压力容器讲座25日上午刘福录

压力容器设计工程师

培训教材

球形储罐

目录24.1型式24.2球壳板24.3装量高度24.4标准24.5设计24.6材料24.7零部件﹑附件24.8球壳板成形

24.9组焊24.10无损检测24.11焊后整体热处理24.12产品焊接试板24.13压力试验和气密性试验24.14特种球罐球形储罐简介球形容器在石油﹑化工﹑冶金﹑城市煤气等工业领域被广泛应用于储存液化石油气﹑液化天然气﹑液氨﹑液氮﹑液氢﹑液氧﹑天然气﹑城市煤气﹑压缩空气等物料。我们把用于储存液体和气体物料的球形容器称为球形储罐。球形储罐壳体受力均匀,在相同直径和相同工况下,球形容器的薄膜应力仅为圆筒形容器环向应力的一半,相应承压能力强﹔且相同容积下球壳表面积最小,质量轻﹔但因球形储罐容积大,需制造厂成形球壳板,安装单位现场组装焊接,制造安装有一定难度,技术要求相对较高。24.1型式

球形储罐型式多样,从形状看有圆球形和椭球形﹔从壳体的层数看,有单层﹑多层﹑双金属层和双重壳球罐﹔从支承方式看有柱式和裙式﹔从球壳板结构型式分有桔瓣式﹑足球瓣式和混合式(见图24-1)。(a)桔瓣式(b)足球瓣式(c)混合式图24-1球壳板结构型式

思考题﹕

1、球形储罐的主要特点是什么﹖2、球壳板结构型式分几种﹖各有什么优缺点﹖

24.2球壳板设计

球壳板设计要点﹕（1）球壳板的几何尺寸应尽可能大。GB12337规定了每块球壳板均不得拼接,球壳板最小宽度不小于500mm。（2）选择合适的钢板规格,提高板材利用率。（3）规格要少,互换性要好。（4）相邻带纵焊缝应相互错开。（5）焊缝布局应均匀,减少装配应力﹑拘束应力与残余应力。思考题

球壳板设计应考虑那些要点？

（6）必须考虑压机及起重能力。设计时须综合考虑以上各要点,经验表明,采用宽而不很长的钢板来制作球壳板是比较经济的。24.3装量高度

<<容规>>规定了盛装液化气体(含液化石油气)的固定式压力容器装量系数一般取0.9。对容器容积经实际测定者,可取大于0.9,但不得大于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:思考题:1、<<容规>>对盛装液化石油气的球罐装量系数有何规定﹖2、试计算内径15700mm,2000m3乙烯罐,其装量高度为12300时的装量系数是多少﹖表24.3常用装量系数K与装量高度系数k的关系24.4标准

国内现行的球罐标准有GB12337-1998《钢制球形储罐》,GB50094-98<<球形储罐施工及验收规范>>,GB/T17261-1998<<钢制球形储罐形式与基本参数>>,SH512-90<<球形储罐施工工艺规范>>,SH3048-99<<石油化工钢制设备抗震设计规范>>等。GB12337-1998和GB50094-98在我国都具有技术法规的效用,且为球罐工程建造的强制性国家标准。表24.4-2列出了两项标准在控制值上存在的差异。思考题:

1、GB12337-1998<<钢制球形储罐>>主要包括哪些内容﹖2、GB12337-1998<<钢制球形储罐>>适用范围是什么﹖3、GB12337-1998<<钢制球形储罐>>与GB50094-98<<球形储罐施工及验收规范>>两者关系如何﹖

24.5设计

设计压力和设计温度是球罐设计的两大参数。球壳的计算需计入液柱净压力。球罐的腐蚀裕量取不小于1mm。球罐设计时应考虑以下载荷:1、压力﹔2、液体静压力﹔3、球罐自重（包括内件）及正常工作条件下或压力试验状态下内装物料的重力载荷﹔4、附属设备与隔热材料﹑管道﹑支柱﹑拉杆﹑梯子﹑平台等的重力载荷﹔5、风载荷,地震力,雪载荷。

