課程設(shè)計(jì)-- 1850m³丙烷球罐設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　課程名稱 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專業(yè)課程設(shè)計(jì) </p><p>　　題 目 1850m³丙烷球罐設(shè)計(jì) </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要2

2、</b></p><p>　　Abstract2</p><p><b>　　第一章 緒論2</b></p><p>　　1.1球罐的特點(diǎn)2</p><p>　　1.2球罐的分類2</p><p>　　1.2.1按儲(chǔ)藏溫度2</p><p>　　1.2

3、.2按結(jié)構(gòu)形式分類2</p><p>　　1.3 球罐的發(fā)展歷史2</p><p>　　1.3.1 球罐制造的發(fā)展史2</p><p>　　1.3.2 我國球罐的發(fā)展現(xiàn)狀2</p><p>　　第二章 設(shè)計(jì)參數(shù)確定2</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)2</p><p>　

4、　2.1.1 壓力2</p><p>　　2.1.2 溫度2</p><p>　　2.1.3 壁厚2</p><p>　　第三章 材料選取2</p><p>　　3.1 選材規(guī)范2</p><p>　　3.2材質(zhì)的選用2</p><p><b>　　3.3經(jīng)濟(jì)性2&l

5、t;/b></p><p><b>　　3.4 選材2</b></p><p>　　3.4.1罐壁的選擇2</p><p>　　第四章 結(jié)構(gòu)選擇2</p><p>　　4.1球罐形式選擇2</p><p><b>　　4.2球殼設(shè)計(jì)2</b></p>

6、;<p>　　4.3支柱于球殼的連接2</p><p>　　4.4球罐尺寸確定2</p><p>　　第五章 壁厚計(jì)算和強(qiáng)度校核2</p><p>　　5.1 設(shè)計(jì)條件2</p><p>　　5.2 球殼計(jì)算2</p><p>　　5.2.2球殼各帶厚度計(jì)算2</p><

7、p>　　5.2.3環(huán)境溫度下球殼的計(jì)算應(yīng)力2</p><p>　　第六章 球罐受力分析2</p><p>　　6.1球罐質(zhì)量計(jì)算2</p><p>　　6.2球殼穩(wěn)定性驗(yàn)算2</p><p>　　6.3地震載荷計(jì)算2</p><p>　　6.3.1自振周期2</p><p>　

8、　6.3.2地震力2</p><p>　　6.3.3風(fēng)載荷計(jì)算2</p><p>　　6.3.4彎矩計(jì)算2</p><p>　　第七章 強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核2</p><p>　　7.1 支柱計(jì)算2</p><p>　　7.1.1 單個(gè)支柱的垂直載荷2</p><p><b>

9、　　7.2組合載荷2</b></p><p>　　7.3單個(gè)支柱彎矩2</p><p>　　7.3.1偏心彎矩2</p><p>　　7.3.2附加彎矩2</p><p>　　7.3.3總彎矩2</p><p>　　7.4 支柱穩(wěn)定性校核2</p><p>　　7.4.

10、1 支柱偏心率計(jì)算2</p><p>　　7.4.2 穩(wěn)定性校核2</p><p>　　7.5 地腳螺栓校核2</p><p><b>　　7.6支柱底板2</b></p><p>　　7.6.1支柱底板直徑2</p><p>　　7.6.2底板厚度2</p><p

11、>　　7.6.3 拉桿計(jì)算2</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)2</b></p><p><b>　　結(jié)束語2</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　球罐是一種工業(yè)使用儲(chǔ)存介質(zhì)的壓力容器，作為一種有效的，經(jīng)濟(jì)的壓力容器而廣泛應(yīng)

12、用。球罐具有占地少，受力情況好、承壓能力高，分片運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)安裝成形、容積的大小基本不受運(yùn)輸限制等其它壓力容器無可比擬的優(yōu)點(diǎn)。在石油、化工、城市燃?xì)狻⒁苯鸬阮I(lǐng)域廣泛用于存儲(chǔ)氣體和液化氣體。球罐的大型化是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它涉及到多個(gè)學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域。 本文針對(duì)1850m3丙烷氣球罐設(shè)計(jì)、制造中的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)——球罐選材、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核等方面進(jìn)行了研究，完成了如下工作：查閱有關(guān)球罐設(shè)計(jì)的文獻(xiàn)，在系統(tǒng)了解球罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制造方法的基礎(chǔ)上，

13、完成文獻(xiàn)綜述的撰寫；對(duì)球罐選材進(jìn)行分析比較，最終確定采用16MnR；對(duì)球罐進(jìn)行工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和尺寸計(jì)算，根據(jù)GB12337-2010《鋼制球形儲(chǔ)罐》對(duì)球罐進(jìn)行結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算；進(jìn)行球罐圖紙繪制，完成球罐裝配圖及各主要零部件圖。 </p><p>　　關(guān)鍵字：球罐；壓力容器；強(qiáng)度計(jì)算</p><p><b>　　Abstract</b></p>&l

14、t;p>　　The spherical tank is a storage medium using pressure vessel industry, as a kind of effective, economic and widely used pressure vessels. The spherical tank has the advantages of small land occupation, good stre

15、ss condition, high pressure bearing ability, the slice is transported to the site installation forming, and volume size is not the basic transport restrictions and other pressure vessels. There is nothing comparable to t

16、his advantage. Widely used for the storage of gas and liquefied gas i</p><p>　　Keywords: spherical tanks; pressure vessels; strength calculation</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><

17、;p><b>　　1.1球罐的特點(diǎn)</b></p><p>　　隨著世界各國綜合國力和科學(xué)技術(shù)水平的提高，球形容器的制造水平也在高速發(fā)展。近年來，我國在石油化工、合成氨、城市燃?xì)饨ㄔO(shè)中，大型化球形容器得到了廣泛的應(yīng)用。在石化企業(yè)、國防工業(yè)、冶金工業(yè)及城市燃?xì)庵校糜趦?chǔ)存液態(tài)丙烷、丁烷、丙烯、丁烯及其混合物(LPG)、液化天然氣(LNG)、液氧、液氮和液氨、液氫等物料。球形容器廣泛應(yīng)用于

