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畢業(yè)設計(論文)綜述報告
題 目 1000m3 大型球罐設計
學院名稱 機械工程學院
1. 本設計（課題）研究的目的和意義
球罐為大容量、承壓的球形儲存容器，廣泛應用于石油、化工、冶金等部門，它可以用來作為液化石油氣、液化天然。
球罐一種鋼制容器設備。在石油煉制工業(yè)和石油化工中主要用于貯存和運輸液態(tài)或氣態(tài)物料。操作溫度一般為-50～50℃,操作壓力一般在3MPa以下。球罐與圓筒容器（即一般貯罐）相比，在相同直徑和壓力下，殼壁厚度僅為圓筒容器的一半，鋼材用量省，且占地較小，基礎工程簡單。但球罐的制造、焊接和組裝要求很嚴，檢驗工作量大，制造費用較高。球罐的形狀有圓球型和橢球型。絕大多數(shù)為單層球殼。低溫低壓下貯存液化氣體時則采用雙重球殼，兩層球殼間填以絕熱材料。采用最廣泛的為單層圓球型球罐（見彩圖）。球殼是由多塊壓制成球面的球瓣以橘瓣式分瓣法、足球式分瓣法或足球橘瓣混合式分瓣法組焊而成。球罐的支撐結構最常見的為赤道正切式，其次為對稱式、裙座式、半埋地式和盆式。制造球罐的材料要求強度高，塑性特別是沖韌性要好，可焊性及加工工藝性能優(yōu)良。球罐的焊接、熱處理及質(zhì)量檢驗技術是保證質(zhì)量的關鍵。
2. 本設計（課題）國內(nèi)外研究歷史與現(xiàn)狀
隨著世界各國綜合國力和科學技術水平的提高，球形容器的制造水平也正在高速發(fā)展。近年來，我國在石油化工、合成氨、城市燃氣的建設中，大型化球形容器得到了廣泛應用。例如：在石油、化工、冶金、城市煤氣等工程中，球形容器被用于儲存液化石油氣、液化天然氣、液氧、液氮、液氫、液氨、氧氣、氮氣、天然氣、城市煤氣、；壓縮空氣等物料；在原子能發(fā)電站，球形容器被用作核安全殼；在造紙廠被用作蒸煮球等?？傊?，隨著工業(yè)的發(fā)展，球形容器的使用范圍必將越來越廣泛。
3. 目前存在的主要問題
球罐的選材、支座的選擇、裙座設計、開孔補強設計、墊片以及焊接材料的選擇。
4. 本設計（課題）擬解決的關鍵問題和研究方法
本設計的重點是：
筒體和封頭、開孔及補強等尺寸計算，以及強度計算和校核。
難點是：
由于本次設計的球罐考慮了各種載荷，其難點是對罐體以及一些塔罐件的強度計算及校核。
研究方法：封頭選用標準橢圓形封頭，支座選擇柱式支座，開孔補強用補強圈補強等，并且要考慮自振周期、風載荷和地震載荷。
5. 文獻綜述
一、潘家禎編寫的《壓力容器材料實用手冊－碳鋼及合金鋼》
決定壓力容器安全性的內(nèi)在因素是材料的狀態(tài)和性能，外在因素是載荷、時間和環(huán)境條件。合理選擇零部件材料，可以確保壓力容器在全壽命周期內(nèi)安全可靠地運行。故壓力容器材料的一般規(guī)定：
a） 壓力容器用材料的質(zhì)量及規(guī)格，應符合相應的國家標準、行業(yè)標準的規(guī)定。
b） 壓力容器用材應考慮容器的使用條件（如設計溫度、設計壓力、介質(zhì)特性和操作特點等)、材料的焊接性能、容器的制造工藝以及經(jīng)濟合理性。
c） 壓力容器專用鋼材的磷含量（質(zhì)量分數(shù)，下同）不應大于0.03%，硫含量不應大于0.02%；用于焊接壓力容器主要受壓元件的碳素鋼和低合金鋼，其含碳量不應大于0.25%。
壓力容器用鋼的主要形狀是板、管和鍛件，鋼板材料選用的一般原則：
a） 所需鋼板厚度小于8時，在碳素鋼與低合金高強度鋼之間，應盡量采用碳素鋼鋼板(多層容器用材除外)。
b） 在剛度或結構設計為主的場合，應盡量選用普通碳素鋼。在強度設計為主的場合，應根據(jù)壓力、溫度、介質(zhì)等使用限制，依次選用Q235-A.F、Q235-A（B、C）、20R、16MnR等鋼板。
c） 所需不銹鋼厚度大于12時，應盡量采用襯里、復合、堆焊等結構形式。
d） 碳素鋼用于介質(zhì)腐蝕性不強的常壓、低壓容器，壁厚不大的中壓容器。
