辽宁石油化工大学教案.doc

1、辽 宁 石 油 化 工 大 学 教 案课程名称：过程设备设计教学单位：化机系主讲教师：王莲 职称：副教授课程性质：必修 总学时：40 总学分：2.5授课班级： 总人数：课程授课学期： 20062007 第一学期所用教材及编者： 过程设备设计主要参考书及编者：JB/T4731钢制卧式容器GB151管壳式换热器JB/T4710钢制塔式容器第一章 储 存 设 备【课时安排】1、前言 5 分钟2、基本概念 45 分钟3、基本结构 100 分钟4、设计计算 250 分钟总计 400 分钟【掌握内容】1、基本概念：储 存 设 备 、介 质 特 性 、饱和蒸气压、充装量、卧罐 “扁塌”等。2、卧式储罐基本结

2、构。3、卧式储罐载荷分析及受力计算。4、各种应力的校核。5、球 罐 的 结 构 。【熟悉内容】1、卧式储罐载荷分析的假设条件。2、鞍座截面的假设条件。【了解内容】1、球 罐 的 发展历史。2、球 罐 校核的 基 本 步 骤 。【教学难点】1、筒体的应力分析。2、应力的校核。【教学目标】1、掌握储 存 设 备 相关基本概念和 结构。2、能对重要概念进行辨析。3、能按规范设计计算卧式设 备 。1.1 概 述【教学内容】一. 储 存 设 备一. 储存介质的性质一. 场地的条件一. 储罐的充装量一. 设计温度、设计压力【授课时间】30 分钟【教学重点】基本概念的建立1【教学难点】储罐与中间罐的区别【教

3、学目标】了解储 存 设 备 设计参数的 选 取【教学手段】课堂讲授，辅以设 备 挂图。【教学过程】储 存 设 备 （简 称 ：储 罐 ）：主 要 是 指 用 于 储 存 或 盛 装 气 体 、液 体 、液 化 气体 等 介 质 的 设 备 。设计储存设备，必须满足各种给定的工艺要求，即介质的性质、工况、容量、环境等条件。介质特性：可燃性、饱和蒸气压、密度、腐 蚀性、毒性程度、化学反应活性（如聚合趋势）等。饱和蒸气压：在一定温度下的密闭容器中，当达到气液两相平衡时气液分界面上的蒸气压，它随温度而变化，但与容积的大小无关。注意：1、储存的介质为具有高粘度或高冰点的液体时，为保持其流动性，需要对设备

4、进行加热或保温，使其保持便于输送的状态。2、介质的密度直接影响载荷的分析与罐体应力的大小。3、介质的特性是设备材料选择的首要依据，它将直接影响制造工艺与设备造价等。4、设备安装在室外时，必须考虑风载荷、地震载荷和雪载荷等。5、盛装液化气体时， 应注意液化气体的膨胀性和压缩性。罐内压力变化程度与液化气体的膨胀系数和温度变化量成正比，而与压缩系数成反比。充装量：是指装量系数与储罐实际容积和设计温度下介质的饱和液体密度的乘积。装量系数不得大于0.95，一般取0.9。月平均最低气温：是指当月各天的最低气温相加后除以当月天数。储罐的最低设计温度：可按该地区实测的10年逐月平均最低气温的最小值。储罐与中间

5、罐的区别：1. 介质的停留时间；2. 设计参数的 选 取 。1.2 卧罐【教学内容】一 .卧罐基本结构二.卧罐的载荷分析及应力计算2三.筒体应力的校核四.鞍座强度的校核【授课时间】270 分钟【教学重点】应力的分析、应力的校核【教学难点】应力的构成、分类、计算、位置【教学目标】能按规范设计计算卧式设 备【教学手段】课堂讲授，辅以设 备 挂图。【教学过程】1.2.1基本结构一 、地 面 卧 罐卧 罐 的 基 本 结 构 如 图 1所 示 ，主 要 由 圆 筒 、封 头 和 支 座 三 部 分 组 成 。封 头 ：采 用 JB T 4737椭 圆 形 封 头 中 的 标 淮 椭 圆 形 封 头 。

