壓力容器講座25日上午劉福錄

壓力容器設(shè)計(jì)工程師

培訓(xùn)教材

球形儲(chǔ)罐

目錄24.1型式24.2球殼板24.3裝量高度24.4標(biāo)準(zhǔn)24.5設(shè)計(jì)24.6材料24.7零部件﹑附件24.8球殼板成形

24.9組焊24.10無(wú)損檢測(cè)24.11焊后整體熱處理24.12產(chǎn)品焊接試板24.13壓力試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)24.14特種球罐球形儲(chǔ)罐簡(jiǎn)介球形容器在石油﹑化工﹑冶金﹑城市煤氣等工業(yè)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用于儲(chǔ)存液化石油氣﹑液化天然氣﹑液氨﹑液氮﹑液氫﹑液氧﹑天然氣﹑城市煤氣﹑壓縮空氣等物料。我們把用于儲(chǔ)存液體和氣體物料的球形容器稱為球形儲(chǔ)罐。球形儲(chǔ)罐殼體受力均勻,在相同直徑和相同工況下,球形容器的薄膜應(yīng)力僅為圓筒形容器環(huán)向應(yīng)力的一半,相應(yīng)承壓能力強(qiáng)﹔且相同容積下球殼表面積最小,質(zhì)量輕﹔但因球形儲(chǔ)罐容積大,需制造廠成形球殼板,安裝單位現(xiàn)場(chǎng)組裝焊接,制造安裝有一定難度,技術(shù)要求相對(duì)較高。24.1型式

球形儲(chǔ)罐型式多樣,從形狀看有圓球形和橢球形﹔從殼體的層數(shù)看,有單層﹑多層﹑雙金屬層和雙重殼球罐﹔從支承方式看有柱式和裙式﹔從球殼板結(jié)構(gòu)型式分有桔瓣式﹑足球瓣式和混合式(見(jiàn)圖24-1)。(a)桔瓣式(b)足球瓣式(c)混合式圖24-1球殼板結(jié)構(gòu)型式

思考題﹕

1、球形儲(chǔ)罐的主要特點(diǎn)是什么﹖2、球殼板結(jié)構(gòu)型式分幾種﹖各有什么優(yōu)缺點(diǎn)﹖

24.2球殼板設(shè)計(jì)

球殼板設(shè)計(jì)要點(diǎn)﹕（1）球殼板的幾何尺寸應(yīng)盡可能大。GB12337規(guī)定了每塊球殼板均不得拼接,球殼板最小寬度不小于500mm。（2）選擇合適的鋼板規(guī)格,提高板材利用率。（3）規(guī)格要少,互換性要好。（4）相鄰帶縱焊縫應(yīng)相互錯(cuò)開(kāi)。（5）焊縫布局應(yīng)均勻,減少裝配應(yīng)力﹑拘束應(yīng)力與殘余應(yīng)力。思考題

球殼板設(shè)計(jì)應(yīng)考慮那些要點(diǎn)？

（6）必須考慮壓機(jī)及起重能力。設(shè)計(jì)時(shí)須綜合考慮以上各要點(diǎn),經(jīng)驗(yàn)表明,采用寬而不很長(zhǎng)的鋼板來(lái)制作球殼板是比較經(jīng)濟(jì)的。24.3裝量高度

<<容規(guī)>>規(guī)定了盛裝液化氣體(含液化石油氣)的固定式壓力容器裝量系數(shù)一般取0.9。對(duì)容器容積經(jīng)實(shí)際測(cè)定者,可取大于0.9,但不得大于0.95。

球罐裝量系數(shù)與裝量高度關(guān)系:裝量系數(shù)K系球缺體積V′與球殼體積V之比值:思考題:1、<<容規(guī)>>對(duì)盛裝液化石油氣的球罐裝量系數(shù)有何規(guī)定﹖2、試計(jì)算內(nèi)徑15700mm,2000m3乙烯罐,其裝量高度為12300時(shí)的裝量系數(shù)是多少﹖表24.3常用裝量系數(shù)K與裝量高度系數(shù)k的關(guān)系24.4標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)內(nèi)現(xiàn)行的球罐標(biāo)準(zhǔn)有GB12337-1998《鋼制球形儲(chǔ)罐》,GB50094-98<<球形儲(chǔ)罐施工及驗(yàn)收規(guī)范>>,GB/T17261-1998<<鋼制球形儲(chǔ)罐形式與基本參數(shù)>>,SH512-90<<球形儲(chǔ)罐施工工藝規(guī)范>>,SH3048-99<<石油化工鋼制設(shè)備抗震設(shè)計(jì)規(guī)范>>等。GB12337-1998和GB50094-98在我國(guó)都具有技術(shù)法規(guī)的效用,且為球罐工程建造的強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。表24.4-2列出了兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)在控制值上存在的差異。思考題:

