立方米天然气球罐设计

1、更多相关文档资源请访问 HYPERLINK /lzj781219 /lzj781219 本毕业论文包含完整CAD设计文件以及仿真建模文件，资料请联系68661508索要摘要：球形储罐是一种常见的、基础简单、设计方便、应用广泛的有压存储容器。此次天然气球罐的总体设计分为设计选材和结构设计。球罐壳体材料选用国产Q345R，它具有良好的焊接性能,能较好的保证球罐的焊接质量；球罐的结构设计包含了球壳的设计、支柱与拉杆的设计以及球罐附件的设计。计算部分是本次天然气球罐设计中的重点，也是难点，它分为球罐结构排板计算和强度计算。球罐采用混合式结构，排板计算出各板块的尺寸是对球罐结构的具体确定；强度计算中需要

2、对球罐进行校核，校核包括支柱稳定性校核、支柱与球壳连接校核；设计中各部分校核都必须合格，从而保障设计的科学合理性。 完成了球罐各部分的计算之后，参照相关的标准对球罐附件进行选用和设置。待球罐各组成部分都确定了，最后，制定球罐的焊接及制造工艺，对各部件进行焊接组装。本次设计的天然气球罐，由于天然气是一种易燃易爆的气体，其储存容器必须是无渗漏。因而，在设计中还必须严格对球罐进行压力试验和气密性试验。试验都必须合格，这样，设计的球罐猜符合要求，才能保证球罐的使用安全。关键词：球壳；支柱；拉杆；强度计算；试验Abstract:Spherical tank is a common and simple,

3、 convenient and widely design pressure storage containers. The overall design of the gas discharge into the selection and design of structure design. Spherical shell material, it has good Q345R homebred the welding performance, can better ensure welding quality of spherical, Structure design of sphe

4、rical shell contains the ball with the design and the design and spherical tension. Design of attachmentPart of this gas discharge is calculated in the design emphasis and difficulty, it is divided into spherical plate structure strength calculation and row. Using hybrid structure, row spherical pla

5、te is calculated for each plate size is specific and affirmatory; the structure of spherical Strength calculation of spherical, need checking including pillar stability checking, pillar connecting check with spherical shell, Design of every part of checking must be qualified to guarantee the design

6、of scientific rationality.Complete all parts of the spherical calculation, by referring to the relevant standards for discharge attachments for selection and Settings. For each component is quenched, finally, make sure the sphere of welding and manufacturing process, welding assembly of parts.The de

7、sign of the gas discharge due to natural gas is a kind of inflammable and explosive gas, its storage containers must be no leakage. Therefore, in the design of spherical must strictly gas-tight test and stress test. Test must be qualified, so, the design of spherical guess accords with a requirement

8、, to ensure the safe use of quenched.Keywords: spherical shell, Pillar, Bars, Strength calculation, test目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc293735092 引言 PAGEREF _Toc293735092 h 1 HYPERLINK l _Toc293735093 1 球罐的设计参数 PAGEREF _Toc293735093 h 2 HYPERLINK l _Toc293735094 2 球罐设计方案 PAGEREF _Toc293735094 h

9、2 HYPERLINK l _Toc293735095 2.1 设计选材及材料要求 PAGEREF _Toc293735095 h 2 HYPERLINK l _Toc293735096 2.1.1 设计选材 PAGEREF _Toc293735096 h 2 HYPERLINK l _Toc293735097 2.1.2 材料要求 PAGEREF _Toc293735097 h 3 HYPERLINK l _Toc293735098 2.2 设计方案的确定 PAGEREF _Toc293735098 h 4 HYPERLINK l _Toc293735099 2.2.1 球壳设计 PAGER

10、EF _Toc293735099 h 4 HYPERLINK l _Toc293735100 2.2.2 支座结构设计 PAGEREF _Toc293735100 h 5 HYPERLINK l _Toc293735101 3 结构设计 PAGEREF _Toc293735101 h 6 HYPERLINK l _Toc293735102 3.1 混合式结构排板的计算 PAGEREF _Toc293735102 h 6 HYPERLINK l _Toc293735103 3.1.1 极板尺寸计算 PAGEREF _Toc293735103 h 7 HYPERLINK l _Toc2937351

11、04 3.1.2 赤道板尺寸计算 PAGEREF _Toc293735104 h 14 HYPERLINK l _Toc293735105 3.2 人孔结构和接管结构设计 PAGEREF _Toc293735105 h 15 HYPERLINK l _Toc293735106 3.3 坡口设计 PAGEREF _Toc293735106 h 16 HYPERLINK l _Toc293735107 3.4 球罐的附件选择 PAGEREF _Toc293735107 h 16 HYPERLINK l _Toc293735108 4 球壳强度计算 PAGEREF _Toc293735108 h 1

