第 24章 球形储罐
压力容器设计工程师培训教材
目 录
? 24.1 型式 (TYPE)
? 24.2 球壳板 (SHELL PLATES)
? 24.3 装量高度 (FILLING HEIGHT)
? 24.4 标准 (STANDARD)
? 24.5 设计 (DESIGN)
? 24.6 材料 (MATERIAL)
? 24.7 零部件 ﹑ 附件 (PARTS,ATTACHMENTS)
? 24.8球壳板成形 (FORMING OF SHELL
PETALS)
? 24.9组焊 (ASSEMBLY WELDING)
? 24.10无损检测 (NONDESTRUCTIVE
EXAMINATION)
? 24.11焊后整体热处理 (POSTWELD
HEAD TREATMENT FOR
COMPLETED TANK AS A WHOLE)
? 24.12产品焊接试板 (PRODUCT
WELDED TEST COUPON)
? 24.13压力试验和气密性试验 (STATIC
PRESSURE TEST AND PNEUMATIC
TEST)
? 24.14特种球罐 (SPHERICAL TANK
FOR SPECIAL PURPOSE)
(a)桔瓣式 (b)足球瓣式 (c)混合式
24.1型式
图 24-1 球壳板结构型式
表 24.1 1000m3桔瓣式与混合式球罐比较表
型式
球壳
分带数
支柱
根数
总块数 各带分块数
焊缝
长度
( m )
桔瓣式 5 8 54 3+ 16+ 16+ 16+ 3 352
引进罐
混合式 3 8 28 7+ 14+ 7 272
桔瓣式 5
8
10
54
66
3+ 16+ 16+ 16+ 3
3+ 20+ 20+ 20+ 3
G B/ T17 261
混合式
3
4
8
10
30
54
7+ 16+ 7
7+ 20+ 20+ 7
24.2球壳板
? 球壳板设计要点 ﹕
? (1)球壳板的几何尺寸应尽可能大 。
? (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 。
? (6)必须考虑压机及起重能力 。
图 24-2 引进 1000m3丙烯罐俯视图
名称 块数
球壳板尺寸
长 x 宽 ( 弧长 ) m m
原材料钢板尺寸
长 x 宽,mm
赤道板
温带板
极中板
极侧板
20
40
2
4
60 4 7,6x 22 3 7,6
60 4 7,6x 22 3 7,6
61 5 5x 24 50 (2 0 块 )
62 5 0x 35 15 (2 0 块 )
60 8 5x 30 55 (2 块 )
53 3 0x 30 65 (2 块 )
面积总和
(m
2
)
746 81 0,83
表 24.2-1 1900m3乙烯罐下料表
公称
容积
内径 各带板数 各带球心角°
(m
3
) ( m m ) L M N
型式
S1 S2 S3 S4 S5
支柱
数量
焊缝长度
( m )
400 9150 12 – – A 90 30 30 – – 6 154, 4
500 9850 12 – – A 90 30 30 – – 6 166, 2
600 105 0 0 12 – – A 90 30 30 – – 6 177, 1
700 1 10 50 12 – – A 90 30 30 – – 6 186, 4
800 1 15 50 12 – – B 60 24 24 – – 8 224, 5
900 120 0 0 12 – – B 60 24 24 – – 8 233, 3
1000 124 5 0 16 – – B 70 22 22 – – 8 274, 5
1500 142 5 0 16 – – B 70 22 22 – – 8 314, 2
2000 156 5 0 15 – – B 70 22 20 – – 10 335, 5
2500 168 5 0 18 – – B 80 20 20 – – 12 402, 9
3000 179 0 0 18 18 – C 10 40 18 18 – 12 494, 6
3500 188 5 0 21 21 – D 50 22,5 17 17 – 14 513, 6
4000 197 0 0 24 24 – D 50 25 16 16 – 16 708, 7
5000 212 5 0 24 24 – D 50 27,5 15 15 – 16 775, 5
6000 225 5 0 24 24 24 E 40 30 20 14 14 16 892, 5
表 24.2-2 国外某公司液体球罐球壳板分割表
表 24.2-2附图 -球罐型式
球罐装量系数与装量高度关系,
装量系数 K系球缺体积 V′与壳体
积 V之比值,
令,装量系数 K相对应的装量高度
H为,H=kDi
k为装量高度系数,则,K=3k2-2k3
例,1000m3丙烯球罐,内径
Di=12300mm,装量系数 K=0.9,
求装量高度?