1、GB12337-1998<<鋼制球形儲(chǔ)罐>>主要包括哪些內(nèi)容﹖2、GB12337-1998<<鋼制球形儲(chǔ)罐>>適用范圍是什么﹖3、GB12337-1998<<鋼制球形儲(chǔ)罐>>與GB50094-98<<球形儲(chǔ)罐施工及驗(yàn)收規(guī)范>>兩者關(guān)系如何﹖

24.5設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度是球罐設(shè)計(jì)的兩大參數(shù)。球殼的計(jì)算需計(jì)入液柱凈壓力。球罐的腐蝕裕量取不小于1mm。球罐設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮以下載荷:1、壓力﹔2、液體靜壓力﹔3、球罐自重（包括內(nèi)件）及正常工作條件下或壓力試驗(yàn)狀態(tài)下內(nèi)裝物料的重力載荷﹔4、附屬設(shè)備與隔熱材料﹑管道﹑支柱﹑拉桿﹑梯子﹑平臺(tái)等的重力載荷﹔5、風(fēng)載荷,地震力,雪載荷。

表24.5球罐設(shè)計(jì)中應(yīng)校核的內(nèi)容

思考題:

1、球罐設(shè)計(jì)應(yīng)考慮哪些載荷？2、怎樣計(jì)算球殼厚度？

24.6材料球罐用鋼應(yīng)考慮球罐的使用條件(如設(shè)計(jì)溫度﹑設(shè)計(jì)壓力﹑物料特性等)﹑材料的焊接性能﹑球罐的制造工藝和組焊要求以及經(jīng)濟(jì)合理性。球罐用鋼許用應(yīng)力按GB123373.6節(jié)選取。

24.6.1球殼用鋼板鋼板的標(biāo)準(zhǔn)及使用狀態(tài)見(jiàn)表24.6-1。

24.6.2球罐用鍛件球罐用鍛件主要用于人孔和接管。鍛件應(yīng)有足夠強(qiáng)度﹑塑性和韌性,用于焊接時(shí)還應(yīng)注意其可焊性。鍛件用材一般依據(jù)球殼用材進(jìn)行選取,見(jiàn)表24.6-5。

鍛件級(jí)別由設(shè)計(jì)者確定,并在圖樣中注明﹕如16MnⅡ。人孔鍛件的級(jí)別不應(yīng)低于Ⅲ級(jí),大于DN150的接管用鍛件級(jí)別一般也不應(yīng)低于Ⅲ級(jí)。

24.6.3焊條焊條應(yīng)具有質(zhì)量部門證明書,質(zhì)量證明書應(yīng)包括熔敷金屬的化學(xué)成分﹑力學(xué)性能﹑擴(kuò)散氫含量等。各項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)符合GB/T5117<<碳鋼焊條>>,GB/T5118<<低合金鋼焊條>>,GB/T984<<堆焊焊條>>等標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定。球罐的焊縫以及直接與球罐焊接的焊縫,應(yīng)選用低氫型藥皮焊條,并按批號(hào)進(jìn)行擴(kuò)散氫試驗(yàn),方法按GB/T3965<<熔敷金屬中擴(kuò)散氫測(cè)定方法>>的規(guī)定進(jìn)行。思考題:

1、球罐所用材料許用應(yīng)力如何選取﹖2、球罐用鋼應(yīng)考慮哪些因素﹖3、球罐用國(guó)產(chǎn)鋼板有哪些﹖對(duì)其使用狀態(tài)有何要求﹖4、設(shè)計(jì)溫度低于0℃而高于-20℃的球罐用鋼板有什么要求﹖5、球罐用鋼板什么情況下應(yīng)逐張進(jìn)行超聲檢測(cè),其檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)號(hào)及質(zhì)量等級(jí)是什么﹖

