目 录
摘 要 I
Abstract II
1 文献综述 1
1.1 课题研究的工程背景及理论、实际意义 1
1.2 球罐用钢 1
1.2.1 球罐用钢基本要求分析 1
1.2.2 国内外球罐的常用钢种 2
1.2.3 几种典型球罐用钢的优劣对比 2
1.3 球罐设计 3
1.3.1 球罐设计的执行标准及法规 3
1.3.2 球壳结构 4
1.3.3 支座结构 4
1.3.4 拉杆结构 5
1.3.5 支柱与球壳连接下部结构 6
1.3.6 接管补强结构 7
1.3.7 球罐的设计方法 8
1.4 球罐制造 10
1.5 球罐安装及检验技术 11
1.6 球罐的发展趋势和面临的问题 11
1.6.1 球罐发展趋势 11
1.6.2 球罐的化面临的问题 12
2 5000立方米石油液化气球罐制造工艺 13
2.1 基本参数 13
2.2 基础资料 13
2.2.1 安装与运行地区气象环境条件 13
2.2.2 场地条件 13
2.2.3 工作介质 13
2.2.4 运行要求 14
2.3 球罐制造工艺主要设计参数的确定 14
2.3.1 设计压力和设计温度 14
2.3.2 人孔、接管位置及尺寸的确定 14
2.3.3 腐蚀余量的确定 15
2.4 制造工艺设计原则 15
2.4.1 设计规范的确定 15
2.4.2 压力试验方法 15
2.5 球壳设计 16
2.5.1 材料选用 16
2.5.2 球罐支柱数和分带角的确定 16
2.5.3 混合式结构的排板计算 16
2.5.4 球壳 18
2.5.5 开孔补强 19
2.5.6 安全泄放设计 20
2.5.7 法兰密封 20
2.6 球罐支柱与拉杆 20
2.6.1 球罐连接结构型式的确定 20
2.6.2 支柱结构 20
2.6.3 拉杆 21
2.6.4 支柱和拉杆设计计算 21
2.7 制造要求 21
2.7.1 球壳板 21
2.7.2 坡口 21
2.7.3 焊条 21
2.7.4 组焊 22
2.7.5 焊后热处理 22
2.7.6 其他要求 22
3 球罐的强度计算 23
3.1 设计条件 23
3.2 球壳计算 23
3.2.1 计算压力 23
3.2.2 球壳各带的厚度计算 24
3.2.3 球壳薄膜应力校核 25
3.2.4 球壳许用外压力 26
3.2.5 球壳压应力校核 26
3.3 球罐质量计算 27
3.4 地震载荷计算 29
3.4.1 自振周期 29
3.4.2 地震力 29
3.5 风载荷计算 29
3.6 弯矩计算 30
3.7 支柱计算 30
3.7.1 单个支柱的垂直载荷 30
3.7.2 组合载荷 31
3.7.3 单个支柱弯矩 31
3.7.4 支柱稳定性校核 32
3.8 地脚螺栓计算 33
3.8.1 拉杆作用在支柱上的水平力 33
3.8.2 支柱底板与基础的摩擦力 34
3.8.3 地脚螺栓 34
3.9 支柱底板 34
3.9.1 支柱底板直径 34
3.9.2 底板厚度 35
3.10 拉杆计算 35
3.10.1 拉杆螺纹小径的计算 35
3.10.2 拉杆连接部位的计算: 36
3.11 支柱与球壳连接最低点a的应力校核 38
3.11.1 a点的剪切应力 38
3.11.2 a点的纬向应力 38
3.11.3 a点的应力校核 38
3.12 支柱与球壳连接焊缝的强度校核 39
3.13 安全泄放计算 39
3.13.1 安全阀排泄量 39
3.13.2 安全阀排放面积的计算 40
3.14 开孔补强计算 40
3.14.1 DN50开孔补强 40
3.14.2 DN80开孔补强 41
3.14.3 DN150开孔补强 41
3.14.4 DN40开孔补强 41
4 5000立方米石油液化气球罐应力分析 43
4.1 应力分析方案 43
4.2 结构分析 43
4.3 应力分析结果 44
4.4 强度评定 44
