球形储罐论文14216.docx

摘要球形储罐是一种储存气体，液体或液化气体的球形压力容器。由于它具有其他形式的储罐无法比拟的优点，因而被石油、化工、石化、城镇燃气、冶金等工业领域和其他行业广泛应用。随着工业规模的大型化，球罐的大型化已成为趋势。随之而来的安全性问题日益突出，对材料的要求也越来越高，设计制造的难度越来越大，这就要求我们在设计上要注重大型化球罐设计的技术要求，在结构的设计上注重合理性和实用性，在材料的选择上注重安全性和经济性。本文采用常规方法设计 1000m3 氯乙烯球形储罐，球罐设计严格按照国家钢制容器的设计标准 gb12337-1998钢制球形储罐，gb12337-1998钢制球形储罐标准释义进行设计。关键词：球形储罐、结构设计、材料选择、应力校核目录1.球罐概述41.1球罐的特点及应用51.1.1 球罐的特点51.1.2 球罐的应用61.2球罐的分类61.3球罐的设计参数72 结构设计102.1 球壳102.2支座112.3拉杆122.4 人孔和接管122.4.1 人孔结构122.4.2接管结构132.5球罐的附件142.5.1 梯子平台142.5.2 喷淋装置152.5.3 保冷设施162.5.4 安全附件163.1000m3氯乙烯球形储罐常规设计213.1 球壳计算213.1.1设计温度下球壳的计算213.1.2 球罐质量计算223.1.3拉杆计算233.1.4焊缝强度验算243.1.5柱与球壳连接最低点 a 的应力校核253.1.6支柱与球壳连接焊缝所承受的剪切应力264.经济性分析274.1 材料的选用274.2 结构的设计27结束语28参考文献291.球罐概述球形储罐是一种储存气体，液体或液化气体的球形压力容器。由于它具有其他形式的储罐无法比拟的优点，因而被石油，化工，石化，城镇燃气，冶金等工业领域和其他行业广泛应用。随着工业规模的大型化，球罐的大型化已成为趋势。球形储罐最早出现在19世纪末到20世纪初，开始时只是储存低压气态介质，早期的球罐为柳接结构。这种结构形式制造较为困难，材料的浪费也较大，因此，早期的球罐发展速度是缓慢的。50 年代，随着焊接技术的发展，人们已能找到合适的焊接材料，球罐的制造也从柳接方法改为焊接方法，球罐的制造得到了飞速的发展。1956年，日本用美国钢铁公司的 t-l80 钢制成了直径为 33.68m、容量为 20000m3 的城市煤气储罐，这是当时世界上最大的球罐。这时期的球罐虽然体积可以做得很大，但压力较低，总的储气能力也很低。从 60 年代开始至今，球罐的制造技术得到了进一步的发展，在这时期内，日本的球罐发展较为突出，1985 年日本新日铁制铁公司制造了一台大型球罐，设计压力为 0.75mpa、直径为 37.07m、容积为 26700m3。我国球罐制造始于上世纪 50 年代末。1958 年开始制造第一台 50m3 的球罐，1966年北京金属结构厂制造了直径为 9.2m、几何容积为 400m 、壁厚为 20mm 的球罐。随着我国科学技术进一步发展，特别是改革开放以来，为了满足我国石油、化工、纺织、冶金及城市燃气工业的发展，作为储存容器的球罐，得到了广泛的应用和迅速的发展。另外，球罐的大型化和高参数化的势头也锐不可当，我国近年来主要靠引进建起了一批 5000m3、10000m3 的特大型球罐和低温球罐。我国汽车工业的发展，特别是燃气汽车的发展，一大批储油、储气罐必将涌现，球罐作为一种装备在国民经济中已经占据了重要而不可忽视的地位。 随着材料、焊接、制造、施工安装技术的不断提高，球罐也正向高参数和多品种方向发展。设计压力从 0.093mpa 的真空度到上百个大气压力，工作温度从-250到850，球罐结构从单层到多层。球罐大多储存易燃、易爆或有毒的介质，且大容量的球罐的不断出现，一旦发生事故，不但球罐本身会遭到破坏，而且还会带来灾难性的后果。