吉林化工學(xué)院油氣儲運課程設(shè)計PAGEIV吉林化工學(xué)院油氣儲運課程設(shè)計題目1000m3液化石油氣球罐設(shè)計教學(xué)院化工與材料工程學(xué)院專業(yè)班級學(xué)生姓名學(xué)生學(xué)號指導(dǎo)教師20年月日油氣儲運專業(yè)課程設(shè)計ⅡPAGEIVPAGEI課程設(shè)計任務(wù)書1、設(shè)計題目：1000m3液化石油氣球罐設(shè)計2、設(shè)計條件：物料：按照自己題目確定地震設(shè)防烈度：8度安裝地區(qū)：吉林球罐建造場地：Ⅱ類，近震液化石油氣密度：580kg/m33、設(shè)計任務(wù)：儲罐設(shè)計包括工藝設(shè)計和機(jī)械設(shè)計兩部分:(1)工藝設(shè)計:是根據(jù)化工生產(chǎn)任務(wù)提供的工藝條件:包括壓力、溫度、產(chǎn)量、物料性能等,通過工藝計算和生產(chǎn)經(jīng)驗確定設(shè)備的結(jié)構(gòu)型式、設(shè)備總體尺寸及管口尺寸和方位。(2)機(jī)械強(qiáng)度設(shè)計:是在工藝設(shè)計的基礎(chǔ)上,進(jìn)行強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性設(shè)計和校核計算,對設(shè)備的內(nèi)、外附件進(jìn)行選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計計算，最后繪制設(shè)備的裝配圖和零部件圖。4、設(shè)計要求：由于設(shè)計參數(shù)是每個人各不相同，所以，基本上能夠保證學(xué)生獨立完成任務(wù)能力的鍛煉，并可在碰到確實需要討論的個別難題時仍然可以相互討論，從而培養(yǎng)學(xué)生合作解決問題的能力。課程設(shè)計是在課程學(xué)習(xí)階段結(jié)束后，學(xué)生們獨立進(jìn)行的工程設(shè)計工作，是總結(jié)性的、重要的教學(xué)實踐環(huán)節(jié)，其目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識，理論聯(lián)系實踐，分析解決工程實踐問題的能力。本設(shè)計學(xué)生必須完成一張A2裝配圖（包括至少四個詳圖）和編制技術(shù)性設(shè)計說明書一份。5、參考書：（1）董大勤，袁鳳隱，《壓力容器設(shè)計手冊》化學(xué)工業(yè)出版社；（2）丁伯民、黃正林，《化工容器》，化學(xué)工業(yè)出版社出版；（3）徐英、楊一凡、朱萍，《球罐和大型儲罐》，化學(xué)工業(yè)出版社；（4）段常貴，《燃?xì)廨斉洹罚袊ㄖI(yè)出版社；（5）帥健、丁桂杰，《管道及儲罐強(qiáng)度設(shè)計》，石油工業(yè)出版社。（6）TSGR0004-2009《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》。油氣儲運系20年月

摘要經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速的今天，球形容器的制造水平也正在高速發(fā)展，由于球形容器多數(shù)作為有壓儲存容器，所以稱球形容器（簡稱“球罐”）。球罐為大容量、承壓的球形儲存容器，廣泛應(yīng)用于石油、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)的儲存容器。也可作為壓縮氣體（空氣、氧氣、氮氣、城市煤氣）的儲罐。隨著石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，液化石油氣作為一種化工基本原料和新型燃料，已愈來愈受到人們的重視。在化工生產(chǎn)方面，液化石油氣經(jīng)過分離得到乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯等，用來生產(chǎn)合塑料、合成橡膠、合成纖維及生產(chǎn)醫(yī)藥、炸藥、染料等產(chǎn)品。用液化石油氣作燃料，由于其熱值高、無煙塵、無炭渣，操作使用方便，已廣泛地進(jìn)入人們的生活領(lǐng)域。