3000m3丙烯球罐设计　

1、3000m3丙烯球罐设计摘 要首先，本文介绍3000m3丙烯球形储罐的基本情况，根据GB123371998设计，重点介绍了强度校核，及混合式球壳结构、固定式拉杆结构、支柱与球壳连接结构及其它结构的有关情况，对其设计、选材、安装、焊接、和检验等各个关键环节进行了比较详尽的分析讨论、并对如何提高球罐的质量提出了一些建议和措施。其次本文说明了球形储罐的特点和分类，通过回顾钢制球形储罐的发展历史,分析了国内球形储罐建造技术的现状及其与国外的差距,就球罐建造技术的发展趋势进行了有益的探讨。最后，为了确保球形储罐在使用过程中的安全，进行了大量的荷载计算及校核，设计严格遵守我国现行规范。在设计过程中，我应用

2、大学所学知识，努力做好每一步。虽然设计中有许多详尽的地方不尽如人意，但是通过这次设计，我比昨天更进步一些。这次设计很有意义。关键词：3000 m3丙烯球罐;设计; 材料;3000m3 propylene spherical tank designAbstractFirst，This dissertation introduces some basic situation of 3000m3 propylene spherical tank, The design is strictly complied with GB12337-98，especially describes intensit

3、y examination，the mixed shell structure, the fixed bracing structure, the stub column structure linking with column and shell and the others are introduced. And detailed analysis and discussions are given to the key steps of construction such as design, material selection, assembling and welding, et

4、c., and suggestions and measure are proposed for improving the quality of spherical tanks .Second，This dissertation introduces characteristic and classification of spherical tank, This paper briefly reviews the development history of steel spherical storage tanks, analyzes the present situation of c

5、onstruction technology of domestic spherical storage tanks and the gap from foreign countries，The developing trend of construction technology of spherical tanks are discussed. Finally ，In order to guarantee that the sphere storage tanks in use process security, has carried on the massive load comput

6、ation and the examination, The design is strictly complied with the current code of our country . In the design we use the knowledge which we have learned in the college to do my design step by step. Though some details in this design are not work out perfectly, I do find that I am much more skillfu

7、l and professional. This graduate design is greatly meaningful.Keywords: 3000m3propylene spherical tank; design; material; 目 录 TOC o 1-3 u 摘 要 PAGEREF _Toc232644080 h IAbstract PAGEREF _Toc232644081 h II前 言 PAGEREF _Toc232644082 h 51球形储罐的概述 PAGEREF _Toc232644083 h 5球形贮罐的特点和分类 PAGEREF _Toc232644084 h

8、 6球形贮罐的特点 PAGEREF _Toc232644085 h 6球罐的分类 PAGEREF _Toc232644086 h 6球形储罐的历史及发展 PAGEREF _Toc232644087 h 7球形储罐的发展历史 PAGEREF _Toc232644088 h 7我国球罐发展现状 PAGEREF _Toc232644089 h 8球形储罐的发展方向 PAGEREF _Toc232644090 h 9国内与国外的差距 PAGEREF _Toc232644091 h 122 材料 PAGEREF _Toc232644092 h 142.1 原则 PAGEREF _Toc232644093

9、 h 14机械性能 PAGEREF _Toc232644094 h 142.1.2 耐腐蚀性能 PAGEREF _Toc232644095 h 162.2 压力容器用钢 PAGEREF _Toc232644096 h 173球罐的焊接制造 PAGEREF _Toc232644097 h 21球罐的组装 PAGEREF _Toc232644098 h 213.2 球罐的组装方法 PAGEREF _Toc232644099 h 223.3 支柱的安装 PAGEREF _Toc232644100 h 223.4 球罐的现场焊接顺序和焊工布置 PAGEREF _Toc232644101 h 233.5

10、 球罐焊缝返修及球壳板表面损伤修补 PAGEREF _Toc232644102 h 243丙烯球罐的强度校核 PAGEREF _Toc232644103 h 26设计条件 PAGEREF _Toc232644104 h 26球壳计算 PAGEREF _Toc232644105 h 264.2.1 计算压力 PAGEREF _Toc232644106 h 26球壳各带的厚度计算 PAGEREF _Toc232644107 h 27环境温度下球壳的计算应力 PAGEREF _Toc232644108 h 28球罐的质量计算 PAGEREF _Toc232644109 h 28地震载荷计算 PAGE

11、REF _Toc232644110 h 30自震周期 PAGEREF _Toc232644111 h 30地震力 PAGEREF _Toc232644112 h 31风载荷计算 PAGEREF _Toc232644113 h 31弯矩计算 PAGEREF _Toc232644114 h 32支柱计算 PAGEREF _Toc232644115 h 32单个支柱的重力载荷 PAGEREF _Toc232644116 h 32组合载荷 PAGEREF _Toc232644117 h 34单个支柱的弯矩 PAGEREF _Toc232644118 h 34支柱的稳定性校核 PAGEREF _Toc2

12、32644119 h 37地脚螺栓计算 PAGEREF _Toc232644120 h 38拉杆作用在支柱上的水平力 PAGEREF _Toc232644121 h 38支柱底板与基础的摩擦力 PAGEREF _Toc232644122 h 38支柱底板 PAGEREF _Toc232644123 h 39支柱底板直径 PAGEREF _Toc232644124 h 39底板厚度 PAGEREF _Toc232644125 h 39拉杆计算 PAGEREF _Toc232644126 h 40拉杆的载荷计算： PAGEREF _Toc232644127 h 40拉杆的稳定校核 PAGEREF

