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球形储罐北方民族大学化工学院过程装备专业张玉龙球形储罐简介我们把用于储存液体和气体物料的球形容器称为球形储罐。球形储罐壳体受力均匀,在相同直径和相同工况下,球形容器的薄膜应力仅为圆筒形容器环向应力的一半,相应承压能力强﹔且相同容积下球壳表面积最小,质量轻﹔但因球形储罐容积大,需制造厂成形球壳板,安装单位现场组装焊接,制造安装有一定难度,技术要求相对较高。国内外球罐用钢的进展情况球罐用钢方面国际上有两种倾向：美国和日本对球壳用材倾向于采用屈服限为500-800MPa的高强度钢，其特点是球壳薄、经济性好，但焊接工艺苛刻，控制不好有可能产生脆性破坏；法国、英国、德国对球壳用材倾向于采用屈服点为500MPa以下的中、低强度钢，其特点是球壳厚、经济性差，常常要通过整体热处理消除残余应力，但运行安全，事故少。我国新型球罐用钢的研究进展情况•70年代：高参数球罐用钢全部依赖进口•80年代初：乙烯、丙烯球罐国产化，Rel490MPa级的低焊接裂纹敏感性（CF）钢，CF-62钢，命名为07MnCrMoVR(-20℃)和07MnNiCrMoVDR钢(-40℃)。•90年代：常温球罐用低合金钢只有16MnR、15MnVR、15MnVNR、07MnCrMoVR及后来开发的15MnNbR等五个钢号。21世纪初：引进宽厚钢板生产线，硬件设施达到国际水平，对国外先进钢材生产技术消化、吸收，自主创新，解决我国特大型天然气球罐国产化中用材问题。与发达国家差距：品种、品质和板面尺寸。不能满足制造10000m³球罐的需要。目前，国内乙烯工业低温球罐选材主要有2种做法：一种是选用国产材料，另一种是选用进口材料。据不完全统计，国内目前正在运行的1500m³以上的乙烯球罐约60台，其中选用进口材料的球罐约20台(多为1700m³～2000m³)。目前在用的采用进口材料制造的1000m³以上的乙烯球罐，其材料主要有REVERACR610I、N—TUF490、SPV490Q+LT50以及JFE—HITEN610U2I等。早期采用REVERACR610L钢板制造的球罐，安装后未进行整体热处理，在球罐内壁多次出现过裂纹，球罐存在缺陷的几率较大。N—TUF490使用制造的经验较多，已可以与国产的锻件匹配，经过整体热处理之后运行情况良好，球罐的安全使用性能较高。近些年，使用JFE—HITEN610U2L制造乙烯球罐的业绩也很多，例如吉化乙烯改造扩建工程，其中的2000m³乙烯球罐即是采用此类材料，安装后进行整体热处理，投产运行后情况良好。目前，在用的采用国产材料制造的1000m³以上的乙烯球罐的材质均为国产CF—62钢(07MnNiCrMoVDR钢)，虽然由国产钢材制造的乙烯球罐(到目前为止100％合格)，还未出现过因钢材本身引起的质量问题，但在制造、安装上与进口钢板在性能上还存在着一定的差距。与进口钢板相比，国产钢板板幅小，因而制造球罐时球壳分片多，焊缝比较长，产生缺陷的可能性较大。CF—62钢板具有较好的低裂纹敏感性，但在大线能量焊接性能上还需进一步提高论证，并有待于制造安装大型球罐的业绩来证明。球壳球形储罐型式多样,从形状看,有圆球形和椭球形﹔从壳体的层数看,有单层﹑多层﹑双金属层和双重壳球罐﹔从支承方式看,有柱式和裙式﹔从球壳板结构型式分有桔瓣式﹑足球瓣式和混合式。(a)桔瓣式(b)足球瓣式(c)混合式图24-1球壳板结构型式桔瓣式是先用纬线将球壳切割成球带,再以相邻两条径线将球带分割成球壳板,这种分瓣法叫桔瓣式分瓣法。其特点是球壳的拼装焊缝规则﹑施工组装较简便。缺点是各带因位置不一,球壳板尺寸规格多,只能在本带或上下对称带之间互换,原材料利用率低,焊缝较长,球极板往往因宽度窄小,使接管布置拥挤,甚至造成焊缝难以错开。足球瓣式是将球体沿径纬方向切割,每块球壳板的结构尺寸完全相同,互换性好,下料成型规格化,材料利用率高,拼装焊缝长度短,相应检测工作量亦小。