第二章 球罐结构设计说课讲解
球罐及球罐结构
球罐及球罐结构1.球罐及球罐结构1.1球罐球形容器在我国的应用领域非常广泛，例如，在石油、化工、冶金、城市煤气等工业总，球型容器被用于储存野花石油气、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，球形容器用作核安全壳；在造纸厂用作蒸煮球；在化工厂也被用作反应器等。
固我们把用于储存气体或液体介质的球形容器被称作球形储罐（简称“球罐”）。
1.2球罐结构1.2.1 球壳球壳结构形式主要分足球瓣式、桔瓣式和混合式三种。
国内自行设计、制造、组焊的球罐多为桔瓣式。
足球式瓣球罐的球壳划分和足球壳一样，所有球壳板片大小相同，所以又叫均分法。
优点是每块球壳板尺寸相同，下料成型规格化，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，施工组装困难，对球壳板得制造精度要求高，由于受钢板规格及自身结构的影响，一般只适用于制造容积小于120m3的球罐。
桔瓣式球罐的球壳划分就像桔瓣，是一种最通用的形式。
优点是焊缝布置简单，组装容易，球壳板制造简单，缺点是材料利用率低。
混合式球罐的球壳组成是：赤道带和温带采用桔瓣式，极板采用足球瓣式。
由于取其桔瓣式和足球瓣式两种结构形式的优点，材料利用率较高，焊缝长度缩短，球壳板数量减少，且特别适用大型球罐。
该结构国外以广泛采用。
随着我国石油、化学、城市煤气等工业的迅速发展，近年来引进了许多混合式结构形式的大型球罐，通过对引进球罐的施工、开发研究，国内已经基本掌握了该种接搜形式球罐的设计、制造、组装和焊接技术。
GB12337—1998对球壳板的最小宽度加以限制，不小于500mm，且球壳板不允许拼接，是为了尽可能的减少焊缝长度。
球壳具体的分带和分块数量参照GB/Ｔ17261—1998确定。
1.2.2坡口各施工单位在长期的施工过程中，根据习惯和实际经验，大都制定有本单位的焊缝坡口形式与尺寸，固在GB12337—1998不作硬性规定，根据经验，本次实习采用“X”型坡口。
混合式球罐课程设计
概论1.1 球罐简介：随着世界各国综合国力与科技水平的不断提高，球星容器的制造水平也正在飞速发展。
近年来，我国在石油化工、合成氨、城市燃气建设中，大型球罐容器的到广泛应用。
例如，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、液氮等物料；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。
由于球形容器多数作为有压储存容器，故又称球形储罐（简称“球罐”）。
总之，随着工业的发展，球形容器的使用范围必将越来越广。
1.1.1 球罐的特点与圆筒形容器相比其主要优点是：（1）受力均匀（2）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）（3）在相同容积条件下，球形容器的表面积最小，由于壁厚、表面积小等原因，一般要比圆筒形容器节约30%～40%的钢材其主要缺点是制造施工比较复杂。
1.1.2 球罐的分类球罐的结构是多种多样的，根据不同的使用条件（介质、容量、压力湿度）有不同的结构形式。
通常按照外观形状、壳体构造和支承方式的不同来分类。
（1）按形状分为圆球形和椭球形（2）按壳体层数分为单层壳体和双层壳体（3）按球壳的组合方式分为纯橘瓣式、纯足球瓣式和足球橘瓣混合式（4）按支承结构分为柱式支承和裙式支承，半埋入式支承、高架支承等1.2 1Gr17材料焊接性分析：1Cr17不锈铁标准：GB/T 1220-19921.2.1 特性及适用范围1Cr17不锈铁为耐蚀性良好的通用钢种。
用于建筑内装饰、重油燃烧器部件、家庭用具和家用电器部件等。
S43000(美国AISI,ASTM) 430对应的中国牌号是1 Cr17 。
导热系数大，膨胀系数小、抗氧化性好、抗应力腐蚀优良等特点，多用于制造耐大气、水蒸气、水及氧化性酸腐蚀的零部件。
1.2.2 化学成份（质量分数）%碳 C ：0.12硅 Si：≤0.75锰 Mn：≤1.00硫 S ：≤0.030磷 P ：≤0.035铬 Cr：16.00～18.00镍 Ni：允许含有≤0.601.2.3 力学性能抗拉强度σb (MPa)：≥450条件屈服强度σ0.2 (MPa)：≥205伸长率δ5 (％)：≥22断面收缩率ψ (％)：≥50硬度：≤183HB1.2.4 焊接工艺要点1）焊前要预热，但必须采用低温预热。
球形储罐图文简介 PPT课件
29
1、焊接前准备 球罐组装完成后经报检合格后开始进行焊
接。首先搭设外侧脚手架，为保证焊接 质量，应球罐外侧搭建整体的防风棚， 并在现场设置湿度计和温度计对施焊环 境进行即时监控。
30
2、焊接材料管理