18、石油、化工、冶金等部門，它可以用來作為液化石油氣、液化天然氣、液氧、液氨、液氮及其他介質(zhì)的儲(chǔ)存容器。也可作為壓縮氣體的儲(chǔ)罐。 </p><p>　　球形儲(chǔ)罐與其他型式的壓力容器比較，有許多突出的優(yōu)點(diǎn)。如與同等容量，相同工作壓力的圓筒形壓力容器比較，球罐具有表面積小，所需鋼板厚度較薄，因而具有耗鋼量少，重量輕的優(yōu)點(diǎn)。此外，球罐還有制造方便，易于大型化、占地面積小、操作管理和檢修方便等特點(diǎn)。由于這些特點(diǎn)，再加

19、上球罐基礎(chǔ)簡(jiǎn)單、受風(fēng)面小、外形美觀，可用于美化工程環(huán)境等原因，使球罐的應(yīng)用得到很大發(fā)展，球形儲(chǔ)罐是一種鋼制容器設(shè)備。在石油煉制工業(yè)和石油化工中主要用于貯存和運(yùn)輸液態(tài)或氣態(tài)物料。操作溫度一般為-50～50℃,操作壓力一般在3MPa以下。但球罐的制造、焊接和組裝要求很嚴(yán)，檢驗(yàn)工作量大，制造費(fèi)用較高。 </p><p>　　國內(nèi)外球罐技術(shù)發(fā)展的方向都是高參數(shù)大型化，球罐大型化可以降低單位容積存儲(chǔ)能力的投資，節(jié)

20、省占地，也節(jié)省了輔助設(shè)施的費(fèi)用，同時(shí)便于管理。國外先進(jìn)工業(yè)國家開展石油液化氣球罐大型化工作較早，技術(shù)水平較高，由于石油化工的高速發(fā)展，需要將液化天然氣及液化石油氣進(jìn)行大規(guī)模的運(yùn)輸和貯存，球罐的應(yīng)用得到進(jìn)一步發(fā)展,不僅數(shù)量迅速增加,日趨大型化，而且向超高壓、極低溫發(fā)展如例圖。國際上目前最大液態(tài)介質(zhì)球罐直徑27.4m,容積10770m³；最大城市煤氣球罐直徑 72.55m，容積200000m³。中國目前大多數(shù)球罐容積為2

21、00～1000m³,最大容積8250m³、直徑25.1m。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，材料、焊接、制造、現(xiàn)場(chǎng)組焊技術(shù)的不斷提高、球罐也正向著高參數(shù)和多品種方向發(fā)展。設(shè)計(jì)壓力從0.093兆帕的真空度到幾十個(gè)兆帕，工作溫度為-250~850℃，球殼結(jié)構(gòu)從單層到多層，品種非常廣泛。但球罐大型化是最主要的發(fā)展趨勢(shì)。</p><p><b>　　1.2球罐的分類</b></p

22、><p>　　球罐的形狀有圓球型和橢球型。絕大多數(shù)為單層球殼。低溫低壓下貯存液化氣體時(shí)則采用雙重球殼，兩層球殼間填以絕熱材料。采用最廣泛的為單層圓球型球罐（見彩圖）。球殼是由多塊壓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組焊而成。</p><p>　　球罐的支撐結(jié)構(gòu)最常見的為赤道正切式，其次為對(duì)稱式、裙座式、半埋地式和盆式。橢球型球罐通常用于常溫下貯存飽和蒸氣壓比大氣壓

23、稍高的、揮發(fā)性強(qiáng)的液態(tài)烴（如汽油等）,操作壓力為0.12～0.3MPa，容積一般在500～6000m3范圍內(nèi)。更大容積時(shí),應(yīng)采用復(fù)式橢球型球罐。</p><p>　　1.2.1按儲(chǔ)藏溫度</p><p>　　球罐一般用于常溫或低溫，只有極個(gè)別場(chǎng)合，如造紙工業(yè)用的蒸煮球罐，使用溫度高于常溫。</p><p>　　1、常溫球罐 如液化石油氣、氮、煤氣、氧等球罐。一般說這

24、類球罐的壓力較高，取決于液化氣的飽和蒸汽壓或壓縮機(jī)的出口壓力。常溫球罐的設(shè)計(jì)溫度大于-20℃</p><p>　　2 、低溫球罐 這類球罐的設(shè)計(jì)溫度低于或等于-20℃，一般不低于-100℃。</p><p>　　3 、深冷球罐 設(shè)計(jì)溫度-100℃以下往往在介質(zhì)液化點(diǎn)以下儲(chǔ)存，壓力不高，有時(shí)為常壓。由于對(duì)保冷要求較高，常采用雙層球殼。目前國內(nèi)使用的球罐，設(shè)計(jì)溫度一般在-40℃~50℃之間。&

25、lt;/p><p>　　1.2.2按結(jié)構(gòu)形式分類</p><p>　　1、按形狀分有圓球形、橢圓形、水滴形或上述幾種的混合。</p><p>　　2、球形罐按分瓣方式有橘瓣式、足球瓣式、混合式三種。</p><p>　　3、圓球形按支撐方式分有支柱式、裙座式兩大類</p><p>　　1.3 球罐的發(fā)展歷史 </

26、p><p>　　1.3.1 球罐制造的發(fā)展史</p><p>　　20紀(jì)30年代，世界上僅有少數(shù)幾個(gè)國家能進(jìn)行球罐的制造， 如美國在1910年、德國在1930年分別建造了有限的幾臺(tái)鉚接結(jié)構(gòu)的小型低壓球罐。由于鉚接結(jié)構(gòu)不僅費(fèi)工而且費(fèi)料， 且球罐密閉程度差， 制造相對(duì)困難，給球罐的發(fā)展帶來巨大的阻力。</p><p>　　20世紀(jì)40年代初， 隨著焊接技術(shù)逐漸趨向成熟，以