12、8 HYPERLINK l _Toc293735109 4.1 球壳壁厚的确定 PAGEREF _Toc293735109 h 18 HYPERLINK l _Toc293735110 4.1.1 计算压力 PAGEREF _Toc293735110 h 18 HYPERLINK l _Toc293735111 4.1.2 球壳各带厚度 PAGEREF _Toc293735111 h 18 HYPERLINK l _Toc293735112 4.1.3 试验压力校核 PAGEREF _Toc293735112 h 19 HYPERLINK l _Toc293735113 4.2 球罐质量计算

13、PAGEREF _Toc293735113 h 20 HYPERLINK l _Toc293735114 4.3 风载荷计算 PAGEREF _Toc293735114 h 21 HYPERLINK l _Toc293735115 4.4 地震载荷计算 PAGEREF _Toc293735115 h 21 HYPERLINK l _Toc293735116 4.4.1 自振周期 PAGEREF _Toc293735116 h 21 HYPERLINK l _Toc293735117 4.4.2 地震力 PAGEREF _Toc293735117 h 22 HYPERLINK l _Toc293

14、735118 4.5 弯矩计算 PAGEREF _Toc293735118 h 22 HYPERLINK l _Toc293735119 4.6 支柱计算 PAGEREF _Toc293735119 h 23 HYPERLINK l _Toc293735120 4.6.1 单个支柱的垂直载荷 PAGEREF _Toc293735120 h 23 HYPERLINK l _Toc293735121 4.6.2 组合载荷 PAGEREF _Toc293735121 h 24 HYPERLINK l _Toc293735122 4.6.3 单个支柱弯矩 PAGEREF _Toc293735122 h

15、 24 HYPERLINK l _Toc293735123 4.6.4 支柱稳定性校核 PAGEREF _Toc293735123 h 26 HYPERLINK l _Toc293735124 4.7 地脚螺栓计算 PAGEREF _Toc293735124 h 27 HYPERLINK l _Toc293735125 4.7.1 拉杆作用在支柱上的水平力 PAGEREF _Toc293735125 h 27 HYPERLINK l _Toc293735126 4.7.2 支柱底板与基础的摩擦力 PAGEREF _Toc293735126 h 27 HYPERLINK l _Toc293735

16、127 4.7.3 地脚螺栓的选取 PAGEREF _Toc293735127 h 28 HYPERLINK l _Toc293735128 4.8 支柱底板 PAGEREF _Toc293735128 h 28 HYPERLINK l _Toc293735129 4.8.1 支柱底板直径 PAGEREF _Toc293735129 h 28 HYPERLINK l _Toc293735130 4.8.2 底板厚度 PAGEREF _Toc293735130 h 29 HYPERLINK l _Toc293735131 4.9 拉杆计算 PAGEREF _Toc293735131 h 29 H

17、YPERLINK l _Toc293735132 4.9.1 拉杆螺纹小径的计算 PAGEREF _Toc293735132 h 29 HYPERLINK l _Toc293735133 4.9.2 拉杆连接部位的计算 PAGEREF _Toc293735133 h 30 HYPERLINK l _Toc293735134 4.10 支柱与球壳连接最低点a的应力校核 PAGEREF _Toc293735134 h 32 HYPERLINK l _Toc293735135 4.10.1 a点的剪切应力 PAGEREF _Toc293735135 h 32 HYPERLINK l _Toc2937

18、35136 4.10.2 a点的纬向应力 PAGEREF _Toc293735136 h 33 HYPERLINK l _Toc293735137 4.10.3 a点的应力校核 PAGEREF _Toc293735137 h 33 HYPERLINK l _Toc293735138 4.11 支柱与球壳连接焊缝的强度校核 PAGEREF _Toc293735138 h 34 HYPERLINK l _Toc293735139 5 制造、组装及试验 PAGEREF _Toc293735139 h 34 HYPERLINK l _Toc293735140 5.1 球壳板下料、成型及运输 PAGER

19、EF _Toc293735140 h 34 HYPERLINK l _Toc293735141 5.2 组装 PAGEREF _Toc293735141 h 35 HYPERLINK l _Toc293735142 5.2.1 组焊定位块 PAGEREF _Toc293735142 h 36 HYPERLINK l _Toc293735143 5.2.2 球罐赤道板的组装 PAGEREF _Toc293735143 h 36 HYPERLINK l _Toc293735144 5.2.3 上极带板的组装 PAGEREF _Toc293735144 h 37 HYPERLINK l _Toc29

