1400立方米天然氣儲罐設計（全套CAD圖+說明書+開題報告+翻譯）
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1400m3天然氣儲罐設計
摘要：隨著我國的工業(yè)高速發(fā)展，天然氣已成為石油化工、冶金、城市燃氣等方面的重要原料或燃料，天然氣球罐作為存儲設備在我國已得到廣泛使用。球形儲罐是一種常見的、基礎簡單、設計方便、應用廣泛的有壓存儲容器。此次天然氣球罐的總體設計分為設計選材和結(jié)構(gòu)設計。球罐殼體材料選用國產(chǎn)16MnR，它具有良好的焊接性能,能較好的保證球罐的焊接質(zhì)量；球罐的結(jié)構(gòu)設計包含了球殼的設計、支柱與拉桿的設計以及球罐附件的設計。
計算部分是本次天然氣球罐設計中的重點，也是難點，它分為球罐結(jié)構(gòu)排板計算和強度計算。球罐采用混合式結(jié)構(gòu)，排板計算出各板塊的尺寸是對球罐結(jié)構(gòu)的具體確定；強度計算中需要對球罐進行校核，校核包括支柱穩(wěn)定性校核、支柱與球殼連接校核；設計中各部分校核都必須合格，從而保障設計的科學合理性。
完成了球罐各部分的計算之后，參照相關(guān)的標準對球罐附件進行選用和設置。待球罐各組成部分都確定了，最后，制定球罐的焊接及制造工藝，對各部件進行焊接組裝。
本次設計的天然氣球罐，由于天然氣是一種易燃易爆的氣體，其儲存容器必須是無滲漏。因而，在設計中還必須嚴格對球罐進行壓力試驗和氣密性試驗。試驗都必須合格，這樣，設計的球罐猜符合要求，才能保證球罐的使用安全。
關(guān)鍵詞：天然氣球罐；材料選用；結(jié)構(gòu)設計；強度計算；校核
1400 m3 of liquefied natural gas spherical tank design
Abstract: With the rapid development of China's industry, natural gas has become the petrochemical industry, metallurgy, city gas, etc. to the important raw material or fuel, natural gas storage tank, as has been widely used in China. Spherical tank is a common and simple, 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 16MnR homebred the welding performance, can better ensure welding quality of spherical, Structure design of spherical shell contains the ball with the design and the design and spherical tension. Design of attachment
Part 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 plate 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 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 design 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, to ensure the safe use of quenched.
Keywords: Natural gas spherical tank；Material selection；Structural design； Strength calculation；Checking
目錄
1、設計主要參數(shù)的確定 6
2、總體設計方案 6
2.1設計選材 6
2.2球罐設計方案的確定 7
3、球殼強度計算 8
3.1壁厚的確定 8
3.1.1計算壓力 8
3.1.2球殼各帶厚度 8
3.1.3試驗壓力校核 9
3.2球罐質(zhì)量計算 10
3.3地震載荷計算 11
3.3.1自振周期 11
3.2.1地震力 12
3.4風載荷計算 12
3.5彎矩計算 12
3.6支柱計算 13
3.6.1單個支柱的垂直載荷 13
3.6.2組合載荷 14
3.6.3單個支柱彎矩 14
3.6.4支柱穩(wěn)定性校核 16
3.7地腳螺栓計算 17