27、及適合焊接的新鋼種的不斷開發(fā)，球罐的制造由鉚接改為焊接，由此技術(shù)上得到了很大發(fā)展。如美國在1941年、前蘇聯(lián)在1944年、日本于1955年、前西德于1958年分別制造了一批壓力較高、容量較大的焊接球罐。</p><p>　　20世紀(jì)60年代至今， 隨著世界各國綜合國力和科技水平的大幅度提高，形成了球罐制造水平的高速發(fā)展期。以日本為例，60年代前單個(gè)液化氣球罐的容積均在2000m3以下，而目前已具備生產(chǎn)單個(gè)容積在2

28、0000m3以上液化氣球罐的能力。同時(shí)，西德已有生產(chǎn)容積為43300m3以上球罐的能力，法國也有容積為87000m3球罐的制造經(jīng)驗(yàn), 同時(shí)美國還建造了一臺(tái)容量3400m3、設(shè)計(jì)溫度為-250℃的超低溫液氫球罐。此外許多工業(yè)先進(jìn)國家還進(jìn)行了雙重殼低溫球罐、深冷球罐及運(yùn)輸液化天然氣的深冷大型船用球罐的試驗(yàn)研究，并已投入批量生產(chǎn)。</p><p>　　1.3.2 我國球罐的發(fā)展現(xiàn)狀 </p><

29、p>　　我國制造球罐始于50年代末期。1958年開始制造第一臺(tái)50m3的球罐，1966年北京金屬結(jié)構(gòu)長制造了直徑為9.2m、幾何容積400m3、壁厚為20mm，質(zhì)量為5t的球罐。隨著我國科學(xué)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，特別是改革開放以來，未來滿足我國的國防、科研、石油化工、冶金、市政等工業(yè)對(duì)儲(chǔ)存容器的要求，我國的球罐工業(yè)得到發(fā)展。目前我國已能自行設(shè)計(jì)制造安裝2000m3以下的石油液化氣球罐和5000m3的球罐，1988年又以同樣的方式引進(jìn)了1

30、0000m3的球罐，1998年在大連我國又成功地利用引進(jìn)日本的鋼板，自行設(shè)計(jì)并壓制成功了8000m3的儲(chǔ)存介質(zhì)為C4的球罐。我國制造球罐始于20世紀(jì)60年代初。但隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和改革開放的需要，近年來球罐的制造技術(shù)已得到了飛速發(fā)展。目前國內(nèi)已獨(dú)立制造或引進(jìn)了不同規(guī)格和用途的球罐多臺(tái)套，其最大容積已超過10000m3，最大壓力超過3MPa，最低設(shè)計(jì)溫度在-30℃以下。</p><p>　　第二章 設(shè)計(jì)參數(shù)確

31、定</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)參數(shù) </p><p>　　球罐的主要設(shè)計(jì)參數(shù)為設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度。這兩個(gè)參數(shù)互相影響。對(duì)球罐的設(shè)計(jì)影響很大，對(duì)選取材料去決定作用。</p><p>　　2.1.1 壓力 </p><p>　　除注明者外，壓力均指表壓力。 </p><p><b>　　1、工作壓

32、力 </b></p><p>　　工作壓力指在正常工作情況下,球館頂部可能達(dá)到的最高壓力。 </p><p><b>　　2、設(shè)計(jì)壓力</b></p><p>　　設(shè)計(jì)壓力值指設(shè)定的球罐頂部的最高壓力，與相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度一起作為設(shè)計(jì)載荷條件，其值不低于工作壓力。 </p><p>　　球罐上裝有超壓泄放裝

33、置時(shí)，應(yīng)按GB150《鋼制壓力容器》附表B“超壓泄放裝置”的規(guī)定確定設(shè)計(jì)壓力。對(duì)于盛裝液化氣體的球罐，在規(guī)定的充裝系數(shù)范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)壓力應(yīng)根據(jù)工作條件下可能達(dá)到的最高金屬溫度確定。 </p><p>　　液化氣體或混合液化石油氣的設(shè)計(jì)壓力，按國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)定》第34條的規(guī)定執(zhí)行，見液化氣體的設(shè)計(jì)壓力 表2.1和混合液化石油器的壓力 表2.2。 </p><p>

34、　　表2.1 液化氣體的設(shè)計(jì)壓力</p><p>　　表2.2 混合液化石油器的壓力</p><p>　　注：液化石油氣指國家標(biāo)準(zhǔn)GB11174規(guī)定的混合液化石油氣；異丁烷、丙烷、丙烯、50℃的飽和蒸氣壓力應(yīng)按相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定確定。 </p><p><b>　　3、計(jì)算壓力 </b></p><p>　

35、　計(jì)算壓力指在相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度下用以確定球殼各帶厚度或受壓元件厚度的壓力，其中包括靜液柱壓力。</p><p><b>　　4、試驗(yàn)壓力 </b></p><p>　　試驗(yàn)壓力指在壓力試驗(yàn)時(shí)，球罐頂部的壓力。</p><p>　　2.1.2 溫度 </p><p>　　設(shè)計(jì)溫度與設(shè)計(jì)壓力同時(shí)存在的球罐壁溫為設(shè)計(jì)溫度。

36、 </p><p>　　1、設(shè)計(jì)溫度由工藝條件確定時(shí)，即根據(jù)工藝傳熱計(jì)算確定的金屬壁溫為設(shè)計(jì)溫度； </p><p>　　2、設(shè)計(jì)溫度由大氣環(huán)境溫度確定時(shí)，參照以下方法： </p><p>　　最低溫度-取當(dāng)?shù)卦缕骄畹蜌鉁兀?</p><p>　　最高溫度-取當(dāng)?shù)卦缕骄罡邭鉁刈鳛橐罁?jù)。此值高于27℃時(shí)取最高溫度為48℃；低于 27℃時(shí)