20、3735145 5.2.4 下极带板的组装 PAGEREF _Toc293735145 h 37 HYPERLINK l _Toc293735146 5.3 焊接 PAGEREF _Toc293735146 h 37 HYPERLINK l _Toc293735147 5.4 无损检测 PAGEREF _Toc293735147 h 38 HYPERLINK l _Toc293735148 5.5 焊后整体热处理 PAGEREF _Toc293735148 h 38 HYPERLINK l _Toc293735149 5.6 压力试验和气密性试验 PAGEREF _Toc293735149 h

21、 40 HYPERLINK l _Toc293735150 英文论文资料翻译 PAGEREF _Toc293735150 h 41 HYPERLINK l _Toc293735151 结束语 PAGEREF _Toc293735151 h 54 HYPERLINK l _Toc293735152 参考文献 PAGEREF _Toc293735152 h 56 HYPERLINK l _Toc293735153 谢 辞 PAGEREF _Toc293735153 h 57引言近年来，我国在石油化工、合成氨、城市燃气的建设中，大型化球形容器得到了广泛应用。例如：在石油、化工、冶金、城市煤气等工程中

22、，球形容器被用于储存各种气体等物料；总之，随着工业的发展，球形容器的适用范围越来越广泛。由于球形容器多数作为优雅储存容器，故又称球形储罐，简称球罐。球罐外体呈球形。是贮存和运输各种气体、液体、液化气体的一种有效、经济的压力容器。在化工、石油、炼油、造船及城市煤气工业等领域大量应用。与圆筒形容器相比其主要优点是：球形储罐壳体受力均匀；在同样壁厚条件下，球型容器的薄膜应力仅为圆筒形容器环向应力的一半，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相同直径、材料的圆筒形容器壁厚的1/2（不考虑腐蚀裕度）；在相同容积条件下，球形容器的表面积最小，质量轻，由于壁厚、表面积小等原因，一般要比

23、圆筒形容器节约30%40%的钢材，故其制造成本低，经济效益高。因此液化石油气球罐作为一种高效的类存储容器，在我国得到了广泛的使用。此次设计的是900m3天然气球罐，通过运用设计标准、规范，查阅了手册、图册及相关技术资料，从而进行球罐的选材设计、结构设计、球壳排板计算、强度计算及校核，并完成图样绘制以及说明书的书写，最后是对设计的修改完善。本次毕业设计是对我们大学四年来所学知识的一个综合与总结，通过设计，我们将大学所学的基础以及专业都知识温习应用了一遍，这有利于我们更好的掌握所学的知识。在设计实践中，我们对于一般的工程设计有了一个全局性的认识，开阔了视野。通过运用设计标准、规范、手册、图册和查阅

24、有关技术资料去进行理论计算、结构思考、绘制图样、写相关说明性材料，培养加强了我们在化工设备及机械设计方面的基本技能，并锻炼提高了我们分析和解决生产实际问题的能力，树立了较为正确的设计思想，为我们走上工作岗位或继续深造打下坚实的基础。1 球罐的设计参数 此次球罐设计的介质为以甲烷为主要组分的天然气，操作温度40，工作压力为1.6MPa，由压力容器安全技术监察规程知设计压力1.7MPa；罐体腐蚀裕量取1mm、单位充装量0.65Kg/ m3 ，作为气体，充装系数取1.0。该设备工作地点为湖南省长沙市，查钢制球形储罐GB12337-1998确定其风压、雪压值，具体设计条件如下：公称容积：900m3 存

25、储介质：天然气（甲烷）物料密度：2=0.65Kg/ m3设计压力：P=1.7MPa设计温度：40球壳内直径：Di=11981mm充装系数：k=1.0地震设防烈度：8度基本风压值：q0=450N/ m2基本雪压值：q=350N/m2 球罐建造场地：II类场地土、近震、B类地区2 球罐设计方案2.1 设计选材及材料要求2.1.1 设计选材 球罐是压力容器的一种结构形式，因而在选用材料上的基本要求方面与压力容器相同。球罐用钢的选择原则是在满足强度要求的前提下，应保证有良好的成形性、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。基于以上准则以及经济性，选材如下：900m3 天然气球罐球壳材料