因为，球罐壳体的破坏，必然会导致受压流体的迅速泄露和释放，随之而来的就是大范围的爆炸和燃烧，所产生的冲击波也会破坏周围的建筑和装备，严重的还会造成大范围的中毒和难以扑灭的火灾，酿成生命财产的巨大损失并且然重污染环境。因此，球罐的设计制造与使用管理球罐的安全性不仅引起各国科技界的高度重视，同时也得到各国政府的极大关注。球罐是一个大型的、复杂的焊接壳体结构。以焊接为主要加工手段的球罐的设计制造是一个复杂的系统工程。它涉及到结构设计理论、材料科学、塑性加工技术、焊接技术、热处理技术、无损检测技术、断裂力学等多个学科理论和技术领域。1.1球罐的特点及应用1.1.1 球罐的特点储存用压力容器一般有圆筒形个球形两种，球罐一般由球壳，支柱拉杆，人孔接管，梯子平台等部件组成，球罐有以下特点：（1） 与等体积的圆筒形容器相比，球罐的表面积最小，故钢板的用量少。（2） 球罐受力均匀，且在相同的直径和工作压力下，其薄膜应力为圆筒容器的 1/2，故板厚仅为圆筒容器的 1/2。（3） 由于球罐的风力系数为 0.3，而圆筒形容器约为 0.7，因此对于风载荷来说，球罐比圆筒形容器安全。（4） 与同等体积的圆筒形容器相比，球罐占地面积少，且可向高度发展，有利于地表面积的利用。总上所述，球罐具有占地面积少，壁厚薄。重量轻，用材少，造价低等优点。1.1.2 球罐的应用由于球罐具有无可比拟的特殊优点，作为储存压力容器，球罐在石油，化工，石化，冶金，城市煤气，国防等工业中得到了广泛的应用，如用于储存液态丙烷，丁烯，丙烯，丁烯及其混合物，液化天然气，液氨，液氧，液氢，天然气，煤气，氧气，氮气，氩气，空气等。用于储存气体或液体物料的球形容器称为球罐。1.2球罐的分类（1）球罐可根据其储存的物料，支柱形式，球壳形式进行分类。（2）按储存物料分类按储存物料球罐分为储存液相物料和气相物料两大类。其中，储存液相物料的球罐又可根据其工作温度分为常温球罐和低温球罐。 （3） 按支柱形式分类按支柱形式可分为支柱式，裙座式，锥底支撑以及安装在混凝土基础上的半埋式，其中，支柱式又可分为赤道正切式，v 形支柱式，三柱合一式。按拉杆分类又可分为可调试拉杆，固定式拉杆。由于赤道正切式支柱具有受力均匀，承受横向载荷能力强等优点，应用最为广泛。（4） 按球壳形式分类按球壳形式可分为足球瓣式，橘板式和足球瓣式与橘瓣式相结合的混合式。（5） 按球壳层数分类按球壳层数分为单层球罐，多层球罐，双金属层球罐和双重壳球罐。目前，国内外较常用的是单层赤道正切式，可调试拉杆的球罐 。这种球罐不论是从设计，制造和组焊等方面均有较为成熟的经验，我国的国家标准 gb12337-1998钢制球形储罐规定采用这种形式。由于混合式球罐结构具有板材利用率高，分块数少，焊缝短，焊接及检测工作量小等优点，目前，国内外大多采用混合式球壳结构。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。这两个参数互相有影响，对球罐的设计影响很大，决定了材料的选用。（1） 设计压力 设计球罐时，用来确定各部件的计算厚度或机械强度的压力。（2）设计温度与设计压力同时存在的球罐壁温为设计温度 设计温度由大气环境温度决定时； 最低温度-取当地月平均最低气温； 最高温度-取当地月平均最高气温为依据，此值高于 27 时取最高温度为48，低于 27 时取最高温度为 40，当储存液化气时，一般依此作为设计温度并由此确定设计压力。 在本次设计中设计和使用地都在西安，由于西安地区的月平均最高气温为 35.5大于 27，故取设计温度为 48，此时相应的氯乙烯的饱和蒸气压为 0.8mpa，即取设计压力为 0.8 mpa。（3）球罐的材料选择球罐是压力容器的一种结构形式，因此在选材的基本要求方面与压力容器相同。球罐与其他压力容器相比有其特殊性。首先，球罐容积较大，因尽可能减少焊缝长度，要求钢板具有足够的宽度，长度和厚度；其次，球罐的安全性要求更高，一旦发生安全失效，影响和危害极大，要求材料要有更高的塑性和韧性储备；第三，球罐是现场组焊，焊缝多，局部应力高，对焊材的可焊性要求高。