3000m3液化气球罐的优化设计—毕业设计.doc

本科毕业设计说明书3000m3液化气球罐的优化设计THE OPTIMAL DESIGN OF 3000m3 LPG SPHERICAL TANK学院（部）： 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 年 月 日安徽理工大学毕业设计3000m3液化气球罐的优化设计摘要球形储罐作为一种有压储存容器，相对于一般圆筒形储存容器，具有用材少、受力情况好、占地面积小等显著优点，在石油、化工、冶金等领域广泛用于储存气体、液体或者液化气体本文设计了在常温下工作的3000m3的液化气球罐及其相应附件查阅相关资料后，确定采用16MnR钢作为球壳用钢，对其储罐形式进行了优化设计，计算比较后确定采用混合式三带球罐，支柱形式为赤道正切式，支柱根数为10根，拉杆采用可调式拉杆，根据相关设计标注进行结构设计和强度校核，最后完成相关附件的设计最终的成果为一张装配图和三张主要零件的零件图关键字：球形储罐，材料选择，结构优化，强度校核THE OPTIMAL DESIGN OF 3000m3 LPG SPHERICAL TANKABSTRACTCompared to the general cylindrical storage container, the spherical tank is a kind of pressure storage containers with less material, good force, cover a small area, etc, which is widely used in storage of gases, liquids, or liquefied gas in petroleum, chemical industry, metallurgy and other fields.  This paper designs the 3000㎡ LPG spherical tank working at room temperature and its corresponding accessories. Referring to relevant data, I determine using 16 MnR steel as the steel spherical shell. The optimization design is carried out on the form of storage tank. After computation and comparison, I determine using hybrid three zones spherical tank with the pillar form of the equator tangent type, prop root number of 10, and adjustable draw-pole. The structure is designed and the strength is checked according to related design marks, and finally the design of the related accessories is completed. The final result of this study is a assembly drawing and three parts drawing of major parts.KEYWORDS: the spherical tank, material selection, structure optimization,strength chec目录摘要 IABSTRACT II1球罐概述 11.1绪论 11.2球罐的分类和特点 11.2.1球罐的分类 11.2.2球罐的特点 21.3球罐的设计参数 21.3.1压力 21.3.2温度 31.4球罐的应用 32球罐的结构设计 42.1球罐壳体的优化设计 42.1.1壳体结构的确定 42.1.2壳体尺寸的计算 62.2焊接坡口的设计 142.3支座设计 152.4开孔设计 182.4.1人孔结构 182.4.2接管结构 182.5球罐的附件 192.5.1梯子平台 192.5.2喷淋装置 192.5.3隔热保冷装置 202.5.4液位计 212.5.5压力表 212.5.6温度计 212.5.7安全泄放装置 213罐的强度计算 243.1设计参数 243.2球壳计算 243.2.1液柱高度与计算压力 243.2.2球壳厚度球罐质量的计算 253.2.3球壳强度校核 263.3球罐质量计算 273.4地震载荷的计算 283.4.1球罐的基本自振周期 283.4.2水平地震力 283.5风载荷的计算 293.6弯矩的计算 293.7支柱的计算 303.7．1单个支柱的垂直载荷 303.7.2支柱的最大垂直载荷 313.7.3单个支柱弯矩 313.7.3支柱稳定性校核 323.8地脚螺栓计算 343.8.1拉杆作用在支柱上的水平力 343.8.2支柱底板与基础之间的摩擦力 343.8.3地脚螺栓的计算 343.9支柱底板 353.9.1支柱底板直径 353.9.2支柱底板厚度 353.10拉杆计算 353.10.1拉杆螺纹小径的计算 353.10.2拉杆连接部分的计算 363.11支柱与球壳连接最低点的应力校核 373.11.1 a点的剪切应力 373.11.2 a点的维向应力 383.11.3 a点的组合应力与应力校核 383.12支柱与壳体连接焊缝的强度校核 384球罐的制造与组装 404.1制造工序 404.1.1.材料的检验 404.1.2瓣片加工 404.2现场组装 414.3组装准备 414.3.1基础检查验收 414.3.2球瓣的几何尺寸检查和理化检验 424,4组装精度的控制 424.4.1支柱偏差的控制 424.4.2椭圆度、焊缝错变量和角变形 424.5组装安全措施 42结论 44参考文献 45致谢 46I1球罐概述1.1绪论球形储罐最早出现在19世纪末20世纪初，最初的球罐只是用来储存低压气体，此时的球罐结构是铆接结构，这种结构的球罐制造困难，材料浪费情况严重。