3.7.1拉桿作用在支柱上的水平力 17
3.7.2支柱底板與基礎的摩擦力 17
3.7.3地腳螺栓的選取 17
3.8支柱底板 18
3.8.1支柱底板直徑 18
3.8.2底板厚度 18
3.9拉桿計算 19
3.9.1拉桿螺紋小徑的計算 19
3.9.2拉桿連接部位的計算 19
3.10支柱與球殼連接最低點a的應力校核 21
3.10.1 a點的剪切應力 22
3.10.2 a點的緯向應力 22
3.10.3 a點的應力校核 23
3.11支柱與球殼連接焊縫的強度校核 23
4、極板尺寸計算 24
4.1赤道板尺寸計算 24
4.2極板尺寸計算 25
4.2.1極中板尺寸計算 26
4.2.2極側(cè)板尺寸計算 28
4.2.3極邊板尺寸計算 29
5．附件的設置 31
6．制造及安裝 32
6.1材料要求 32
6.2球殼板下料、成型及運輸 34
6.3組裝 35
6.4焊接 36
6.5無損檢測 37
6.6焊后整體熱處理 37
6.7壓力試驗和氣密性試驗 38
參考文獻 41
謝辭 42
引言
天然氣是當今最清潔的可用礦物燃料之一。其主要成分是烷烴，甲烷占絕大多數(shù)，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般還含有硫化氫、二氧化碳、氮和水汽，以及微量的惰性氣體（如氦和氬等）。燃燒天然氣時，主要產(chǎn)生二氧化碳及水蒸氣。燃燒時幾乎不對大氣層釋放二氧化硫或小微粒物質(zhì)，所釋放的有害物質(zhì)也比其他礦物燃料如煤及原油少得多。
就相對熱值而言，天然氣價格比其他大多數(shù)燃料便宜。例如，天然氣比煤氣便宜約34%至88%,比液化石油氣便宜約38%至52%及比電力便宜約63%至80%。
天然氣本身并不具爆炸性，它必須與空氣混合至超過一定百分比后才可燃燒。由于天然氣以管道輸送至最終用戶，因此免除使用罐裝液化石油氣時儲存燃料帶來的危險。并且天然氣比空氣輕，萬一發(fā)生漏氣會迅速擴散而不容易聚結(jié)形成爆炸。
天然氣純凈。燃燒充分，燃燒效率高。因此天然氣燃燒時較相同熱值的大部分其他礦物燃料釋放出的熱量更高。此外，天然氣燃燒設備比煤或其他礦物燃料的燃燒設備簡單、容易操作及方便保養(yǎng)。而且，使用天然氣后無須棄置固體廢料或煙灰。
天然氣燃燒后無廢渣、廢水產(chǎn)生，具有使用安全、熱值高、潔凈等優(yōu)勢，使其廣泛作為發(fā)電、石油化工、機械制造、玻璃陶瓷、汽車、集中空調(diào)的燃料或原料。
本次設計的是1400m3天然氣球罐，球罐與圓筒形容器相比其主要優(yōu)點是：受力均勻；在同樣壁厚條件下，球罐的承載能力最高，在相同內(nèi)壓條件下，球形容器所需要壁厚僅為同直徑、同材料的圓筒形容器壁厚的1/2（不考慮腐蝕裕度）；在相同容積條件下，球形容器的
表面積最小，由于壁厚、表面積等原因，一般要比圓筒形容器節(jié)約30% ~ 40%的鋼材，也就減少了成本。因此，液化氣球罐作為一種高效的III類存儲容器，在我國得到了廣泛的使用。
1、設計主要參數(shù)的確定
此次設計為以甲烷為主要組分的天然氣作為介質(zhì)來設計的，給定操作溫度40℃，工作壓力為1.6MPa，取設計壓力1.72MPa；罐體腐蝕裕量取1mm、單位充裝量0.65Kg/ m3 ，因為是氣體，充裝系數(shù)按1.0。該設備工作地點為湖南省長沙市，查資料確定其風壓、雪壓值，具體設計條件如下：
公稱容積：1400m3
存儲介質(zhì)：天然氣（甲烷）
物料密度： =0.65Kg/ m3
設計壓力：P=1.72MPa
設計溫度：40℃
球殼內(nèi)直徑： =14200mm
充裝系數(shù)：k=1.0
地震設防烈度：8度
基本風壓值： =350N/ m2
基本雪壓值：q=300N/m2
球罐建造場地：II類場地土、近震、B類地區(qū)
2、總體設計方案
2.1設計選材
1400立方米天然氣球罐殼體材料采用Q345R，它具有良好的焊接性能；鍛件采用16MnIII；焊條采用E5015（J507）。殼體板材厚度大于20mm應用超聲檢測，符合JB/T4730-2005規(guī)定III級合格。
2.2球罐設計方案的確定
球殼內(nèi)直徑14200mm，按JB/T4711-92《球罐儲罐型式與基本參數(shù)》標準推薦采用混合式三帶排版，分別為上極、赤道帶、下極。球體分為30塊板，上下級各7塊，赤道帶16塊，焊縫總長311.3mm。支柱8根，支柱選用￠426x13鋼管。按此設計焊縫分布合理，材料利用率高，生產(chǎn)制作簡單容易，在一定程度上降低生產(chǎn)成本及生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效益積極生產(chǎn)進度。