解,查表 24.3:K=0.9得 k=0.8042
则其装量高度为,
H=kDi=0.8042x12300=9891.66
mm
24.3 装量高度
3
2
3
4
)3('
iR
HRiH
V
VK
?
? ?
??
H
Di
K k K k K k K k K k
0,50 0,5000 0,60 0,5671 0,70 0,6368 0,80 0,7129 0,90 0,8042
0,51 0,5067 0,61 0,5739 0,71 0,6440 0,81 0,721 1 0,91 0,8150
0,52 0,5133 0,62 0,5807 0,72 0,6513 0,82 0,7294 0,92 0,8263
0,53 0,5200 0,63 0,5876 0,73 0,6587 0,83 0,7380 0,93 0,8383
0,54 0,5367 0,64 0,5945 0,74 0,6661 0,84 0,7467 0,94 0,8510
0,55 0,5334 0,65 0,6014 0,75 0,6736 0,85 0,7556 0,95 0,8646
0,56 0,5401 0,66 0,6084 0,76 0,6813 0,86 0,7647 0,96 0,8796
0,57 0,5468 0,67 0,6154 0,77 0,6890 0,87 0,7741 0,97 0,8964
0,58 0,5535 0,68 0,6225 0,78 0,6968 0,88 0,7838 0,98 0,9160
0,59 0,5603 0,69 0,6296 0,79 0,7048 0,89 0,7938 0,99 0,941 1
表 24.3 装量系数 K与装量高度系数 k的关系
序号 项目 G B1 2 3 3 7 -199 8 G B5 0 0 9 4 -98
1
编制
颁发
全国压力容器标准化技术
委员会提出
国家质量技术监督局发布
建设部编制
建设部与国家技术监督局联合
发布
2
适用
范围
P = 4 M P a
V ≥ 5 0 m
3
桔瓣或混合式
支柱支撑
碳钢或低合金钢制球形储
罐
0,1 MP a ≤ P ≤ 4 MP a
V ≥ 5 0 m
3
桔瓣或混合式
支柱支撑
碳钢或低合金钢制球形储罐
3 内容
设计﹑制造﹑组焊﹑
检验与验收
仅从现场施工出发,规定了施工
与验收要求
表 23.4-1 GB12337与 GB50094比较表
24.4 标准
表 24.4-2 GB12337与 GB50094控制值的差异
序号 项 目 GB1 2 3 3 7 - 1 9 9 8 GB5 0 0 9 4 - 9 8
1
支柱安装找正后,H ≤ 8m 时,在球
罐径向和周向两个方向的垂直
允许偏差 Δ mm
Δ ≤ 10 Δ ≤ 12
2
碳素钢球壳对接接头应进行
100% 射线或超声检测的厚度
mm
δ > 3 0 δ > 3 8
3
碳素钢应进行焊后热处理的
厚度 mm
δ n > 3 2 δ n > 3 4
4 2 0 R 16MnR 热处理工艺 ℃ 625 ± 25 600 ± 25
5 热处理升降温控制起始点 ℃ 400 300
6 压力试验时对液体温度要求 ℃ ≦ 5 ≦ 0
24.5设计
? 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 ） 以及正常工作条件下
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,地震载荷,雪载荷 。
球罐因结构的对称性和形状特点,质量可近似地集中于球壳中
心,故球罐可视为单自由度体系。因为球罐在脉动情况下按剪切
型振动,即结构在水平力作用下,整个体系会产生平移,球罐本身
不发生偏转,所以求解球罐在水平力作用下的位移便可转化为求
支柱在该力作用下的位移问题。风力及地震力等水平力的合力
F
m ax
通过球心,该合力在赤道平面上由几根支柱分担,各支柱受力
可能不同,但其合力一定是水平力 F
m ax
。当支柱在水平力 F
max
作
用下发生位移时,拉杆将被拉长或压短,从而限制了支柱的位
移。支柱的地脚螺栓使其底部不产生水平位移及转角,即相当于
固定端支承,支柱便相当于悬臂梁。 当支柱底板与基础的摩擦
力 Fs 大于等于拉杆作用在支柱上的水平力 Fc 时,理论上球罐不
需设置地脚螺栓,但为了固定球罐位置,规定应设置一定数量的
定位地脚螺栓。
表 2 4,5 球罐设计中应校核的内容
序号 内容 公式 备注
1
设计温度下球壳的
计算应力
? ??