26、采用Q345R，球壳板材Q345R厚度大于20mm应逐张超声检测，符合JB/T4730-2005规定III级合格；人孔、接管采用锻件16MnIII；支柱选用符合GB8163的20#钢管；焊条采用E5015（J507），应具有质量证明书，包括熔敷金属的化学成分、力学性能、扩散氢含量；焊丝和焊剂应与所施焊的钢种匹配，分别符合GB/T8110、GB/T10045、GB/T12470、GB/T 14957、GB/T 14958和GB/T 5293的有关规定，保护用二氧化碳和氩气应分别符合GB/T6052和GB/T4842的有关规定。螺栓和螺母无特殊要求的均使用Q235-A号钢，调质，取试样做拉伸试验和

27、冲击试验，结果不合格时，应从同一毛坯上再取两个拉伸试样进行复验，测定全部三项性能。2.1.2 材料要求球罐制造所用主体材料为Q345R和16MnIII，下料前板材Q345R符合GB6654-96标准，逐张超声波检测，标准III级要求，使用状态：正火，并进行0度冲击试验；锻件符合JB/T4726-2000标准，III级合格。主体材料的化学成分和力学性能如下：表2.1 主体材料的化学成分化学元素16Mn锻件,%Q345R钢板,%C0Si0.200.600.55 Mn1.201.601.201.60P0.0300.025S0.0150.015Ni0.30Cr0.30Cu0.25

28、表2.2 主体材料的力学性能检验项目16Mn锻件Q345R钢板b450600500630s275325%2021AKV-2,J27（三个试样平均值）34（0三个试样平均值）硬度试验，HB121-1782.2 设计方案的确定2.2.1 球壳设计根据球罐容积为900m3，换算得球壳内直径11981mm，按GB/T17261球形储罐基本参数标准采用混合式三带排板，分别为上极、赤道带、下极（见图2.1）。图2.1 球罐表2.3 球壳各板参数序号各带球心角块数纵焊缝长（m）环缝长（m）焊缝总长（m）1上极：112.5743.6431.28262.642赤道带：67.5167.051631.283下极：1

29、12.5743.642.2.2 支座结构设计支柱选用32510钢管，支柱8根。支柱与球壳的连接按GB12337-1998选用的是赤道正切柱式支撑。赤道正切柱式支柱结构的特点是：正切结构是由多根圆柱状的支柱在球壳赤道部位等距离布置，与球壳相切或近似相切（相割）而焊接起来。支柱支撑着球罐的重量，为承受风载荷和地震载荷，保证球罐稳定性，在支柱之间设置拉杆相连接。这种支座的优点是受力均匀，弹性好，能承受热膨胀的变形，安装方便，施工简单，容易调整，现场操作和检修也方便，且适用于多种规格的球罐。基于以上考虑，本球罐上支柱结构采用赤道正切柱式支柱结构。 图2.2 支柱 图2.3 单层交叉可调式拉杆支柱与球壳

30、的链接采用无垫板结构，因为有垫板结构在低合金高强钢的施焊中由于易产生裂纹，探伤检查有困难。支柱上设置通气口，这是出于安全防火的需要，一旦遇到火灾，支柱内的气体会急剧膨胀，压力迅速升高，短时间内造成支柱爆裂，球罐倒塌，为避免此类情况发生，所以在支柱上设置通气口。作为液化天然气球罐，设置防火层，防火层选用耐热性和保温性能好的水泥层或涂耐火涂料。拉杆结构采用单层交叉可调式拉杆，因拉杆是作为承受风载荷及地震载荷的部件，可增加球罐的稳定性而设置。而可调式拉杆使用可调螺母链接，课调节拉杆的松紧度。3 结构设计3.1 混合式结构排板的计算符号说明：R球罐半径，mm;N赤道带分瓣数；赤道带周向球心角，（）；赤

31、道带球心角，（）；极中板球心角，（）；极侧板球心角，（）；极边板球心角，（）。3.1.1 极板尺寸计算图2.5 极板弦长:B1=2Rsin(12+2)H=25990.5sin(22.52+22.5）1.14=5838.84mm弧长:B1=R90sin-1(B12R)=3.145990.590sin-15838.8425990.5=6095.74mm弦长:D0=2B1=25838.84=8257.37mm弧长:D0=R90sin-1D02R=3.145990.590sin-18257.3725990.5=9105.64mm弦长:B2=2Rsin(12+2)=25990.5sin(22.52+22

32、.5）=6656.29mm弧长:B2=R(1+22)180=3.145990.5(22.5+222.5)180=7053.81mm对角线弦长与弧长的最大间距：H=1+sin2(12+2)=1+sin 2(22.52+22.5)=1.14mm 极中板尺寸计算图2.6 极中板对角线弦长与弧长的最大间距：A=1-sin212sin212+2=1-sin222.52sin222.52+22.5=0.99mm弧长:B2=R1180=3.145990.522.5180=2351.27mm弦长:B2=2Rsin(12)=25990.5sin22.52=2337.38mm弧长:L2=R(1+22)180=3.