此外，液化石油氣還用于切割金屬，用于農(nóng)產(chǎn)品的烘烤和工業(yè)窯爐的焙燒等。常常液化石油氣的儲存形式就是利用球罐的特點，為國家節(jié)省很多資源。球罐的大型化是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它涉及到多個學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域。關(guān)鍵詞：球罐；液化石油氣；技術(shù)領(lǐng)域目錄課程設(shè)計任務(wù)書 I摘要 II第一章緒論 11.1球罐的特點 11.2球罐的分類 11.2.1按儲藏溫度 11.2.2按結(jié)構(gòu)形式分類 11.3球罐的發(fā)展歷史 2第二章材料的選擇 32.1球罐用鋼基本要求分析 32.2國內(nèi)球罐的常用鋼種 32.3選材 32.3.1鋼板 32.3.2.焊接材料 42.3.3接管 42.3.4鍛件 42.3.5螺栓.螺母 42.3.6力學(xué)性能及工藝性能 5第三章設(shè)計參數(shù)確定 6第四章結(jié)構(gòu)設(shè)計 84.1球殼的設(shè)計 84.2支座的設(shè)計 94.3拉桿的設(shè)計 9第五章壁厚計算和強(qiáng)度校核 115.1球殼計算 115.2球罐的質(zhì)量計算 115.3地震載荷計算 125.3.1自振周期 125.3.2地震力 135.4風(fēng)載荷計算 135.5彎距計算 145.6支柱的計算 145.6.1單個支柱的垂直載荷 145.6.2組合載荷 155.6.3單個支柱彎矩 155.6.4支柱穩(wěn)定性校核 165.7地腳螺栓計算 175.7.1拉桿作用在支柱上的水平力 175.7.2支柱底板與基礎(chǔ)的摩擦力 185.7.3地腳螺栓 185.8支柱底板 185.8.1支柱底板直徑 185.8.2底板厚度 195.9拉桿計算 195.9.1拉桿螺紋小徑的計算 195.9.2拉桿連接部位的計算 205.10支柱與球殼連接最低點a的應(yīng)力校核 215.10.1a點的剪切應(yīng)力 215.10.2a點的緯向應(yīng)力 225.10.3a點的應(yīng)力校核 225.11支柱與球殼連接焊縫的強(qiáng)度校核 22參考文獻(xiàn) 24結(jié)束語 25教師評分表 26第一章緒論1.1球罐的特點球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。球罐與圓筒容器（即一般貯罐）相比，在相同直徑和壓力下，殼壁厚度僅為圓筒容器的一半，鋼材用量省，且占地較小，基礎(chǔ)工程簡單。但球罐的制造、焊接和組裝要求很嚴(yán)，檢驗工作量大，制造費用較高。在煉油廠、石油化工廠、城市燃?xì)夤?yīng)部門都有廣泛應(yīng)用。1.2球罐的分類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。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。球罐的支撐結(jié)構(gòu)最常見的為赤道正切式，其次為對稱式、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,應(yīng)采用復(fù)式橢球型球罐。1.2.1按儲藏溫度球罐一般用于常溫或低溫，只有極個別場合，如造紙工業(yè)用的蒸煮球罐，使用溫度高于常溫。常溫球罐如液化石油氣（LNG）、氨、煤氣、氧等球罐。一般說這類球罐的壓力較高，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)計溫度大于-20℃。低溫球罐這類球罐的設(shè)計溫度低于或等于-20℃，一般不低于-100℃。深冷球罐設(shè)計溫度-100℃以下，往往在介質(zhì)液化點以下儲存，壓力不高，有時為常壓。由于對保冷要球罐高，常采用雙層球殼。目前國內(nèi)使用的球罐，設(shè)計溫度一般在-40℃~50℃之間。1.2.2按結(jié)構(gòu)形式分類按形狀分有圓球形、橢球形、水滴形或上述幾種形式的混合。圓球形按分瓣方式有橘瓣式、足球瓣式、混合式三種。圓球形按支撐方式分有支柱式、裙座式兩大類。1.3球罐的發(fā)展歷史早在1910年，美國就開始制造球罐，1950年以后才得到初步發(fā)展。