因为球罐固有的特点，就必定会对材料提出特殊的要求，球罐的选材主要应考虑球罐 的使用条件（如设计温度，设计压力，结构特性等），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。球罐用钢应是铮静钢，决不允许沸腾钢。具体应解决好以下问题。 强度级别 强度级别主要制材料的屈服点 ，及抗拉强度 。目前，国际上有以屈服点作为材料级别的分类依据，也有以抗拉强度作为材料级别的分类依据。并且近年来以后者为多，如 cf62，610u2，610f 等。相同规格的球罐，选用较高级别的材料，球壳板厚度就较薄，球胱重量就矫轻，但是较高级别的材料单价高，成形，菹焊难度也较高，焊接性能较差。所以选用何种级别的材料应根据球罐的容积大小，储存物料的性质，球壳板的厚度等几方面综合考虑。 韧性指标 韧性是保证材料避免产生裂纹，防止快速断裂的重要指标，对球罐来说显得尤为重要。球罐从安全性考虑，应有较高的韧性储备。 塑性指标球罐在成形加工过程中必须经受各种变形，钢材良好的塑性是保证球壳制造的前提条件，应具有一定的塑性，即要求有一定的伸长率 和断面收缩率 。 可焊性 球罐用材料对可焊性要求要比通常的压力容器用材料要更为高。理由是很明显的，大量的双曲面组对焊及现场施工。因而在材料的选择上就要严格考虑可焊性。 经济性指标对球罐用钢提出了各种要求，势必在经济上增加成本。在球罐用钢的选择上，经济指标是重点考虑的。因为刚才的价格在整个球罐的投资上占有相当大的比例。根据国际焊接学会的文件，材料的选用会影响很多工序，如；设计计算中容器的几何尺寸，焊接工艺，材料的检验要求，焊接工艺评定，焊工考核，焊接准备工作，焊接过程的管理焊后的检验，焊后热处理要求水压实验等等。作为一个优秀的设计工作者，对于材料的选用应作为全面考虑，恰切地选用合适的材料。如果认为选材料要求越高越好的话，则造成优材劣用的设计决不是一个好的设计方案。对材料要求不合适的提高，不但增加了材料的成本，也导致了整个施工价格的上升，是一种极大的浪费。在设计选材时，必须着眼于确保安全使用，又要经济合理。在本此设计中因为是低温球胱的设计经过综合考虑后确定选用 16mndr标准依据；gb3531-83;低温压力容器用低合金钢厚钢板技术条件。2 结构设计2.1 球壳球壳结构主要有单壳单层，单壳双层，双壳单层几种组合，由于单壳双层，双壳单层应用不多，这里主要介绍单壳单层的球壳结构。单壳单层的球壳结构形式主要分足球瓣式，橘瓣式和混合式三种。目前，国内自行设计制造，组焊的球罐多为混合式。足球瓣式球壳的球壳划分和足球壳一样，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于制造容积小于 120的球罐。橘瓣式球罐球壳的划分就象橘瓣，是一种最通用的形式，优点是焊缝布置简单组装容易，球壳板制造容易，缺点是材料利用率低，焊缝较长。混合式球罐的球壳组成是赤道带和温带采用橘瓣式，极板采用足球瓣式。由于取其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，且特别适合大型球罐，该结构目前已广泛使用，400-1000 的球罐都在采用混合式结构。缩短球壳焊缝总长度是球壳结构设计的中心工作，因为球罐的破裂事故，绝大数都发生在焊接接头处，缩短球壳的焊缝长度是提高球罐质量和安全可靠性的关键措施之一缩短焊缝长度的根本途径是加大球壳板尺寸，选择最佳的球壳分带和各带分块数。目前国内最大的球壳板是 2000， 带 10 柱偏心结构。3赤道板尺寸已达 8221 3288，极边板的尺寸已达 10347 3288。球壳板的最小尺寸不得小于 500mm，且球壳板不允许拼接，这对于减少焊缝长度，减少焊缝之间的残余应力的互相影响非常有利。