33、145990.5(22.5+222.5)180=7053.81mm弦长:L2=2Rsin(12+2)=25990.5sin(22.52+22.5)=6656.29mm弦长:L1=2Rcos(12)sin(12+2)A=25990.5cos22.52sin（22.52+22.5）0.99=6594.33mm弧长:L1=R90sin-1(L12R)=3.145990.590sin-16594.3325990.5=6979.49mm弦长:B1=2Rsin(12)cos(12+2)A=25990.5sin22.52cos（22.52+22.5）0.99=1963.10mm弧长:B1=R90sin-1B

34、12R=3.145990.590sin-11963.1025990.5=1971.00mm弦长:D=L12+B12=6594.332+1963.102=6880.33mm弧长:D=R90sin-1(D2R)=3.145990.590sin-16880.3325990.5=7325.21mm 极侧板尺寸计算图2.7 极侧板弦长:L1=2Rcos(12)sin(12+2)A=25990.5cos22.52sin（22.52+22.5）0.99=6594.33mm弧长:L1=R90sin-1(L12R)=3.145990.590sin-16594.3325990.5=6979.49mm弦长:L2=2

35、Rsin(12+2)H=25990.5sin(22.52+22.5)1.14=5838.85mm弧长:L2=R90sin-1(L22R)=3.145990.590sin-15838.8525990.5=6095.76mm弧长:B2=R2180=3.145990.522.5180=2351.27mm弦长:B2=2Rsin(22)=25990.5sin22.52=2337.38mm弧长:B1=R1801=3.145990.518019.74=2062.85mm弦长:B1=2Rsin(12)=25990.5sin19.742=2053.70mm弦长:D=B12+L2L1=2053.702+5838.

36、856594.33=6536.13mm弧长:D=R90sin-1D2R=3.145990.590sin-16536.1325990.5=6909.95mm上列式中:A、H同前：K=2Rsin(12)cos(12+2)A=25990.5sin22.52cos（22.52+22.5）0.99=1963.10mm1=sin-1（L22R）-sin-1(K2R)=sin-1(5838.8525990.5)-sin-1(1963.1025990.5)=19.74 极边板尺寸计算图2.8 极边板弧长:L1=R2cos(02)=3.145990.52cos67.52=7820.04mm弦长:L1=2Rcos

37、(02)=25990.5cos67.52=7044.08mm弦长:L3=2Rsin(22+2)H=25990.5sin(22.52+22.5)1.14=5838.85mm弧长:L3=R90sin-1L32R=3.145990.590sin-15838.8525990.5=6095.76mm弧长:B2=R1803=3.145990.518022.5=2351.27mm弦长:B2=2Rsin32=25990.5sin22.52=2337.38mm弧长:B1=R1802=3.145990.518012.68=1325.07mm弦长:B1=2Rsin(22)=25990.5sin12.682=1323

38、.04mm弦长：D=B12+L3L1=1323.042+5838.857044.08=6548.26mm弧长：D=R90sin-1(D2R)=3.145990.590sin-16548.2625990.5=6924.83mm弧长：L2=R4180=3.145990.565.50180=6844.81mm弦长：L2=2Rsin(32)=25990.5sin(99.822)=6481.25mm上列式中：2=180-02-sin-1(D02R)=180-67.52-sin-18257.3725990.5=12.68M=22Rsin(12+2)H=225990.5sin(22.52+22.5)1.14

39、=8257.36mm3=90-02+sin-1（M2R）=90-67.52+sin-18257.3625990.5=99.824=2sin-122sin(32)=2sin-122sin(99.822)=65.50H、D0 同前。3.1.2 赤道板尺寸计算 图2.5 赤道板弧长L=R0180=3.145990.567.5180=7053.81mm弦长: L=2Rsin(02)=25990.5sin67.52=6656.29mm弧长:B1=2RNcos(02)=23.145990.516cos67.52=1955.01mm弦长:B1=2Rcos(02)sin(2)=25990.5cos67.52s

40、in22.52=1943.46mm弧长:B2=2RN=23.145990.516=2351.27mm弦长:B2=2Rsin(2)=25990.5sin22.52=2337.38mm弦长:D=2R1-cos202cos2(2)=25990.51-cos267.52cos2(22.52)=6934.20mm弧长:D=R90sin-1(D2R)=3.145990.590sin-16934.2025990.5=7391.10mm3.2 人孔结构和接管结构设计球罐的人孔是操作人员进出球灌进行检验及维修用的；在现场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。因此人孔直径的选定必