60年代以后，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。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200～1000m3，最大容積8250m3、直徑25.1m。2000-2007年，中國LPG市場表觀消費量也呈現(xiàn)增長態(tài)勢，2000年中國LPG表觀消費量1481萬噸，2007年增長到2278萬噸，年均增長率6.73%。其中2000-2005年增長尤快，年均增速接近10%；2005-2007年，隨著替代品(天然氣、電力、二甲醚等)資源的增加，中國LPG消費量增長減緩，年均增長率下降到1%。2005年，中國LPG總產(chǎn)量、商品產(chǎn)量、商品消費量、總消費量比2004年有所增長；而進(jìn)口量、出口量則有所下降。其中LPG總產(chǎn)量為1473.36萬噸，比2004年增長5.4%；商品產(chǎn)量為1353.4萬噸，比2004年增長5.9%；商品消費量為1964.93萬噸，比2004年增長2.7%；總消費量為2084.81萬噸，比2004年增長2.5%；進(jìn)口量為614.12萬噸，比2004年減少3.8%；出口量為2.67萬噸，比2004年減少16.3%。2006年，中國LPG總消費量與商品消費量分別為2133.69萬噸和2019.12萬噸，成為世界上第二大LPG消費大國。同時，國內(nèi)LPG產(chǎn)量穩(wěn)定增加，2006年總產(chǎn)量為1613.7萬噸，位居世界第三。國內(nèi)市場需求的減少與自主產(chǎn)量的增加，使中國LPG進(jìn)口市場遭受進(jìn)一步擠壓，出口量大幅增加。2003-2007年我國液化石油氣產(chǎn)量呈現(xiàn)快速增長態(tài)勢，由2003年的1319.7萬噸增長至2007年的1918.1萬噸，增幅達(dá)598.4萬噸。進(jìn)入2008年下半年以來，國內(nèi)外經(jīng)濟(jì)形勢發(fā)生了較大的變化，受世界金融危機(jī)影響，2008年3季度以來國內(nèi)LPG需求下降，價格下跌，液化石油氣市場需求表現(xiàn)低迷，2008年國內(nèi)市場液化石油氣材表觀消費量增速明顯下降。盡管中央采取積極的的宏觀調(diào)控政策，但業(yè)內(nèi)人士對液化石油氣發(fā)展前景仍十分擔(dān)憂。近年來，雖然天然氣的快速發(fā)展會對國內(nèi)LPG市場產(chǎn)生沖擊,但影響力度是有限的；在相當(dāng)一段時期內(nèi),國內(nèi)LPG產(chǎn)業(yè),無論是生產(chǎn)、運輸、銷售企業(yè),還是進(jìn)口氣經(jīng)營企業(yè),仍然大有可為。具體原因如下：能源利用結(jié)構(gòu)合理化、優(yōu)質(zhì)化、多元化是保持經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的基本要求和必然趨勢,有利于國家能源安全體系的建立。縱觀我國能源需求現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢,LPG與天然氣將長期處于共存的狀態(tài),兩種清潔能源優(yōu)勢互補(bǔ),實現(xiàn)共同發(fā)展。LPG的利用具有不受管道限制、投資少、見效快、供氣靈活的優(yōu)勢,對于遠(yuǎn)離天然氣管網(wǎng)的城市周邊地區(qū)、中小城鎮(zhèn)、占人口70%以上的廣大農(nóng)村，LPG存在巨大的市場空間。第二章材料的選擇球罐材料不僅按其儲存物料的性質(zhì)。壓力，溫度等因素選定具有足夠強(qiáng)度的材料，而且還應(yīng)考慮到所選材料應(yīng)具有良好的焊接性能和加工性能，同時還應(yīng)考慮材料的供給可靠性及經(jīng)濟(jì)性等。材料是球罐設(shè)計、制造的基礎(chǔ)，材料的性能和質(zhì)量的好壞直接影響著球罐的質(zhì)量和安全使用。因此，材料問題已成為球罐的關(guān)鍵問題，直接影響著我國球罐的安全使用。2.1球罐用鋼基本要求分析球罐存儲的介質(zhì)一般為壓縮氣體或液化氣體，大部分為易燃、易爆有毒物質(zhì)。