在本次设计中经过比较参照等综合考虑后决定采用三带八柱混合式壳板2.2支座球罐的支座是球罐中用以支撑球壳及附件和物料重量的结构部件。支座形式有柱式和裙式两大类。柱式支撑有赤道正切柱式支撑， 形柱式支撑和三柱合一柱式支撑，v裙式支撑包括圆筒裙式支撑，锥形支撑及用钢筋混凝土连续基础支撑的半埋式支撑，锥底支撑。其中，柱式支撑中以赤道正切柱式支撑为国内外普遍采用赤道正切柱式支座的结构特点是球壳由多根圆柱状的支柱在球壳赤道部位等距离布置，与球壳相切或相近似相切而焊接起来。这种支座的优点是受力均匀，弹性好，能承受热膨胀的变形，菹焊方便，施工简单，容易调整，现场操作和检修方便，且适用于多种规格的球罐。缺点是重心高，稳定性差。球罐国家标准 gb12337 选用的支座形式就是赤道正切柱式支撑。支柱与球壳连接端部结构分平板式，半球式和椭圆式三种，平板式结构边角容易造成高应力状态。半球式和椭圆式结构属弹性结构，不易形成边沿高应力状态，抗拉断能力较强，所以多被采用。支柱与球壳连接下部结构一般分直接连接，连接处下端加拖板。u 形柱和翻边四种。（1） 直接连接结构 对大型球罐可采用该结构。（2） 加拖板结构支柱与球壳连接部下端，由于夹角小，间隙狭窄难以施焊，采用此种结构，以祢补难以施焊而削弱的部分。（3） u 形柱结构即避免了支柱与球壳连接部下端由于夹角小而造成焊接的困难，又保证了支柱与球壳焊接质量的可靠性。u 性柱由钢板弯制，还特别适合于低温球罐对支柱材料的要求。（4） 翻边结构它不但解除了连接部位下端施焊困难，确保了焊接质量，对对该部位的应力状态也有所改善。尽管翻边结构有它的优点，但是由于翻边工艺的问题，故尚未被广泛使用。在本次设计中采用赤道正切柱式支撑，支柱与壳板采用 u 形柱结构2.3拉杆拉杆分可调试和固定式两种。拉杆的作用是用于承受风载荷与地震载荷作用，增加球罐的稳定性。可调试拉杆采用圆钢加工而成，拉杆与支柱采用销钉连接，两拉杆的立体交叉处应留间隙，不得焊死，拉杆张紧程度应均匀，拉力不宜过大。日常球罐运行中应注意液体进出，冬夏温度变化和小地震引起的拉杆松动，应及时调节松紧。国内自行设计建造的球罐和引进的球罐大多数都采用可调试可调试拉杆结构。固定式拉杆结构的拉杆通常采用钢管制作，管状拉杆必须开设排气孔。拉杆的一端焊在支柱的加强板上，另一端则焊在交叉节点的中心固定板上。也可以取消中心板而将拉杆直接十字焊接，固定式拉杆的优点是制作简单，施工方便，单不可调，灵活性不好。由于拉杆可承受拉伸和压缩载荷，从而大大提高了支柱的承载能力，近年来国外已在大型球罐上应用。在本次设计中采用可调试拉杆2.4 人孔和接管2.4.1 人孔结构球罐的人孔是操作人员进出球罐进行检验及维修用的，在现场组焊需要进行焊后整体热处理的球罐，人孔又成为进风，燃烧口及烟气排出烟囱用。因此人孔直径的选择必须考虑操作人员携带工具进出球罐方便，以及热处理时工艺气流对截面的要求。一般选用 dn500 较适宜。通常球罐上应设有两个人孔，分别在上下级带上，人孔与球壳相焊部分应选用与球壳相同的材料。人孔结构在球罐上最好采用回转盖及水平吊盖两种，补强可采用整体锻件凸缘补强及补强板补强两种，在本次设计中采用整体锻件凸缘补强的人孔结构较合理，因为它即保证了因开孔削弱的强度得到了充分补强，节省材料，且避免了补强处壁厚的突变，降低了应力集中程度，焊缝采用对接，便于进行射线检测或超声波检测，从而保证焊缝质量。在本次设计中上人孔采用水平吊盖式，下人孔采用回转盖式。上下人孔的直径都选用 dn500 材料选用和球壳相同的材料 16mndr。2.4.2接管结构由于工艺操作需要各种接管，球罐接管部分是强度较薄的部位，国内外较多的事故都是从接管焊接处发生的，为了提高该处的安全性，国外制造的球罐大多采用厚壁管或整体锻件凸缘等补强措施，以及在接管上加焊筋条支撑等办法来提高刚度和耐疲劳性能（1） 接管材料 与球壳相焊接的接管最好选用与球壳相同的材料，低温球罐应选用低温的钢管，并且保证在低温下具有足够的冲击韧性，接管的补强结构材料也应遵循同样的要求。