焊接材料的管理是确保球罐焊接质量的一 个重要因素，焊材库应设专人进行管理，应有 严格的焊材烘干规程和焊材发放、回收制度。 焊材库内应配备温度计和湿度计对室内环境进 行监控，并应配备空气去湿机。焊材库内不准 堆放其它杂物。焊工领取焊条一律用保温筒盛 装并在整个施焊过程中一直存放在保温筒内。 焊条出库后4小时之内未使用完毕应一律退回 进行二次烘干，为确保焊接质量，二次烘干的 焊条不宜用于对接焊缝的焊接，可以在焊接垫 板角焊缝时使用。
19
2
1
3
左图为赤道带安装 的起始工序，先安装 1号和3号带支柱的 赤道板，然后安装2 号赤道板，完成后即 可按顺时针或逆时针 方向依次安装其它赤 道板，直至赤道带合 拢。组装的操作过程 是在专用的梯子上完 成的，梯子需现场绑 制，顶端有两个吊钩 挂在赤道板上，随赤 道板一同起吊。
20
安装第一块赤道板
12
三、球罐组装
1、支柱组对
对于分段到货的支柱，应首先进行支柱下段的现场组装，支柱对接 口通常为承插口，组装时将赤道板平放，支柱下段安装就位后从与赤道 板焊焊接在一起的支柱上段引一条粉线与支柱上段平行，上下调整支柱 下段的位置与粉线平行（见图1），然后测量支柱底座两侧分别到赤道板 两下角的距离，左右调整下段支柱，使两侧的距离相等（见图2），最后 点焊固定，然后进行焊接。组对过程主要应控制上、下支柱的同心度、 直线度和下支柱的焊角高度在规范的允许范围内。
球罐结构设计
第二章 球罐结构设计球壳球瓣结构尺寸计算 设计计算参数：球罐内径：D=12450mm []23341-表P几何容积：V=974m 3 公称容积：V 1=1000m 3球壳分带数：N=3 支柱根数：F=8各带球心角/分块数： 上极：°/7 赤道：°/16 下极：°/7图 2-1混合式排板结构球罐混合式结构排板的计算：1.符号说明：R--球罐半径6225 mm N--赤道分瓣数16 (看上图数的) α--赤道带周向球角° （360/16）0β--赤道带球心角70° 1β--极中板球心角44° 2β--极侧板球心角11° 3β--极边板球心角22° 2赤道板（图2-2）尺寸计算：图2-2弧长L )=1800βR π =18070622514.3⨯⨯=弦长L =2Rsin(20β)=2x6225×sin(270)=7141mm弧长1B )=N R π2cos(20β)=1614.362252⨯x ×cos 270=弦长1B =2Rcos(20β)sin(2α)=2x6225×cos35sin 25.22=弧长2B )=N R π2=1614.362252⨯x =弦长2B =2Rsin 2α=2x6225×sin(25.22）=弦长D =2R )2(cos )2(cos 1202αβ- =2x6225x )25.22(cos )270(cos 122- = 弧长D )=90R πarcsin(2R D )=903.14x6225arcsin(2x62257413.0) =极板（图2-3）尺寸计算：图2-3对角线弧长与弦长最大间距： H=)2(sin 1212ββ++=)11244(sin 12++ = 弦长1B =H R )2sin(221ββ+=139.1)11244sin(62252+x x =弧长1B )=90R πarcsin(2R B 1)=90622514.3x arcsin(2x62253.5953)=弦长0D =21B )=2×=弧长0D )=90R πarcsin(2R D )=903.14x6225arcsin(2x62258774)=弦长2B =2Rsin(212ββ+)=2x6225xsin(11244+)=弧长2B )=180)2(21ββ+R π=1802x11)(44622514.3+⨯⨯=(1)极中板（图2-4）尺寸计算：图2-4对角线弦长与弧长的最大间距：A=)2(sin )2(sin 121212βββ+-=弧长2B )=1801βR π=弦长2B =2Rsin(21β)= 弧长2L )=180)2(R 21ββ+π=弦长2L =2Rsin(212ββ+)=弦长1L =A )2sin()2cos(2R 211βββ+= 弧长1L )=90R πarcsin(R L 21)=弦长1B =AR )2cos()2sin(2211βββ+=弧长1B )=90R πarcsin(2RB 1)=弦长D =2211B +L =弧长D )=90R πarcsin(2R D )=(2)侧极板（图2-5）尺寸计算：图2-5弦长1L =2Rcos(21β)sin(212ββ+)/A= 弧长1L )=90R πarcsin （R L 21）=弦长 2L =2Rsin(212ββ+)/H=弧长 2L =90Rπarcsin(R L 22)=K=2Rsin(21β)cos(212ββ+)/A= 式中 同前1ε=arcsin(R L 22)-arcsin （2RK ）=弧长2B )=1802βR π=弦长2B =2Rsin(22β)=弧长1B )=1801επR =弦长D =21L L 1+B =弧长D )=90R πarcsin(2R D)=4.