因此球罐用鋼的安全可靠性是最重要的，球罐用鋼必須滿足國務(wù)院頒發(fā)的《鍋爐壓力容器安全監(jiān)察暫行條例》和國家質(zhì)檢總局頒發(fā)的《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》等法規(guī)和規(guī)范，及GB150、GB12337等國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，必須是壓力容器專用鋼。球罐用鋼選擇主要從兩方面考慮：一是技術(shù)性和安全性，即加工及使用性能，在滿足強(qiáng)度要求的前提下，應(yīng)保證良好的成型性，優(yōu)良的焊接、熱處理性，足夠高的缺口韌性值和長期可靠的使用性能；二是經(jīng)濟(jì)性，即應(yīng)在確保安全的前提下經(jīng)濟(jì)合理，因為鋼材的價格在球罐投資上占有較大的比例，對球罐用鋼提出過高的要求，勢必會增加成本，難以保證經(jīng)濟(jì)性。2.2國內(nèi)球罐的常用鋼種我國球罐選用的材料主要是國產(chǎn)鋼材，在役國產(chǎn)球罐用材主要有：A3F、A3、A3R、20R、16Mn、15MnV、15MnVR、15MnVN、15MnVNR、16MnDR、09Mn2VDR及從國外引進(jìn)的各種球罐材料。到二十世紀(jì)末為止，我國建設(shè)的球罐主要選用16MnR，約占總量的85%左右，進(jìn)入21世紀(jì)以后據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB12337-98《鋼制球形儲罐》規(guī)定，球罐用材可選20R、16MnR、15MnVR、15MnVNR、16MnDR、09Mn2VDR，國產(chǎn)低溫球罐可選用07MnCrMoVR、07MnNiCrMoVDR（CF鋼）。2.3選材球罐材料不僅按其儲存物料的性質(zhì)。壓力，溫度等因素選定具有足夠強(qiáng)度的材料，而且還應(yīng)考慮到所選材料應(yīng)具有良好的焊接性能和加工性能，同時還應(yīng)考慮材料的供給可靠性及經(jīng)濟(jì)性等。2.3.1鋼板球罐用鋼板國外有兩條選材原則：歐洲國家廣泛采用屈服極限294--441MPa級的中強(qiáng)鋼。屬于Mn-Si、Mn-V，Mn-Nb和Mn-Ni-v系鋼，厚度不加控制。當(dāng)厚度超過規(guī)定的界限時。兩種選材原則各有其優(yōu)缺點。國內(nèi)研制的490MpaWCF62鋼(低焊接裂紋敏感性的鋼種)。這鋼號為07MnCrMoVR、07MnNiMoVDR及16MnR(WH5l0)、15MnNbR<WH530)和BP46ON，已用于工程，主要用于建造氧氣球罐和低溫罐。使球罐用材方面增加了很大的選擇性。拓寬了球罐的應(yīng)用領(lǐng)域，為我國的球罐大型化奠定了基礎(chǔ)。2.3.2.焊接材料隨著球建造的不斷進(jìn)步，在施工現(xiàn)場手工電弧焊焊接球罐的傳統(tǒng)工藝受到挑戰(zhàn)。近五年來在引進(jìn)裝備的基礎(chǔ)上，用氣體保護(hù)自動焊代替于工焊的逐漸增多，因此GBl2337對氣體保護(hù)自動焊焊絲的要球罐予以規(guī)定。表1.1幾種典型球罐用鋼力學(xué)性能技術(shù)要求對比標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)條件鋼號交貨狀態(tài)板厚mm拉伸試驗沖擊試驗MPaMPa%試驗溫度及取樣方向/JGB6654-199616MnR正火>6~16≥345510~640≥210℃(橫向)≥3116~36≥325490~620GB19189-200307MnCrMoVR調(diào)制12~60≥490610~730≥17-20℃(橫向)≥47GB6654-1996第一號修改單15MnNbR正火10~16≥370530~650≥20-20℃(橫向)≥34>16~36≥360530~650>36~60≥350520~6402.3.3接管由［3］表5選16Mn,正火狀態(tài),其機(jī)械性能及要求應(yīng)符合［3］表5、表6的要求。2.3.4鍛件選16MnD(［3］表7)采用正火加回火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)，要求及機(jī)械性能應(yīng)符合［3］規(guī)定。