41、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。本球罐上设计有两个人孔，分别在上、下极带的中心。上下人孔选用DN500回转盖带颈对焊法兰的人孔，密封面采用凹凸面形式，补强采用整体锻件凸缘补强。采用整体锻件凸缘补强，既保证因为开孔削弱的强度得到充分补强，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。图2.9 上人孔由于本球罐有各种不同接管，有：放空阀接管、安全阀接管、温度计接管、排污口接管、压力表接管、远程压力表接管等。与球壳想焊的接管选用与球壳相同的材料Q345R。为了提高接管处的安全性，球罐所有接管采取厚壁管补强，其中，人孔采用整体锻件凸缘补强。接管的配管法兰

42、面应处于垂直状态，接管补强与球壳的连接应使厚壁管的轴线垂直于球体开孔表面（即补强管轴线通过球心），这样做可避免焊接的咬边、未焊透、椭圆孔和打磨困难等缺陷，确保焊接的质量。3.3 坡口设计球壳都是由球片焊接而成的，因此焊接坡口的设计师保证球罐质量的重要环节。为了便于施工、便于检验、焊缝有足够的强度又经济合理。焊缝系数采用=1，由于球壳的厚度=34mm，采用不对称X形坡口。图2.4 球壳对接坡口=555,=605,b=2mm,P=21mm,H=13mm,=34mm3.4 球罐的附件选择球罐除球壳板及零部件外，通常还有附件。附件包括压力表、温度计、液位计、安全阀、紧急切断阀、接地。安全附件的设计、选

43、择如下：压力表：为了测量容器内压力，球罐设置了压力表。考虑到压力表由于某种原因而发生故障，或由于仪表检查而取出等情况，在球壳的上部和下部各设一个压力表，同时，在压力表前安装截止阀，以便在仪表校对可以取下压力表。选用压力表的规格为：YA-150压力表04MPa，精度1.5级。温度计：上下两个温度计，型号为：温度计WS-71,插入深度250mm。液位计：装设现场和远传液位计，且有高低位报警装置和带联锁的高液位报警，以免发生事故。因直径较大，而液位计的规格有一定的规格，故此次选用两个型号为HG/T21584-1995磁性液位计UZ4.0M-6000-0.6AF304/A作为现场液位计。安全阀：因介质

44、的原因必须设置两个安全阀，每个都能满足事故状态下最大泄放量的要求。型号为：CA42F-25安全阀DN150开启压力1.7MPa，数量2个。具体计算如下：容器安全泄放量（WSI）：WS=2.8310-3d2=2.8310-30.65301002=551.85kg/h 式中：为天然气密度0.65kg/m3 为天然气进口管的流速30m/s d为压力容器进口管内径100mm单个DN100安全阀排气能力：WS1=7.610-2CKPdAMZT=7.610-23480.651.973318241.0313=31115kg/hPS：整定压力PS=1.7MPaPO：出口侧压力PO=1.7+0.1=1.8MPa

45、Pd：排放压力（绝压）Pd=1.1PS+0.1=1.97MPak：气体绝热系数，查表得：k=CPCV=1.31C：气体特征系数，查表：C=348K：安全阀额定泄放系数，按全启式安全阀取K=0.65A：安全阀的最小排气面积：A=d124=6524=3318mm2d1：安全阀阀座喉部直径，DN100喉径为65mmM：气体摩尔质量：M=24kg/kmolT：泄放装置进口侧气体的温度：T=273+40=313KZ：气体的压缩系数取1.0结论：WS1=31115kg/hWS=551.85kg/h 两个DN100安全阀满足设计要求。接地：设置两个接地电阻为10的接地板，材料为1Cr18Ni9。梯子平台现场

46、配作。4 球壳强度计算赤道正切式球罐的强度计算，包括球壳、支柱、拉杆和各连接部位的应力及球壳开孔补强的设计计算，并由此确定球罐各部分的几何尺寸。本节将对上述几个方面进行计算和校核。4.1 球壳壁厚的确定4.1.1 计算压力计算压力Pci=p+hi2g10-9MPa式中：设计压力p=1.7MPa hi为介质静压力 物料密度2 =0.65Kg/ m3因为介质为气体，密度小，介质静压力可忽略不计，故球壳各带的计算压力为设计压力，pci=1.7MPa。4.1.2 球壳各带厚度 根据di=PciDi4t-Pci+C，式中：球壳内直径Di =11981mm 设计温度下球壳材料Q345R的许用应力查表得t=