圖2.1球罐總體設計圖
支柱結(jié)構(gòu)設計，支柱與球罐殼體的連接按GB12337選用的是赤道正切柱支撐。正切結(jié)構(gòu)式由多根圓柱狀的支柱在球殼赤道部位等距離布置，與球殼相切或相近似相切而成的焊接結(jié)構(gòu)。支柱撐住球罐的重量，為承受風載荷和地震載荷，保證球罐的穩(wěn)定性，在支柱之間設置拉桿相連接。這種支座的優(yōu)點是受力均勻，彈性好，能承受熱膨脹的變形，組焊方便，施工簡單，容易調(diào)整，現(xiàn)場操作和檢查也方便，且適用于多種規(guī)格的球罐?；谝陨峡紤]，本球罐上支柱結(jié)構(gòu)采用赤道正切支柱型式；U型托板連接結(jié)構(gòu)。
支柱上應設置通風口是處于安全防火的需要，一旦遇到火災，支柱內(nèi)的氣體會急劇膨脹，壓力迅速升高，短時間內(nèi)造成支柱爆裂，球罐倒塌，為避免此類情況發(fā)生，在支柱上應設置通風口。因是天然氣球罐，還應設置防火層，防火層應選用耐熱性和保溫性能好的火水泥層或涂耐火涂料。
球罐除球殼板及零部件外，通常還有附件。附件包括壓力表，溫度計、液位計、安全閥、禁忌切斷閥、接地、在次球罐都需設置。同時因為是天然氣球罐，則要求必須設置消防噴淋裝置和降溫噴淋裝置。
3、球殼強度計算
3.1壁厚的確定
3.1.1計算壓力
根據(jù)
式中：設計壓力p=1.72MPa
為介質(zhì)靜壓力
物料密度 =0.65Kg/ m3
重力加速度：g=9.81m/s2
因為介質(zhì)為氣體,物料密度小，介質(zhì)靜壓力可忽略不計，故球殼各帶的計算壓力為其設計壓力1.72MPa。
3.1.2球殼各帶厚度
根據(jù)
式中：球殼內(nèi)直徑 =14200mm
設計溫度下球殼材料Q345R的許用應力查表得
焊縫系數(shù)=1.0
厚度附加量按 (鋼材厚度負偏差取0；腐蝕裕量取1.0mm)
C=0+1.0=1.0mm
各帶：
根據(jù)以上各帶厚度計算結(jié)果
取各帶球殼板的名義厚度均為：
3.1.3試驗壓力校核
水壓試驗壓力
式中：P=1.7MPa
[]=157MPa
壓力試驗前校核球殼應力：
式中：-試驗壓力下球殼的應力，Mpa;
試驗壓力： =2.15Mpa；
球殼有效厚度按
應滿足下列條件：
液壓試驗時，；
式中：球殼材料在試驗溫度下的常溫屈服點，查表得=305
焊縫系數(shù)=1.0
即：=186.7MPa
結(jié)論：合格。
3.2球罐質(zhì)量計算
球殼平均中徑： =14242mm
球殼材料密度： =7850Kg/m3
充裝系數(shù)：k=1.0
水的密度： =1000Kg/m3
物料密度： =0.65Kg/ m3
球殼外直徑： =14284mm
地震設防烈度：8度
基本雪壓值：q=300N/m2
球面積雪系數(shù)： =0.4
球殼質(zhì)量,
物料質(zhì)量，
液壓試驗時液體（水）的質(zhì)量，
積雪質(zhì)量，
保溫層質(zhì)量，（無保溫）
支柱、拉桿及附件的質(zhì)量，
操作狀態(tài)下的球罐質(zhì)量，
=210000Kg+974Kg+1959Kg+0+19605Kg
=2232538Kg
液壓試驗狀態(tài)下的球罐質(zhì)量，
=210000Kg+149845Kg+19605Kg
=1728059Kg
球罐最小質(zhì)量，
=2100000Kg+19605Kg
=1728059Kg
3.3地震載荷計算
3.3.1自振周期
支柱底板底面至球殼中心的距離：
支柱數(shù)目：n=8
支柱材料16Mn號鋼的常溫彈性模量：
支柱外直徑：
支柱內(nèi)直徑：
支柱橫截面慣性矩，
支柱底板底面至拉桿中心線與支柱中心線交點處的距離：l=5600
拉桿影響系數(shù)，
球罐可視為一個單質(zhì)點體系，其基本自振周期，
=0.4977s3.3.2
3.2.1地震力
綜合影響系數(shù)：
地震影響系數(shù)的最大值，查表：
特征周期，按場地土類別II類及近震查表：
對應于自振周期T的地震影響系數(shù)，
球罐的水平地震力，
3.4風載荷計算
風載體形系數(shù)：
系數(shù)查表：
風振系數(shù)：
基本風壓值：
支柱底板底面至球殼中心的距離：
風壓高度變化系數(shù)查表計算得：
球殼附件增大系數(shù)：
球罐的水平風力，
=3.675
3.5彎矩計算
視地震載荷和風載荷為一作用于球殼中心的集中水平載荷，則由于水平地震力和水平風力引起的最大彎矩，
=
式中，為最大水平力，?。ǎ┡c較大值。而
故?。?