极边板（图2-6）尺寸计算：图2-6弧长1L )=2R πcos(2β)=弦长1L =2Rcos(2β)=弦长3L =2Rsin(222ββ+)/H=弧长3L )=90R πarcsin(2R L 3)=弧长2B )=1802βR π=弦长2B =2Rsin(22β)=式中 2α=21800β--arcsin(R 2D 0)= M=22Rsin(212ββ+)/H=3α=90°-2β+arcsin(RM2)= 4α=2 arcsin[22sin(23α)]=弧长1B =1802αR π=弦长1B =2Rsin(22α)=弦长D =3112L L B +=弧长D )=90R πarcsin(2R D )=弧长2L =1804απR = 弦长2L =2Rsin(23α)=第四章 强度计算球壳计算设计压力：设计温度：-20 — 40℃试验压力： + H*ρ*g*10-6 = 壳壁厚度球壳材料采用1Gr17，σb =450MPa，常温下许用应力为[σ]t=150MPa.[]14143-表P取焊缝系数：φ=[1]P110腐蚀裕量C2=2mm，钢板厚度负偏差C1=0mm，故厚度附加量C=C1+C2=2mm.[]1363-表P液柱高度H： H=K1R=*6225=9960mm液体的静压力P=ρgH = 6225**9960*10-9 =计算压力：Pc = + =球壳所需壁厚：δ1=CPDPctc+-ϕσ][4[]84691-式P= + 2 =圆整可取δ=38mm4.2接管和法兰的选择接管根据JBM0503-08选用DN25 DN40 DN50接管。
球罐讲义
球罐制造讲义中国石油天然气第七建设公司装备制造分公司2011年4月13日1．球罐结构形式球罐各部分名称2.材料2.1.球壳板材料钢板应逐张检查验收。
凡检验合格的钢板按炉批号的质量证明书应包括以下几项主要内容：钢板牌号、规格；化学成分；拉伸、冲击、弯曲试验结果；正火状态；超声检测结果；产品号(钢板号)；钢板厚度不得出现负偏差；球罐主体板不允许拼接。
2.2锻件锻件外形质量应符合订货图样的要求，锻件不允许补焊。
凡检验合格的锻件，应逐件提供产品质量证明书，质量证明书应包括：材料牌号、规格及冶炼方法；热处理规范；化学成分分析报告；力学性能检验报告；超声检测报告；检验编号等，并按《固定式压力容器安全技术监察规程》要求进行复验。
锻件应满足定货技术要求。
2.3 焊材焊接材料必须有质量证明书，并应符合设计技术条件的有关规定。
并根据质量证明书对焊条进行扩散氢含量复验，按GB/T3965执行，气相色谱法测定，扩散氢含量满足标准要求。
3.工艺流程图纸会审→编制各种工艺技术文件→材料入库、检验、复验→钢板表面预处理→喷防锈面漆→毛料切割、打磨→冲压成型→净料切割→坡口加工→矫形、边缘探伤→支柱预制→赤道带板组焊支柱、极板组焊人孔接管、探伤检查→矫形→涂防锈漆→产品包装→发运4.球壳板的制造4.1 球壳板板材进行表面预处理4.2 毛料球壳板下料、标记移植毛料切割（示意）4.3 球壳板冲压采用多点冷成型工艺成形，成形时缓慢压制到规定的曲率，曲率应均匀，冲压时每个压点重合率不得小于2/3，球壳板成型在环境温度0℃以上进行。
冲压成型后，用规定样板(样板弦长≥2m)检查球壳板曲率，球壳板应放置在专用检查胎架上检查。
毛料冲压（示意）4.4 划净料线净料样板的数据应用我公司自行开发研制的《球罐计算专用软件》运算得出，样板精度应定期检定认可，未经检定认可的样板不得使用。
4.5 坡口切割切割球壳板坡口采用三嘴头火焰切割机。
点火后，调整切割火焰，使其达到满足切割坡口光洁度要求的理想稳定状态后，方可正式切割。
低温双层球罐结构设计
（3-20）
对角线：
= 2
+ sin ( ) ×
2
2
2
+
2
（3-21）
=1430.37
c.赤道板板几何尺寸计算
弦长：
= 2
50
= 2 × 5750 sin
= 4860.11
2
2
弧长：
12
（3-22）
=
=
× 50 × 5750 = 5015.28
( − )
( − )
（2-9）
式中, 为保冷层外径，mm; 为球罐内球壳外直径，mm;
为单层保冷层材料使用温度下的导热率， W/(m·K);
为保冷层外侧环境温度，℃； 为保冷层外表面温度，℃；
为介质温度，℃。
经计算外层球罐内直径为： = 12700。
（3-13）
π
αR = 3.14 ÷ 180 × 38 × 5750 = 3811.6mm
180°
（3-14）
a = 21
2
= 2 × 5750 ×
2
弧长：
a =
11
b.上、下温带板几何尺寸计算
上弦长：
= 2
180
38
180
= 2 × 5750 × sin
sin
1.0
0.1
设计温度（℃）
-196
-20/50
腐蚀裕量（mm）
0
焊接接头系数
1.0
无损探伤RT
100%
球壳材质
S30408
设计压力（MPa）
第二章球罐结构设计