13、_Toc232644128 h 41拉杆与支柱连接焊缝强度验算 PAGEREF _Toc232644129 h 42支柱与球壳连接最低点a的应力校核： PAGEREF _Toc232644130 h 434.11.1 a点的剪切应力 PAGEREF _Toc232644131 h 434.11.2 a点的纬向应力 PAGEREF _Toc232644132 h 434.11.3 a点的应力载荷： PAGEREF _Toc232644133 h 44支柱与球壳连接焊缝的强度校核 PAGEREF _Toc232644134 h 44结论 PAGEREF _Toc232644135 h 46致谢47

14、参考文献48前 言油品和各种液体化学品的储存设备储罐，是石油化工装置和储运系统设施的主要组成部分。按容量来说，一般立式圆筒形储罐的容积大于10000m3以上，习惯称为大型储罐，自1927年采用钢制焊接储罐后，其容量逐步扩大，目前最大容量已达24104m3。按温度划分，可以称为低温储罐、常温储罐（90）高温储罐（90250）。 按压力划分可分为接近常温储罐（-4902000Pa）和低温储罐（2000）。按制造储罐的材料又可划分为非金属储罐塑料防震及软体储罐和金属储罐。按储罐所在位置和达到某种目的的又可分为地上储罐、地下储罐、半地下储罐、山洞储罐、海中储罐以及利用地下废坑道、废矿穴改造的储库等。储

15、罐种类是按几何形状划分的。按几何划分可分为五大类：即立式圆筒形储罐、卧式圆筒形储罐、球形储罐、双曲线储罐；链式储罐。卧式储罐适用于存储容量较小且需压力较高的液体，而球形储罐适用于储存容量较大有一定压力的液体。如液氨、液化石油气、乙烯等。双曲线储罐自出现后由于机构复杂，施工困难，造价高，国内没建造过，国外也很少采用，实际上已被淘汰。悬链式储罐在国内又称为无力矩储罐。这种储罐国内在20世纪5060年代曾经建造过，但由于顶板过薄易积水，锈蚀，遭损坏，目前已被淘汰。1球形储罐的概述随着世界各国综合实力和科学技术水平的提高，球形容器的制造水平也在高速发展。近年来我国在石油化工、合成氨、城市燃气建设中，大

16、型化球罐容器得到了广泛的应用。例如：在石油、化工、冶金、城市煤气等过程中，球形容器被用于储存液化石油气、液氧、液氨、液氢、液氮、氧气、氨气、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。总之，随着工业的发展，球形容器是使用范围必将越来越广泛。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”）。球形贮罐的特点和分类球形贮罐的特点球罐与常用的圆筒形容器相比具有以下特点2 。（1）球罐的表面积最小，即在相同容量下的球罐所需钢材面积最小。（2）球罐壳板承受能力比圆筒形容器大一倍，记在相同直径、相同压力行下采用同样钢板时，球罐的板厚只需圆

17、筒形容器板厚的一半。（3）球罐占地面积小，且可以向空间高度发展，有利于地表面积的利用。由于这些特点，再加上球罐基础简单、受风面小、外观漂亮，可以美化环境等原因，使球罐的应用得到很大发展。球罐的分类球罐可以按不同方式分类，如按储存的温度、机构形式等。如按储存的温度分类：球罐一般用于常温或低温。只有极个别场合，如造纸工业用的蒸煮球罐，使用温度高于常温。（1）常温球罐 如液化石油气（LPG）、氨、煤气、氧、氮等球罐。一般说这类球罐的压力较高，取决于液化石油气的饱和蒸汽压或压缩机的出口压力。常温球罐的设计温度大于-20。（2）低温球罐 之类球罐的设计温度低于或等于-20，一般不低于-100.压力属于中

18、等（视该温度介质的饱和蒸汽压而定）。（3）深冷球罐 设计温度在-100以下，往往在介质液化点一下存储，压力不高，有时为常压。由于对保冷要求高，常采用双层球壳。 目前国内使用的球罐设计温度一般在-4050之间。 按结构形式分类：按形状分有圆球形、椭球形、水滴形或上述几种形式的混合。圆球形按分瓣方式分有橘瓣式、足球瓣式、混合式三种。圆球形按支撑方式分有支柱式、群座式两大类。球形储罐的历史及发展球形储罐的发展历史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，早期的球罐为铆接结构。这种结构形式制造较为困难，材料的浪费也较大，例如，在1936年做了一台直径为、工作压力为、壁厚为1

19、9mm、材质为st52的铆接球罐，可质量为。其中某及搭接部分所需的板材就为，占壳体总质量的17%，铆钉质量为12t，占总质量的5.5%，而且一旦其中有一部分铆接不合格，只得重装新铆接。因此，早期的球罐发展速度是缓慢的。 第二次世界大战以后，随着焊接技术的发展，人们已经找到合适的焊接材料，球罐的制造也从铆接改为焊接的方法，球罐的制造得到了飞速发展。1956年，日本用美国钢铁公司的T-L80钢制成了直径、容量为20000m3城市煤气储罐。1958年，德国公司用FB50高强度钢生产了一台直径为、容积为55500m3、壁厚为30mm的大型储罐，这时期的球罐虽然体积很大，但压力较低，总的储气能力也很低，