缺点是球壳板交接处有Y型焊缝,焊缝布局复杂,施工组装困难,对球壳板的精度要求高。混合式兼备了桔瓣式和足球瓣式两者的特点,是将球壳除极板采用足球瓣式外,其余均用桔瓣式球壳板。相对桔瓣式而言,混合式的优点是材料利用率较高,焊缝长度有所缩短,球壳板数量减少,故特别适用于大型球罐。缺点是因具有两种型式的球壳板,组装校正较麻烦,仍有Y型接缝,制造精度要求高。为便于安装和制造将球罐分为三带球罐和七带球罐球壳板成形球壳板成形共分两个步骤：球壳板由制造单位压制成形。制造单位下料前应按质量证明书对钢材进行验收,必要时尚应复验,并按标准或图样要求进行冲击试验和超声检测。下料成形1、下料球壳板下料方法有二次下料法和一次下料法两种。二次下料法是先对球壳用钢板进行近似平面展开(球面是不能在平面上展开的,故此近似平面展开带来较大误差),加上适当的预放量和压制回弹量进行第一次粗下料,然后用圆弧模板校正两维坐标的球面曲率圆弧,再进行第二次精下料,获得所需球壳板。这种方法设计者仅提供球壳板主要外形尺寸,其设计放样程序在制造单位进行,具体尺寸由制造单位自行决定。一次下料法由设计者根据球壳板的空间曲面尺寸经过计算,提供制造单位完整的立体标定施工图,制造单位按图一次下料压制成型。一次下料法需借助数控切割机对钢板进行精确切割(包括坡口),这种下料方法成型后的球壳板精度较高,为球罐现场组焊一次吊装就位奠定了基础。目前多数制造单位仍采用二次下料法,最后采用双枪气割一次完成坡口的制备。2、成型球壳板可采用冷压或热压(温压)成形,热压是指将钢板加热到临界点(AC3)以上某一温度(如900---1000℃,一般950℃左右)并在这个温度下成形。温压是指将钢板加热到低于AC1某一温度下(一般为400∽500℃)压制成形。热压(温压)需要整体胎具,热压成形的球壳板,其力学和弯曲性能须由热压工艺保证。冷压是指没有人为加热在室温下按一定压制顺序采用点压使其成形的方法。调质钢应采用冷压成形法。成形后的球壳板应逐张进行厚度检测,其实际厚度应不小于名义厚度减去钢板的负偏差。除几何尺寸外还必须仔细检查坡口表面,不得有分层和裂纹等缺陷,材料标准抗拉强度下限值бb540MPa的钢材气割表面应磁粉或渗透检测,球壳板周边100mm范围内应按JB4730的规定进行超声检测。坡口表面及其内外边缘50mm的范围内要涂可焊性防锈涂料。球罐支座球罐的支座分为柱式支座和裙座两大类；柱式支座中又以赤道正切柱式支座用得最多赤道正切柱式支座的结构1—球壳2—上部支柱3—内部筋板4—外部端板5—内部导环6—防火隔热层7—防火层夹子8—可溶塞9—接地凸缘10—底板11—下部支耳12—下部支柱13—上部支柱柱式支座的优缺点：•受力均匀，弹性好•能承受热膨胀的变形，安装方便，施工简单，容易调整•现场操作和检修也方便优点•球罐重心高，相对而言稳定性差。缺点支柱于球体的连接：支柱与球体连接处可采用：•直接连接结构1•加托板的结构形式2•U形柱结构形式3•支柱翻边结构形式4支柱于球体的四种连接形式：拉杆•拉杆的作用是用以承受风载荷与地震载荷作用，增加球罐的稳定性。•拉杆按结构可分为：可调式和固定式两种。•可调式拉杆分为：单层交叉可调式拉杆；双层交叉可调式拉杆；相隔一柱单层交叉可调式拉杆。单层、双层交叉可调式拉杆相隔一柱单层交叉可调式拉杆固定式拉杆水喷淋装置以及隔热或保冷设施控制球罐内部物料温度和压力，它是油罐上装设的一种水冷却降温设施，在夏天气温高的时候，对地面油罐不断均匀地进行喷淋水冷却，水由罐顶经罐壁流下，使冷却水带走油罐所吸收的太阳辐射热，降低油罐气体空间温度，使昼夜油面温度变化幅度减小，大大减少油罐小呼吸损耗球罐喷淋装置主要由热浸镀锌喷淋环管、限流孔板、金属软管、过滤器、控制阀门和水雾喷头组成，用管箍固定在储罐壁定位的支架上，向保护对象以设定的角度喷射水雾从而达到灭火和冷却的目的。按我国建筑设计防火规范,其供水强度应不小于0.15L/S.m2,着火储罐的保护面积按其全面积计算,距着火罐直径1.5倍范围内的相邻储罐按其面积的一半计算,直径超过20m的地上固定顶立式罐冷却延续时间按6h计算。