?
?
? ?
?
?
e
eDiP c i
t
4
)(
t
?
P
ci
计算压力包括液柱静
压力 M P a
? ?
t
?
设计温度下球壳材
料许用应力 M Pa
操作
状态下
? ?c
W
W
Z
mM
A
W
EX
p
?
?
?
?
?
?
?
)8.01(
0
00
2
支柱
稳定性
液压试验
状态下
? ?c
W
W
Z
mM
A
W
EX
T
p
T
?
?
?
?
?
?
?
)8.01(
0
? ?
c
? 支柱材料许用应力
? ?
5.1
s
c
?
? ?, MP a
3
地脚螺栓的
螺纹小径
d
B
? ?
B
Bd
C
n
FsFc
?
?
?
?
13.1
? ?
B
? 地脚螺栓材料许用
剪应力? ?
sB
?? 4.0?
,MP a
4 底板厚度
? ?
b
b
bbc
b
C
L
??
?
?
?
2
3
? ?
b
? 底板材料许用弯曲
应力
? ?
5.1
s
b
?
? ?
,MP a
拉杆螺纹小径
? ?
T
T
r
C
F
d ??
?
?
13.1
? ?
?
? 拉杆材料许用应力
? ?
5.1
s
?
? ?
?
,MP a
销子直径 ? ?
p
r
p
T
d
?
8.0?
? ?
p
?
销子材料的许用
剪应力
? ?
sp
?? 4.0?
,MP a
耳板厚度
? ?
cp
T
c
d
F
?
? ?
? ?
c
?
耳板材料许用应力
? ?
5.1
s
c
?
? ?, MP a
翼板厚度
'2
s
sc
a
?
??
? ?
'
s
?
翼板材料的屈服点
M Pa
耳板
与支
柱的
焊缝
? ?
W
T
SL
F
??
11
41.1
? ?
w
? 焊缝材料的许用剪
应力
? ?
sw
?? 4.0?
,MP a
5
拉
杆
焊 缝 强
度
拉杆
与翼
板的
焊缝
? ?
w
T
SL
F
??
22
82.2
? ?
w
? 焊缝的许用剪应力? ?
sw
?? 4.0?
,MP a
操作
状态
下
? ? ????
t
??
001
? ?
t
? 设计温度下球壳材
料许用应力 M Pa
6
支柱与球壳
连接最低点
a 的应力
液压
试验
状态
下
????
s
9.0
1
??
? s
?
试验温度下球壳材料
的屈服点,M Pa
7
支柱与球壳连接焊
缝的强度校核
? ?
w
w
w
SL
W
?? ??
41.1
? ?
w
?
焊缝的许用剪应力
? ?
asw
??? 4.0?