本设计接管所选用的接管材料和球壳的材料相同都为 16mndr（2 ） 开孔位置 球罐开孔应尽量设计在上，下极带上，便于集中控制，并使接管焊接能在制造长完成，便于进行焊厚热处理，保证接管焊接部位的质量。开孔位置应于焊缝错开，其间距应大于 3 倍的板厚，并且必须大于 100mm，在球罐焊缝上不应开孔。（3） 孔的补强尺寸 一般压力容器规范都规定了不需要补强的最大开孔接管尺寸，但是在球罐不宜使用此规定。（4） 接管的补强结构 球罐接管的补强尺寸有以下几种类型。 补强圈补强的接管补强结构。 厚壁管补强结构 结整体凸缘补强构为了提高接管的抗疲劳性能的措施球壳与接管的连接焊缝除了应具有足够的强度外，还应具有抗疲劳的能力，以克服进出料时的冲击，管道的振动，操作压力的波动和工艺配管应力等因素引起的疲劳破坏。在本次设计中采用整体凸缘补强，它可以同时补强球壳和接管。球罐上的所有接管都要设置加强筋，对小接管群可采用联合加强。 在本次设计中接管采用的材料和球壳的材料相同都为 16mndr，接管补强采用整体凸缘补强界构。2.5球罐的附件2.5.1 梯子平台球罐的外部设有顶部平台，中间平台以及为了从地面进入这些平台的斜梯。由于球罐的工艺接管及人孔绝大部分设置在上极板处，顶部平台作为工艺操作的平台，中间平台的设置是为了操作人员上下顶部批平台时中间休息。近似球面螺旋线形盘梯的设计计算（1） r1 的计算r1 = r + + t = 6150 + 18 + 200 = 6318mm （2-1）式中：r1 -假想圆球的半径r -球罐的内半径 -球罐壁板厚度t -梯子或平台板与球面最小距离（2） r2max 的计算 （2-2）式中：r2max = r 12 ( r + 1 b1 )2= 63182 (6150 + 5 180) 2= 2053mmr2max -顶平台最大半径；1 -顶平台板厚度b1 -梯子侧板宽（3） r2 的选用r2 r2max选； r2 = 2000mm式中 ： r2 -顶部平台半径4） z1 的计算z1 = b1 + r12 r22= 180 + 63182 20002 = 6173mm （2-3）式中： z1 -顶部平台上平台面相对于赤道面的高度。2.5.2 喷淋装置球罐的喷淋装置有消防喷淋和降温喷淋两种。对于储存易燃易爆燃料的球罐，特别是液化石油气体的球罐必须设置消防喷淋装置，按我国建筑设计防火规范的规定，消防喷淋装置的供水强度不应小于 0.15l/（s*m2），着火储罐的保护面积按其全表面积计算，距着火罐直径 1.5 倍范围内的相邻储罐按其表面积的一半计算。液化石油气的火灾延续时间，应按 6.0h 计算。为了防止支柱因直接受火而过早失去支撑能力，发生倒塌现象，对储存易燃物料和 lpg 物料的球罐，其支柱应采用非燃烧性材料进行隔热保护，其火灾延续时间不应少于 2.0 h。降温喷淋具有简单，易操作，降温效果明显，直观的特点，但也存在锈蚀球罐表面的缺点，使球罐外表面就像穿了一件大黄袍。另外，水资源浪费严重，水源无法二次利用。为解决降温喷淋的不足，近年来对液化石油球罐普遍采用了涂刷凉凉隔热胶的技术。凉凉隔热胶技术是在球罐外表面涂刷薄涂膜层的形式，达到隔热降温的效果，取代降温喷淋装置。该技术主要是利用涂膜中的特殊组分，将日光等热量隔绝、反射，以达到隔热效果，并使球罐外表面和罐内显著温差。在本设计中降温装置选用涂刷凉凉隔热胶的技术。2.5.3 保冷设施 在球罐中储存必须保持低温的物料（如储存乙烯、液化天然气、液氮等）时，应设置保冷装置。保冷装置应充分防止外界热量侵入储罐本体。由于一些燃料的沸点很低，蒸发潜热相当低，要保持这些物料在液态，不至于蒸发是相当困难的。保冷材料有不燃性和难燃性的两种。不燃性保冷材料有珍珠岩、石棉、成型玻璃棉 、玻璃棉等；难燃性保冷材料有经难燃处理的塑料成型板、塑料布及发泡氨基甲酸乙酯 。 