47、163MPa焊缝系数=1.0厚度附加量按C=C1+C2 (钢材厚度负偏差C1=0mm；腐蚀裕量C2=1.0mm)，故C=C1+C2=1.0mm各带：di=PciDi4t-Pci+C=1.71198141631-1.7+1.0=32.3mm根据以上计算结果，取各带球壳板的名义厚度均为：n=34mm4.1.3 试验压力校核水压试验压力：PT=1.25Pt=1.251.71=2.13MPa式中：P=1.7MPa t=163MPa =163MPa压力试验前校核球壳应力： T=PT(Di+e)4e=2.13(11981+33)433=193.9MPa 球壳有效厚度按e=n-C=34-1.0=33mmT应

48、满足下列条件：液压试验时，T0.9s；式中：球壳材料在试验温度下的常温屈服点，查表得s=305MPa， 焊缝系数=1.0即：T=193.9MPa0.93051=274.5MPa，结论：水压试验合格。4.2 球罐质量计算球壳平均中径：Dcp =12015mm球壳材料密度：1 =7850Kg/m3充装系数：k=1.0水的密度：3 =1000Kg/m3物料密度：2 =0.65Kg/ m3球壳外直径：Do =12049mm地震设防烈度：8度基本雪压值：q=350N/m2 球面积雪系数：C5 =0.4球壳质量：m1=Dcp 2n1 10-9=3.1412015234785010-9=120983Kg物料

49、质量：m2=6Di32k10-9=3.1461198130.651.010-9=585Kg液压试验时液体（水）的质量：m3=6Di3310-9=3.146119813100010-9=900000Kg积雪质量：m4=4gDo2qCs10-6=3.1449.811204923500.410-6=1626Kg保温层质量：m5=0kg（无保温）支柱、拉杆及附件的质量：m6=19605Kg操作状态下的球罐质量： mo=m1+m2+m4+m5+m6 =120983+585+1626+0+19605 =142799Kg液压试验状态下的球罐质量： mT=m1+m3+m6=120983Kg+900000Kg+

50、19605Kg=1040588Kg球罐最小质量： mmin=m1+m6 =120983Kg+19605Kg =140588Kg4.3 风载荷计算风载体形系数：k1=0.4系数查表：1=1.41（按GB 12337-1998表17选取）风振系数： k2=1+0.351=1+0.351.41=1.49基本风压值：q0=450N/m2支柱底板底面至球壳中心的距离：H0=8000mm风压高度变化系数查表得：f1=0.92（按GB 12337-1998表17选取）球壳附件增大系数：f2=1.1球罐的水平风力： FW=4Do2k1k2q0f1f210-6=3.1441204920.41.414500.92

51、1.110-6 =2.927104N4.4 地震载荷计算4.4.1 自振周期支柱底板底面至球壳中心的距离：H0=8000mm支柱数目：n=8支柱材料Q345R钢的常温弹性模量：Es=206103MPa支柱外直径：do=325mm支柱内直径：di=305mm支柱横截面惯性矩:I=64do4-di4=3.1464(3254-3054)=1.228108mm4支柱底板底面至拉杆中心线与支柱中心线交点处的距离： l=5600mm拉杆影响系数:=1-lH023-2lH0=1-5600800023-256008000=0.216球罐可视为一个单质点体系，其基本自振周期： T=m0H0310-33nEsI=

52、3.14142799800030.21610-3382061031.228108 =0.5064s4.4.2 地震力综合影响系数：C2=0.45地震影响系数的最大值，查表得：min=0.45特征周期，按场地土类别II类及近震查表：Tg=0.30s对应于自振周期T的地震影响系数：=(TgT)0.9min=(0.300.5064)0.90.45=0.2809球罐的水平地震力：Fe=Czm0g=0.450.28091427999.81=1.771105N4.5 弯矩计算取（Fe+0.25FW）与FW较大值Fmax： Fe+0.25FW=1.771105+0.252.927104=1.844105NF

53、W=2.927104N故：Fmax=1.844105NL为力臂：L=H0-l=8000-5600=2400mm所以最大弯矩：Mmax=FmaxL=1.8441052400=4.43108Nmm4.6 支柱计算4.6.1 单个支柱的垂直载荷 支柱的重力载荷操作状态下的重力载荷： GO=mOgn=1427999.818=1.751105N液压试验状态下的重力载荷： GT=mTgn=10405889.818=1.28106N 支柱的垂直载荷最大值支柱中心圆半径：R=Ri=5990.5mm最大弯矩对支柱产生的垂直载荷的最大值： (Fi)max=0.25a=0.25MmaxR=0.254.4310859