37、取最高溫度為40℃。當(dāng)貯存液化氣時(shí)，一般以此作為設(shè)計(jì)溫度并由此確定設(shè)計(jì)壓力。 </p><p>　　最低氣溫取℃，最高氣溫取40℃。</p><p><b>　　2.1.3 壁厚</b></p><p><b>　　1、計(jì)算厚度 </b></p><p>　　計(jì)算厚度指安計(jì)算公式得到的厚度。&l

38、t;/p><p><b>　　2、設(shè)計(jì)厚度 </b></p><p>　　設(shè)計(jì)厚底指計(jì)算厚度加上腐蝕余量之和。</p><p>　　厚度附加量 厚度附加量按下式計(jì)算</p><p>　　式中 ———厚度附加量 ㎜</p><p>　　———鋼材厚度負(fù)偏差 按3.5、3.1㎜</p>

39、<p>　　———腐蝕裕量 按3.5、3.2㎜</p><p>　　鋼材厚度負(fù)偏差 鋼板或鋼管的厚度負(fù)偏差按鋼材標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。當(dāng)鋼材的厚度負(fù)偏差不大于0.25 mm，且不超過名義厚度的6％時(shí)，負(fù)偏差可忽略不計(jì)。</p><p><b>　　第三章 材料選取</b></p><p>　　3.1 選材規(guī)范 </p><

40、;p>　　球罐受壓元件所采用的材質(zhì)必須符合 GB150-1998《鋼制壓力容器》 、HG20581-1998《鋼制化工容器材料選用規(guī)定》以及HG20585-1998《鋼制低溫壓力容器技術(shù)規(guī)定》的要求。非受壓元件所用材質(zhì)必須是列入國標(biāo)和冶標(biāo)的材料。</p><p><b>　　3.2材質(zhì)的選用</b></p><p>　　無論是選用國產(chǎn) 材質(zhì)還是選用進(jìn)口材質(zhì)都是可

41、行的。但是球罐的質(zhì)量不僅僅靠材質(zhì)本身的質(zhì)量來保證,它還受很多因素的影響,其中制造安裝的質(zhì)量尤為重要。如果國產(chǎn)材質(zhì)和進(jìn)口材質(zhì)都能滿足所建造的球罐要求,作為工程設(shè)計(jì)人員在保證安全和滿足現(xiàn)行規(guī)范要求的前提下,應(yīng)盡可能選用國產(chǎn)材料,為推動(dòng)民族工業(yè)的發(fā)展,做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。</p><p>　　國內(nèi)大型球罐的材料選用可以分為兩個(gè)階段:90年代以前,均采用進(jìn)口鋼材;90年代起,逐步采用國產(chǎn)球罐用鋼。到目前為止,國內(nèi)球罐材質(zhì)的選

42、用一直存在兩種意見和兩種做法,即一種是選用國產(chǎn)材質(zhì);另一種是選用進(jìn)口材質(zhì)。事實(shí)上,近幾年建的球罐既有用國產(chǎn)材質(zhì)制造的,也有用進(jìn)口材質(zhì)制造的。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),我國目前正在運(yùn)行的1000m3以上的乙烯球罐約60臺(tái)。其中,在不同時(shí)期制造的,選用的材質(zhì)亦不盡相同。</p><p><b>　　3.3經(jīng)濟(jì)性</b></p><p>　　對(duì)球罐用鋼提出了各種要球罐，勢(shì)必在經(jīng)濟(jì)上增加

43、了成本。在球形罐用鋼的選擇上。經(jīng)擠指標(biāo)是要重點(diǎn)考慮的，因?yàn)殇摬牡膬r(jià)格在整個(gè)球罐的投資上占了相當(dāng)?shù)谋壤?lt;/p><p><b>　　3.4 選材</b></p><p>　　3.4.1罐壁的選擇</p><p>　　根據(jù)操作條件，選用球罐材料16MnR，使用狀態(tài)為正火狀態(tài)。該材料MPa，常用許用應(yīng)力MPa.</p><p&g

44、t;　　3.4.2 球罐的人孔、接管</p><p>　　人孔結(jié)構(gòu)采用鍛件可避免補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)。接管采用鍛件，增大自身補(bǔ)強(qiáng),達(dá)到減少應(yīng)力突變的目的。人孔鍛件級(jí)別不應(yīng)低于Ⅲ級(jí)。人孔鍛件材料選用時(shí)，必須考慮其力學(xué)性能不低干球殼板材料的力學(xué)性能，且可焊性良好，經(jīng)消除應(yīng)力退火后，強(qiáng)度和韌性沒有明顯下降。鍛件采用08MnNiCrMoVDR。</p><p><b>　　第四章 結(jié)構(gòu)選擇</

45、b></p><p><b>　　4.1球罐形式選擇</b></p><p>　　球罐的結(jié)構(gòu)型式有很多，從形狀上有有圓球型和橢球型，根據(jù)不同的使用條件，使用不同的材料，球罐的設(shè)計(jì)和制造水平的差異，有不同的結(jié)構(gòu)型式。我國現(xiàn)行使用的球罐，多以球殼扳的組合方案不同分為橘瓣式和足球瓣與橘瓣組成的混合式兩種，以拉桿形式不同分為可調(diào)式和固定式兩種。按GBl2337《鋼制球形

46、儲(chǔ)罐》規(guī)定，球罐和支柱各部分名稱如圖</p><p>　　球罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)包括如下的內(nèi)容：</p><p>　　1 、根據(jù)工藝參數(shù)的要求確定球罐結(jié)構(gòu)的類型及幾何尺；</p><p>　　2、 確定球殼的排板方法(分帶、分片)；</p><p>　　3 、確定球殼板的幾何尺寸；</p><p>　　4 、支撐結(jié)構(gòu)的確定；