24.7零部件﹑附件球罐除球殼板外,通常還有人孔﹑接管﹑支柱﹑拉桿﹑平臺(tái)梯子﹑安全附件等組成。

24.7.1人孔﹑接管球罐上一般開(kāi)設(shè)物料進(jìn)出口﹑壓力表﹑溫度計(jì)﹑液位計(jì)口﹑安全閥口﹑放空口﹑排污口等。球殼上﹑下極板上應(yīng)各設(shè)置一個(gè)公稱直徑不小于500mm的人孔。接管多采用厚壁管或整體鍛件凸緣補(bǔ)強(qiáng)措施,球罐接管應(yīng)盡量設(shè)計(jì)在上﹑下極帶上,便于集中控制。24.7.2支柱﹑拉桿球罐支承有柱式和裙式兩大類。裙式包括圓筒裙式支承,錐形支承及用鋼筋混凝土連續(xù)基礎(chǔ)支承的半埋式支承﹑錐底支承。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.支柱支柱頂部與球殼的連接結(jié)構(gòu)分平板式﹑半球式和橢圓式三種。GB12337規(guī)定用球形或橢圓形的防雨蓋板。

支柱下部與球殼的連接結(jié)構(gòu)有直接連接﹑加托板﹑U形柱和翻邊四種,見(jiàn)圖24.7-1。2.拉桿

拉桿結(jié)構(gòu)有可調(diào)式和固定式兩種。24.7.3平臺(tái)梯子球罐外部設(shè)有頂部平臺(tái),中間平臺(tái)以及為了從地面進(jìn)入這些平臺(tái)的斜梯﹑直梯或盤梯。大型球罐為便于檢修可在內(nèi)部設(shè)置旋轉(zhuǎn)的內(nèi)梯。24.7.4隔熱﹑保冷儲(chǔ)存液化石油氣﹑可燃性氣體及有毒氣體的球罐殼體和支柱,應(yīng)設(shè)置隔熱設(shè)施。隔熱設(shè)施可采用水噴淋裝置或采用不燃性絕熱材料覆蓋。降溫噴淋裝置應(yīng)設(shè)計(jì)成可向整個(gè)球罐表面均勻淋水,其淋水量按球罐外表面積的0.03L/S.m2進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)球罐中儲(chǔ)存低溫物料(如乙烯﹑液化天燃?xì)猢p液氨等)時(shí)應(yīng)設(shè)置保冷設(shè)施,保冷結(jié)構(gòu)應(yīng)充分防止外界熱量侵入儲(chǔ)罐本體。保冷材料的厚度原則上應(yīng)為保證在外層材料表面不結(jié)露的厚度。保冷結(jié)構(gòu)要在地震﹑風(fēng)載﹑雨﹑消防水的壓力影響之下,能保證絕熱的效果。24.7.5附件

1、消防噴淋裝置2、壓力表3、溫度計(jì)4、液位計(jì)5、安全閥6、緊急切斷閥7、接地1、球罐采用赤道正切柱式支承有什么優(yōu)缺點(diǎn)﹖2、球殼與支柱連接有哪些形式﹖常用何種結(jié)構(gòu)﹖3、支柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮哪些因素﹖4、在什么情況下球罐要裝設(shè)水噴淋裝置﹖5、球罐安全閥設(shè)置有何規(guī)定﹖

思考題:

24.8球殼板成形球殼板由制造單位壓制成形。制造單位下料前應(yīng)按質(zhì)量證明書對(duì)鋼材進(jìn)行驗(yàn)收,必要時(shí)尚應(yīng)復(fù)驗(yàn),并按標(biāo)準(zhǔn)或圖樣要求進(jìn)行沖擊試驗(yàn)和超聲檢測(cè)。

24.8.1下料球殼板下料方法有二次下料法和一次下料法兩種。24.8.2成型球殼板可采用冷壓或熱壓(溫壓)成形。調(diào)質(zhì)鋼應(yīng)采用冷壓成形法。