20、而对于液化的气体储罐还不能做的很大。从60年代开始至今，球罐的制造技术得到了进一步的发展，在这段时间内日本的球罐发展较为突出，日本在1962年以前液化石油气球罐的几何容积都在2000m3以下，1962年制成了容积为3000m3的液化石油气球罐，1956年达到5000 m3的大型球罐。1985年日本新日钢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，设计压力为、直径为、容积为26700m3。双重壳低温、深冷球罐于1962年，由美国芝加哥桥梁钢铁公司用5803-0铝镁合金制成，其内径直径12m、壁厚38mm、容积为900m3，它是一台液态氢双重球壳，外球壁为碳钢

21、。日本从1966年开始制造双重球罐，1967年在德山市建造的双重球罐容积达到2000m3，1968年石川岛播磨重工业公司用5803-0铝合金制造液态乙烯双重球罐，其内径达到，铝板厚度1025mm，内球容器达4000m3，外球径为。自称这是当时最大的低温球罐。由以上历史发展概述可以看出，球罐的建造虽然较早，但发展较慢，其进程先为低压、常温、气体，其后逐渐过渡到中、高压。低温液化石油气体和大型化的方向发展3。我国球罐发展现状我国制造球罐始于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、几何容积400m3、壁厚为20mm，质量为5t的球罐。随着我国科学技术

22、进一步发展，特别是改革开放以来，未来满足我国的国防、科研、石油化工、冶金、市政等工业对储存容器的要求，我国的球罐工业得到发展。目前我国已能自行设计制造安装2000m3以下的石油液化气球罐和5000m3的球罐，1988年又以同样的方式引进了10000m3的球罐，1998年在大连我国有成功地利用引进日本的钢板，自行设计并压制成功了8000m3的、储存介质为C4的球罐。目前我国部分球罐制造状况见表1-2. 球形储罐的发展方向随着材料、焊接、制造、施工安装技术的不断提高，球罐也正向着高参数和多品种方向发展。设计压力从的真空到上百个大气压，工作温度从-250到850，球罐结构从单层到多层，品种非常广泛。

23、其中，最主要的是向大型化方向发展。（一）大型化的经济性 表1-3为主要受压元件的材料为16MnR，设计压力为，设计温度为-1950。由表1-3中可以看出，从投资指标和占地面积指标来看，球罐越大储存每立方米液化石油气所用的投资和占地面积就越少；此外，小型储罐随着储罐数量的增加，罐的附件在全国总吨位数中所占的比率也将增加，同时随着台数是增多，罐的表面积的增加维护保养的工作量及有些奇怪所要求的消防喷淋用水量也将增加。这些都增加了投资。所以球罐大型化是比价经济的，也是今后球罐发展的方向。（二）大型化球罐的机构特点1.支柱 大型气相球罐直径虽然很大，但是质量不大，故支柱尺寸较小，显得非常轻巧。于此相反，

24、液相球罐大型化后，由于储液量较多，单根支柱的生产载荷很大。因此，对于液相球罐来说支柱非常粗大。2.球罐内部设有回旋梯 为了检查方便，大型球罐内部一般设置回旋梯。这是一种沿球顶部经赤道到球下部做成圆弧状的梯子，它以球顶为中心沿赤道部的导轨作周向回转。（三）大型化需要解决的问题1.球罐壳体用钢 由于大型球罐不进行现场整体热处理以消除应力，故对板厚有一定的限制，所以大型化必须使用高强度钢材。若以板厚38mm为限，设计压力为时，用800MPa级的高强度钢材则可制成直径为67m、体积为万m3的球罐，其储存燃气的能力为942000m3；若用16MnR来制造球罐，只能制成直径为、体积为万m3的球罐，其储存燃

25、气的能力为93000m3。由此可见球罐要大型化，首先要解决的是全国壳体用钢问题，而高强度钢的研制、开发和应用为首选4。2.高强度钢的焊接性能和焊接技术 由于高强度钢的焊接性能较普通低合金差，裂纹敏感性高，焊接接头容易产生硬化、氢脆和裂纹以及角变形。裂纹的影响因素与焊条及涂料成分、坡口形状、焊接热量输入大小、气候环境影响、焊道走向等等都有密切关系，所以对焊接技术要求很高，需要有严格的焊接规程和相当高的焊机技能。3.现场施工的科学组织和焊接技术严格管理要求由于大型球罐直径大，不能运输，所以总是在制造厂制出球片、支柱、旋梯等零部件，然后运到使用厂地现场组装焊接。而高强度钢的焊接质量受环境影响很大，因

26、此要求交严格的现场管理和施工技术问题。4.球壳板的大型化及其焊缝自动化大型球罐的焊缝很长，往往长达数千米，所以需要的作业时间长，投资费用也很大。目前，现场焊接大部分是焊条电弧焊，效率低，很有实行自动化焊接的必要。近20多年来，也有不少人在研究球罐的埋弧自动焊、融化极惰性气体保护焊，以提高焊接效率和质量，但一般还停留在球片的拼焊上。或者让球体转动、焊机转动自动焊。有文献报道，地面上用含有wni为9%的钢制LNG槽立缝和环缝的自动TIG、脉冲MIG和埋弧焊等。此外，通过改进球壳瓣片的划分形式以减少焊缝长度及减少焊接工作量。5.支柱和基础的安全可靠性 大型球罐的支柱较多，每根支柱受载荷较大（尤其液化