第二章 球罐结构设计球壳球瓣结构尺寸计算 设计计算参数：球罐内径：D=12450mm []23341-表P 几何容积：V=974m 3 公称容积：V 1=1000m 3球壳分带数：N=3 支柱根数：F=8各带球心角/分块数： 上极：°/7 赤道：°/16 下极：°/7图 2-1混合式排板结构球罐混合式结构排板的计算：1.符号说明：R--球罐半径6225 mm N--赤道分瓣数16 (看上图数的) α--赤道带周向球角° （360/16）0β--赤道带球心角70° 1β--极中板球心角44° 2β--极侧板球心角11° 3β--极边板球心角22° 2赤道板（图2-2）尺寸计算：图2-2弧长L =1800βR π =18070622514.3⨯⨯=弦长L =2Rsin(20β)=2x6225×sin(270)=7141mm弧长1B =N R π2cos(20β)=1614.362252⨯x ×cos 270=弦长1B =2Rcos(20β)sin(2α)=2x6225×cos35sin 25.22=弧长2B =N R π2=1614.362252⨯x =弦长2B =2Rsin 2α=2x6225×sin(25.22）=弦长D =2R )2(cos )2(cos 1202αβ- =2x6225x )25.22(cos )270(cos 122- = 弧长D =90R πarcsin(2R D )=903.14x6225arcsin(2x62257413.0) =极板（图2-3）尺寸计算：图2-3对角线弧长与弦长最大间距： H=)2(sin 1212ββ++=)11244(sin 12++ = 1B=L =1B=2B = 0D =弦长1B =H R )2sin(221ββ+=139.1)11244sin(62252+x x =弧长1B =90R πarcsin(2R B 1)=90622514.3x arcsin(2x62253.5953)=弦长0D =21B=2×=弧长0D =90R πarcsin(2R D )=903.14x6225arcsin(2x62258774)=弦长2B =2Rsin(212ββ+)=2x6225xsin(11244+)= 弧长2B =180)2(21ββ+R π=1802x11)(44622514.3+⨯⨯=(1)极中板（图2-4）尺寸计算：图2-4对角线弦长与弧长的最大间距： A=)2(sin )2(sin 121212βββ+-=弧长2B =1801βR π=弦长2B =2Rsin(21β)= 弧长2L =180)2(R 21ββ+π=弦长2L =2Rsin(212ββ+)=弦长1L =A )2sin()2cos(2R 211βββ+= 弧长1L =90R πarcsin(R L 21)=1B =2B =2L = 1L =弦长1B =AR )2cos()2sin(2211βββ+=弧长1B =90R πarcsin(2RB 1)=弦长D =2211B +L =弧长D =90R πarcsin(2R D )=(2)侧极板（图2-5）尺寸计算：图2-5弦长1L =2Rcos(21β)sin(212ββ+)/A= 弧长1L =90R πarcsin （R L 21）=弦长 2L =2Rsin(212ββ+)/H=弧长 2L =90Rπarcsin(R L 22)=K=2Rsin(21β)cos(212ββ+)/A= 式中 同前1ε=arcsin(R L 22)-arcsin （2RK ）=弧长2B =1802βR π=弦长2B =2Rsin(22β)=1B=2B =2L= 1L =弧长1B =1801επR =弦长D =21L L 1+B =弧长D =90R πarcsin(2R D)=4.极边板（图2-6）尺寸计算：图2-6弧长1L =2R πcos(2β)=弦长1L =2Rcos(2β)=弦长3L =2Rsin(222ββ+)/H=弧长3L =90R πarcsin(2R L 3)=弧长2B =1802βR π=弦长2B =2Rsin(22β)=式中 2α=21800β--arcsin(R 2D 0)= M=22Rsin(212ββ+)/H=3α=90°-2β+arcsin(RM2)= 4α=2 arcsin[22sin(23α)]=弧长1B =1802αR π=弦长1B =2Rsin(22α)=弦长D =3112L L B +=1B=2B = 3L =1L=弧长D =90R πarcsin(2R D )=弧长2L =1804απR = 弦长2L =2Rsin(23α)=第四章 强度计算球壳计算设计压力：设计温度：-20 — 40℃试验压力： + H*ρ*g*10-6 = 壳壁厚度球壳材料采用1Gr17，σb =450MPa ，常温下许用应力为[σ]t =150MPa.[]14143-表P 取焊缝系数：φ=[1]P110腐蚀裕量C 2=2mm ，钢板厚度负偏差C 1=0mm ， 故厚度附加量C=C 1+C 2=2mm.[]1363-表P 液柱高度H ： H=K 1R=*6225=9960mm液体的静压力P=ρgH = 6225**9960*10-9 = 计算压力：Pc = + = 球壳所需壁厚： δ1=CP D P ctc +-ϕσ][4[]84691-式P = + 2 =圆整可取δ=38mm4.2 接管和法兰的选择接管根据JBM0503-08选用DN25 DN40 DN50接管。