当时世界上只有少数国家能进行球罐的设计制造，比如美国于1910年建造的小型球形储罐到40年代，由于焊接技术和新钢材的快速发展，球罐正式从最初的铆接结构转变成沿用至今的焊接结构，与铆接结构相比，焊接结构更加牢固，周期比更短，而且焊接不需要任何的介质，是本体的焊接，更经济，更环保，再此阶段，球罐的制造得到了飞速的发展在日本于1950年利用美国的T-L80钢知道了当是世界上最大的球罐，它的直径有33.68m,容量为2000m3的城市煤气储罐虽然此时球罐体积可以做的很大，但压力与储存能力还是处于较低状态从60年代至今，球罐的制造技术在原先的基础上得到了进一步的发展，在此时期，日本已然能制造设计压力为0.75MPa的大型球罐我国的球罐行业起步于50年代末期，相比于其他发达国家有很大差距，我国在60年代只能制造出几何容积只有400m3的球罐随着我国科学技术的高速发展，尤其是在改革开放以后，为满足石油、化工、冶金等行业的需求，作为储存容器的球罐得到了广泛的用用和高速发展与此同时，为了赶上世界球罐设计制造的大型化和高参数化的趋势，我国引进并建起了一批5000m3、10000m3的特大型球罐和低温球罐球罐作为一种装备在国民经济种已然占据了不可忽视的重要地位。

由于各个国家之间的工业化程度存在差异，球罐的设计规范在不同的国家亦是不同的我国的球罐设计标准有GB150、GB12337、GB/T17261等等在其他主要工业化国家中，除了日本有专业的球罐设计规范外，一般均为压力容器方面的行业规范，例如美国的ASMEⅧ，法国的CODPA，英国的BS5500等虽说各个国家的设计规范不尽相同，但是总体来说一个完整的球罐主要有罐体、支柱、拉杆、操作平台、盘梯以及各种相关附件（包括人孔、接管、液面计，压力计、温度计、安全泄放装置等）组成1.2球罐的分类和特点1.2.1球罐的分类球罐的的结构形式和用途具有多样性，其分类依据亦有多种不同的标准，在这里主要介绍以下几种分类：（1） 按照储存物料类型分类按球罐物料类型不同，可以将球罐分为储存液相无聊和气象物料两大类其中储存液相物料的球罐友根据其工作温度分为常温球罐、低温球罐和深冷球罐2） 按照球壳形式分类按球壳的不同可以分为足球瓣式、橘瓣式、足球瓣与橘瓣混合式3） 按照球罐外形分类按球壳外形的不同可以分为圆球形、椭球形、水滴形或者上述几种形式的混合（4） 按照支柱形式分类按支柱形式的不同可以分为支柱式、裙座式、锥底支撑以及按照在混凝土基础上的半埋式，其中，支柱式又可以分赤道正切式、V形支柱式、三柱合一式。

由于赤道正切式具有受力均匀、承受横向载荷能力强等优点，应用最为广泛（5） 按照拉杆分类按拉杆不同可以分类成可调式拉杆、固定式拉杆目前在国内使用最广泛的是单层赤道正切式，可调拉杆的球罐该种球罐无论是在设计制造，还是在现场组装安装等方面均有较为成熟的经验我国的国家标准GB12337规定采用这种形式的球罐1.2.2球罐的特点有压储存容器一般分为圆筒形和球形两种，不同形式的储存容器各有各的特点，在这里着重介绍球形储罐的特点：（1）与圆筒形储存容器相比，同等体积下，球罐的表面的表面积最小，即在相同容量下球罐所需钢材面积最小，一般情况下要节约30%-40%的钢材2）球罐翘板承载能力是圆筒形容器的两倍，即在内压相同的条件下，球形容器所需壁厚仅为同直径、同材料的圆筒形容器壁厚的一般（不考虑腐蚀裕量）3）球罐的风力系数为0.3，而圆筒形容器的风力系数为0.7，所以对于风载荷而言，球罐比圆筒形容器更安全4）与相同体积的圆筒形储罐相比，球罐占地面积小，而且可以向空间高度发展，有利于地表面积的利用综上所述，再加上球罐基础简单，外观具有观赏性，可用于工程环境的美化，使球罐的应用得到了很大的发展1.3球罐的设计参数 球罐的主要设计参数为设计压力和设计温度，这两个参数互相影响，对球罐的设计影响很大，对材料的选用其决定作用。

1.3.1压力除注明者外，压力均指表压1.工作压力 工作压力值正常情况下，球罐顶部可能达到的最高压2.设计压力 设计压力值设定的球罐顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于工作压力1.3.2温度除注明者外，温度均指摄氏温度1.设计温度 设计温度指球罐在正常工作情况下设定的受压元件的金属温度（沿元件金属截面的温度平均值）设计温度与设计压力一起作为设计载荷条件2.试验温度 实验温度指压力试验是，球壳的金属温度在本次液化气球罐的设计中，设计压力p=1.77,设计温度T=50℃.1.4球罐的应用由于球形储罐具有显著的优点，在我国石油化工滚、合成氨、城市燃气建设中，大型。