27、气储罐），而大型球罐的直径又大，各支柱不易安装在同一水平面上。此外，在地基有局部下陷的时候，将会引起支柱载荷不均匀。在1mm不均匀下沉的情况下，一根支柱就要生产比其他支柱高10%左右的应力。假如在设计支柱时，安全系数是，则在7mm不均匀下沉的情况下，支柱的承载能力就会耗尽，因而会产生轴向弯曲。因此，应有各种结构和措施的考虑。譬如把支柱基座设计成可调的，或者为了尽可能达到均匀下沉，把基础设计成耐扭曲的环形基础，因而又产生环形基础的应力分析等问题。国内与国外的差距 我国的球罐的发展虽然开始建造较晚，发展比较快，但是，目前同国际先进水平还是有不少差距。目前建造5000m3以上的大型球罐多数还是进口国

28、外的球壳板，由国内组完成的。即使国产压制的最大的8000m3充装介质为C4的球罐，其板材也是从日本进口的。我国球罐制造、安装与国外先进水平差距主要体现在如下几个方面。（一）球罐的设计我国球罐设计的标准为常规的设计方法，即为建立在第一强度理论之上的设计方法。只考虑了单一的最大载荷工况，按一次加载处理。不考虑交变载荷，不计算球罐的疲劳寿命。因此，所采用的安全系数较大。而国外，已开始采用分析设计方法，对球罐上所受的应力加以分类，并按不同的许用值来加以评定，同时考虑到由于球罐内部介质的压力波动等因素而引起的疲劳寿命问题，从而使设计用的安全系数较低。一般来说，采用分析设计方法可以节约材料20%30%，壁

29、厚、焊接材料和焊接工作量也相对减少5。随着球罐向大型化方向发展，采用分析设计法的设计球罐的优越性将越来越明显。例如，在北京引进的10000m3天然气球罐的国际招标中，法国采用较为先进的CODAP标准设计的球罐（其安全系数为），击败了日本采用与我国常规设计方法相似的安全系数为的设计方案。（二）球罐的钢板由于球罐的大型化的发展，高强度钢材将成为能否制造球罐所需解决的首要问题，我国目前最常用的也是最成熟的用于制造球罐的钢材为16MnR，其力学性能为，而国外制造大型球罐大都采用级别以上的调制刚进行制造，有的还有780MPa以上的钢进行制造，我国从80年代开始试制和生产级别钢材，但是由于宽板较窄，因此目

30、前还无法满足大型球罐要求板宽较大的需求。（三）现场施工组装和焊接方面由于大型球壳不进行焊后整体热处理，因此外国为了减少球壳板组对应力，而采用第应力或无应力的夹具，这就是对球壳板压片的曲率、球壳板的几何尺寸及坡口，还包括运输、装卸起吊等都提出了较高的要求，这些方面国内还很难做到，我国球罐的组对应力还相对较大。（四）自动化方面国内目前有个别的单位，球罐的焊接采用自动焊接，但大部分均为焊条电弧焊接。球罐内的焊接施工条件是十分恶劣的，随着球罐的大型化发展，球壳板尺寸的加大，焊道将增加很长，所需作业时间就较长，如果采用焊条电弧焊接效率则较低。国外大都采用自动焊接，能降低工人的劳动强度，提高生产效率。2

31、材料2.1 原则 在选择压力容器用材时，必须根据容器的工作条件（如壁温、压力。介质腐蚀性、介质对材料的脆化作用及其是否易燃、易爆、有毒等）选择具有适宜的机械性能、物理性能、耐腐蚀性能等的材料。并力求便于加工制造、经济合理、并在同一工程中应尽时注意用材统一。在金属材料具体的选材过程中必须仔细考虑如下因素：机械性能 金属的机械性能是指金属材料在外力作用下表现出来的特性，如弹性、强度、硬度、韧性及塑性等。也可称为“力学性能”。金属材料就是用其在为同受力条件下所表现出来的不同特性指标，来衡量金属材料的机械性能1 。 (1)强度 强度是材料在外力作用下，抵抗产生塑性变形及断裂的特性。常用的特性指标有屈服

32、极限（）和强度极限（）。数值由拉伸试验获得。在工程上希望金属材料不仅具有高的屈服极限，而且具有一定的屈强化（/）。屈强比愈小，结构零件的可靠性愈高，万一超载，由于塑性变形的产生而使金属材料的强度提高而不致立刻破坏。碳素钢的屈强比一般为左右，低合金高强度钢为，合金结构钢为 （2）塑性 材料的塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力。材料的塑性是用延伸率（）及断面收缩率（）来表示。它们的数值由拉伸试验获得。一般情况下，塑性材料的延伸率和断面收缩率较大，而脆性材料测则较小。金属材料的塑性指标在工程中具有重要的意义。首先，塑性良好的材料可以顺利地进行某些成型工艺，如冷冲压、冷弯曲等。其次