47、</p><p>　　5 、人孔和工藝接管的選定、布置以及開孔補(bǔ)強(qiáng)的設(shè)計(jì)；</p><p>　　6 、球罐的附件，如內(nèi)外盤旋梯、爬梯、平臺(tái)的設(shè)計(jì)；</p><p>　　7 、有要求時(shí)，對(duì)保冷結(jié)構(gòu)設(shè)汁；</p><p>　　8 、有基礎(chǔ)的技術(shù)要求；</p><p>　　9 、有要求時(shí)，對(duì)防地震、防雷的設(shè)計(jì)等</p&

48、gt;<p>　　根據(jù)GB/T17261-1998《鋼制球形儲(chǔ)罐型式與基本參數(shù)》，確定采用5帶8支柱橘瓣式結(jié)構(gòu)。赤道帶由24瓣板組成，分帶角為45°；上下溫帶各由24瓣組成，分帶角為30°；上下極帶各由3瓣球殼組成，分帶角為37.5°。</p><p><b>　　4.2球殼設(shè)計(jì)</b></p><p>　　球殼結(jié)構(gòu)形式主要

49、分足球瓣式、橘瓣式和混合式三種。對(duì)體積大于等于1000m³的球罐，采用混合式球殼具有板材利用率高，運(yùn)輸方便，現(xiàn)場(chǎng)焊接工作量小的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于體積小于等于,650m³的球罐，采用混合式球殼雖然有板材利用率高，運(yùn)輸方便的優(yōu)點(diǎn)，但是現(xiàn)場(chǎng)組焊時(shí)并沒有太大的優(yōu)勢(shì)，而且混合式球殼有一個(gè)/型焊接點(diǎn)，這對(duì)施工單位的技術(shù)要求比較高。如果采用橘瓣式球殼，板材利用率降低，球殼板制造廠的成本增加，而現(xiàn)場(chǎng)組焊的工作量降低，并且不存在Y型焊接點(diǎn)。對(duì)

50、于體積小于等 于,650m³的球罐， 應(yīng)該根據(jù)具體情況來考慮采用哪種球殼板形式，如果球罐內(nèi)存儲(chǔ)的介質(zhì)密度較大，需要用8根支腿形式，則采用混合式球殼比較好。如果罐內(nèi)存儲(chǔ)的介質(zhì)密度較小，采用6根支腿形式，那么采用橘瓣式球殼比較好。 </p><p>　　綜上本次設(shè)計(jì)的球罐為1850m³，所以選定球殼結(jié)構(gòu)為橘瓣式球殼，12支腿形式。 </p><p>　　4.3支柱于球殼的連

51、接</p><p>　　球罐支座是球罐中用以支承球殼及附件和儲(chǔ)存物料重量的結(jié)構(gòu)部件。支座形式有柱式和裙式兩大類。柱式支承有赤道正切柱式支承、V型柱式支承和三樁會(huì)一柱式支承。裙式支承包括圓筒裙式支承、錐形支承，及用鋼筋混凝土連續(xù)基礎(chǔ)支承的半埋式支承。其中柱式支承中以赤道正切柱式支承為過內(nèi)外普遍采用，本次設(shè)計(jì)也是采用次支承。 </p><p><b>　　4.4球罐尺寸確定<

52、/b></p><p>　　已知球罐的容積是1850m3，為了安全生產(chǎn)，留有一定的安全空間，最終確定球罐的充裝系數(shù)為0.9，則球罐的實(shí)際儲(chǔ)存能力是1911m3。球罐的內(nèi)直徑為=15400，支柱底板底面至球殼中心的距離為9600mm，支柱共12根。</p><p>　　第五章 壁厚計(jì)算和強(qiáng)度校核</p><p>　　5.1 設(shè)計(jì)條件 </p>&

53、lt;p>　　設(shè)計(jì)儲(chǔ)罐公稱容積為1850m³</p><p>　　由 得 圓整得</p><p>　　幾何容積 沖裝系數(shù) 查表得 </p><p>　　選用橘瓣式五帶球罐進(jìn)行計(jì)算。</p><p>　　物料：丙烷 安裝地區(qū)：蘭州 溫度：35℃ 球

54、罐建造場(chǎng)地：Ⅱ類，近震 地震設(shè)防烈度：8度 </p><p>　　丙烷密度：474 kg/m3 公程容積：1850m³</p><p>　　設(shè)計(jì)壓力:1.231Mpa 充裝系數(shù)：0.9</p><p>　　重力加速度：g= 9.785m/

55、 球殼內(nèi)直徑：Di=15400mm</p><p>　　水壓試驗(yàn)壓力：=2.49MPa</p><p><b>　　H=K1</b></p><p>　　式中： H—液柱高度； K只與充裝系數(shù)K有關(guān)；</p><p><b>　　R—球罐的半徑；</b></p

56、><p>　　H=1.6084×7700=12385（mm）</p><p><b>　　5.2 球殼計(jì)算</b></p><p>　　5.2.1 計(jì)算壓力</p><p>　　球殼各帶的物料液注高度</p><p>　　=0mm； <

57、;/p><p><b>　　=1739mm；</b></p><p><b>　　=7632mm；</b></p><p><b>　　=10794mm；</b></p><p><b>　　=12385mm；</b></p><p>

58、　　物料密度：=474kg/</p><p>　　重力加速度：g=9.785m/</p><p>　　球殼各帶的計(jì)算壓力：</p><p>　　P=1.231+0=1.231MPa</p><p>　　P=1.231+1739×474×9.785×=1.239MPa</p><p>　　P

59、=1.231+7632×474×9.785×=1.266MPa</p><p>　　P=1.231+10794×474×9.785×=1.281MPa</p><p>　　P=1.231+12385×474×9.785×=1.288MPa</p><p>　　球殼材料16MnR

60、在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力：MPa</p><p>　　焊縫系數(shù)：： ,腐蝕余量:=1mm;</p><p>　　5.2.2球殼各帶厚度計(jì)算</p><p>　　球殼內(nèi)徑=15400mm</p><p>　　厚度附加量：C=C1+C2=0+1=1(mm)</p><p>　　=+C=+1=30.1mm； </p&g