,MP a
钢号 20R 16M nR 1 5 M n N b R 0 7 M n C rM o V R 1 6 M n D R 0 7 M n N i C r M o V DR
钢板
标准
GB 66 54 GB 35 31
使用
状态
δ ≤ 30 热轧
δ > 30 正火
正火 调质 正火 调质
厚度 6- 100 6- 120 10- 60 16- 50 6- 100 16- 50
表 24.6-1 钢板的标准 ﹑ 使用状态
24.6材料
A
KV
牌号 交货状态
厚度
mm
б
b
M Pa
б
S
M Pa
δ
S
% ℃ J
﹥ 16~ 3 6 470 ~ 6 00 ≥ 295标准
值
正火
﹥ 36~ 6 0 450 ~ 5 80 ≥ 275
≥ 21 -40 ≥ 34
W H D 1
实物
值
①
26 ~ 48 505 ~ 5 95 350 ~ 4 60 22 ~ 36 -40 61 ~ 16 7
10 ~ 16 440 ~ 5 60 ≥ 300
﹥ 16~ 3 6 430 ~ 5 50 ≥ 280
标准
值
正火或
正火 + 回火
﹥ 36~ 6 0 430 ~ 5 50 ≥ 270
≥ 23 -70 ≥ 31
W H D 4
实物
值
②
12 ~ 65 450 ~ 5 30 345 ~ 4 05 26 ~ 41 -70 42 ~ 24 8
注 ①随机抽取 143 批
②随机抽取 205 批
表 24.6-2 WHD1和 WHD4标准及实物性能值
钢号 使用状态 厚度 mm 最低冲击试验温度℃
热轧 6 ～ 25
1 6 M n R
正火 6 ～ 1 2 0
1 5 M n NbR 正火 10 ～ 60
0 7 M n Cr M o V R 调质 10 ～ 50
- 2 0
1 6 M n DR 正火
6 ～ 36
> 3 6 ～ 100
- 4 0
- 3 0
0 7 M n Ni Cr M o V DR 调质 > 3 6 ～ 100 - 4 0
球罐的设计温度低于或等于 -20℃ 时钢板的使用状态及最
低冲击试验温度应符合表 24.6-4的规定。
表 24.6-4 低温时钢板的使用状态及最低冲击试验温度
表 24.6-5 按球壳用钢选取锻件钢号
球壳钢号 20R 16Mn R 15Mn N b R 16Mn D R 07Mn N i C rM oV D R
锻件钢号 20 16Mn 20MnM o 16Mn D 08Mn N i C rM oV D
锻件标准 JB 4 726 JB 4 727
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
? 24.7.2支柱 ﹑ 拉杆
? 24.7.3平台 ﹑ 梯子
? 24.7.4隔热 ﹑ 保冷
? 24.7.5附件
图 24.7-1 支柱与壳体连接形式
图 24.7-1 支柱与壳体连接形式
图 24.7-2 支柱各部分名称
图 24.7-3 拉杆结构形式
附件主要包括,
? (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
裂纹试验
? 裂纹试验国内一般采用 Y型 ﹑ 斜 Y型 ﹑ 窗形拘束
三种方法 。 Y型坡口焊缝裂纹试验的坡口型式
见图 24.9,试验方法参照 GB4675.1,斜 Y型坡口
焊接裂纹试验方法,,主要用来评价熔敷金属
根部冷裂纹倾向,裂纹率应为零 。 斜 Y坡口焊接
试验又称小铁研试验,是一种苛刻的抗裂试验,
试验目的是检查焊缝热影响区断面裂纹 ﹑ 纵向
裂纹的敏感性,由于其拘束度大,日本铃木春等
人认为,只要该试验焊缝表面
? 裂纹率小于 20%,实际构件焊接时就不会产生冷
裂纹 (不包括定位焊 ﹑ 短段焊和补焊 ) 。但是
人们习惯上仍试验焊道表面和断面裂纹率为零
作为不出现冷裂纹的依据。窗形拘束试验模拟
了球罐的高拘束度,主要用于评价高强度钢多
层焊时焊缝产生横向裂纹的敏感性,其结果可
验证施工工艺的正确性,所以球壳板厚度大于
25mm时,一般还需做窗形拘束裂纹试验 。
图 24.9 Y型坡口
24.14特种球罐
? 24.14.1液化石油气球罐
? 24.14.2液氨球罐
? 24.14.3氧气球罐
? 24.14.4天然气球罐
? 24.14.5低温球罐
图 24.14 HAZ硬度,H2S浓度与裂纹关系
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? 24.1 型式 (TYPE)
? 24.2 球壳板 (SHELL PLATES)
? 24.3 装量高度 (FILLING HEIGHT)
? 24.4 标准 (STANDARD)