33、，良好的塑性使零件在使用时万一超载，也能由于塑性变形使用权材料强度提高而避免突然袭击断裂。压力容器的主要零部件都是承压的，无论从制造工艺的要求不是从使用安全的要求，都希望金属材料具有良好的塑性。 （3）硬度 所谓硬度是指金属材料抵抗压入物压陷能力的大小，也可以说是材料对局部塑性的抗力。硬度可采用不同的方法在不同的仪器上测定，其所得的硬度指标也各不相同。最常用的硬度指标为布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRC）、和维氏硬度（HV），其数值可以互相换算。 硬度是金属材料的重要性能之一。一般情况下，材料的硬度高，其耐磨性也较好。材料的硬度与强度之间也有一定的关系（因为硬芳是反映材料局部塑性变形的抗力），

34、根据经验，硬度与抗拉强度有如下近似关系:轧制、正火或退火的低碳钢 =0.36HB;轧制、正火或退火的中碳钢 =0.35HB;硬度HB250经热处理的合金钢 =0.34HB;硬度HB250400，经热处理的合金钢 =0.33HB;由于测定硬度方便，在生产中常用测定硬度的方法来估算钢材的强度。对焊接头，也常用测定热影响区硬度的方法来确定其淬硬程度。（4）韧性 冲击功AKV是指材料在受到冲击负荷的作用下，断裂时所消耗能量大小的特性，即冲击试样所消耗的功，其单位为J。由于冲击韧性是金属材料各项机械性能标中对材料的化学成分、冶金质量、组织状态及内部缺陷等比较敏感的一个质量指标，而且也是衡量材料脆性转变和

35、断裂特性的重要指标，所以对压力容器用钢来说，尤其是低温压力容器冲击韧性是一项重要的性能指标。2.1.2 耐腐蚀性能耐腐蚀性能是金属材料抵抗介质腐蚀的能力。压力容器中处理的介质大多数具有腐蚀性的，在设计中必须根据操作介质来选择耐腐蚀材料。（1）应力腐蚀 碳钢及低合金钢焊制化工容器对介质NaOH应力腐蚀与浓度、温度有关。当NaOH溶液在其与烃类的混合物中体积大于等于5%时，也应根据NaOH溶液的浓度符合该要求。NaOH溶液浓度小于等于1%或NaOH溶液在其与烃类的混合物中体积小于5%时，不受此限制。NaOH溶液NaOH溶液雾骢怡慝髯歇芨重量%雾骢怡慝髯歇芨2雾骢怡慝髯歇芨3雾骢怡慝髯歇芨5雾骢怡慝

36、髯歇芨10雾骢怡慝髯歇芨15雾骢怡慝髯歇芨20雾骢怡慝髯歇芨30雾骢怡慝髯歇芨40雾骢怡慝髯歇芨50雾骢怡慝髯歇芨60雾骢怡慝髯歇芨70雾骢怡慝髯歇芨温度上限雾骢怡慝髯歇芨（）雾骢怡慝髯歇芨90雾骢怡慝髯歇芨88雾骢怡慝髯歇芨85雾骢怡慝髯歇芨76雾骢怡慝髯歇芨70雾骢怡慝髯歇芨65雾骢怡慝髯歇芨54雾骢怡慝髯歇芨48雾骢怡慝髯歇芨43雾骢怡慝髯歇芨40雾骢怡慝髯歇芨38雾骢怡慝髯歇芨当超过以上范围的碳钢、低合金钢材料需焊后进行消除应力热处理。 (2)氢腐蚀环境设计温度大于等于200与氰气氛相接触的化工容器用钢应符合本条规定。铁素体钢在高温高压氢气氛中的适用温度限制规定，并应留有20以上的温度

37、安全裕度。碳素钢和珠光体耐热钢在氢气氛中的使用限制是对钢材使用状态符合钢材标准的热处理制度规定，并于焊后经过充分消除应不热处理而言的。奥氏体不锈钢的温度及氢分压范围的氢气中使用都是满意的，焊后也无必要进行消除应力热处理。 (3)液氨应力腐蚀环境a当化工容器接触的液氨介质同时符合下列各项条件时，即为液氨应力腐蚀环境：b介质为液万言书氨，含水量不高（0.2%）,且有可能受空气(O2或CO2)污染的场合；c使用温度高于5。2.2 压力容器用钢碳钢是压力容器常用的是碳素结构钢，包括普通碳素结构钢和优质碳素结构钢。(1)普通碳素结构钢普通碳素结构钢的技术要求，按国标GB700-88碳素结构钢规定。按质量

38、分A、B、C、D四级，以脱氧方法不同又分沸腾钢、半镇静钢、镇静钢。镇静钢，是钢液在浇注前经过完全脱氧，凝固时不沸腾，故称镇静钢。这种钢锭内无气泡，钢材质量较高。牌号由代表屈服强度的字母，屈服强度值，质量等级符号等部分组成，如：Q235-A、 Q235-B、Q235-C Q235-D Q255-A 255-B与旧牌号表示方法不同，其对照如表1-4：表1-4新旧GB700标准对照表GB700-88雾骢怡慝髯歇芨GB700-79雾骢怡慝髯歇芨Q215 A级雾骢怡慝髯歇芨 B级（做常温冲击试验，V型缺口）雾骢怡慝髯歇芨A2雾骢怡慝髯歇芨C2雾骢怡慝髯歇芨Q235 A级（不做冲击试验）雾骢怡慝髯歇芨Q2