61、t;<p>　　=+C=+1=30.3mm； </p><p>　　=+C=+1=30.9mm； </p><p>　　=+C=+1=31.3mm； </p><p>　　=+C=+1=31.5mm； </p><p>　　綜上球殼的名義厚度為=32mm</p><p><b>　　球

62、殼的有效厚度：</b></p><p>　　=-C=32-1=31mm</p><p><b>　　液壓試驗(yàn)</b></p><p>　　（1）試驗(yàn)壓力最低值</p><p>　　=2.49+1000×9.78×10275×</p><p><b&g

63、t;　　=2.59MPa</b></p><p>　　(2) 壓力試驗(yàn)前的校核球殼應(yīng)力</p><p><b>　　327.97 </b></p><p>　　5.2.3環(huán)境溫度下球殼的計(jì)算應(yīng)力</p><p>　　丙烷在35℃時(shí)的飽和蒸汽壓力：p=1.231MPa</p><p>

64、　　環(huán)境溫度下球殼的最大計(jì)算壓力：</p><p>　　=1.231+12385×474×9.785×=1.288MPa</p><p><b>　　=</b></p><p>　　===153.13MPa</p><p>　　===157.12MPa</p><p>

65、;　　===159.34MPa</p><p>　　===160.21MPa</p><p>　　環(huán)境溫度下球殼的計(jì)算應(yīng)力：</p><p>　　= ===162.774MPa</p><p>　　=162.774MPa≤φ=163×1=163MPa</p><p>　　第六章 球罐受力分析</p>

66、;<p><b>　　6.1球罐質(zhì)量計(jì)算</b></p><p>　　球殼材料密度：=7850 kg/</p><p>　　充裝系數(shù)：k=0.9</p><p>　　水的密度：=1000 kg/</p><p>　　球殼平均直徑：=15432mm；</p><p>　　球殼赤道帶外直

67、徑=15400+32×2=15464mm</p><p>　　球面的積雪系數(shù)：=0.4</p><p>　　基本雪壓值：=150N/(以蘭州市每50年一遇的最大雪壓選取)</p><p>　　基本風(fēng)壓值：=300N/</p><p>　　球殼質(zhì)量=187843kg</p><p>　　物料質(zhì)量815383kg

68、</p><p>　　液壓試驗(yàn)的質(zhì)量1911352kg</p><p>　　積雪質(zhì)量1152kg</p><p><b>　　保溫層質(zhì)量</b></p><p>　　支桿和拉桿質(zhì)量：支桿選用16MnR，支柱有12根，取直徑為600mm，壁厚為17mm。 9000kg</p><p>　　附件質(zhì)量

69、：人孔，接管材料，扶梯等。8000kg</p><p>　　扶梯設(shè)計(jì)：球罐半徑 R=7700mm</p><p><b>　　壁厚 =32mm</b></p><p>　　梯子寬 b=500mm</p><p>　　頂部平臺(tái)板厚度 4mm</p><p>　　操作狀態(tài)下球罐質(zhì)量：</p>

70、;<p>　　187843+815383+1152+9000+8000</p><p>　　=1021378kg</p><p>　　液壓試驗(yàn)下球罐質(zhì)量：</p><p>　　187843+1911352+9000+8000=2116195kg</p><p>　　6.2球殼穩(wěn)定性驗(yàn)算</p><p>&

71、lt;b>　　下半球殼的質(zhì)量 </b></p><p>　　下半球儲(chǔ)存介質(zhì)質(zhì)量 </p><p>　　下半球保溫隔熱材料質(zhì)量 </p><p><b>　　6.3地震載荷計(jì)算</b></p><p><b>　　6.3.1自振周期</b></p>&l

72、t;p>　　支柱底板面至球殼中心的距離：=9600mm</p><p><b>　　支柱數(shù)目：n=12</b></p><p>　　支柱材料16MnR的常溫彈性模量：=206×Mpa</p><p>　　假設(shè)支柱外直徑: =600mm；</p><p>　　支柱內(nèi)直徑：=546mm；</p>

73、<p>　　支柱橫截面的慣性矩：</p><p><b>　　==1.4×</b></p><p>　　支柱地面至拉桿中心線與支柱中心點(diǎn)線交點(diǎn)處的距離：l=7000mm； </p><p>　　拉桿影響系數(shù)：ζ=1-=1-=0.180</p><p>　　球罐的基本自振周期：</p>

74、<p><b>　　==0.393s;</b></p><p><b>　　6.3.2地震力</b></p><p>　　綜合影響系數(shù)：=0.45；</p><p>　　由于蘭州地區(qū)地震設(shè)防烈度為8級(jí)，建造場(chǎng)地為Ⅱ類場(chǎng)地土，由GB12337-89 表14、圖9查的地震影響系數(shù)最大值：α=0.45</p>

75、;<p>　　對(duì)應(yīng)于自振周期T的地震影響系數(shù)：α==0.34</p><p>　　球罐的水平地震力為：</p><p>　　0.45×0.34×1021378×9.785=N</p><p>　　6.3.3風(fēng)載荷計(jì)算</p><p>　　風(fēng)載荷系數(shù)：=0.4；</p><p>

76、;　　系數(shù)=1.499（按GB12337-98表15用比例內(nèi)插法算的）；</p><p>　　風(fēng)振系數(shù): =1+0.35×=1+0.35×1.499=1.525</p><p>　　基本風(fēng)壓值：=300N/㎡；</p><p>　　支柱底板底面至球殼中心的距離：=9600mm；</p><p>　　風(fēng)壓高度變化系數(shù)：0.9

77、84；</p><p>　　球罐附件增大系數(shù)：=1.1；</p><p><b>　　球罐的水平風(fēng)力：</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=N；</b></p><p><b>　　6.3.4彎矩計(jì)算&

78、lt;/b></p><p>　　=max {(+0.25),}</p><p>　　比較得=+0.25=+0.25×=N，</p><p>　　力臂：L==9600-7000=2600mm;</p><p>　　由地震力和水平風(fēng)力引起的最大彎矩：</p><p>　　×2600=N·