54、90.5=1.85104N拉杆作用在支柱上的垂直载荷的最大值：（Pi-j）max=0.3230b=0.3230lFmaxR=0.323056001.8441055990.5=5.57104N以上两力之和的最大值： Fi+Pi-jmax=0.117a+0.307b=0.117MmaxR+0.307lFmaxR=0.1174.431085990.5+0.30756001.8441055990.5 =6.16104N4.6.2 组合载荷操作状态下支柱的最大垂直载荷： WO=GO+Fi+Pi-jmax=1.751105+6.16104 =2.367105N液压试验状态下支柱的最大垂直载荷:WT=GT+

55、0.3(Fi+Pi-j)maxFWFmax=1.28106+0.36.161042.9271041.844105=1.283106N4.6.3 单个支柱弯矩 偏心弯矩操作状态下赤道线的液柱高度：hOe=0mm液压试验状态下赤道线的液柱高度：hTe=5990.5mm操作状态下物料在赤道线的液柱静压力：POe=0MPa液压试验状态下液体在赤道线的液柱静压力：PTe=hTe3g10-9=5990.510009.8110-9 =0.06MPa球壳的有效厚度：e=n-C=34-1.0=33mm操作状态下的球壳赤道线的薄膜应力:Oe=P+POe(Di+e)4e=1.7+0(11981+33)433=154

56、.73MPa液压试验状态下球壳赤道线的薄膜应力:Te=PT+PTe(Di+e)4e=2.13+0.06(11981+33)433=199.32MPa球壳内半径：Ri=5990.5mm球壳材料的泊松比：=0.3球壳材料Q345R弹性模量：E=206103MPa操作状态下支柱的偏心弯矩:MO1=OeRiWOE1-=154.735990.52.367105206103(1-0.3)=7.46105Nmm液压试验状态下支柱的偏心弯矩:MT1=TeRiWTE1-=199.325990.51.2831062061031-0.3=5.21106Nmm 附加弯矩操作状态下支柱的附加弯矩: MO2=6EsIOe

57、RiH02E1-=62061031.228108154.735990.5800022061031-0.3=7.47106Nmm液压试验状态下支柱的附加弯矩:MT2=6EsITeRiH02E1-=62061031.228108199.325990.5800022061031-0.3=9.62106Nmm 总弯矩操作状态下支柱总弯矩:MO=MO1+MO2=7.46105+7.47106=8.22106Nmm液压试验状态下支柱的总弯矩: MT=MT1+MT2=5.21106+9.62106=1.48107Nmm4.6.4 支柱稳定性校核单个支柱的横截面积：A=4do2-di2=3.1443252-3

58、052=9891mm2支柱的惯性半径：ri=IA=1.2281089891=111.42mm支柱长细比：=k3H0ri=18000111.42=71.80 式中，计算长度系数k3=1。支柱换算长细比:=sEs=71.8030.969支柱材料Q345R钢的常温常压屈服点：s=345MPa弯矩作用平面内的轴心受压支柱稳定系数：p=0.642(查GB 12337-1998表23)等效弯矩系数：m=1截面塑性发展系数：=1.15单个支柱的截面系数:Z=(do4-di4)32do=3.14(3254-3054)32325=7.56105N欧拉临界力:WEX=2EsA2=3.14

59、2206103989171.802=3.897106N支柱材料的许用应力：c=s1.5=3451.5=230MPa操作状态下支柱的稳定性校核：WOpA+mMOZ1-0.8WOWEX=2.3671050.6429891+18.221061.157.561051-0.82.3671053.897106 =47.2MPac=163.33MPa液压试验状态下支柱的稳定性校核： WTpA+mMTZ(1-0.8WTWEX)=1.2831060.6429891+11.481071.157.561051-0.81.2831063.897106 =225.1MPac=163.33MPa结论：稳定性校核合格。4.

60、7 地脚螺栓计算4.7.1 拉杆作用在支柱上的水平力拉杆和支柱间的夹角：=cot-12Rsin180nl=cot-125990.5sin18085600=39.31拉杆作用在支柱上的水平力:Fc=Pi-jmaxtan=5.57104tan39.31=4.56104N4.7.2 支柱底板与基础的摩擦力支柱地板与基础的摩擦系数：fs=0.4支柱底板与基础的摩擦力：Fs=fsmmingn=0.41405889.818=6.90104N4.7.3 地脚螺栓的选取因FcFs，则球罐不需设置地脚螺栓，但为了固定球罐位置，应设置地脚螺栓。每个支柱上的地脚螺栓个数：nd=2结论：选取M30的地脚螺栓。4.8