保冷设施举例：在各种保冷材料中，泡沫聚氨基甲酸乙酯的绝热性能优于其他材料，是节省热能损失的保冷优良材料。 在本设计中选用泡沫聚氨基甲酸乙酯材料进行保温。 2.5.4 安全附件由于球罐的使用特点和储存物料的工艺特性，需要通过一些安全装置和测量、控制仪表来监控储存物料的参数。以保证球罐的使用安全与工艺过程的正常运行。这些安全附件通常包括安全阀、压力表、温度计、液位计等。（1）安全阀安全阀是一个用于防止储存物料压力超过允许值，且能随着压力的变化而自动启闭的多次使用的安全泄压装置。由于其动作只随着储存物料压力或温度而变化，而不必依赖于任何外界因素，因而通常将安全泄压装置看作为球罐的最终保护装置。安全泄压装置的作用是防止球罐超压和维持正常运行。为此，要求在球罐正常工作下泄压装置严密不漏，当球罐内压力一旦超过允许值后，又能自动的泄放出气体物料（球罐内压缩气体或气态液化气体），降低球罐内物料的压力，这是安全泄压装置的主要功能。（2）压力表压力不仅是球罐设计的重要参数，也是球罐安全运行需随时监控的重要安全指标。压力的测量通过压力表来实现，球罐上多采用的是弹性压力表。弹性压力表是以弹性体作为感压元件，使弹性体受到物料压力的作用于弹性体变形产生的弹性力相平衡来测量压力。弹性压力表根据感压元件的不同有如下几种形式。波登管压力表包括 c 形、盘旋性、螺旋型波登管压力表等，其弹性感压元件-波登管常用磷青铜、青铜或不锈钢制成根据其材料的强度及弹性感压元件的刚性大小，可广泛用于低压和中压球罐上。 波纹管压力表其位移的可能性较大而耐压能力较小，故多用于中低压球罐的压 膜片式压力表只适用于低压球罐。膜片材料一般选用不锈钢，也可选用耐蚀高镍合金、镍铜（蒙乃尔）高强耐蚀合金等。由于膜片材料的选用较广，可用于各种强腐蚀性介质的球罐，也可用于测定混有固体物质的流体介质压力。 膜盒式压力表仅用于测量很低的压力。 在球罐上对压力表选用和安装的基本要求如下。 应根据球罐的压力范围选择压力表形式和量程。压力平稳的情况所选择的理想工作点在压力表量程（刻度最大值）2/3 处最佳。被测压力波动较大时，压力平均值大致在压力表最大值 1/2 为宜。不应该选用量程太大的压力表，以减少测量误差。 按照球罐的要求选择适当的压力表精度，低压球罐上设置的压力表精度不应低于 2.5 级，低压球罐不应低于 1.5 级。但是压力表精度越高，按装和维护要求也越高，因此，不应片面的提高压力表精度要求 。 压力表的选用还应考虑到其他工作条件。如根据介质的腐蚀特性选用适当材料制作的压力感压元件并考虑介质温度、环境温度和环境状态（有否振动、尘埃、露天设置）等。在压力表安装时应注意这些因素。 对腐蚀性或黏性介质，在压力表和球罐间可装压力保护罐，盛装隔离液以保护压力表的感压元件，隔离液常用变压器油。隔离罐的结构也应满足球罐同样技术的要求。在本设计中压力表选用波纹管压力表 。（3）温度计温度是球罐设计的重要参数，也是影响球罐安全使用重要因素。球罐温度的影响主要来自外界温度和储存物料的温度。球罐使用的温度计有膨胀式温度计、热电偶温度计、电阻温度计等。 膨胀式温度计分液体和固体两种 液体膨胀式温度计是按液体的体积随温度升高而膨胀的原理进行温度测量，最常用的是玻璃水银温度计，他测量准确，结构简单、使用维护方便。 固体膨胀式温度计，又称双金属温度计，它主要由两种线胀系数不同的制成的测温元件所构成。这种温度计在测量较高温度时，会在双金属片内产生很大的弯曲应力，故常用在以下的场合。 热电偶温度计 当两种金属两端的接点组合成一个闭合回路时，由于两端接点的温度不同将在回路中形成电动势。对于两种既定的金属，电动势的大小仅和两个接头的温度差值有关，因此，测定电动势就可以确定被测点的温度。热电偶测温计具有较高的准确性，测温点和显示读书仪表间用导线连接，因而仪表与被测球罐的距离可以较远，且可以通过转换开关使用一个仪表进行多点测量，其测量温度的范围也很宽，因而被广泛使用。 