79、;mm</p><p>　　第七章 強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核</p><p><b>　　7.1 支柱計(jì)算</b></p><p>　　7.1.1 單個(gè)支柱的垂直載荷</p><p>　　A：重力載荷：操作狀態(tài)下的重力載荷</p><p>　　==1021378×9.785/12=N；</

80、p><p>　　液壓試驗(yàn)下的重力載荷</p><p>　　=2116195×9.785/12=N；</p><p>　　B：支柱最大垂直載荷：</p><p>　　支柱中心圓的半徑：R==7700mm；</p><p>　　按照GB12337-1998表19計(jì)算最大彎矩對(duì)支柱產(chǎn)生垂直載荷的最大值</p>

81、;<p>　　=×=0.1667×/7700=N;</p><p>　　拉桿作用在支柱上的垂直載荷的最大值</p><p>　　=0.322×=0.322×7000×/7700</p><p><b>　　=N</b></p><p>　　以上兩者之和的最大

82、值：</p><p>　　=0.833+0.311×</p><p>　　=0.833×/7700+0.311×7000×/7700</p><p><b>　　=N</b></p><p><b>　　7.2組合載荷</b></p><p

83、>　　操作狀態(tài)下支柱的最大垂直載荷：</p><p><b>　　=+=+=N</b></p><p>　　液壓試驗(yàn)狀態(tài)下支柱的最大垂直載荷：</p><p>　　=+0.3×=+0.3××=N</p><p><b>　　7.3單個(gè)支柱彎矩</b></p&

84、gt;<p><b>　　7.3.1偏心彎矩</b></p><p>　　操作狀態(tài)下赤道線液柱高度：=12385-7700=4685mm;</p><p>　　液壓試驗(yàn)狀態(tài)下赤道線的液柱高度：=7700mm</p><p>　　操作狀態(tài)下物料在赤道線的液柱靜壓力：</p><p>　　==4685×

85、;474×9.785×=0.0217MPa</p><p>　　液壓試驗(yàn)狀態(tài)心愛液體在赤道線靜壓力：</p><p>　　=×=7330×1000×9.78×=0.0753MPa</p><p><b>　　球殼的有效厚度:</b></p><p>　　=-C=

86、32-1=31mm</p><p>　　操作狀態(tài)心愛球殼赤道線的薄膜應(yīng)力：</p><p><b>　　155.9MPa</b></p><p>　　液壓試驗(yàn)狀態(tài)下球殼赤道線的薄膜應(yīng)力：</p><p><b>　　319.2MPa</b></p><p>　　球殼材料內(nèi)半徑

87、：=7700mm;</p><p>　　球殼材料的泊松比：μ=0.3</p><p>　　球殼材料16MnR的彈性模量：=206×Mpa</p><p>　　操作狀態(tài)下支柱的偏心彎矩：</p><p><b>　　=N·mm</b></p><p>　　液壓試驗(yàn)狀態(tài)下支柱的偏心

88、彎矩：</p><p><b>　　=N·mm</b></p><p><b>　　7.3.2附加彎矩</b></p><p>　　操作狀態(tài)下支柱的附加彎矩：</p><p><b>　　= =N·mm</b></p><p>　　液

89、壓狀態(tài)下支柱的附加彎矩：</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=N·mm</b></p><p><b>　　7.3.3總彎矩</b></p><p>　　操作狀態(tài)下支柱的總彎矩：</p><p><b&g

90、t;　　=+=N·mm</b></p><p>　　液壓試驗(yàn)狀態(tài)下支柱的總彎矩：</p><p><b>　　=+=N·mm</b></p><p>　　7.4 支柱穩(wěn)定性校核</p><p>　　7.4.1 支柱偏心率計(jì)算 </p><p><b>

91、　　單個(gè)支柱的橫截面積</b></p><p>　　A== 32895</p><p><b>　　單個(gè)支柱的截面系數(shù)</b></p><p><b>　　Z===</b></p><p>　　操作狀態(tài)下支柱的偏心率</p><p><b>　　=0.

92、55</b></p><p><b>　　液壓狀態(tài)下的偏心率</b></p><p><b>　　=0.50</b></p><p>　　7.4.2 穩(wěn)定性校核</p><p><b>　　計(jì)算長度系數(shù)=1</b></p><p>　　支柱慣

93、性半徑206.1</p><p>　　支柱長細(xì)比：==46.6</p><p>　　支柱材料16Mn常溫屈服點(diǎn)：=345MPa</p><p>　　彎矩作用平面內(nèi)的軸心受壓支柱穩(wěn)定性系數(shù)：=0.523(查GB12337-1998表23)</p><p><b>　　等效彎矩系數(shù)：1</b></p><

94、p>　　截面塑形發(fā)展系數(shù)：γ=1.15</p><p>　　單個(gè)支柱的界面系數(shù)：</p><p>　　Z=== </p><p><b>　　歐拉臨界力：</b></p><p><b>　　==</b></p>&

95、lt;p>　　支柱材料的許用應(yīng)力：</p><p><b>　　230MPa</b></p><p>　　操作狀態(tài)下支柱的穩(wěn)定性校核：</p><p>　　=164MPa＜230MPa</p><p>　　液壓試驗(yàn)狀下支柱的穩(wěn)定性校核：</p><p>　　=210MPa＜230MPa<

96、;/p><p>　　支柱穩(wěn)定性校核通過。</p><p>　　7.5 地腳螺栓校核</p><p>　　拉桿與支柱間的夾角 </p><p>　　拉桿作用在支柱上的力 =</p><p><b>　　=N</b></p><p>　　支柱底板雨基礎(chǔ)的摩擦力因數(shù) </p

97、><p>　　支柱底板與基礎(chǔ)的摩擦力 ==66812.9N</p><p>　　因?yàn)?,所以罐需要設(shè)置地腳螺栓。</p><p>　　每個(gè)支柱上地腳螺栓個(gè)數(shù) </p><p>　　地腳螺栓材料選用 Q2235-B Mpa</p><p>　　地腳螺栓許用剪切應(yīng)力 =94Mpa</p><p>