L為力臂：L=
3.6支柱計算
3.6.1單個支柱的垂直載荷
3.6.1.1重力載荷
操作狀態(tài)下的重力載荷，
液壓試驗狀態(tài)下的重力載荷，
3.6.1.2支柱的垂直最大載荷
支柱中心圓半徑：
最大彎矩對支柱產(chǎn)生的垂直載荷的最大值，
拉桿作用在支柱上的垂直載荷的最大值，
以上兩力之和的最大值，
=
3.6.2組合載荷
操作狀態(tài)下支柱的最大垂直載荷，
液壓試驗狀態(tài)下支柱的最大垂直載荷，
=
3.6.3單個支柱彎矩
3.6.3.1偏心彎矩
操作狀態(tài)下赤道線的液柱高度：
液壓試驗狀態(tài)下赤道線的液柱高度：
操作狀態(tài)下物料在赤道線的液柱靜壓力：
液壓試驗狀態(tài)下液體在赤道線的液柱靜壓力：
=0.07MPa
球殼的有效厚度：
操作狀態(tài)下的球殼赤道線的薄膜應力，
液壓試驗狀態(tài)下球殼赤道線的薄膜應力，
球殼內(nèi)半徑：
球殼材料的泊松比：
球殼材料16MnR彈性模量，查表：
操作狀態(tài)下支柱的偏心彎矩，
液壓試驗狀態(tài)下支柱的偏心彎矩，
3.6.3.2附加彎矩
操作狀態(tài)下支柱的附加彎矩，
液壓試驗狀態(tài)下支柱的附加彎矩，
3.6.3.3總彎矩
操作狀態(tài)下支柱總彎矩，
液壓試驗狀態(tài)下支柱的總彎矩，
3.6.4支柱穩(wěn)定性校核
單個支柱的橫截面積：
支柱的慣性半徑：
支柱長細比：
式中，計算長度系數(shù)=1。
支柱材料16Mn號鋼的常溫常壓屈服點，查表：
支柱換算長細比，
當0.215時，彎矩作用平面內(nèi)的軸心受壓支柱穩(wěn)定系數(shù)：
=0.826
等效彎矩系數(shù)：
截面塑性發(fā)展系數(shù)：
單個支柱的截面系數(shù)，
歐拉臨界力，
支柱材料的許用應力：
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，
結(jié)論：穩(wěn)定性校核合格。
3.7地腳螺栓計算
3.7.1拉桿作用在支柱上的水平力
拉桿和支柱間的夾角：
拉桿作用在支柱上的水平力
3.7.2支柱底板與基礎的摩擦力
支柱地板與基礎的摩擦系數(shù)：
支柱底板與基礎的摩擦力，
3.7.3地腳螺栓的選取
因，則球罐不需設置地腳螺栓，但為了固定球罐位置，應設置地腳螺栓。每個支柱上的地腳螺栓個數(shù)：
結(jié)論：選取M30的地腳螺栓。
3.8支柱底板
3.8.1支柱底板直徑
基礎采用鋼筋混凝土，其許用應力：
地腳螺栓直徑：d=30mm
支柱底板直徑取下列兩式中的較大值：
選取底板直徑
3.8.2底板厚度
底板的壓應力：
底板外邊緣至支柱外表面的距離：
底板材料Q235-B的常溫屈服點：
底板材料的許用彎曲應力：
底板的腐蝕裕量，一般取 。
支柱底板厚度，
結(jié)論：選取底板厚度 。
3.9拉桿計算
3.9.1拉桿螺紋小徑的計算
拉桿選用10鋼，拉桿的最大拉力，
上式中，拉桿和支柱間的夾角 。
拉桿材料的常溫屈服點，查表：
拉桿材料的許用應力：
拉桿的腐蝕裕量，一般取
拉桿螺紋小徑，
結(jié)論：選取拉桿的螺紋公稱直徑為M36。
3.9.2拉桿連接部位的計算
3.9.2.1銷子直徑
銷子選用45鋼，銷子的直徑,
式中，銷子材料的常溫屈服點：
銷子的許用應力：
結(jié)論：選取銷子的直徑為25mm。
3.9.2.2耳板厚度
式中：耳板材料的常溫屈服點：Q235-A，
耳板材料的許用壓應力：
結(jié)論：選取耳板厚度為25mm。
3.9.2.3翼板厚度
翼板選用Q235-A
式中：耳板材料的常溫屈服點：
翼板材料的常溫屈服點：
結(jié)論：選取翼板厚度為12mm。
3.9.2.4連接焊縫強度校核
1）耳板與支柱的焊縫A（見圖3.1）所承受的剪切應力：
圖 3.1耳板與支柱
式中：A焊縫單邊長度：
A焊縫焊腳尺寸：
支柱或耳板材料常溫屈服點的較小值：
角焊縫系數(shù)：取
焊縫的許用剪切應力，
2)拉桿與翼板的焊縫B所承受的剪切應力,
式中：B焊縫單邊長度：;
B焊縫焊腳尺寸：;
拉桿或翼板材料常溫屈服點的較小值：;
角焊縫系數(shù)：取;
焊縫的許用剪應力，
結(jié)論：焊縫強度通過。
3.10支柱與球殼連接最低點a的應力校核（見圖3.2）
圖 3.2支柱與球殼連接
支柱與球殼板連接最低點（a點）是一個薄弱環(huán)節(jié)，此點的應力必須進行應力校核。目前，主要用GB12337-90中a點應力的計算公式來計算橫托板下表面a點的應力。
3.10.1 a點的剪切應力
操作狀態(tài)下a點剪切應力，
液壓試驗狀態(tài)下a點剪切應力，
式中：支柱與球殼連接焊縫單邊的弧長：
球殼a點處的有效厚度：
3.10.2 a點的緯向應力
操作狀態(tài)下a點的液柱高度：;
液壓試驗狀態(tài)下物料在a點的液柱高度：;
操作狀態(tài)下物料在a點的液柱靜壓力：
液壓試驗狀態(tài)下液體（水）在a點的液柱靜壓力：
;
操作狀態(tài)下a點的緯向應力：
液壓試驗狀態(tài)下a點的緯向應力：
3.10.3 a點的應力校核
操作狀態(tài)下a點的組合應力，
液壓試驗狀態(tài)下a點的組合應力，
應力校核：a點的組合應力滿足
式中：為試驗溫度下球殼材料的屈服點
結(jié)論：校核通過。
3.11支柱與球殼連接焊縫的強度校核
支柱與球殼連接焊縫所承受的剪切應力，
式中：W取和兩者之中的較大者，其中
所以，W=
支柱與球殼連接焊縫焊角尺寸：S=10mm
支柱與球殼連接焊縫的許用剪切應力，
其中：支柱或球殼材料屈服點的最小值：
角焊縫系數(shù)：取；