球罐设计_精品文档
球罐设计第一章确定设计参数、选择材料一、确定设计参数（一）设计温度储罐放在室外，罐的外表面用150mm的保温层保温。
在吉林地区，夏季可能达到的最高气温为40℃。
最低气温（月平均）为-20℃。
（二）设计压力罐内储存的是被压缩且被冷却水冷凝的液氨。
氨蒸汽被压缩到0。
9，1、4MPa，被冷却水冷凝。
液氨40℃时的饱和蒸汽压由[1]查得为：P汽=1、55MPa(绝对压力)。
为保证安全,在罐顶装有安全阀,故球罐设计压力为安全阀的启动压力，即：P=(1、05-1、1)P汽=(1、05-1、1)1、45=1、523，1、595MPa取设计压力P=1、6MPa(三)焊缝系数球罐采用坡口,双面对接焊,并进行100%的无损探伤,由[2]知=1、0(四)水压试验压力由[4]知水压试验压力为:PT=1、25Pt球壳材料为16MnDR，初选板厚为36mm,由[3]表3查得=157MPa,PT=1、25P157、157=1、251、61=2、06MPat=157MPa则试验时水温不得低于5℃。
（五）球罐的基本参数球罐盛装量为170吨／台。
液氨-20℃的密度为0。
664吨／M3，40℃时0。
58吨／M3。
球罐所需容积（按40℃计）为：V=1700。
58=293、1M31700。
5已给盛装系数为0。
5，即不得装满，故实际所需容积为：V==340M3，其小于400M3，余容较大，足够用，相差17。
6%，符合标准要求。
按公称容积4003设计，由[2]附录一P41查得球罐基本参数如表一1-1公称容积内径㎜几何容积m支座型式支柱根数分带数3表，1-1球罐基本参数400各上极带9200408赤道正切式85带球心角45°／345°／1645°／1645°／1645°／3上温带赤道带下温带各带下极带分块数1二．材料的选择按操作条件要求及各种材料的性能特点，分别选择如下。
（一）球壳钢板操作最低气温为-20℃。
储罐的结构专题培训课件
5.2 储罐的结构
13
过程设备设计
图5-4 支撑 式锥顶罐简 图
1-锥顶板 2-中间支柱 3-梁 4-承压圈 5-罐壁 6-罐底
锥顶荷载主要 靠梁或檀条(桁 架)及柱来承担
5.2 储罐的结构
14
过程设备设计
图5-5 自支撑拱顶罐简图
1-拱顶 2-包边角钢 3-罐壁 4-罐底
可承受较高的饱和蒸气 压，蒸发损耗较少。它 与锥顶罐相比耗钢量少 罐顶气体空间较大，制 作时需用模具，是国内 外广泛采用的一种储罐 结构
5.2 储罐的结构
过程设备设计
地面卧式储罐 地下卧式储罐
区别
管口的开设位置 接管集中安放
9
5.2 储罐的结构
5.2.2 立式平底筒形储罐
过程设备设计
固定式储罐属于大型仓储式常压或低压储存设备，主 要用于储存压力不大于0.1MPa的消防水、石油、汽油等 常温条件下饱和蒸气压较低的物料。
10
5.2 储罐的结构
5.2.3 球形储罐
罐体 支座 人孔和接管 附件
21
过程设备设计
5.2 储罐的结构
5.2.3 球形储罐
过程设备设计
分类
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外观
球形 椭球形
壳体构造方式
球壳层数 球壳组合方案
单数 多数
桔瓣式 足球瓣
支撑方式
支柱式支座 筒形或锥形裙式支座
混合式
5.2 储罐的结构
典型结构示例
圆球形单层纯桔瓣式 赤道正切球罐
5.2 储罐的结构
过程设备设计
与外浮顶储罐相比，内浮顶储罐可大量减少储液的蒸发损耗， 降低内浮盘上雨雪荷载，省去浮盘上的中央排水管、转向扶 梯等附件，并可在各种气候条件下保证储液的质量，因而有 “全天候储罐”之称，特别适用于储存高级汽油和喷气燃料 以及有毒易污染的液体化学品。
SNM-球罐讲义
足球瓣式是将球体沿径纬 方向切割，每块球壳板的结构 尺寸完全相同，互换性好，下 料成型规格化，材料利用率高， 拼装焊缝长度短，相应检测工 作量亦小。
缺点是球壳板交接处有Y型 焊缝，焊缝布局复杂，施工组 装困难，对球壳板的精度要求 高。
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混合式兼备了桔瓣式和足 球瓣式两者的特点，是将球壳 除极板采用足球瓣式外，其余 均用桔瓣式球壳板。相对桔瓣 式而言，混合式的优点是材料 利用率较高，焊缝长度有所缩 短，球壳板数量减少，故特别 适用于大型球罐。缺点是因具 有两种型式的球壳板，组装校 正较麻烦，仍有Y型接缝，制造 精度要求高。
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表1 1000m3桔瓣式与混合式球罐比较表
型式 球壳分带数 支柱根数 总块数
引 桔瓣式 5
进
球 罐
混合式
3
8
54
10
28
GB/T17261
桔瓣式 5
8
54
10
66
混合式 3 4
8
30
10
54
各带分块数 焊缝长度 3+16+16+16+3 352
6+14+7