98、;　　地腳螺栓腐蝕裕量 mm</p><p><b>　　地腳螺栓螺紋小徑 </b></p><p><b>　　=25.5mm</b></p><p>　　選用M30的地腳螺栓。</p><p><b>　　7.6支柱底板</b></p><p>　　

99、7.6.1支柱底板直徑 </p><p>　　基礎(chǔ)采用鋼板，其許用應(yīng)力 Mpa</p><p>　　地腳螺栓直徑30mm</p><p>　　支柱底板直徑 248.1mm</p><p><b>　　mm</b></p><p>　　選取底板直徑為1100mm。</p><p&

100、gt;<b>　　7.6.2底板厚度</b></p><p>　　底板的壓力 2.93Mpa</p><p>　　底板外邊緣至支柱表面的距離 mm</p><p>　　底板材料選用 Q235—A Mpa</p><p>　　底板的許用彎曲應(yīng)力 Mpa</p><p>　　底板的腐蝕裕量 mm

101、</p><p>　　底板的厚度 62.5mm</p><p>　　所以，底板厚度為 mm</p><p>　　7.6.3 拉桿計(jì)算</p><p><b>　　拉桿螺紋小徑計(jì)算</b></p><p><b>　　拉桿的最大拉力 N</b></p><p

102、>　　拉桿材料 20 鋼管 Mpa</p><p>　　拉桿材料的許用應(yīng)力 Mpa</p><p>　　拉桿的腐蝕裕量 mm</p><p>　　拉桿的螺紋小徑 37.4mm</p><p>　　選取拉桿螺紋小徑公稱直徑為M48.</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p&g

103、t;<p>　　[1]董大勤，袁鳳隱，《壓力容器設(shè)計(jì)手冊(cè)》[M].版次 1化學(xué)工業(yè)出版社 出版年份2007</p><p>　　[2]丁伯民、黃正林，《高壓容器》[M].版次1化學(xué)工業(yè)出版社出版 出版年份 2003</p><p>　　[3]徐英、楊一凡、朱萍，《球罐和大型儲(chǔ)罐》[M].版次1 化學(xué)工業(yè)出版社 出版年份 2005</p><p>　　[

104、3]帥健、丁桂杰，《管道及儲(chǔ)罐強(qiáng)度設(shè)計(jì)》[M].版次2 石油工業(yè)出版社 出版年份 2006</p><p>　　[4]TSG R0004-2009《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》</p><p><b>　　；</b></p><p><b>　　。</b></p><p><b>　　

105、結(jié)束語</b></p><p>　　為期一個(gè)月的課程設(shè)計(jì)就要結(jié)束了，真不好意思說自己學(xué)會(huì)了多少關(guān)于球罐的知識(shí)！不是我不努力學(xué)習(xí)，時(shí)間實(shí)在是有點(diǎn)短，想往深一點(diǎn)的地方挖挖，感覺到時(shí)間真的是不夠用。球罐對(duì)我來說是既陌生又熟悉的知識(shí)，當(dāng)時(shí)在課堂上的知識(shí)在實(shí)際中應(yīng)用的很很少。當(dāng)時(shí)就留下了一個(gè)印象就是套著公式計(jì)算，通過這次的設(shè)計(jì)，我終于掌握它是最基本的事情。因此，我認(rèn)可自己在這么多天的辛苦學(xué)習(xí)，但學(xué)習(xí)的效果是令我

106、高興的！學(xué)習(xí)什么都要有一個(gè)好的方法，好方法在學(xué)習(xí)過程中起到事半功倍的效果，由此可見我這次的學(xué)習(xí)感覺。球罐是應(yīng)用于化工中儲(chǔ)存物料的東西，是非?；镜种匾臇|西。學(xué)習(xí)儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)不僅僅讓我學(xué)會(huì)了怎么設(shè)計(jì)儲(chǔ)罐，而且讓我學(xué)會(huì)了一種解決問題的方法。</p><p>　　在設(shè)計(jì)這個(gè)儲(chǔ)罐最開始的時(shí)候，犯了一個(gè)致命的錯(cuò)誤。在選擇球罐半徑的時(shí)候參照了已經(jīng)被淘汰的標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致在算到一半后又重算了一遍。這個(gè)給我的啟示是在查閱相關(guān)資料時(shí)一定

107、要細(xì)心，多方面查找，一定要不遺余漏，否則可能造成嚴(yán)重后果。在設(shè)計(jì)的過程中，遇到了很多不懂和不了解的地方，自己就去問人查閱資料，想辦法弄懂，雖然過程很麻煩，但是結(jié)果確是令人高興了。我高興的是自己耐心的堅(jiān)持做下去，一步一步做下去，雖然還有好些問題不大懂，理解不透，但是自己堅(jiān)持下來了，就是最大的勝利而在課程設(shè)計(jì)期間，對(duì)于數(shù)據(jù)處理和圖形的繪制，難免要使用到CAD和Word，使我對(duì)這兩個(gè)軟件的使用更加熟悉，這也為我們以后畢業(yè)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。當(dāng)全部完

108、成本次的課程設(shè)計(jì)后，感覺自己很有成就感。</p><p>　　通過這兩個(gè)周的學(xué)習(xí)，還是學(xué)到了不少的知識(shí)！不僅糾正了課程學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)的許多錯(cuò)誤，還在試驗(yàn)中驗(yàn)證了自己的一些猜想。在學(xué)習(xí)的過程中有失敗，當(dāng)然也有困惑，有成功，當(dāng)然就有喜悅。雖然只是課程設(shè)計(jì)，但我拿出了自己的全部精力去對(duì)待，能學(xué)到知識(shí)固然值得驕傲，能認(rèn)識(shí)到自己的過錯(cuò)和不足不也是一件幸事嗎！做學(xué)問也是做人，再作學(xué)問的過程中體味做人的道理不也是一種收獲嗎？記