(表8)2.3.5螺栓.螺母按［3］表10規(guī)定,螺栓選35,螺母選Q235GB699其機(jī)械性能及要求應(yīng)符合［3］規(guī)定。表9正火狀態(tài)。2.3.6力學(xué)性能及工藝性能鋼號交貨狀態(tài)鋼板厚度mm拉伸實驗沖擊實驗冷彎實驗抗拉強(qiáng)度MPa屈服點MPa伸長率%溫度℃V形沖擊功AkvB=2a1800不小于不小于低溫低合金鋼鋼板16MnDR正火或正火+回火6-16>16-36>36-60>60-100490-620470-600450-580450-58031529527525521-40-3024D=3a07MnNiCrMoVDR調(diào)制16-50610-74049017-4047D=3a09Mn2VDR正火或正火+回火6-16440-57029022-5027D=2a>16-36420-560270注：表中b為寬度；a為鋼材厚度；d為彎心直徑。第三章設(shè)計參數(shù)確定一、確定設(shè)計參數(shù)（一）設(shè)計溫度儲罐放在室外，罐的外表面有灑水的設(shè)備。在吉林地區(qū)，夏季可能達(dá)到的最高氣溫為40℃。罐體上的溫度最高氣溫將近60℃。（二）設(shè)計壓力球罐上裝設(shè)水噴淋裝置是為了內(nèi)盛的液化石油氣。液化石油氣被壓縮到1.1~1.4MPa。液化石油氣40℃時的飽和蒸汽壓查得為：P汽=1.77MPa(絕對壓力)。(三)焊縫系數(shù)球罐采用X坡口，雙面對接焊,并進(jìn)行100%的無損探傷,查表知=1.0(四)水壓試驗壓力由[4]知水壓試驗壓力為：=1.25球殼材料為16MnR，初選板厚為40,由[3]表3查得=163MPa,=163MPa則=1.25P×163/163=1.25×1.77×1=2.21MPa試驗時水溫不得低于5℃。按公稱容積4003設(shè)計，由[2]附錄一P41查得球罐基本參數(shù)如表一1-1表1-1球罐基本參數(shù)公稱容積1000各帶球心角各帶分塊數(shù)上極帶54°／3內(nèi)徑㎜12500上溫帶36°／20幾何容積1023赤道帶54°／20支座型式赤道正切式下溫帶36°／20支柱根數(shù)10下極帶54°／3分帶數(shù)5總數(shù)據(jù)設(shè)計參數(shù)如下公稱容積：1000球罐直徑：12500mm幾何容積：1023支座形式：赤道正切式支柱根數(shù)：10根分?jǐn)?shù)帶：5帶設(shè)計壓力：1.77MPa設(shè)計溫度：55℃充裝系數(shù)：0.85防震系數(shù)：8度建造場地：吉林Ⅱ類近震基本雪壓值：750N/風(fēng)壓值：550Pa儲存物料：液化石油氣物料密度：580kg/平均分子量：50比重0.56（水為1）運動粘度2.4×107/s絕熱指數(shù)1.12球罐用材：16MnR鋼許用應(yīng)力：=163MPa第四章結(jié)構(gòu)設(shè)計球罐的結(jié)構(gòu)型式是多種多樣的。根據(jù)不同的使用條件（介質(zhì)、容量、壓力、溫度)，使用不同的材料，球罐的設(shè)計和制造水平的差異，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。4.1球殼的設(shè)計球殼是球罐的主體，它是儲存物料和承受物料工作壓力和液柱壓力的構(gòu)件。球殼幾何尺寸較大，用材量大，它必須由許多瓣片組成．球殼設(shè)計要按照如下的設(shè)計準(zhǔn)則進(jìn)行：(1)必須滿足所儲存物料在容量、壓力、溫度方面要求，且安全可靠；(2)受力狀況最佳；(3)考慮瓣片加工機(jī)械(油壓機(jī)或水壓機(jī))的跨度大小，運箱條件的可能，盡量采用大的瓣片結(jié)構(gòu)，使焊縫長度最小，減少安裝工作量，(4)考慮鋼板的規(guī)格，增強(qiáng)球殼板的互換性，盡量提高板材的利用率。國內(nèi)自行設(shè)計、制造、組裝焊接的球罐多為橘瓣式和混合式排板組成的球殼。其基本結(jié)構(gòu)參照G/T17261殼結(jié)構(gòu)形式主要分為足球瓣式、桔瓣式和混合式3種(如圖4.1)。（1）足球瓣式球罐球殼用均分法劃分，每塊球殼板尺寸相同，下料成型規(guī)格化，材料利用率高且互換性好，組裝焊接接頭較短，焊接檢驗工作量小，但焊接接頭布置復(fù)雜，施工組裝困難，對球殼板的制造精度要求高。