电阻温度计 工作原理是基于金属或半导体材料的电阻值随温度升高而减少，其电阻温度系数比金属导体的绝对值大倍。电阻温度计的一个缺点是指能测出空间范围或金属表面的平均温度，而不能像热电阻那样测出球壳某点的温度。在本设计中温度计选用液体膨胀式温度计（4）液位计液位计广泛用于非纯气相物料的球罐中，常用的液位计主要有以下几种形式。 玻璃液位计 有管式和板式之分，其构造简单，直观性好，但不宜用于某些易于污染玻璃或结晶，沉淀等堵塞接管的物料，且不能自动记录液位。 浮子式钢带液位计在国外 20 世纪 30 年代开始使用以来至今人在使用，优点是比较直观，能连续自动测量，测量简单，缺点是一旦钢丝绳断裂或钢丝绳乱缠，将无法正常测量。 浮子液位计其原理是在与球罐连通的不锈钢那个馆内设置一个浮子，该浮子上设置有可发射磁场的磁块，在不锈钢管外设置一个能随磁力块位置变化而反转的指示器，从而达到测量液位的目的。目前，浮子液位计已广泛应用于球罐液位指示，逐步替代玻璃板式液位计。 静压式液位计也称压差计，是利用测液体压强的方式获得液位的仪器。这种测量方式可动部件少，维护工作量少而且方便。 伺服式液位计因其用一台伺服电机，使沉子跟随液位或或者储存物料而变化故得其名。这种液位计功能很强，可测液位、界位、物料密度等，精度高（0.9 ） ，故障率比较低，与计算机联网也比较为方便，操作简单，但价格较贵。 雷达液位计利用雷达电波测量液位，是近几年出现的新技术。由于这种液位计不接触物料，又无可动部件，故障率低，而且精度也很高，是目前广泛利用的液位计。 磁致式液位计是一种刚刚进入中国市场的新型液位计，其测量原理是利用磁场脉冲波。测量时，液位计的头部（球罐上方）发出电流“询问脉冲”，此脉冲可同时产生一个磁场，沿波导管内的感应仪向下运行，在液位计管外配有浮子，浮子可随液位沿侧杆上下移动，浮子内藏有一组磁铁，并产生一个磁场，两个磁场相遇则产生一个新的变化的磁场，随之产生新的电磁“返回脉冲”，测“询问脉冲”和“返回脉冲”的周期便可知液体的变化位置，该液位计可动部份只有浮子，故维修工作量小，安全比较简单，精度比较高，另一个特点是可同时测温。盛装易燃易爆或剧毒介质的物料球罐，应采用玻璃板式液位计（或浮子液位计）和自动液位指示器两种液位计，由于球罐体积大，安全危害性较大，通常球罐设有就地的玻璃板式液位计（或浮子液位计）和用于远传的自动液位指示器各一套在本设计中液位计选用管式玻璃液位计3.1000m3氯乙烯球形储罐常规设计公称容积：1000m3 (内径 di=12300mm)球壳材料：16mndr，s=st=163mpa储存物料：氯乙烯物料密度：600kg/m3设计压力：pi=0.8mpa设计温度：48水压实验压力：p=1.mpa射线探伤检验：100%允填系数：k=0.9地震设防烈度：8 度2基本风压值：600n/m球罐建造场地：类场地，近震，b 类地区支柱数量：n=8(上支柱选材料 16mndr，下支柱选材 q235-a 钢 = 600 8mm 拉杆：选取 q235-a 钢 = 43mm支柱底板厚度：52mm(材料 q235-a)3.1 球壳计算3.1.1设计温度下球壳的计算厚度 =15.1mm设计温度下球壳材料 16mnr 的许用应力为 = 163mpa 腐蚀余量：c= c1 + c2 = 0 + 1 = 1 mm焊缝系数： = 1设计温度下球壳的计算应力 t=pci(d +e)0.8(12300+18)=136.8 mpa 4e418设计温度下球壳的最大允许工作应力 pw=0.95mpa 3.1.2 球罐质量计算（1） 操作状态下的球罐质量 m0m0=m1+m2+m4+m5+m6+m7=67439+525636+974.6+960+12900+17400=624349.6kg 。（2）液压试验状态下的球罐质量mt mt=m1+m3+m6+m7=67439+973400+12900+17400=1071139kg。