? 24.5 设计 (DESIGN)
? 24.6 材料 (MATERIAL)
? 24.7 零部件 ﹑ 附件 (PARTS,ATTACHMENTS)
? 24.8球壳板成形 (FORMING OF SHELL
PETALS)
? 24.9组焊 (ASSEMBLY WELDING)
? 24.10无损检测 (NONDESTRUCTIVE
EXAMINATION)
? 24.11焊后整体热处理 (POSTWELD
HEAD TREATMENT FOR
COMPLETED TANK AS A WHOLE)
? 24.12产品焊接试板 (PRODUCT
WELDED TEST COUPON)
? 24.13压力试验和气密性试验 (STATIC
PRESSURE TEST AND PNEUMATIC
TEST)
? 24.14特种球罐 (SPHERICAL TANK
FOR SPECIAL PURPOSE)
(a)桔瓣式 (b)足球瓣式 (c)混合式
24.1型式
图 24-1 球壳板结构型式
表 24.1 1000m3桔瓣式与混合式球罐比较表
型式
球壳
分带数
支柱
根数
总块数 各带分块数
焊缝
长度
( m )
桔瓣式 5 8 54 3+ 16+ 16+ 16+ 3 352
引进罐
混合式 3 8 28 7+ 14+ 7 272
桔瓣式 5
8
10
54
66
3+ 16+ 16+ 16+ 3
3+ 20+ 20+ 20+ 3
G B/ T17 261
混合式
3
4
8
10
30
54
7+ 16+ 7
7+ 20+ 20+ 7
24.2球壳板
? 球壳板设计要点 ﹕
? (1)球壳板的几何尺寸应尽可能大 。
? (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 。
? (6)必须考虑压机及起重能力 。
图 24-2 引进 1000m3丙烯罐俯视图
名称 块数
球壳板尺寸
长 x 宽 ( 弧长 ) m m
原材料钢板尺寸
长 x 宽,mm
赤道板
温带板
极中板
极侧板
20
40
2
4
60 4 7,6x 22 3 7,6
60 4 7,6x 22 3 7,6
61 5 5x 24 50 (2 0 块 )
62 5 0x 35 15 (2 0 块 )
60 8 5x 30 55 (2 块 )
53 3 0x 30 65 (2 块 )
面积总和
(m
2
)
746 81 0,83
表 24.2-1 1900m3乙烯罐下料表
公称
容积
内径 各带板数 各带球心角°
(m
3
) ( m m ) L M N
型式
S1 S2 S3 S4 S5
支柱
数量
焊缝长度
( m )
400 9150 12 – – A 90 30 30 – – 6 154, 4
500 9850 12 – – A 90 30 30 – – 6 166, 2
600 105 0 0 12 – – A 90 30 30 – – 6 177, 1
700 1 10 50 12 – – A 90 30 30 – – 6 186, 4
800 1 15 50 12 – – B 60 24 24 – – 8 224, 5
900 120 0 0 12 – – B 60 24 24 – – 8 233, 3
1000 124 5 0 16 – – B 70 22 22 – – 8 274, 5
1500 142 5 0 16 – – B 70 22 22 – – 8 314, 2
2000 156 5 0 15 – – B 70 22 20 – – 10 335, 5
2500 168 5 0 18 – – B 80 20 20 – – 12 402, 9
3000 179 0 0 18 18 – C 10 40 18 18 – 12 494, 6
3500 188 5 0 21 21 – D 50 22,5 17 17 – 14 513, 6
4000 197 0 0 24 24 – D 50 25 16 16 – 16 708, 7
5000 212 5 0 24 24 – D 50 27,5 15 15 – 16 775, 5
6000 225 5 0 24 24 24 E 40 30 20 14 14 16 892, 5
表 24.2-2 国外某公司液体球罐球壳板分割表
表 24.2-2附图 -球罐型式
球罐装量系数与装量高度关系,
装量系数 K系球缺体积 V′与壳体
积 V之比值,
令,装量系数 K相对应的装量高度
H为,H=kDi
k为装量高度系数,则,K=3k2-2k3
例,1000m3丙烯球罐,内径
Di=12300mm,装量系数 K=0.9,
求装量高度?