4.4.1 连接处支柱强度评定 44
4.4.2 连接处球壳强度评定 45
4.4.3 连接处托板强度评定 45
4.5 常规设计与分析设计的比较 46
结 论 49
参 考 文 献 50
致 谢 51
2 5000立方米石油液化气球罐制造工艺
2.1 基本参数
公称容积：5000 m3；
最高工作压力：0.42MPa；
最高工作温度：12℃；
球罐基础高度：200mm；
罐底距地面高度：1.8m；
使用寿命：40年
2.2 基础资料
2.2.1 安装与运行地区气象环境条件
（1）大气温度：年平均气温15.4℃，最高气温39.7℃，最低气温-13.1℃，最热月月平均气温33℃，最冷月月平均气温-8℃；
（2）大气湿度：最热月平均相对湿度75%，最冷月平均相对湿度82%；
（3）大气压力：夏季100.3kPa，冬季101.1kPa；
（4）基本雪压250 Pa；
（5）大气流速（地面）：基本风压400Pa
2.2.2 场地条件
①安装场地海拔高度 3.3m ；
②地震设防烈度7度近震；
③球罐安装场地已平基，Ⅱ类场地土；
④地面粗糙度类别B类；
⑤露天环境
2.2.3 工作介质
球罐储存的石油液化气气主要理化性质参数如下：
① 石油液化气的组成(摩尔)为：丙烯占20%、丙烷占40%、正丁烷占30%、异丁烷占10%，12℃时石油液化气的饱和蒸汽压为0.42MPa。物料中硫化氢含量10×10-6ppm。
② 平均分子量50 ③ 密度560 kg/m3
④ 比重0.56（水为1）
⑤ 运动粘度2.4×10－ 7m2/s
⑥ 绝热指数1.12
2.2.4 运行要求
全天候、全时段（24h、365d连续运转）连续运行。
2.3 球罐制造工艺主要设计参数的确定
2.3.1 设计压力和设计温度
参照《压力容器安全技术监察规程》对设计压力和设计温度的规定，确定本次5000立方米石油液化气球罐主要设计压力和设计温度如下：
球罐的设计压力一般按不低于安全阀开启压力选取常取1.05～1.1倍存储压力（工作压力），本次设计压力为0.5MPa，安全阀开启压力为0.45 MPa，最高工作压力0.409～0.428MPa，最终取工作压力0.42 MPa(石油液化气12℃时的饱和蒸汽压)。
设计温度分上限和下限两种极端的情况分别考虑：设计温度分上限是介质的最高操作温度，即12℃。考虑到最热月月平均气温33℃，大于介质的最高工作温度，球罐应覆盖保冷层，保冷层厚度为50mm，材料为聚氨基甲酸酯；设计温度下限受环境温度的限制，壳体的金属温度取绝于大气环境气温，其最低设计温度可按该地区气象资料，取最低气温，对于天津临港最低气温为-18℃。故确定设计温度为-19～+12℃，钢材及焊接接头的所有验收指标都按-20℃验收。
2.3.2 人孔、接管位置及尺寸的确定
为检修方便，每台球罐需设置上、下各1个人孔，一般人孔内径尺寸为500～600mm，最终确定选500mm人孔。考虑到本球罐较大，内部检修时需设置内部旋梯，为便于内部旋梯的固定和安装，确定将上下各一个500mm的人孔各置于上下极中央。
上极板接管共有7个，都布置在R1900的圆周上，其中包括：DN150的气相返回接管N1；DN150安全阀接管N2A和N2B；DN50的压力表接管N3；DN50的液位计接管N4A；DN80的远传液位计接管N9A；DN50的远传压力表接管N3。
下极板接管共有6个，分别布置在R1900和R2800的圆周上，其中布置在R1900圆周上的有：DN50的液位计接管N4B；DN30的排污口接管N6；DN50的温度计接管N7；DN80的远传液位计接管N9B；
布置在R2800圆周上的有：DN350的液化气进口接管N8A和出口接管N8B。
2.3.3 腐蚀余量的确定
球罐设计使用寿命40年，考虑均匀腐蚀情况下腐蚀率按0.05mm/年考虑，球壳板及人孔、接管等主体受压元件腐蚀余量取2mm。
支柱底板及拉杆部位腐蚀余量按3mm选取。