39、35 B级（做常温冲击试验，V型缺口）雾骢怡慝髯歇芨Q235 C级（作为重要焊接结构用）雾骢怡慝髯歇芨Q235 D级（作为重要焊接结构用）雾骢怡慝髯歇芨A3（附加保证常温冲击试验，U型缺口）雾骢怡慝髯歇芨C3（附加保证常温或-20冲击试验，U型缺口）雾骢怡慝髯歇芨雾骢怡慝髯歇芨雾骢怡慝髯歇芨Q255 A级雾骢怡慝髯歇芨Q255 B级（做常温冲击试验，V型缺口）雾骢怡慝髯歇芨A4雾骢怡慝髯歇芨C4（附加保证冲击试验，U型缺口）雾骢怡慝髯歇芨沸腾钢，是在钢的冶炼过程中加入弱脱氧剂（锰铁）脱氧，因此在钢液中还保留相当数量的FeO，在浇注与凝固时，由于碳和FeO反应，钢液中不断析出CO，产生沸腾，故称

40、为沸腾钢，其牌号只需在同级镇静钢牌号后面加字母F，如：Q235-AF这种钢锭成材率高，但在钢锭内有许多小气泡（该气泡在锻轧时能排除），且偏析较严重，因此，不了确保容器安全运行，避免和减少事故的发生，在各国压力容器设计规范中都对其使用加以限制。半镇静钢介于沸腾钢与镇静钢之间，用“b”来代替“F”。如GB150及第一号修改通知单。(2)优质碳素结构钢优质碳素结构钢与普通碳素结构钢相比：硫、磷含量较少，机械强度较高。按国标GB699-88优质碳素结构技术条件规定。压力容器用钢与锅炉用钢类同，首先要求保证足够的强度，还标有足够的塑性，质地均匀，无时较倾向等。因此，必须先用杂质和有害气体容量较低的碳镇静

41、钢。对于专业用钢符号，只需在优质碳素钢后面俩加字母“R”、“g”，如：20R、20g。(3)低合金钢低合金钢是指钢中合金元素总含量在2%3%以下的钢种，与一般碳素钢相比，它的机械性能提高了，耐热性、耐腐蚀性、耐磨性都有所提高。因此，它在压力容器制造业中得到广泛的应用。压力容器用低合金高强度的钢的敢服强度范围为294696MPa，通常有屈服强度分类的。例如：35公斤级、45公斤级、70公斤级等。或按其性能分强度钢、耐蚀钢高温用钢、低温用钢等。国产低合金钢中最常用的有：16MnR，它不仅硫、磷含量控制较严，更重要的是要求保证足够的冲击韧性，在钢材验收方面也比较严格。因此其使用压力不受限制。使用温度

42、下限可达-20，是目前应用极广的好材料。(4)高合金钢铬镍不锈钢。这种钢经高瘟淬火处理后得到稳定的奥氏全组织。18-8型钢在常温和低温下有很高的塑性和韧性，不具磁性。由于这种钢是单相的奥氏组织，在许多介质中有很高的耐蚀性。其中铬是不锈耐酸钢抗氧化性耐蚀性的基本元素，合金中含碳量的增加将降低耐蚀性能，所以该含碳量0.08%左右为低碳不锈钢，钢号前以“O”表示。含碳量0.03%为超低碳不锈钢，钢号前以“00”表示。奥氏体铬镍不锈钢压力容器在加工和使用过程中，在400450下重复加热，并且持续时间较长时，就会产生晶间腐蚀而破坏。通常把上述温度称为危险温度。因此，在不锈钢焊接过程中，其焊缝热影响区产生

43、晶间腐蚀危险特别大，这是由于在焊接后的冷却过程中，要通过危险温度的缘故。为此在不锈钢件焊接时，要求各连接件同时达到熔点。这对等厚板容易保证，而当两连接件相差较多时，就要注意将厚板削薄，斜度要求为1:4或1:5（比碳钢1:3要小）;容器壳体上的纵焊缝不允许与环焊缝十字交叉，必须将两面三刀条沓缝拉开一段距离该距离应大于名义厚度的三倍，且不小于100mm。不锈钢的导热泪盈眶系数是碳钢的1/31/4，而它的线膨胀系数却是碳钢的倍。因此，在焊接时必须注意，否则会引起很大的残余应力。 (5)中温抗氢钢氢在常温压下不会对铁碳合金引志显著的腐蚀，但当温度为200300，压力高于30MPa则将产生极强的腐蚀作用

44、，发生所谓“氢脆”现象。这种腐蚀常常是合成氢、合成甲醇、石油加氢等工业中设备破坏的主要原因。它偿都在高温高压氢的环境中工作，会发生氢腐蚀破坏，氢渗入钢中与钢中渗碳体发生以应生成甲烷，使渗碳体脱碳变为铁素体。甲烷气集积于晶界的微空隙内，形成局部高度应力集中而引起裂纹甚至鼓泡，渗碳体还为铁素体时体积缩小约7%，由此产生组织间的应力，更促进裂纹发展，这时裂纹的扩展又给氢与碳的结合提供了条件，使钢琴完全脱碳而产生裂纹，这就是氢腐蚀的实质。它既可能发生在金属表面也可发生在金属内部。因此，它是一种十分危险的晶间型破坏。防止氢腐蚀的途径有二；一是降低钢中碳的含量，例如采用微碳纯伯，可以完全消除氢腐蚀产生的根