解,查表 24.3:K=0.9得 k=0.8042
则其装量高度为,
H=kDi=0.8042x12300=9891.66
mm
24.3 装量高度
3
2
3
4
)3('
iR
HRiH
V
VK
?
? ?
??
H
Di
K k K k K k K k K k
0,50 0,5000 0,60 0,5671 0,70 0,6368 0,80 0,7129 0,90 0,8042
0,51 0,5067 0,61 0,5739 0,71 0,6440 0,81 0,721 1 0,91 0,8150
0,52 0,5133 0,62 0,5807 0,72 0,6513 0,82 0,7294 0,92 0,8263
0,53 0,5200 0,63 0,5876 0,73 0,6587 0,83 0,7380 0,93 0,8383
0,54 0,5367 0,64 0,5945 0,74 0,6661 0,84 0,7467 0,94 0,8510
0,55 0,5334 0,65 0,6014 0,75 0,6736 0,85 0,7556 0,95 0,8646
0,56 0,5401 0,66 0,6084 0,76 0,6813 0,86 0,7647 0,96 0,8796
0,57 0,5468 0,67 0,6154 0,77 0,6890 0,87 0,7741 0,97 0,8964
0,58 0,5535 0,68 0,6225 0,78 0,6968 0,88 0,7838 0,98 0,9160
0,59 0,5603 0,69 0,6296 0,79 0,7048 0,89 0,7938 0,99 0,941 1
表 24.3 装量系数 K与装量高度系数 k的关系
序号 项目 G B1 2 3 3 7 -199 8 G B5 0 0 9 4 -98
1
编制
颁发
全国压力容器标准化技术
委员会提出
国家质量技术监督局发布
建设部编制
建设部与国家技术监督局联合
发布
2
适用
范围
P = 4 M P a
V ≥ 5 0 m
3
桔瓣或混合式
支柱支撑
碳钢或低合金钢制球形储
罐
0,1 MP a ≤ P ≤ 4 MP a
V ≥ 5 0 m
3
桔瓣或混合式
支柱支撑
碳钢或低合金钢制球形储罐
3 内容
设计﹑制造﹑组焊﹑
检验与验收
仅从现场施工出发,规定了施工
与验收要求
表 23.4-1 GB12337与 GB50094比较表
24.4 标准
表 24.4-2 GB12337与 GB50094控制值的差异
序号 项 目 GB1 2 3 3 7 - 1 9 9 8 GB5 0 0 9 4 - 9 8
1
支柱安装找正后,H ≤ 8m 时,在球
罐径向和周向两个方向的垂直
允许偏差 Δ mm
Δ ≤ 10 Δ ≤ 12
2
碳素钢球壳对接接头应进行
100% 射线或超声检测的厚度
mm
δ > 3 0 δ > 3 8
3
碳素钢应进行焊后热处理的
厚度 mm
δ n > 3 2 δ n > 3 4
4 2 0 R 16MnR 热处理工艺 ℃ 625 ± 25 600 ± 25
5 热处理升降温控制起始点 ℃ 400 300
6 压力试验时对液体温度要求 ℃ ≦ 5 ≦ 0
24.5设计
? 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 ） 以及正常工作条件下
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,地震载荷,雪载荷 。
球罐因结构的对称性和形状特点,质量可近似地集中于球壳中
心,故球罐可视为单自由度体系。因为球罐在脉动情况下按剪切
型振动,即结构在水平力作用下,整个体系会产生平移,球罐本身
不发生偏转,所以求解球罐在水平力作用下的位移便可转化为求
支柱在该力作用下的位移问题。风力及地震力等水平力的合力
F
m ax
通过球心,该合力在赤道平面上由几根支柱分担,各支柱受力
可能不同,但其合力一定是水平力 F
m ax
。当支柱在水平力 F
max
作
用下发生位移时,拉杆将被拉长或压短,从而限制了支柱的位
移。支柱的地脚螺栓使其底部不产生水平位移及转角,即相当于
固定端支承,支柱便相当于悬臂梁。 当支柱底板与基础的摩擦
力 Fs 大于等于拉杆作用在支柱上的水平力 Fc 时,理论上球罐不
需设置地脚螺栓,但为了固定球罐位置,规定应设置一定数量的
定位地脚螺栓。
表 2 4,5 球罐设计中应校核的内容
序号 内容 公式 备注
1
设计温度下球壳的
计算应力
? ??