應力校核：
,通過。
4、極板尺寸計算
4.1赤道板尺寸計算
已知：R=7100，N=16，，，，。
圖 4.1赤道板尺寸
弧長
弦長
弧長
弦長
弧長
弦長
弦長
弧長
4.2極板尺寸計算
圖 4.2極板尺寸
對角線弦長與弧長的最大間距：
弦長
弧長
弦長
弧長
弦長
弧長
4.2.1極中板尺寸計算
圖 4.3極中板尺寸
對角線弦長與弧長的最大間距：
弧長
弦長
弧長
弦長
弦長
弧長
弦長
弧長
弦長
弧長
4.2.2極側(cè)板尺寸計算
圖 4.4極側(cè)板尺寸
弦長
弧長
弦長
弧長
弧長
弦長
弧長
弦長
弦長
弧長
上列式中，
A、H――同前；
4.2.3極邊板尺寸計算
圖 4.5極邊板尺寸
弧長
弦長
弦長
弧長
弧長
弦長
弧長
弦長
弦長
弧長
弧長
弦長
上列式中，
5．附件的設置
球罐除球殼板及零部件外，通常還有附件。附件包括壓力表、溫度計、液位計、安全閥、緊急切斷閥、接地。安全附件的設計、選擇如下：
（1） 壓力表：按規(guī)定“在球罐頂部和底部各設置一個量程相同并經(jīng)過校正的壓力表，選用壓力表的量程為2倍試驗壓力左右……” 。故選用壓力表的規(guī)格為：YA-150壓力表0~4MPa，精度1.5級。
（2） 溫度計：上下兩個溫度計，型號為：溫度計WS-71,插入深度250。
（3） 液位計：裝設現(xiàn)場和遠傳液位計，且有高低位報警裝置和帶聯(lián)鎖的高液位報警，以免發(fā)生事故。因直徑較大，而液位計的規(guī)格有一定的規(guī)格，故此次選用兩個型號為HG/T21584-1995磁性液位計UZ4.0M-6000-0.6AF304/A作為現(xiàn)場液位計。
（4） 安全閥：因介質(zhì)的原因必須設置兩個安全閥，每個都能滿足事故狀態(tài)下最大泄放量的要求。型號為：CA42F-25安全閥DN100開啟壓力1.72MPa，數(shù)量2個。具體計算如下：
a) 容器安全泄放量（WSI），
式中：為天然氣密度0.65kg/
V為天然氣進口管的流速15m/s
D為壓力容器進口管內(nèi)徑100mm
b) 單個DN100安全閥排氣能力，
：整定壓力
：排放壓力（絕壓）
：氣體絕熱系數(shù)，查表得：k=
X：氣體特征系數(shù)，查表：X=348
C：流量系數(shù)，按全啟式安全閥取C=0.65
A：安全閥最小排氣截面積，
：安全閥喉徑，DN100喉徑為65mm
M：氣體摩爾質(zhì)量，M=24kg/kmol
T：氣體溫度，T=273+40=313K
Z：氣體在操作溫度壓力下的壓縮系數(shù)取Z=1.0
結(jié)論：
兩個DN100安全閥滿足設計要求。
（5） 接地：設置兩個接地電阻為10的接地板，材料為1Cr18Ni9。
（6） 梯子平臺現(xiàn)場配作。
6．制造及安裝
6.1材料要求
球罐制造所用主體材料為16MnR和16MnIII，下料前板材16MnR符合GB6654-96標準，逐張超聲波檢測，標準III級要求，使用狀態(tài)：正火，并進行0度沖擊試驗；鍛件符合JB/T4726-2000標準，III級合格。主體材料的化學成分和力學性能如下：
表6.1 主體材料的化學成分
化學元素
16Mn鍛件,%
16MnR鋼板,%
C
0.13~0.19
Si
0.20~0.60
0.2~0.55
Mn
1.20~1.60
1.20~1.60
P
S
Ni
Cr
Cu
表6.2 主體材料的力學性能
檢驗項目
16Mn鍛件
16MnR鋼板
450~600
470~600
27（三個試樣平均值）
31（0℃三個試樣平均值）
硬度試驗，HB
121-178
支柱選用符合GB6470的16Mn鋼管。
6.2球殼板下料、成型及運輸
a）按零件圖編制下料排版圖，并進行材料標記；
b）上水壓機冷壓成型，并用一次樣板檢查，任意部位間隙小于等于2.0mm，不允許存在包邊及皺邊；
c）按二次樣板劃切割線，樣沖標識切割線。沿切割線切割球殼，對接坡口形式及尺寸按圖，氣割要求表面平滑，粗糙度25un；平面度B<1.0mm，熔渣及氧化皮應清除干凈，坡口表面不得存在夾渣、分層、裂紋等缺陷；
d)對每塊球殼板坡口周邊100mm范圍內(nèi)全面積檢測，符合JB/T4730-2005標準III合格；
e）測厚：不小于41.50mm；
f）對球殼板進行總檢：球殼板長度方向弦長公差，寬度方向弦長，對角線公差；
g）坡口表面機器內(nèi)、外表面50mm范圍內(nèi)涂可焊性涂料；
i）球殼板運輸時，需根據(jù)球片曲率制作運輸包裝架，防止球殼板運輸變形。
6.3組裝
<1>按圖清點各零部件，復驗其主要尺寸，標志清楚齊全。
<2>組焊定位塊：定位塊在球殼板吊裝前焊完，焊接前應畫出焊接位置，確保全部球殼板定位塊的一一對應和調(diào)整卡具使用合適，允許偏差。內(nèi)腳手腳及外防護棚的搭設。球罐內(nèi)部用無縫鋼管和有縫鋼管組成傘形架；外部與防護棚共同形成罐外操作平臺。為保證傘形架的穩(wěn)定，在不影響球罐安裝的情況下，在其頂部和底部分別用鋼絲繩和型鋼固定。
<3>球罐赤道板的組裝采用插入法，具體步驟如下：
a)赤道帶板應在安裝前在板中劃出中心線，以保證安裝時赤道板處于一個水平度，按排版圖吊裝帶支柱的赤道板，用鋼絲繩牽引，準確就位，使座板十字中心線和柱底板十字中心線吻合。采取臨時固定措施，防止傾倒，安裝柱間拉桿，調(diào)整支柱垂直度，以利于相鄰赤道板的組裝，且有利于控制支柱最終垂直度。
b)吊裝其它赤道板，安裝組裝夾具進行固定，根據(jù)球殼板復檢計算調(diào)整間隙、錯邊、棱角度、端口水平度。