（2）桔瓣式球殼像桔子瓣(或西瓜瓣)，焊接接頭布置簡單，組裝容易，球殼板制造簡單，但材料利用率低，對接焊縫總長度長，檢驗工作量大[12]。（3）混合式球罐的球殼組成是：赤道帶和溫帶采用桔瓣式，極板采用足球瓣式。它集中了桔瓣式和足球瓣式兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，在國外已被廣泛采用，從國外引進(jìn)的球罐大量采用了該結(jié)構(gòu)。不同結(jié)構(gòu)形式對球罐的制造、安裝質(zhì)量以及投用后的安全可靠性都會帶來重大的影響。先進(jìn)合理的結(jié)構(gòu)，既可合理地利用材料，減少浪費，降低成本；又可有效地減少焊縫總長，減少制造和安裝過程中的工作量，提高使用中的安全可靠性。不同分瓣形式分帶的數(shù)量一般不同，混合式的分帶數(shù)一般會比桔瓣式少；由于混合式球罐極帶有7塊板組成，桔瓣式只有3塊，兩極相加多8塊，因此如果兩種分瓣形式的支柱和帶數(shù)完全相同，混合式球罐的球殼板數(shù)量反而比桔瓣式多一些。因此一臺球罐結(jié)構(gòu)形式的先進(jìn)與否不能簡單看是用混合式還是桔瓣式，而要從焊縫的總長、鋼材利用率和制造安裝難度來考慮，它同時受鋼廠供貨尺寸和運輸條件的限制。對于小型球罐如400m3的球罐往往采用桔瓣式結(jié)構(gòu)更合理。而大中型球罐采用混合式分瓣方法優(yōu)勢更為明顯。圖4.1球罐分瓣形式a)足球式b)桔瓣式c)足球桔瓣混合式4.2支座的設(shè)計球罐支座是球罐中用以支撐本體質(zhì)量和儲存物料質(zhì)量的結(jié)構(gòu)部件。為了對付各種影響因素，結(jié)構(gòu)形式比較多，設(shè)計計算也比較復(fù)雜。支撐主要可分成柱式支撐和裙式支撐。此外，還有V形柱式支撐、三樁合一形柱式支撐，裙式支撐<包括圃筒形裙式支撐和錐形裙式支撐)、錐底支撐(也是裙式支撐)、鋼筋混凝土連續(xù)基礎(chǔ)支撐，半埋式支撐、高架式支撐(也有柱式和裙式之分)、可脹縮的支撐(柱式支撐的變種)。圖4.2無補(bǔ)強(qiáng)板平扳頂有托板結(jié)構(gòu)的柱頭1—端板，2一托板：3一支柱：4一球片4.3拉桿的設(shè)計拉桿是作為承受風(fēng)載荷及地震載荷的部件，增加球罐的穩(wěn)定性而設(shè)置。拉桿結(jié)構(gòu)可分為可調(diào)式和固定式兩種。目前，國內(nèi)自行建造的球罐和引進(jìn)球罐的大部分采用可調(diào)式拉桿。本球罐的支承結(jié)構(gòu)采用單層可調(diào)式拉桿結(jié)構(gòu)，如圖（4.3）圖4.3單層交叉可調(diào)式拉桿1一支柱，2一支耳，3一長拉桿，4—調(diào)節(jié)螺母，5一短拉桿第五章壁厚計算和強(qiáng)度校核5.1球殼計算液柱的高度H：H=K1R=1.5112×6250=9445mm；液體的凈壓力P=94450.05Mpa計算壓力：Mpa球罐的壁厚：mm對于07MnCrMoVR取負(fù)偏差mm，mm（設(shè)備設(shè)計），C=2mm設(shè)計厚度C=36.99mm，圓整后可取=40mm。5.2球罐的質(zhì)量計算球殼平均直徑：=12500+30=12540mm；球殼材料密度：=7810Kg/m3充裝系數(shù)：K=0.85水的密度：=1000㎏/m3球外殼直徑：=12580mm基本雪壓值：q=750/N·m-2球面積雪系數(shù)：=0.4球殼質(zhì)量:m1==3.14×12540×30×7810×10-9=1.14×105kg。物料質(zhì)量:m2=×K=×125003×580×10-9×0.85=5.04×105㎏液壓實驗時液體的質(zhì)量：m3==×125003×1000×10-9×0.85=8.69×105㎏積雪質(zhì)量：m4==×125802×750×0.4×10-6=3803㎏保溫層質(zhì)量：=0支柱和拉桿的質(zhì)量:=8000支柱質(zhì)量：mz=10××（6002-5842）×8000×7810×10-9=9291kg拉桿質(zhì)量：=20××（1502-1402）×7725×7810×10-9=2746kg支柱和拉桿的總質(zhì)量：=mz+ml=9291+2746=12047kg