液化石油气火灾的延续时间按6h小时计算。为防止支柱因直接受火过早失去支撑能力,对储存易燃易爆物料和LPG物料的球罐支柱应采用非燃性材料进行隔热保护,其火灾延续时间不应小于2小时。球罐除球壳板外,通常还有人孔﹑接管﹑支柱﹑拉杆﹑平台梯子﹑安全附件等组成。1、人孔﹑接管球罐上一般开设有物料进出口﹑压力表﹑温度计﹑液位计口﹑安全阀口﹑放空口﹑排污口等。球壳上﹑下极板上应各设置一个公称直径不小于500mm的人孔。对需要进行焊后热处理的球罐,人孔又成为进风口﹑燃烧口及烟气排放口,此时人孔设置在上﹑下极带的中心。人孔应选用回转盖或水平吊盖结构。球罐接管应尽量设计在上﹑下极带上,便于集中控制。球罐底部接管数目应最小化,推荐国外仅接一根管线的先进设计方案。对贮存液化石油气球罐底部接管的第一道阀门,法兰垫片的压力等级应提高一级,按2.5MPa选用,法兰选用对焊法兰,垫片选用带有金属保护圈的缠绕垫片。为减少残余应力,人孔﹑接管与极板的组焊应在制造厂进行,并进行消除应力热处理。接管法兰应采用凹凸面法兰,法兰面应设计成水平或垂直状态,减少工艺配管的附加应力。接管上用加焊支撑来提高强度和耐疲劳性能。接管端部为降低应力集中应打磨成圆角。2、平台梯子球罐外部设有顶部平台,中间平台以及为了从地面进入这些平台的斜梯﹑直梯或盘梯。大型球罐为便于检修可在内部设置旋转的内梯。3、隔热储存液化石油气﹑可燃性气体及有毒气体的球罐壳体和支柱,应设置隔热设施。隔热设施可采用水喷淋装置或采用不燃性绝热材料覆盖。降温喷淋装置应设计成可向整个球罐表面均匀淋水,其淋水量按球罐外表面积的0.03L/S.m2进行计算。4、保冷当球罐中储存低温物料(如乙烯﹑液化天燃气﹑液氨等)时应设置保冷设施,保冷结构应充分防止外界热量侵入储罐本体。保冷材料的厚度原则上应为保证在外层材料表面不结露的厚度。保冷结构要在地震﹑风载﹑雨﹑消防水的压头影响下,能保证绝热的效果。安全附件1、压力表︰应在球罐顶部和底部各设置一个量程相同并经校正的压力表,为校表时能取下压力表,压力表前应安装截止阀。选用压力表的量程为试验压力2倍左右为宜,但不应低于1.5倍或高于4倍试验压力。压力表直径以不小于150mm为宜。2、温度计︰应在球罐上安装一个以上的温度计。保护管应具有足够强度。低温球罐或在寒冷地区装设的球罐,必须防止雨水﹑湿气等流入测温保护管内而结冰,从而影响正确的温度测定。3、液位计︰贮存液体或液化气体的球罐应装设现场和远传液位计,不推荐选用玻璃板液位计。液位计要有高低液位报警装置,防止装载过量﹑抽空,特别在装载液化石油气时更应慎重,应单独设高液位报警和带联锁的高高液位报警,以免发生事故。4、安全阀︰为防止运行异常造成超压,应在气相部分设置一个以上的安全阀,同时在气相部分还要设置一个以上的火灾安全阀。若安全阀开启压力设定在操作异常时的压力,而泄放量为操作与火灾时两者中较大的泄放量,则可只设一个安全阀。但储存液化石油气的球罐必须设置两个安全阀,每个都能满足事故状态下最大泄放量的要求,安全阀应设手动切断阀,切断阀口径与安全阀一致,并保持全开状态﹔安全阀释放和气相放空的液化气原则上应排至全厂火炬系统,当受条件限制时,可直接排入大气,排放口应高于罐区中最高罐顶2m以上。当排放量较大时,应引至安全地点排放。5、紧急切断阀:液化石油气球罐底部入口管线应设置紧急切断阀,入口紧急切断阀应与球罐高高液位报警联锁。6、接地:凡罐区不设置单独的避雷装置时,每台球罐支柱必须设置两个以上接地电阻10Ω以下的接地凸缘。装量高度容规规定了盛装液化气体(含液化石油气)的固定式压力容器装量系数一般取0.9。对容器容积经实际测定者,可取大于0.9,但不得大于0.95。装量系数K系球缺体积V´与球壳体积V之比值:3234)3('iRHRiHVVK表24.3装量系数K与装量高度系数k的关系KkKkKkKkKk0.500.50000.6