球罐设计

第一章 确定设计参数、选择材料

一、确定设计参数

（一） 设计温度

储罐放在室外，罐的外表面用150mm的保温层保温。在吉林地区，夏季可能达到的最高气温为40℃。最低气温（月平均）为-20℃。

（二） 设计压力

罐内储存的是被压缩且被冷却水冷凝的液氨。氨蒸汽被压缩到0.9~1.4MPa，被冷却水冷凝。液氨40℃时的饱和蒸汽压由[1]查得为：P汽=1.55MPa(绝对压力)。为保证安全,在罐顶装有安全阀,故球罐设计压力为安全阀的启动压力，即：

P=(1.05-1.1)P

汽=(1.05-1.1)×1.45=1.523~1.595MPa

取设计压力P=1.6MPa

(三) 焊缝系数?球罐采用X坡口,双面对接焊,并进行100%的无损探伤,由[2]知?=1.0 (四) 水压试验压力

由[4]知水压试验压力为: PT=1.25P??????t

球壳材料为16MnDR，初选板厚为36mm,由[3]表3查得???=157MPa, ??PT=1.25P×157/157=1.25×1.6×1=2.06 MPa

?t=157MPa 则

试验时水温不得低于5℃。

（五） 球罐的基本参数

球罐盛装量为170吨／台。液氨-20℃的密度为0.664吨／M3，，40℃时0.58吨／M3。 球罐所需容积（按40℃计）为：V=

1700.58=293.1M3

1700.5已给盛装系数为0.5，即不得装满，故实际所需容积为：V==340M3，其小于400M3，

余容较大，足够用，相差17.6%，符合标准要求。

按公称容积4003设计，由[2]附录一P41查得球罐基本参数如表 一 1-1

公称容积 内 径 ㎜ 几何容积m 支座型式 支柱根数 分带数 3表——1-1球罐基本参数 400 各 上 极 带 9200 408 赤道正切式 8 5 带 球 心 角 45°／3 45°／16 45°／16 45°／16 45°／3 上 温 带 赤 道 带 下 温 带 各 带 下 极 带 分块 数 1

二．材料的选择

按操作条件要求及各种材料的性能特点，分别选择如下。 （一） 球壳钢板

操作最低气温为-20℃。按［2］，［3］要求，从表四选用16MnDR低温钢板.使用状态为正火.逐张进行超声波检查,按ZBJ740030—88Ⅲ级为合格,试验要求按［3］规定进行。 (二) 接管 由［3］表5选16Mn,正火状态,其机械性能及要求应符合［3］表5、表6的要求。

(三) 锻件 选16MnD(［3］表7)采用正火加回火或调质状态，要求及机械性能应符合［3］规定。(表8)

(四) 螺栓.螺母

按［3］表10规定,螺栓选35,螺母选Q235 GB699其机械性能及要求应符合［3］规定。表9,正火状态.

(五) 支柱、拉杆材料. 见表2-2

表2-2支柱、拉杆材料 序 号 1 2 3 4 5 6 7

(六) 焊接材料

焊条选用低氢型,要求应符合[3]的有关规定。

构 件 名 称 支 柱 拉 杆 支 柱 底 板 拉 杆 连 接 板 支 柱 盖 板 销 子 松 紧 绕 钢 号 20 16Mn (圆钢) Q235 16Mn 20 45 16Mn 钢 材 标 准 YB231-70 GB1591-79 GB700-79 GB1591-79 YB231-70 GB99-79 GB1591-79

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第二章 结构设计

一、概述

球罐结构设计主要包括:球壳设计、支柱设计、拉杆设计、人孔设计、备用孔设计、接管及补强设计、保温绝热设计及各种附件设计等。其设计合理与否,直接关系到制造安装质量、成本及检修是否方便等。

二 球壳设计

(一)分瓣法及各带片数的确定

目前我国多用桔瓣式,其便于现场组对和手工施焊。由直径的大小决定采用五环带桔瓣式。球片宽不小于500mm。 上、下极带用数量、型式相同 的球片各三块。上、下温带各 16块；赤道带16块；

故球片总数为:

n=16×3＋2×3=54片 (二) 球瓣尺寸计算 按几何关系计算出成 型后球片的各部尺寸,

以便下料.按[6］[7]公式计算。

符号说明:

D─球壳内径; n─球壳分带总数;

ni─球壳分带序数(只考虑半

球);(i=1为赤道带,i=2为温度带,i=3为极带);

?i—各带球夹角(均为45°);

Di─球壳各带横截面弦口直径;

Cm─球瓣各测量点的弦长;

m─球瓣各测量点的顺序号；

Si─各带测量点顺序号； Ni─第N带的分块数;

??m—球瓣各点对应弦长Cm的弧长;

??各点弧长; Bm—对应Cm?—球瓣经向各点弦长; Cm

3

Ri—各带球瓣弦口展开半径;

CT—极板弦口弦长;

A?T—极板弦口弧长; Cyi—各带球瓣对角线弦长;

A?yi—各带球瓣对角线弧长.

各带球心夹角:?i??1??2??3?45? 测量点:赤道带m1=1～6，温带m2=6～16

2RA瓣CAi温带球i16C161515A15C1414A14C1313A13⌒2C1212A12C1111A11⌒C1010A10C99A9BB1CB16B1588AB143B12C8B111077AB79BC8B6674

⌒AiA1赤道带球瓣65A524A4/⌒iL3A3B12B6⌒5⌒1A2BB43⌒A1⌒iyAyA

1、 各带横截面弦口直径的计算

(1)赤道带弦口直径 Di?D?cos???i? 其中??i?(n1i?1)?1??2=(1-1)×45°＋

45?2

∴ D1?D? cosco[(1-1)×45°＋45?2]=9200×cos22.5°=8499.69mm

(2) 温带弦口直径(小端)

D2?D?cos???2?=9200×cos[(2-1)×45°＋

45?2）]

=9200×cos67.5°=3520.69mm

(3) 极带弦口直径

D45?3?D?cos???3?=Dcos[(3-1)×45°＋2]=9200×cos112.5°=3520.69mm

2、 球片各带弧长计算(经向)

由于各带球片的球心角相等,所以各带弧长也相等。即

L????D?3.14?9200?45?1?L2?L3=360?=360?=3612.83mm

3、 球瓣测量点弦长Cm的计算

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