?
?
? ?
?
?
e
eDiP c i
t
4
)(
t
?
P
ci
计算压力包括液柱静
压力 M P a
? ?
t
?
设计温度下球壳材
料许用应力 M Pa
操作
状态下
? ?c
W
W
Z
mM
A
W
EX
p
?
?
?
?
?
?
?
)8.01(
0
00
2
支柱
稳定性
液压试验
状态下
? ?c
W
W
Z
mM
A
W
EX
T
p
T
?
?
?
?
?
?
?
)8.01(
0
? ?
c
? 支柱材料许用应力
? ?
5.1
s
c
?
? ?, MP a
3
地脚螺栓的
螺纹小径
d
B
? ?
B
Bd
C
n
FsFc
?
?
?
?
13.1
? ?
B
? 地脚螺栓材料许用
剪应力? ?
sB
?? 4.0?
,MP a
4 底板厚度
? ?
b
b
bbc
b
C
L
??
?
?
?
2
3
? ?
b
? 底板材料许用弯曲
应力
? ?
5.1
s
b
?
? ?
,MP a
拉杆螺纹小径
? ?
T
T
r
C
F
d ??
?
?
13.1
? ?
?
? 拉杆材料许用应力
? ?
5.1
s
?
? ?
?
,MP a
销子直径 ? ?
p
r
p
T
d
?
8.0?
? ?
p
?
销子材料的许用
剪应力
? ?
sp
?? 4.0?
,MP a
耳板厚度
? ?
cp
T
c
d
F
?
? ?
? ?
c
?
耳板材料许用应力
? ?
5.1
s
c
?
? ?, MP a
翼板厚度
'2
s
sc
a
?
??
? ?
'
s
?
翼板材料的屈服点
M Pa
耳板
与支
柱的
焊缝
? ?
W
T
SL
F
??
11
41.1
? ?
w
? 焊缝材料的许用剪
应力
? ?
sw
?? 4.0?
,MP a
5
拉
杆
焊 缝 强
度
拉杆
与翼
板的
焊缝
? ?
w
T
SL
F
??
22
82.2
? ?
w
? 焊缝的许用剪应力? ?
sw
?? 4.0?
,MP a
操作
状态
下
? ? ????
t
??
001
? ?
t
? 设计温度下球壳材
料许用应力 M Pa
6
支柱与球壳
连接最低点
a 的应力
液压
试验
状态
下
????
s
9.0
1
??
? s
?
试验温度下球壳材料
的屈服点,M Pa
7
支柱与球壳连接焊
缝的强度校核
? ?
w
w
w
SL
W
?? ??
41.1
? ?
w
?
焊缝的许用剪应力
? ?
asw
??? 4.0?
