用填补了国内外空白。