45、源；二是采用抗氢钢，在钢中加入铬、钨、铌、钛等元素，形成稳定的铬、钼等碳化物，使氢与碳不能结合。 (6)低温用钢 压力容器的破坏通常都有是由于内压产生的机械应力达到容器材料的强度极限而发生的。但是，当温度降低到某一范围后，容器壁内的应力在没有达到屈服限，甚至低于许用应力的情况下也会发生破坏。相同的材料，相同规格的容器温度愈低，容器的爆破压力也愈低。这种现象称为低应力脆性破坏9。 产生容器低应力破坏的主要原因之一是由于钢材在低温下的冲击韧性值明显下降，因此，低温用钢的质量在很大程度上取决于在使用温度下溃击韧性的大小。低温容器受压元件用钢必须是镇静钢，碳素钢和低合金钢板使用温度低于或等于-20时，

46、其使用状态及最低冲击试验温度应符合GB150中节表2-2的要求。在低温容器中的受压元件均必须进行低温夏比（V型缺口）冲击试验，钢材应按批进行冲击试验复验。3球罐的焊接制造球罐的组装球形储罐(以下简称球罐)的现场组装是球罐建造工程中的关键，特别是近年我国球罐大型化发展迅猛，进口材料繁多，现场组焊焊接难度增大，施工机具增多，质量要求不断增高。因此选择合理的施工方案，减少组装应力和焊接应力，确保工程质量，是业主、施工单位、监理机构追求的目标。随着国内球罐建造水平的不断提高，特别是8000m3液化石油气球罐的国产化，推动了球罐向大型化发展的步伐。但大型化的球罐无法作焊后整体消除应力热处理，所以最大限度

47、的减少球壳板压制和安装现场的组焊应力，已经引起广大用户的关注，在招投标中往往成为中标的重要条件。球壳板在不影响运输的条件下，尺寸越来越大，其目的就是为了减少球壳的焊缝总长度，从根本上提高球罐的安全运行，这样就减少了安装现场的工程量，特别是减少了罐内施焊对焊工身体的危害。球罐组装方案多种多样，有散装法，大片装法，带装法等。安装现场用施工设备和机具、工夹具繁多。3.2 球罐的组装方法球罐常用的组装方法有散装法、分带组装法、半球组装法和大片装法等。但近几年球罐向大型化发展较快，更多业主已认识到球罐组装应力给使用造成的危害，所以散装法是一种先进的、组装应力比较低的方法。以赤道带为基准的散装法，施工工艺

48、简便，所需起吊能力较小，使用起重机时间较少，是当前使用最普遍的方法。组装顺序是先组装赤道带，将赤道带调整合格后，再组装其他各带6。3.3 支柱的安装(1)支柱用垫铁找正后，每组垫铁高度不应小于25mm，且不宜多于3块。斜垫铁应成对使用，接触紧密。找正完毕后，点焊应牢固。(2)支柱安装找正后，应在球罐径向和周向两个方向检查支柱的垂直度。当支柱设计小于或等于8m时，垂直度允许偏差为12mm；当支柱高度大于8m时，垂直度允许偏差为支柱高度的1.5 %，且不应大于15mm。3.4 球罐的现场焊接顺序和焊工布置1. 球罐采用焊条电弧焊时，焊接顺序和焊工布置应符合下列要求：a. 球罐采用分带组装时，宜在组

49、装平台上焊接各带的纵、环缝，无损检测合格后，再组装成整体，然后进行各带之间的焊接。b球罐采用分片组装时，应按先纵缝后环缝的原则安排焊接顺序。2. 为防止球罐变形，焊工的布置应均匀，并同步焊接。3.焊条电弧焊双面对接焊缝，单侧焊接后应进行背面清根。当采用碳弧气刨清根时，清根后应采用砂轮修整刨槽和磨除渗碳层，并应采用VT、MT或PT检测方法进行检查。焊缝清根时应清除定位焊的焊缝金属，清根后的坡口形状应一致。4. 药芯焊丝自动焊和半自动焊时，球罐焊接顺序应符合下列要求：a. 球罐组装完毕后，应按先纵缝后环缝的原则安排焊接顺序。b. 纵缝焊接时，焊机布置应对称均匀，并同步焊接。c. 环缝焊接时，焊机布

50、置应对称，并按统一旋转方向焊接。5. 焊接时起弧端应采用后退起弧法，收弧端应将弧坑填满，多层焊的层间接头应错开。6. 在距离球罐焊缝50mm处的制定部位，应打上焊工钢印，并作记录。对不允许打钢印的球罐应采用排版图记录。打钢印的球罐应采用排版图记录。3.5 球罐焊缝返修及球壳板表面损伤修补 (1)焊缝表面缺陷应采用砂轮磨除，缺陷磨除后的焊缝表面若低于母材，则应进行焊接修补。焊缝表面缺陷当只需打磨时，应打磨平滑或加工成具有3:1及以下坡度的斜坡。(2)焊缝两侧的咬边和焊趾裂纹必须采用砂轮磨除，并打磨平滑或加工成具有3：1及以下坡度的斜坡和焊趾裂纹的磨除深度不得大于，且磨除后球壳的实际板厚不得小于设