1、球殼板表面質(zhì)量﹑曲率﹑幾何尺寸允差有何要求﹖2、球殼板坡口表面應(yīng)符合哪些要求﹖3、用07MnCrMoVR,07MnNiCrVDR鋼板制造球殼板應(yīng)采用什么方法成形﹖

思考題:24.9組焊

24.9.1零部件組焊分段支柱上段與赤道板﹑人孔﹑接管與極板應(yīng)在制造單位組焊,并進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理。若有后熱消氫處理要求者應(yīng)焊后立即進(jìn)行。

24.9.2組焊

球罐組焊前應(yīng)對(duì)基礎(chǔ)尺寸進(jìn)行檢查,對(duì)零部件進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。底板與基礎(chǔ)﹑拉桿與支柱的固定連接應(yīng)在壓力試驗(yàn)合格后進(jìn)行。1、組焊組焊方法從裝與焊的關(guān)系來(lái)看,有分片組焊法和分帶組焊法之分。2、焊接組焊單位在焊接工藝評(píng)定前,應(yīng)針對(duì)鋼板的鋼號(hào)﹑厚度﹑焊接方法及焊接材料選取適宜的方法進(jìn)行裂紋試驗(yàn)。焊接予熱溫度由組焊單位通過(guò)焊接裂紋試驗(yàn)及焊接工藝評(píng)定確定。思考題:

1、分段支柱的上段與赤道板的組焊為什么要在制造單位進(jìn)行﹖組焊后質(zhì)量控制有何要求﹖2、球罐在焊接工藝評(píng)定前對(duì)裂紋試驗(yàn)有什么要求﹖3、在什么情況下球殼焊縫焊后必須立即進(jìn)行消氫處理﹖24.10無(wú)損檢測(cè)

從事球罐無(wú)損檢測(cè)人員,必須持有質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門頒發(fā)的有效期內(nèi)的鍋爐壓力容器無(wú)損檢測(cè)人員技術(shù)等級(jí)資格證書。取得Ⅱ級(jí)以上證書的人員方可填寫和簽發(fā)檢驗(yàn)報(bào)告。焊縫表面的形狀尺寸及外觀檢查合格后,方可進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。用有延遲裂紋傾向鋼材制作的球罐,應(yīng)在焊接結(jié)束至少經(jīng)36h后.方可進(jìn)行焊縫的無(wú)損檢測(cè)。思考題:

1、對(duì)有延遲裂紋傾向的鋼材,在探傷時(shí)有何規(guī)定﹖2、球罐對(duì)接接頭在什么情況下要進(jìn)100%的射線或超聲檢測(cè)﹖

24.11焊后整體熱處理

球罐焊后整體熱處理應(yīng)在水壓試驗(yàn)前進(jìn)行。焊后熱處理的目的是釋放殘余應(yīng)力,改善焊接接頭的塑性和韌性,恢復(fù)冷作時(shí)的予應(yīng)變和時(shí)效而喪失的性能,以避免應(yīng)力腐蝕。思考題:

1、球罐焊后熱處理目的是什么﹖哪些球罐應(yīng)進(jìn)行整體熱處理﹖2、球罐焊后整體熱處理對(duì)支柱有何要求﹖

24.12產(chǎn)品焊接試板球罐焊接試板通常有三種:焊工考試試板﹑焊接工藝試板和產(chǎn)品焊接試板。

每臺(tái)球罐應(yīng)做橫焊﹑立焊和平焊加仰焊三個(gè)位置的產(chǎn)品試板各一塊。當(dāng)產(chǎn)品焊接試板被判為不合格時(shí),允許將試板及其所代表的球罐重新進(jìn)行熱處理,再按要求重新進(jìn)行試驗(yàn)。1、球罐焊接試板有幾種﹖各有何用途﹖2、當(dāng)產(chǎn)品焊接試板被判為不合格時(shí),則其所代表的球罐也為不合格,是否就得判廢﹖

思考題:24.13壓力試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)

球罐整體熱處理及檢驗(yàn)全部合格后,應(yīng)按圖樣規(guī)定進(jìn)行壓力試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)。液壓試驗(yàn)和氣壓試驗(yàn)都屬壓力試驗(yàn)范疇,球罐一般做液壓試驗(yàn)。24.13.1液壓試驗(yàn)液壓試驗(yàn)介質(zhì)一般采用水,需要