c)組對成環(huán)后，按技術(shù)要求進行檢查、調(diào)整，重點注意調(diào)整上、下環(huán)口的橢圓度和周長，以利于上、下極帶的組裝，且在支柱下端用水準儀測出各支柱的水準線，以便檢查，調(diào)整赤道線水平度。
<4>上極帶板的組裝
上極帶板起吊就位時，殼板上端用組裝夾具與赤道帶上端連接，殼板下端用倒鏈鉤掛在傘形架上，調(diào)節(jié)球臺高度和下口直徑，待組裝完畢后拆除。
<5>下極帶板的組裝
下極帶板起吊就位時，球殼板下端用組裝夾具與赤道帶板下端連接，殼板上端用倒鏈鉤掛在傘形架上，調(diào)節(jié)球臺高度和下口直徑，待組裝完畢后拆除。
6.4焊接
球罐殼體及殼體與各接管鍛件焊接選用低氫堿性焊條E5015(J507)，殼體施焊前應將坡口表面和兩側(cè)至少20mm范圍內(nèi)的油污、水分及其他有害雜質(zhì)清除干凈。該殼體采用雙面焊對接焊縫，單側(cè)焊接后應進行背面清根，清根時應將定位焊的溶附金屬清除掉，清根后的坡口形狀、寬窄應一致。焊后須立即進行熱后消氫處理，后熱溫度宜為200~250℃，后熱時間應為0.5~1小時。
焊后球殼兩極間凈距與球殼設計內(nèi)直徑之差和赤道截面的最大內(nèi)直徑與最小內(nèi)直徑之差小于80mm。焊縫表面不得有裂紋、咬邊、氣孔、弧坑和夾渣等缺陷，并不得保留有熔渣與飛濺物。對接后焊縫余高不得大于3mm。立柱與球殼的角焊縫采用E4315(J427)，焊縫應圓滑過渡至母材的幾何形狀。
6.5無損檢測
無損檢測要求對接焊縫焊后應進行100%的射線檢測+100%超聲檢測+100%磁粉檢測，射線和磁粉檢測按JB/T4730-2005《壓力容器無損檢測》的II級為合格，超聲檢測按JB/T4730-2005得I級為合格。水壓試驗后，球殼上所有焊縫應進行20%磁粉，符合JB/T4730-2005標準規(guī)定，II級合格。
6.6焊后整體熱處理
焊后熱處理的主要目的是為了消除存在于球罐上由于組裝焊接造成的殘余應力，并改善焊接接頭性能，特別是提高整體球罐抗脆性斷裂和抗應力腐蝕的能力，同時能穩(wěn)定結(jié)構(gòu)形狀與尺寸，改善并使淬火組織軟化，細化晶粒，從而改善焊接接頭的性能，降低硬度，提高塑性及斷裂韌度，提高疲勞強度，提高應力腐蝕能力，避免延遲裂紋的產(chǎn)生。我國規(guī)定：“厚度大于30mm的16MnR鋼制球殼應在壓力試驗之前進行焊后整體熱處理”，故設計要求進行焊后整體熱處理。另人孔凸緣與球殼的對接接頭焊后立即進行消氫處理。
1400球罐的焊后熱處理工藝如下圖
目前，國內(nèi)外針對球罐焊后整體熱處理的施工方法有很多種，此次選擇應用較為普遍和安全的電加熱法和燃油法（內(nèi)部燃燒法）。
加熱以內(nèi)燃法為主，同時采用電加熱方式輔助加熱，以保證熱處理效果。此外，在結(jié)構(gòu)上做了一些調(diào)整，采用在球罐外部包裹保溫材料，內(nèi)部進行加熱及將下人孔布置居中、球罐里面的上部加上擋熱板，保證采用火焰加熱進行整體熱處理時球殼受熱均勻；在支柱底板下面，設計熱處理墊板，保證了在進行熱處理時支柱的移動。在支柱底板上開長圓孔，使得整個滑動體系中存在兩個滑動面。
提供同材質(zhì)、同規(guī)格、同批號、同坡口形式的球罐試板各六塊（并富有各項檢驗合格證或抄件），拼成三對，其中立焊、橫焊、平角仰焊各一對。
試板要求：試板焊接工藝與球殼焊接工藝相同，試板焊縫經(jīng)外觀檢查合格后，應進行100%RT+100%UT檢測，符合JB/T4730-2005規(guī)定，RT II級，UT I級合格，并隨同球罐同時進行熱處理，然后進行機械性能檢驗。
6.7壓力試驗和氣密性試驗
壓力試驗用5℃以上的清潔水，注滿水時，應將空氣排盡，試驗過程中應保持球罐外表面干燥。在罐頂和罐底各裝一個經(jīng)校核合格且精度不低于1.5級的表盤直徑150mm的壓力表，其量程為0~4MPa，壓力以罐頂讀數(shù)為準，試驗壓力：2.15MPa。試驗時，壓力應緩慢上升，升至試驗壓力的50%時保持15分鐘，對球罐的所有焊縫和連接部位進行滲漏檢查，確認無滲漏后繼續(xù)升壓，當壓力升至試驗壓力的90%時，保持15分鐘，檢查確認無滲漏后繼續(xù)升壓。當壓力升至試驗壓力時，保持30分鐘，然后將壓力降至設計壓力，進行檢查，以無滲漏為合格。水壓試驗完畢后，應將水排盡，用壓縮空氣將罐內(nèi)吹干。
15℃的干燥潔凈空氣，壓力表和其安裝要求同壓力試驗，氣密性試驗的壓力應為：1.72MPa。 試驗要求：
a) 試驗時，壓力應緩慢上升，上升至試驗壓力的50%時，保持10分鐘，然后對球罐的所有焊縫和連接部位進行滲漏檢查，確認無滲漏后升壓；
b) 壓力升至試驗壓力時，保持10分鐘，檢查以無滲漏為合格。
首先對鋼板的化學成分提出了比較嚴格的要求，嚴格控制S.P含量，其中S含量≤0.015%。通過控制化學成分，保證材料的機械性能，特別是材料的低溫-20℃沖擊韌性值。
為了提高高質(zhì)量的球罐，制造條件提出：用于制造本球罐的鋼板實物水平必須達到0℃，三個標準試樣的沖擊功水平平均值AKV≥31J（單個最低值≥27J）。用于制造球殼板的鋼板逐張超聲波檢測達III級標準。提出了必須采用實物水平，必須達到0℃時AKV≥30J，單個最低值大于等于27J的鍛件用于本球罐與球罐相焊接的零部件的制造。組焊用焊條J507（E5015）。
以上措施，保證了材料既有良好的機械性能。此外，在制造焊接方面也提出了十分嚴格的要求，如嚴格控制焊接線能量不超過30KJ/cm，施焊時采用窄焊道，薄層多層焊，每一道焊道寬度不大于焊芯直徑的4倍，對于焊工資格和對 評定及焊前預熱都有嚴格要求，規(guī)定了嚴格的焊接材料管理制度，控制焊接層間溫度，同時規(guī)定焊后消氫處理等一系列措施。