51、计厚度，当不符合要求时应进行焊接修补。 (3)焊缝咬边和焊趾裂纹等表面缺陷进行焊接修补时，应采用砂轮将缺陷磨除，并修整成便于焊接的凹槽，再进行焊接。补焊长度不得小于50mm。材料标准抗拉强度大于或等于540MPa的球罐在修补焊道上应加焊一道凸起的回火焊道，焊后再磨去多余的焊缝金属。 (4)焊接修补时如需预热，应以修补处为中心，在半径为150mm的范围内预热，预热温度应取上限。焊接线能量应在规定的范围内；焊接短焊缝时线能量不应取下限值。焊缝修补后，有后热处理要求的应立即进行8。(5)焊缝内部缺陷的修补应符合下列要求。a应根据产生缺陷的原因，选用适用的焊接方法，并制订修补工艺。b修补前宜采用超声检

52、测确定缺陷的位置和深度，确定修补侧。c当内部缺陷的清除采用碳弧气刨时，应采用砂轮清除渗碳层，打磨成圆滑过渡，并经渗透检测或磁粉检测合格后方可进行焊接修补。气刨深度不应超过板厚的2/3，当缺陷仍未清除时，应焊接修补后，从另一侧气刨。d修补长度不得小于50mm。e焊缝修补时，如需预热，预热温度应取要求值的上限，有后热处理要求时，焊后应立即进行后热处理；线能量应控制在规定范围内，焊短焊缝时，线能量不应取下限值。f同一部位(焊缝内、外侧各作为一个部位)修补不宜超过两次，对经过两次修补仍不合格的焊缝，应采取可靠的技术措施，并经单位技术总负责人批准后方可修补。g焊接修补的部位、次数和检测结果应做记录。h各

53、种缺陷清除和焊接修补后均应进行MT或PT检测。当表面缺陷焊接修补深度超过3mm时(从球壳表面算起)应进行RT检测。i焊缝内部缺陷修补后，应进行RT检测或UT检测，选用的方法应与修磨前发现缺陷的方法相同。(6)球罐在制造、运输和施工中所产生的各种不合格缺陷都应进行修补。(7)球壳板母材表面缺陷的修补应符合下列要求7。a.球壳表面缺陷及工卡具焊迹应采用砂轮清除。修磨后的实际厚度不应小于设计厚度，磨除深度应小于球壳板名义厚度的5，且不应超过2mm。当超过时，应进行焊接修磨。b球壳板表面缺陷进行焊接修补时，每处修补面积应在50cm2以内；当在两处或两处以上修补时，任何两处的边缘距离应大于50mm，且每

54、块球壳表面修补面积总和应小于该球壳面积的5。当划伤及成形加工产生的表面伤痕等缺陷的形状比较平缓时，可直接进行焊接修补。当直接堆焊可能导致裂纹产生时，应采用砂轮将缺陷清除后再进行焊接修补。表面缺陷焊接修补后焊缝表面应打磨平缓或加工成具有3：1及以下坡度的平缓凸面，且高度应小于。3丙烯球罐的强度校核 设计条件设计压力： 设计温度：水压试验压力： 球壳内直径：物料：丙烯充装系数： 地震设防烈度： 7度基本风压值： 基本雪压值： 支柱数目：安装地区：抚顺球壳计算4.2.1 计算压力设计压力： 液位高度： 球壳各带的物料液柱高度：物料密度：重力加速度：球壳各带的计算压力：球壳各带的厚度计算球壳内直径：设

55、计温度下球壳材料Q345的许用应力：焊接接头系数：厚度附加量： 取 取 取 取环境温度下球壳的计算应力丙烯在25时的饱和蒸汽压：球壳下极的有效厚度：球壳材料Q345的常温屈服点：环境温度下球壳的计算应力： 且小于50MPa。故按GB12337规定，本球罐可按常温计算。球罐的质量计算球壳材料密度：充装系数：水的密度：球壳赤道带外直径：球面的积雪系数：基本雪压值：球壳各带球心角： 球壳各带的量：球壳质量：物料质量： 液压试验时液体的质量：积雪质量：保温层质量:（无保温层）支柱与拉杆的质量：附件的质量：操作状态下的球罐质量：液压试验状态下的球罐质量：球罐最小质量：地震载荷计算自震周期支柱底板面至球壳

56、中心的距离：支柱数目: 支柱材料Q345的常温弹性模量：支柱外直径：支柱内直径：支柱界面的惯性矩： 支柱的底板面至拉杆中心线与支柱中心线交点处的距离：拉杆影响系数：球罐的基本自转周期：地震力综合影响系数：地震影响系数最大值：特征周期：对应与自震周期T的地震影响系数：球罐的水平地震力： 风载荷计算风载荷体系系数：系数风震系数：基本风压值：支柱底板面至球壳中心的距离：风压高度变化系数：球罐附件增大系数：球罐的水平风力：弯矩计算与的较大值:力臂：由于水平地震力和水平风力引起的最大弯矩： 支柱计算单个支柱的重力载荷上段支柱的重力载荷操作状态下的重力载荷： 液压试验状态下的重力载荷：下段支柱的重力载荷：支柱中心圆半径：拉杆与支柱的夹角：单个支柱的横截面积：拉杆选用的钢管。拉杆材料：10.单个拉杆的横截面积：计算系数：操作状态下的重力载荷：液压试验状态下的重力载荷：最大弯矩对下段支柱产生的垂直载荷的最大值：拉杆作用在下段支柱上的垂直载荷