,MP a
钢号 20R 16M nR 1 5 M n N b R 0 7 M n C rM o V R 1 6 M n D R 0 7 M n N i C r M o V DR
钢板
标准
GB 66 54 GB 35 31
使用
状态
δ ≤ 30 热轧
δ > 30 正火
正火 调质 正火 调质
厚度 6- 100 6- 120 10- 60 16- 50 6- 100 16- 50
表 24.6-1 钢板的标准 ﹑ 使用状态
24.6材料
A
KV
牌号 交货状态
厚度
mm
б
b
M Pa
б
S
M Pa
δ
S
% ℃ J
﹥ 16~ 3 6 470 ~ 6 00 ≥ 295标准
值
正火
﹥ 36~ 6 0 450 ~ 5 80 ≥ 275
≥ 21 -40 ≥ 34
W H D 1
实物
值
①
26 ~ 48 505 ~ 5 95 350 ~ 4 60 22 ~ 36 -40 61 ~ 16 7
10 ~ 16 440 ~ 5 60 ≥ 300
﹥ 16~ 3 6 430 ~ 5 50 ≥ 280
标准
值
正火或
正火 + 回火
﹥ 36~ 6 0 430 ~ 5 50 ≥ 270
≥ 23 -70 ≥ 31
W H D 4
实物
值
②
12 ~ 65 450 ~ 5 30 345 ~ 4 05 26 ~ 41 -70 42 ~ 24 8
注 ①随机抽取 143 批
②随机抽取 205 批
表 24.6-2 WHD1和 WHD4标准及实物性能值
钢号 使用状态 厚度 mm 最低冲击试验温度℃
热轧 6 ～ 25
1 6 M n R
正火 6 ～ 1 2 0
1 5 M n NbR 正火 10 ～ 60
0 7 M n Cr M o V R 调质 10 ～ 50
- 2 0
1 6 M n DR 正火
6 ～ 36
> 3 6 ～ 100
- 4 0
- 3 0
0 7 M n Ni Cr M o V DR 调质 > 3 6 ～ 100 - 4 0
球罐的设计温度低于或等于 -20℃ 时钢板的使用状态及最
低冲击试验温度应符合表 24.6-4的规定。
表 24.6-4 低温时钢板的使用状态及最低冲击试验温度
表 24.6-5 按球壳用钢选取锻件钢号
球壳钢号 20R 16Mn R 15Mn N b R 16Mn D R 07Mn N i C rM oV D R
锻件钢号 20 16Mn 20MnM o 16Mn D 08Mn N i C rM oV D
锻件标准 JB 4 726 JB 4 727
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
? 24.7.2支柱 ﹑ 拉杆
? 24.7.3平台 ﹑ 梯子
? 24.7.4隔热 ﹑ 保冷
? 24.7.5附件
图 24.7-1 支柱与壳体连接形式
图 24.7-1 支柱与壳体连接形式
图 24.7-2 支柱各部分名称
图 24.7-3 拉杆结构形式
附件主要包括,
? (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
裂纹试验
? 裂纹试验国内一般采用 Y型 ﹑ 斜 Y型 ﹑ 窗形拘束
三种方法 。 Y型坡口焊缝裂纹试验的坡口型式
见图 24.9,试验方法参照 GB4675.1,斜 Y型坡口
焊接裂纹试验方法,,主要用来评价熔敷金属
根部冷裂纹倾向,裂纹率应为零 。 斜 Y坡口焊接
试验又称小铁研试验,是一种苛刻的抗裂试验,
试验目的是检查焊缝热影响区断面裂纹 ﹑ 纵向
裂纹的敏感性,由于其拘束度大,日本铃木春等
人认为,只要该试验焊缝表面
? 裂纹率小于 20%,实际构件焊接时就不会产生冷
裂纹 (不包括定位焊 ﹑ 短段焊和补焊 ) 。但是
人们习惯上仍试验焊道表面和断面裂纹率为零
作为不出现冷裂纹的依据。窗形拘束试验模拟
了球罐的高拘束度,主要用于评价高强度钢多
层焊时焊缝产生横向裂纹的敏感性,其结果可
验证施工工艺的正确性,所以球壳板厚度大于
25mm时,一般还需做窗形拘束裂纹试验 。
图 24.9 Y型坡口
24.14特种球罐
? 24.14.1液化石油气球罐
? 24.14.2液氨球罐
? 24.14.3氧气球罐
? 24.14.4天然气球罐
? 24.14.5低温球罐
图 24.14 HAZ硬度,H2S浓度与裂纹关系