ห้องสมุดไป่ตู้
272
3+16+16+16+3 3+20+20+20+3
TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》 规定了储存液化气体的压力容器应当规定设计储存量，装量 系数不得大于0.95。
球罐装量系数与装量高度关系: 装量系数K系球缺体积V´与球壳
体积V之比值:
K
V
'
H
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第二章 球罐结构设计2.1 球壳球瓣结构尺寸计算 2.1.1 设计计算参数：球罐内径：D=12450mm []23341-表P几何容积：V=974m 3 公称容积：V 1=1000m 3球壳分带数：N=3 支柱根数：F=8各带球心角/分块数： 上极：112.5°/7 赤道：67.6°/16 下极：112.5°/7图 2-1混合式排板结构球罐2.1.2混合式结构排板的计算：1.符号说明：R--球罐半径6225 mm N--赤道分瓣数16 (看上图数的) α--赤道带周向球角22.5° （360/16）0β--赤道带球心角70° 1β--极中板球心角44° 2β--极侧板球心角11° 3β--极边板球心角22° 2赤道板（图2-2）尺寸计算：图2-2弧长L )=1800βR π =18070622514.3⨯⨯=7601.4mm弦长L =2Rsin(20β)=2x6225×sin(270)=7141mm弧长1B )=N R π2cos(20β)=1614.362252⨯x ×cos 270=2001.4mm弦长1B =2Rcos(20β)sin(2α)=2x6225×cos35sin 25.22=1989.6mm弧长2B )=N R π2=1614.362252⨯x =2443.3mm弦长2B =2Rsin 2α=2x6225×sin(25.22）=2428.9mm弦长D =2R )2(cos )2(cos 1202αβ-=2x6225x )25.22(cos )270(cos 122- = 7413.0mm 弧长D )=90R πarcsin(2R D )=903.14x6225arcsin(2x62257413.0) = 7936.4mm极板（图2-3）尺寸计算：图2-3对角线弧长与弦长最大间距： H=)2(sin 1212ββ++=)11244(sin 12++ = 1.139mm 1B ) = 2001.4L )= 7601.41B )= 6204.12B )=7167.1 0D )=9731.7弦长1B =H R )2sin(221ββ+=139.1)11244sin(62252+x x =5953.3mm弧长1B )=90R πarcsin(2R B 1)=90622514.3x arcsin(2x62253.5953)=6204.1mm弦长0D =21B )=2×6204.1=8774.0mm弧长0D )=90R πarcsin(2R D )=903.14x6225arcsin(2x62258774)=9731.7mm弦长2B =2Rsin(212ββ+)=2x6225xsin(11244+)=6780.8mm 弧长2B )=180)2(21ββ+R π=1802x11)(44622514.3+⨯⨯=7167.1mm(1)极中板（图2-4）尺寸计算：图2-4对角线弦长与弧长的最大间距： A=)2(sin )2(sin 121212βββ+-=0.979mm弧长2B )=1801βR π=4778.0mm弦长2B =2Rsin(21β)=4663.9mm 弧长2L )=180)2(R 21ββ+π=7167.1mm弦长2L =2Rsin(212ββ+)=6780.8mm弦长1L =A )2sin()2cos(2R 211βββ+=6421.9mm 弧长1L )=90R πarcsin(R L 21)=6744.0mm1B )= 4065.22B )=4663.92L )=7167.1 1L )=6744.0弦长1B =AR )2cos()2sin(2211βββ+=3995.3mm弧长1B )=90R πarcsin(2RB 1)=4065.2mm弦长D =2211B +L =7563.3mm弧长D )=90R πarcsin(2R D )=8124.5mm(2)侧极板（图2-5）尺寸计算：图2-5弦长1L =2Rcos(21β)sin(212ββ+)/A=6421.9mm 弧长1L )=90R πarcsin （R L 21）=6744.0mm弦长 2L =2Rsin(212ββ+)/H=5953.3mm弧长 2L =90Rπarcsin(R L 22)=6204.0mmK=2Rsin(21β)cos(212ββ+)/A=3995.3mm 式中 A.H 同前1ε=arcsin(R L 22)-arcsin （2RK ）=9.85mm弧长2B )=1802βR π=1194.5mm弦长2B =2Rsin(22β)=1193.3mm1B )= 1069.62B )=1194.52L )=5953.3 1L )=6744.0弧长1B )=1801επR =1069.6mm弦长D =21L L 1+B =6183.5mm弧长D )=90R πarcsin(2R D)=6467.7mm4.