表24.5球罐设计中应校核的内容

思考题:

1、球罐设计应考虑哪些载荷？2、怎样计算球壳厚度？

24.6材料球罐用钢应考虑球罐的使用条件(如设计温度﹑设计压力﹑物料特性等)﹑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。球罐用钢许用应力按GB123373.6节选取。

24.6.1球壳用钢板钢板的标准及使用状态见表24.6-1。

24.6.2球罐用锻件球罐用锻件主要用于人孔和接管。锻件应有足够强度﹑塑性和韧性,用于焊接时还应注意其可焊性。锻件用材一般依据球壳用材进行选取,见表24.6-5。

锻件级别由设计者确定,并在图样中注明﹕如16MnⅡ。人孔锻件的级别不应低于Ⅲ级,大于DN150的接管用锻件级别一般也不应低于Ⅲ级。

24.6.3焊条焊条应具有质量部门证明书,质量证明书应包括熔敷金属的化学成分﹑力学性能﹑扩散氢含量等。各项指标应符合GB/T5117<<碳钢焊条>>,GB/T5118<<低合金钢焊条>>,GB/T984<<堆焊焊条>>等标准的有关规定。球罐的焊缝以及直接与球罐焊接的焊缝,应选用低氢型药皮焊条,并按批号进行扩散氢试验,方法按GB/T3965<<熔敷金属中扩散氢测定方法>>的规定进行。思考题:

1、球罐所用材料许用应力如何选取﹖2、球罐用钢应考虑哪些因素﹖3、球罐用国产钢板有哪些﹖对其使用状态有何要求﹖4、设计温度低于0℃而高于-20℃的球罐用钢板有什么要求﹖5、球罐用钢板什么情况下应逐张进行超声检测,其检测标准号及质量等级是什么﹖

24.7零部件﹑附件球罐除球壳板外,通常还有人孔﹑接管﹑支柱﹑拉杆﹑平台梯子﹑安全附件等组成。

24.7.1人孔﹑接管球罐上一般开设物料进出口﹑压力表﹑温度计﹑液位计口﹑安全阀口﹑放空口﹑排污口等。球壳上﹑下极板上应各设置一个公称直径不小于500mm的人孔。接管多采用厚壁管或整体锻件凸缘补强措施,球罐接管应尽量设计在上﹑下极带上,便于集中控制。24.7.2支柱﹑拉杆球罐支承有柱式和裙式两大类。裙式包括圆筒裙式支承,锥形支承及用钢筋混凝土连续基础支承的半埋式支承﹑锥底支承。柱式包括赤道正切柱式支承﹑V型柱式支承和三合一柱式支承。1.支柱支柱顶部与球壳的连接结构分平板式﹑半球式和椭圆式三种。GB12337规定用球形或椭圆形的防雨盖板。

支柱下部与球壳的连接结构有直接连接﹑加托板﹑U形柱和翻边四种,见图24.7-1。2.拉杆

拉杆结构有可调式和固定式两种。24.7.3平台梯子球罐外部设有顶部平台,中间平台以及为了从地面进入这些平台的斜梯﹑直梯或盘梯。大型球罐为便于检修可在内部设置旋转的内梯。24.7.4隔热﹑保冷储存液化石油气﹑可燃性气体及有毒气体的球罐壳体和支柱,应设置隔热设施。隔热设施可采用水喷淋装置或采用不燃性绝热材料覆盖。降温喷淋装置应设计成可向整个球罐表面均匀淋水,其淋水量按球罐外表面积的0.03L/S.m2进行计算。当球罐中储存低温物料(如乙烯﹑液化天燃气﹑液氨等)时应设置保冷设施,保冷结构应充分防止外界热量侵入储罐本体。保冷材料的厚度原则上应为保证在外层材料表面不结露的厚度。保冷结构要在地震﹑风载﹑雨﹑消防水的压力影响之下,能保证绝热的效果。24.7.5附件