e） 低合金高強度鋼用于介質(zhì)腐蝕性不強，壁厚≥8的壓力容器。
f） 珠光體耐熱鋼用作抗高溫氫或硫化氫腐蝕或設計溫度350－650℃的壓力容器用耐熱鋼。
g） 不銹鋼用于介質(zhì)腐蝕性較高（如電化學腐蝕、化學腐蝕）、防鐵離子污染或設計溫度>500℃的耐熱鋼或設計溫度<－100℃的低溫用鋼。
鋼管的使用范圍：
a）按GB8163，GB3087，GB9948生產(chǎn)的碳素鋼及低合金鋼鋼管只能用于壓力≤10.0的受壓元件。
b）設計壓力≥10.0受壓元件用鋼管應采用符合GB647或GB5310、GB2770要求的無縫鋼管。
c）按GB3092生產(chǎn)的有縫的水、煤氣輸送用鋼管只能用于常壓容器，但用作工業(yè)用水及煤氣輸送等用途者，可用于≤0.6的場合。
結論：我所設計的φ3000尾氣洗滌塔采用16MnR材料。
二、鄭津洋、董其伍、桑芝富編寫的《過程設備設計》
壓力容器的名義厚度應不小于下列兩項中的最大值：
1、 按強度計算確定的名義厚度（內(nèi)壓容器），或按穩(wěn)定性計算確定的名義厚度（外壓容器）。
2、 按規(guī)定的加工成形后不包括腐蝕裕量的最小厚度確定的名義厚度：對碳素鋼、低合金鋼制容器，最小厚度不小于3（對鋼制塔式容器，還要滿足不小于0.2%DN)；對高合金鋼制容器，最小厚度不小于2。
壓力容器的封頭名義厚度應不小于下列兩項中的最大值：
?按強度確定的名義厚度（對內(nèi)壓容器）或按穩(wěn)定性確定的名義厚度（對外壓容器）；
?按相關標準中規(guī)定的最小厚度。
標準橢圓形封頭其長短軸之比為2，既便于加工，受力也比較有利。壓力容器選用封頭形式應優(yōu)先選用標準橢圓形封頭（標準號為JB/T4746-2002），標準橢圓形封頭的直邊長度為25（DN≤2000)和40（DN>2000）兩種規(guī)格。其有效厚度應不小于封頭內(nèi)直徑的0.15%，其他橢圓形封頭的有效厚度應不小于封頭內(nèi)直徑的0.30%.
根據(jù)計算得到的筒體或封頭的名義厚度，對其進行強度校核。
結論：我所設計的φ3000尾氣洗滌塔中采用標準橢圓形封頭，既便于加工，受力也比較有利。
三、賀匡國編寫的《化工容器及設備簡明設計手冊》
開孔及補強設計：為使壓力容器能正常操作和維護，在殼體和封頭上常設置工藝管口、人孔、手孔、試鏡等，故需在殼體和封頭上開孔并安裝接管。壓力容器上的開孔最好是圓形，在特殊條件下也可以采用橢圓形或長圓形孔。長圓形開孔的兩側為平行線，兩端為半圓形。由管子或圓形接管形成的開孔，若軸線未與容器器壁或封頭相垂直，則應在設計時考慮用橢圓形開孔。對于橢圓形開孔和長圓形開孔，其長、短軸之比最好不大于2。
容器開孔后，不僅削弱了容器的整體強度，而且還因開孔引起的應力集中以及接管和容器壁的連接造成開孔邊緣的局部的高應力，這種高應力通?？蛇_到容器筒體一次總體薄膜應力的3倍，某些場合甚至會達到5-6倍，再加上接管有時還會受到各種外加載荷的作用而產(chǎn)生的應力以及溫差產(chǎn)生的熱應力。又由于材質(zhì)和制造缺陷等各種因素的綜合作用，開孔接管附近就成為壓力容器的破壞源－主要疲勞破壞和脆性裂口。因此，壓力容器設計必須充分考慮開孔的補強問題。
常見補強結構有補強圈結構、后壁接管補強和整鍛件補強三種，由于補強圈結構簡單、補強面積大，所以在中低壓容器中應用最多。
補強圈補強結構，是采用一補強圈來增強開孔邊緣處的金屬強度?？紤]到焊接的方便，通常是把補強圈放在殼體外側進行單面補強。補強圈材料、厚度一般與殼體相同。
開孔補強設計就是指采取適當增加殼體或接管厚度的方法將應力集中系數(shù)減小到某一允許數(shù)值，目前通用的是開孔補強設計準則是基于彈性失效設計準則的等面積補強法。
結論：我所設計的φ3000尾氣洗滌塔中適用于開孔補強中的補強圈補強。
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