技術(shù)條件提出了許多嚴格標準要求，在檢驗上嚴格執(zhí)行6個100%的檢驗手段，這些措施包括球殼板對接焊縫熱處理前應進行100%射線檢測外，還要應進行100%超聲波及100%磁粉檢測，水壓試驗后再進行20%磁粉檢測，同球殼板焊接形成的角焊接、工卡具清除后的焊遺部位及熱影響區(qū)進行表面100%的磁粉檢測。
經(jīng)過實踐證明，盡管設計提出的要求偏高，但實際上還是能夠達到的，并且還有些高于設計要求，這就說：只要我們以科學的、求實的態(tài)度，要完成設計制造優(yōu)質(zhì)的球罐是完全可行的，這也為以后的設計工作提供了寶貴的實踐經(jīng)驗。
球罐質(zhì)量第一，既是用戶的要求也是設計單位的知道思想和設計原則。在設計過程中自始至終執(zhí)行ISO9001:1994，以確保設計質(zhì)量符合規(guī)范，同時滿足用戶需要，為用戶提供安全、優(yōu)質(zhì)的國產(chǎn)液化石油氣球罐。
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謝辭
畢業(yè)設計是在大學四年所學到的專業(yè)知識的基礎上，培養(yǎng)我們分析和解決實際工程問題的能力，對我們所學知識的一次檢驗。在畢業(yè)設計的實踐中，我學到很多有用的知識，也積累了不少寶貴的工程設計經(jīng)驗，這些都將會對我以后的即將進入社會工作產(chǎn)生深遠的影響。
首先要感謝我們的各位老師。本次畢業(yè)設計及論文的撰寫時在老師的精心指導下完成的，老師為此付出了辛勤的勞動。導師高尚的師德，敏銳的思維，淵博的學識和嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度使我受益終身。我早期設計過程中遇到過不少的技術(shù)困難，是導師給了我大力的幫助和鼓勵，才得以一一攻克，使本次設計能以較高的質(zhì)量完成。完稿之后，導師又對論文進行了全面的審閱，并提出了寶貴的意見，我根據(jù)導師的意見對本論文進行了認真的修改。為此，再次感謝我的導師。
其次，還要感謝我的同學，感謝他們在設計過程中給予我的大力幫助，他們在我設計過程種提供的寶貴意見，使得我的設計能夠及時順利的進行。
最后，還要感謝大學以來一直教我知識的老師，是他們使我具有扎實的專業(yè)知識，為本次畢業(yè)設計做了充分的知識準備。
附錄
1英文原文
The handover acceptance spherical quenched basis before the date of acceptance foundation, civil units must be self-checking qualified and fill in the completion data base, the strength must be professional laboratory test report. General rules, spherical before installation foundation intensity should achieve design strength value of 75 % above. After the declaration, civil organizations apply for general supervision by the owner, inspection, contact joint field measurement installed in accordance with the standards of foundation, elevation, anchor bolt hole deviation and position in the center circle as the confirmation, such as the qualified, sign on the spot.
The plate and shell parts: (1) receive reinspection plate and shell parts to on-site inspection and imported goods, after construction units inspected. (2) shell plates. According to the drawing and construction unit of relevant standards and spherical shell plates by zhang check surface quality and the arc length measurement and curvature. After checking that two spherical surface quality of the north, and a small reservoirs in tuen mun qualified the 4 billiards shell plate surface has scratches, rust and curvature, dimensions, such as necked-down situation. CMP company, except this measurement results, and puts forward corresponding to accept the penalty