1、消防喷淋装置2、压力表3、温度计4、液位计5、安全阀6、紧急切断阀7、接地1、球罐采用赤道正切柱式支承有什么优缺点﹖2、球壳与支柱连接有哪些形式﹖常用何种结构﹖3、支柱结构设计时应考虑哪些因素﹖4、在什么情况下球罐要装设水喷淋装置﹖5、球罐安全阀设置有何规定﹖

思考题:

24.8球壳板成形球壳板由制造单位压制成形。制造单位下料前应按质量证明书对钢材进行验收,必要时尚应复验,并按标准或图样要求进行冲击试验和超声检测。

24.8.1下料球壳板下料方法有二次下料法和一次下料法两种。24.8.2成型球壳板可采用冷压或热压(温压)成形。调质钢应采用冷压成形法。

1、球壳板表面质量﹑曲率﹑几何尺寸允差有何要求﹖2、球壳板坡口表面应符合哪些要求﹖3、用07MnCrMoVR,07MnNiCrVDR钢板制造球壳板应采用什么方法成形﹖

思考题:24.9组焊

24.9.1零部件组焊分段支柱上段与赤道板﹑人孔﹑接管与极板应在制造单位组焊,并进行消除应力热处理。若有后热消氢处理要求者应焊后立即进行。

24.9.2组焊

球罐组焊前应对基础尺寸进行检查,对零部件进行复验。底板与基础﹑拉杆与支柱的固定连接应在压力试验合格后进行。1、组焊组焊方法从装与焊的关系来看,有分片组焊法和分带组焊法之分。2、焊接组焊单位在焊接工艺评定前,应针对钢板的钢号﹑厚度﹑焊接方法及焊接材料选取适宜的方法进行裂纹试验。焊接予热温度由组焊单位通过焊接裂纹试验及焊接工艺评定确定。思考题:

1、分段支柱的上段与赤道板的组焊为什么要在制造单位进行﹖组焊后质量控制有何要求﹖2、球罐在焊接工艺评定前对裂纹试验有什么要求﹖3、在什么情况下球壳焊缝焊后必须立即进行消氢处理﹖24.10无损检测

从事球罐无损检测人员,必须持有质量技术监督部门颁发的有效期内的锅炉压力容器无损检测人员技术等级资格证书。取得Ⅱ级以上证书的人员方可填写和签发检验报告。焊缝表面的形状尺寸及外观检查合格后,方可进行无损检测。用有延迟裂纹倾向钢材制作的球罐,应在焊接结束至少经36h后.方可进行焊缝的无损检测。思考题:

1、对有延迟裂纹倾向的钢材,在探伤时有何规定﹖2、球罐对接接头在什么情况下要进100%的射线或超声检测﹖

24.11焊后整体热处理

球罐焊后整体热处理应在水压试验前进行。焊后热处理的目的是释放残余应力,改善焊接接头的塑性和韧性,恢复冷作时的予应变和时效而丧失的性能,以避免应力腐蚀。思考题:

1、球罐焊后热处理目的是什么﹖哪些球罐应进行整体热处理﹖2、球罐焊后整体热处理对支柱有何要求﹖

24.12产品焊接试板球罐焊接试板通常有三种:焊工考试试板﹑焊接工艺试板和产品焊接试板。

每台球罐应做横焊﹑立焊和平焊加仰焊三个位置的产品试板各一块。当产品焊接试板被判为不合格时,允许将试板及其所代表的球罐重新进行热处理,再按要求重新进行试验。1、球罐焊接试板有几种﹖各有何用途﹖2、当产品焊接试板被判为不合格时,则其所代表的球罐也为不合格,是否就得判废﹖

思考题:24.13压力试验和气密性试验

球罐整体热处理及检验全部合格后,应按图样规定进行压力试验和气密性试验。液压试验和气压试验都属压力试验范畴,球罐一般做液压试验。24.13.1液压试验液压试验介质一般采用水,需要