附件質(zhì)量：=4000㎏操作狀態(tài)下的球罐的質(zhì)量：114000+504000+3800+0+12050+4000=637850㎏液壓狀態(tài)下的球罐的質(zhì)量：=114000+869000+12050+4000=999050㎏球罐的最小質(zhì)量：=114000+12505+4000=130050㎏5.3地震載荷計算5.3.1自振周期支柱底板面至球殼中心的距離:=8000mm支柱數(shù)目：n=10支柱材料16MnR的常溫彈性模量=2.05×105MPa支柱外直徑＝600mm；支柱內(nèi)直徑：＝584mm；支柱橫截面的慣性矩：I==支柱底板面至拉桿中心線與支柱中心線交點處的距離：=6690mm。拉桿系數(shù)可由下表求出：=0.148球罐的基本自振周期=0.75s5.3.2地震力綜合影響系數(shù)：=0.45；地震影響系數(shù)的最大值：=0.45；特征周期：=0.4s；以上數(shù)據(jù)來源于《化工設(shè)備設(shè)計手冊》對應(yīng)與自振周期T的地震影響系數(shù)：球罐水平地震力：=0.45×0.2555×637850×9.81=7.2×105N5.4風(fēng)載荷計算確定各參數(shù)風(fēng)載荷系數(shù)：K1=0.4見［3］P486系數(shù)=1.25（由［3］表（5）按T查得）風(fēng)振系數(shù)：K2=1+0.35=1+0.35×1.25=1.43710米高處基本風(fēng)壓值：=550N/m2（由［2］表4-3查得）支柱底板底面至球殼中心距離：m風(fēng)壓高度變化系數(shù):=1.0附件上面大系數(shù)：=1.1(由［3］P487得):5.5彎距計算與的較大值：=719434+0.25×43201.9=730234.4N=43201.9N=730234.4N力臂：L=H-=8000-6690=1310mm由水平地震力和水平風(fēng)力引起的最大彎距：730234.4×1310=9.57×108N.mm5.6支柱的計算5.6.1單個支柱的垂直載荷a.重力載荷操作狀態(tài)下的重載：=625093N水壓試驗下的重載：=979069Nb.最大彎距對支柱產(chǎn)生垂直載荷（Fi）max的計算，R=Ri=6250mm(Fi)max=0.25=0.25C．拉桿作用在支柱上的最大垂直載荷。（Pi-j）max=0.3266d.最大垂直載荷，以上b.c.兩項之和的最大值即（Fi+Pi-j）max.（Fi+Pi-j）max=0.1768=0.1768×+0.3018×=262971.4N5.6.2組合載荷a.操作狀態(tài)下支柱的最大垂直載荷:=+（Fi+Pi-j）m==521345.3+262971.4=784316.7Nb.水壓試驗狀態(tài)下支柱的最大垂直載荷:+0.3（Fi+Pi-j）max×=+0.3×262971.4×=905606.3N5.6.3單個支柱彎矩（1）偏心彎矩操作狀態(tài)下赤道線的液柱高度：h0e=3801.7mm；液壓試驗狀態(tài)下赤道線的液柱高度：hTe=6250mm；操作狀態(tài)下物料在球殼赤道線的液柱靜壓力：=g×10-9=3801.7×550×9.81×10-9=0.021MPa；液壓試驗狀態(tài)下液體在赤道線的液柱靜壓力：=g×10-9=6250×1000×9.81×10-9=0.061MPa；球殼的有效厚度：δe=δn–c=30-1=39mm；操作狀態(tài)下物料在球殼赤道線的薄膜應(yīng)力：===143.96MPa液壓試驗狀態(tài)下液體在球殼赤道線的薄膜應(yīng)力：===151.19MPa球殼內(nèi)半徑：Ri=6250mm球殼材料的泊松比：μ=0.3球殼材料16MnR的彈性模量：E=2.05×105MPa；操作狀態(tài)下支柱的偏心彎矩：=(1-μ)=N·mm=336825.3N·mm液壓試驗狀態(tài)下支柱的偏心彎矩：=(1-μ)=·mm（2）附加彎距操作狀態(tài)下支柱的附加彎距：=N·mm液壓狀態(tài)下支柱的附加彎距：=N·mm(3)總彎距操作時支柱總彎距MO:N·mm液壓狀態(tài)下支柱的總彎距MT:N.mm5.6.4支柱穩(wěn)定性校核（1）支柱的偏心率計算單個支柱的橫截面積：A=(do2-di2)=(6002-5842)=14871mm2單個支柱的截面系數