极边板（图2-6）尺寸计算：图2-6弧长1L )=2R πcos(2β)=8005.8mm弦长1L =2Rcos(2β)=7210.3mm弦长3L =2Rsin(222ββ+)/H=5953.3mm弧长3L )=90R πarcsin(2R L 3)=6204.1mm弧长2B )=1802βR π=1194.5mm弦长2B =2Rsin(22β)=1193.3mm式中 2α=21800β--arcsin(R 2D 0)=10.2 M=22Rsin(212ββ+)/H=8419.23α=90°-2β+arcsin(RM2)=97.55 4α=2 arcsin[22sin(23α)]=64.25弧长1B =1802αR π=1107.6mm弦长1B =2Rsin(22α)=1106.7mm弦长D =3112L L B +=4600.2mm1B )= 1107.62B )=1194.5 3L )=6204.11L )=8005.8弧长D )=90R πarcsin(2R D )=4709.4mm弧长2L =1804απR =6977.0mm 弦长2L =2Rsin(23α)=6621.3mm第四章 强度计算4.1球壳计算设计压力：1.6MPa设计温度：-20 — 40℃试验压力：1.6 + H*ρ*g*10-6 = 1.76MPa 壳壁厚度球壳材料采用1Gr17，σb =450MPa ，常温下许用应力为[σ]t =150MPa.[]14143-表P 取焊缝系数：φ=1.0[1]P110腐蚀裕量C 2=2mm ，钢板厚度负偏差C 1=0mm ， 故厚度附加量C=C 1+C 2=2mm.[]1363-表P液柱高度H ： H=K 1R=1.6084*6225=9960mm液体的静压力P=ρgH = 6225*9.8*9960*10-9 =0.061MP 计算压力：Pc = 1.76+0.061 = 1.821MP 球壳所需壁厚：δ1=CP D P ctc +-ϕσ][4[]84691-式P =35.2 + 2 = 37.2mm圆整可取δ=38mm4.2 接管和法兰的选择接管根据JBM0503-08选用DN25 DN40 DN50接管。
法兰由JBT 81—1994选择。
4.3人孔尺寸 组合如下图所示：4.4 盘梯近似球面的螺旋形盘梯的设计计算R 1 = R + δ + t R1---假想圆球的半径；R = 6225mm----球罐的内半径δ= 38mm---球甲壁板厚度t = 200 —梯子或者顶平台与球面最小距离R1=6225 + 38 + 200 = 6463mmR2max = (R12-(R+δ1– b1)2)0.5δ1= 5mm——顶平台板厚度b1= 180mm——梯子侧板宽R2max=2273mmR 2 <= R2max选R2=2000mmR2——顶部平台半径Z 1 = b1+ (R12-R22)0.5 = 6325.7mmb = 1500mm ——梯子宽度r = R12 + R1b + (b2)2 - R222R1+ b= 3329.2mm ——梯子中心回转半径|X0| =R12 + R1b + (b2)2 + R222R1+ b= 3883.8mm ——盘梯圆柱中心轴线与球心的距离 X0在坐标中的值为负t = 200R1= 6463R2=2000r = 3329.2α终=149.0α终 = arccos(rX) = 149.04.5 洒水孔1000m3以上的中型球罐可设置内部转梯，本球罐采用内部转梯淋水管的洒水孔径为4mm以上球罐直径： Df= 12450mm壁厚 t = 38mm设计压力P = 1.821Mpa球罐外表面： A = 4πR2 = 486.7m2洒水量 2 L/min*m2水流速度 v = 2m/s = 120m/min水压： 0.1Mpa所需撒水量 Q = 486.7 * 2 = 980L/min*m2所需管径： D = 2d = 3.162 * (4Qπv)0.5 = 10.20mm ≈ 11mm洒水孔数：算的N = 80.98≈ 82个保冷措施：4.6 压力表压力表的最大刻度为正常运转压力的1.5倍以上（不要超过3倍）取：最大刻度 3.6 Mpa压力表表面直径应大于150mm压力表前应安装截止阀，以便于在仪表标校时可以取下压力表4.7支柱拉杆Q=980 D=11N = 82个球罐支座是球罐中用以支承本体质量和储存物料质量的结构部件，为了对付各种影响因素，结构形式比较多，设计计算也比较复杂。
支撑主要可分为柱式支撑和裙式支撑，此外，还有 V型柱式支撑，三桩合一型柱式支撑，裙式支撑，锥底支撑，钢筋混凝土连续基础支撑，半埋式支撑，高架式支撑，可胀缩的支撑赤道正切柱式支座设计a)赤道正切柱式支座必须能够承受作用于球罐的各种载荷，支柱构建要由足够的强度和稳定性b)拉杆结构：拉杆是作为承受风载荷以及地震载荷的部件，增加球罐的稳定性而设置的，栏杆结构可分为可调式和固定式。