spot and promised to repair, repair plan to repair, the construction unit testing, finally, VT MT by special inspection center for acceptance. (3) spherical shell thickness of plates. Construction unit by random 20 %, the platform with 20 S14 quenched the equator at first 300mm board thickness, Yang CMP company 42mm than in board, make initiative S14 sphericalDelay 3 months. (4) shell plates ultrasonic testing. According to GB50094 standard, construction units of spherical shell by the board of 100 % of the deck and the board surrounding ultrasonic testing, the results are all qualified.
Installation: pillar of spherical pillar, the two points in the period of pillar has welded plate, site installation is under section pillars based on lifting to spherical first, then use the scaffold fluctuation two together. Before installation should be under section pillars, based on measuring spherical elevation based on each floor made pillars round and setting-out lofting, then use the circle diagram inclined mat iron group trentment paving the adjacent base. When the hoisting, adjust the pillar of perpendicular to the equator (this is the group with smooth, field observation or vertical deviation is less GB12337 and GB50094 15mm, conform to requirements. 14 after all the pillars shall be installed, in order to ensure the timely follow-up scaffold built with the installation.
Spherical shell plates orientation block welding and put in: (1) the orientation block welding. Spherical shell board after inspection by Numbers, and according to all take place in welding assembling positioning, lug (weld positioning, etc must be lifting lugs according to the process of qualified standard welding process evaluation, etc.) for the main assembly method, using pot in the zone, with using orientation block, lifting lugs, etc, in the temperate zone, has brought under used orientation block, lifting lugs on board inside such welding. Spherical shell plates put in place. Using crane "dumped" will bring down the temperate zone, has placed on board by lifting is based on the sphere, temperate, around the equator, put in the distance were extremely belt around the basis for crane (channel).
Equatorial belt of the assembly: the entire assembly is quenched the benchmark, the assembly assembled in the upper section pillars installation position, ther
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