（3）球罐最小质量minmmin=m1+m6+m7=6743+1700+12000=81139kg；式中m1球壳质量，kg；m1 = dcp2n1109=123362187850109= 67439kg；（注：支柱连接处厚度增加 60kg）；m2 物料质量，kg；m2 = 525636kg； m3；液压试验时液体质量，kg；m3 =973400kg；m4积雪质量，kg；m4= 974.6kg；q基本雪压值nm2；cs球面的积雪系数取cs=0.4；m5保温层质量，kg；m5=960kg ；m6支柱和拉杆的质量，kg；m6=12900kg；m7附加质量，kg；m7=17400kg。3.1.3拉杆计算拉杆材料选用 q235-a钢屈服极限 s = 235mp a（1） 拉杆载荷计算1）重力载荷对拉杆产生的压缩载荷a. 操作状态下的压缩载荷；t01= 6.31 104 nb.液压实验状态下的压缩载荷；tt 1 =1.08 105 n2）最大弯矩对拉杆产生的压缩载荷t2 =4.5 104 n3）水平地震力和水平风力 fmax 对拉杆产生的压缩载荷t3 =5.13 104 n4）组合载荷t0 = t01 + t2 + t3= 6.31 10 + 4.5 10 + 5.13 10 = 15.94 10 n液态实验状态下拉杆承受的最大压缩载荷tt = tt 1 + 0.3(t2 + t3 )= 10.8 10 4 + 0.3(4.5 10 4 + 5.13 10 4 )= 1.1 10 6 n（2）拉杆载荷ft =1.78 105 n（3）拉杆直径d = 40.1mm取拉杆直径为 = 43mmft =0.19 106 n t 拉杆材料 q235-a 钢，屈服极限 s = 235mp a 许用应力 t= s /1.5 = 235 /1.5 = 156.6 mpact拉杆的腐蚀裕量，ct=2mm（4）拉杆连接部位的计算1）销子直径 dpd销=35.8mm实取销子直径 dp=38mm p 拉杆材料 q235-a钢许用剪切应力 p =94 mpa2、0耳板和翼板的厚度e =23.4mm实取耳板厚 e =26mm，翼板的厚度为每板13mm式中 c 耳板和翼板的材料都选用q235-a，许用压应力 c = s /1.1 = 235 /1.1 = 213.6mpa3.1.4焊缝强度验算 (1) 耳板与支柱的焊缝a所受的剪切力校核ft/1.41l1s1= 33.5mpa w = 82mpa式中l1a焊缝单边长度，400mm s1a焊缝焊脚尺寸，10mm w 焊缝的许用剪切应力 w= 0.4 sa = 0.4 205 1 = 82 mpa s 耳板或支柱材料的屈服强度取小值， s =205mpa (2) 拉杆与翼板（连接板）的焊缝 b,所承受的剪切应力校核ft/2.82 l2 s 2= 33.6mpa w = 82mpa式中 l2b 焊缝单边长度，200mms2b 焊缝焊脚尺寸，10mm w 焊缝的许用剪切应力 w= 0.4 sa = 0.4 205 1 = 82 mpa s 拉杆或翼板材料的屈服强度取较小值， s =205mpa3.1.5柱与球壳连接最低点 a 的应力校核（1）a点的剪切应力a点的操作液位高hoa=6241.6mma点的水压试验时液位高hta=8650mm支柱与赤道板的焊缝长度lw=2576mm操作状态下a点的剪切应力0=g0+(fi)max/2lwea=2.34mpa水压试验状态下a点的剪切应力t =gt+0.3(fi)max/2lwea=14.9mpa（2）a点的纬向应力操作状态a下点的液柱静压力；poa=hoa2g109=6241.66009.8110 9=0.036mpa水压试验状态下a点液柱静压力pta =hta3g109=865010009.81109=0.084 mpa操作状态 a点的纬向应力01 =(p +po )(di+ea)/ 4ea4=151.4mpa水压试验状态下a点纬向应力t1 =(pt