目前，国内自行建造的球罐和引进球罐的大部分采用可调式拉杆，本球罐的支承结构采用单层可调式拉杆结构，如图（3-13）1 -支柱2 - 支耳3 –长拉杆4 –调节螺母5 –段拉杆支柱外直径d= 526mm；内直径 d1=506mm支柱计算长度L=8000mm支柱金属横截面积 A：648096mm2支柱横截面的惯性矩：π64(d4-d14) = 5.4*108mm4基本雪压值q：550N/m2支柱材料：Ｑ２３５Ａ支柱材料屈服极限σs：235Mpa支柱数目n: 8 根支柱载荷计算静载荷球壳质量计算：球壳平均直径：D=12450+42=12492mmM1 =πD2*δ*ρ=3.14*124922x38x10-9x7900Kg/m3 ≈162.6 (吨) d= 526d1=506 L=8000 N = 8φ = 30液体NH 3 质量(装满0.9) M2 = 1000 x 625kg/m 3 x10-9x 0.9 ≈ 562.5(吨) 液压实验时液体的质量：M3=1000*1000Kg/m 3 *0.9=900吨 雪压质量 M4=（π/4g ）D 2 qCs*10-6= 4.55(吨) 保温层质量M5=π(D+ t)2 t ρ*10-9 +400 = 1.5吨 支柱和拉杆的质量：M6=11.103吨 附件的质量：M7=9.750吨 操作状态下的球罐质量：M0 = M1+M2+M4+M5 +M7=740.8吨 液压状态下的球罐的质量：Mf = M1+ M3+ M6+M7 = 1083.5吨 球罐最小质量Mmin = M1+M6+M7=183.45吨 球罐每根支柱承受的静载荷：G 0 =m 0g n = (162.6+562.5+4.55+1.5+9.750)*103*9.88 = 907480N液压试验条件下：液压实验时液体的质量：M3=1000*1000Kg/m 3 *0.9=900吨 Mt = M1+M3+M6+M7Gt = m t g n = (162.6+900+11.103+9.750)*103*9.88 = 1327吨动载荷地震水平载荷拉杆影响系数：λ = 1 – (L 1L )2 (3-2L 1L ) = 1- (52009000 )2 (3-2x52009000 ) = 0.384球罐中心处单位力引起的水平位移v = λL 12nEJ *103 =0.384*800012*8*192000*5.4*108 *103= 2.3*10-8 基本自震周期T= 2πv m 0 = 0.82 S设计地震烈度为7度，按表4-2，地震影响系数的最大值αmax = 0.23， α= (T gT)0.9αmax = 0.093地震水平力Q z = C z αm 0g = 0.45*0.093*740800*9.8 = 303824N 风载荷球罐建造的基本风压值： q 0 = 600N/m 2查表4-9，风压值高度变化系数f 1 = 1.00, 查表4-10，动载荷系数ξ= 1.58，故风振系数k 2 = 1+m ξ=1.553 水平风力：Q f = 14π(D 0 + 2t)2 k 1k 2q 0f 1f 2*10-8=14*3.14*(12450 + 2*65)2 0.4*1.553*600*1.0*1.1*10-6 = 50933N Q z > Q f 取水平载荷F = Q z = 303824N 推到弯矩形成的支柱垂直力 推到弯矩：M=FL 2 = 303824* 2500 = 7.6×108 N*mm 由M 对各支柱产生的垂直力 F i =Mcos θi ηR η= n2Fa = 7.6×108 cos0 4*6225 = 30522NFb = 7.6×108 cos45 4*6225 = 21579NFc = 7.6×108 cos90 4*6225= 0N剪切力形成的支柱垂直载荷 如图4-8， 水平力F 的方向为A 向，拉杆构架的方为角θAB=22.5，θAC=67.5 于是：C ij =L2FsinθijnRsin180nC ab =5500* 303824*sin22.58*6225sin1808= 33555NC bc =5500* 303824*sin66.58*6225sin1808=80410NTijmax =Cijmaxcosα=80410N55006225= 91009.5N拉杆直径：d=2(Tijmaxπ[α])0.5+C = 2(91009.5π2351.5)0.5 + 2 =29.2mm取拉杆直径为φ30mm连接部位强度计算支柱与拉杆，支柱与球壳以及支柱底座等结构图4-13 图4-15相同4.8 销钉、耳板销钉直径的计算销钉材料选用Q235-A钢d销 =(2Tijmaxπ[τ])0.5 = (2*91009.5π*0.6*2351.5)0.5 = 24.8mm取销钉直径为φ25mm耳板和翼板厚度计算耳板和翼板都选用Q235-A钢。