(shù)：Z=(do4-di4)=(6004-5844)=mm3操作狀態(tài)下支柱的偏心率：=3.78（2）穩(wěn)定性校核計算長度系數(shù)：K3=1.0；支柱的慣性半徑：ri=mm支柱長細(xì)比：λ=操作狀態(tài)下偏心受壓支柱的穩(wěn)定系數(shù)，按GB12337-98表18選取：=0.859液壓試驗狀態(tài)下偏心受壓支柱的穩(wěn)定系數(shù)，按GB12337-98表18選取：=0.688支柱材料：16MnR，s=345MPa支柱材料的許用應(yīng)力：==345÷1.5=230MPa操作狀態(tài)下支柱的穩(wěn)定性校核：液壓試驗狀態(tài)下支柱的穩(wěn)定性校核：操作狀態(tài)和液壓試驗狀態(tài)都滿足穩(wěn)定性條件，則通過。5.7地腳螺栓計算5.7.1拉桿作用在支柱上的水平力拉桿和支柱間的夾角：36.3°=0.7345拉桿作用在支柱上的水平力：=13400×0.7345=9842.3N5.7.2支柱底板與基礎(chǔ)的摩擦力支柱底板與基礎(chǔ)的摩擦系數(shù)：fs=0.4支柱底板與基礎(chǔ)的摩擦力：=51000N5.7.3地腳螺栓因Fs〉Fc，球罐不須設(shè)置地腳螺栓。但是為了固定球罐的位置，設(shè)置兩個M30定位的地腳螺栓。5.8支柱底板5.8.1支柱底板直徑基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土，其許用壓應(yīng)力：=3.0MPa地腳螺栓直徑d=30mm；支柱底板直徑：選取底板直徑=1100mm圖5.2基礎(chǔ)示意圖5.8.2底板厚度底板的壓應(yīng)力：底板外邊緣至支柱外表面的距離：Lb=（1100-600）/2=250mm底板材料：Q235-A，s=225MPa底板材料的許用彎曲應(yīng)力：===150MPa底板的腐蝕裕量：Cb=3mm底板厚度：mm選取底板厚度40mm。圖5.3拉桿結(jié)構(gòu)示意圖5.9拉桿計算5.9.1拉桿螺紋小徑的計算：拉桿的最大拉力：=拉桿材料：16MnR，s=320MPa拉桿材料的許用應(yīng)力：[]T=S/1.5=320÷1.5=213.33MPa拉桿的腐蝕裕量：=2mm 拉桿螺紋小徑：選取拉桿的螺紋公-稱直徑為20mm。5.9.2拉桿連接部位的計算:（1）銷子直徑銷子材料：45號鋼，s=295MPa銷子材料的許用剪切應(yīng)力：=0.4s=0.4×295=118MPa銷子直徑：選取銷子直徑dP=10mm（2）耳板厚度耳板材料：Q235鋼，s=235MPa耳板材料的許用應(yīng)力：===213.6MPa耳板厚度：mm選取耳板厚度為10mm。（3）翼板厚度翼板材料：Q235，sˊ=235MPa翼板厚度：mm選取翼板厚度為10mm。（4）焊縫強(qiáng)度驗算支柱與耳板連接焊縫單邊長度：=400mm支柱與耳板連接焊縫焊角尺寸：=10mm支柱或耳板材料屈服點的較小值：s=235MPa角焊縫系數(shù)：a=0.7；焊縫許用剪切應(yīng)力：w=0.4sa=0.4×235×0.7=65.8MPa耳板與支柱連接焊縫的剪切應(yīng)力校核：拉桿與翼板連接焊縫單邊長度：L1=1800mm拉桿與翼板連接焊縫焊角尺寸：S1=8mm拉桿與翼板材料屈服點的較小值：s=235MPa角焊縫系數(shù)：a=0.7；焊縫許用剪切應(yīng)力：w=0.4sa=0.4×235×0.7=65.8MPa拉桿與翼板連接焊縫的剪切應(yīng)力校核：5.10支柱與球殼連接最低點a的應(yīng)力校核5.10.1a點的剪切應(yīng)力支柱與球殼連接焊縫單邊的弧長：Lw=1400mm球殼a點處的有效厚度：δca=55mm操作狀態(tài)下a點的剪切應(yīng)力：液壓試驗狀態(tài)下a點的剪切應(yīng)力：5.10.2a點的緯向應(yīng)力a.操作時a點緯向應(yīng)力==P——a點液柱靜壓力為0.021b.水試時a點緯向應(yīng)力：=PTa——水試時液柱靜壓力為0.061（a點的）5.10.3a點的應(yīng)力校核操作狀態(tài)下a點的組合應(yīng)力：=01+0=4.3+102.2=106.5MPa液壓狀態(tài)下a點的組合應(yīng)力：=T1+=6.37+106.8=113.17MPa應(yīng)力校核：0a=106.