6、支 座 ：采 用 JB T4712鞍 式 支 座 中 鞍 式 支 座 图 1.1（a）或 圈 座 图 1.1（b）。（ b）（ a） 鞍 式 支 座 ； （ b） 圈 座图 1.1 地 面 卧 式 储 罐 的 基 本 结 构1.鞍 式 支 座a.普 遍 使 用 双 鞍 座 支 承 ，若 采 用 多 鞍 座 支 承 ，难 于 保 证 各 鞍 座 均 匀 受3力 。即 各 支 座 很 难 保 持 在 同 一 水 平 面 上 ，由 于 地 基 的 不 均 匀 下 沉 ，多 支 座 罐 体 在 支 座 处 的 支 反 力 并 不 能 均 匀 分 配 ，故 一 般 卧 罐 最好采用双鞍座支承。b.由材料

7、力学知， 对于双支座上受均布载荷的简支梁，若梁的全长为L，则当外伸端长度A0.207L时，双支座跨距中 间截面的最大弯矩和支座截面处的弯矩绝对值相等，考虑到支座截面处除弯矩以外的其他载荷，而且支座截面处应力较为复杂，故取A0.2L，A值最大不得超过0.25L。此外，封 头的抗弯刚度大于圆筒的抗弯刚度，故封头对于圆筒的抗弯刚度具有局部的加强作用。若支座靠近封头，则可充分利用罐体封头对支座处圆筒截面的加强作用。即满足A0.2L时，最好使A0.5Ra（Ra为圆筒的平均半径， RaR i i2， i为圆筒名义厚度）。c.为 防 止 卧 式 储 罐 因 操 作 温 度 与 安 装 温 度 不 同 引 起

8、 的 热 膨 胀 ，以 及 由于 圆 筒 及 物 料 重 量 使 圆 筒 弯 曲 等 原 因 对 卧 罐 引 起 附 加 应 力 ，设 计 时只 允 许 将 其 中 一 个 支 座 固 定 ，而 另 一 个 应 允 许 为 可 沿 轴 向 移 动 。活动 支 座 的 基 础 螺 栓 孔 应 沿 圆 筒 轴 向 开 成 长 圆 孔 。固 定 支 座 通 常 设 置在 卧 式 储 罐 配 管 较 多 的 一 侧 ，活 动 支 座 则 应 设 置 在 没 有 配 管 或 配 管 较 少的 另 一 端 。d.鞍 座 包 角 大 小 不 仅 直 接 影 响 鞍 座 处 圆 简 截 面 上 的 应 力 分

9、 布 ，而 且 也 影响 卧 罐 的 稳 定 性 与 罐 体 -支 座 系 统 的 重 心 高 低 。鞍 座 包 角 小 ，则 鞍 座 重 量轻 ，但 罐 体 -支 座 系 统 的 重 心 较 高 ，且 鞍 座 处 圆 筒 上 的 应 力 较 大 。一 般 常用 的 鞍 座 包 角 为 120、135、150三 种 ，但 JB T4712规 定 的 鞍 座 包 角 为120和 150二 种 形 式 。e. 垫 板 的 设 置2.圈 座 卧 罐 在 下 列 情 况 下 可 采 用 圈 座 ：a.因 自 身 重 量 而 可 能 造 成 严 重 挠 曲 的 薄 壁 容 器 ；b.多 于 两 个 支

10、承 的 长 容 器 。除 常 温 常 压 下 操 作 的 容 器 外 ，至 少 应 有 一 个 圈座 是 滑 动 支 承 结 构 。c.当 容 器 采 用 两 个 圈 座 支 承 时 ，圆 筒 所 承 受 的 支 座 反 力 、轴 向 弯 矩 及 其 相应 的 轴 向 应 力 的 计 算 及 校 核 均 与 鞍 式 支 座 相 同 。二 、地 下 卧 罐地 下 卧 罐 的 结 构 如 图 2 所 示 。采 用 地 下 卧 罐 是 为 了 减 少 占 地 面 积 和安 全 防 火 距 离 。及 避 开 环 境 温 度 对 它 的 影 响 ，从 而 维 持 地 下 卧 式 液 化 气 体储 罐 压

11、 力 的 基 本 稳 定 。卧 罐 的 埋 地 措 施 分 两 种 ：1.卧罐安装在地下预先构筑的空间里（地下室）；42.将卧罐安放在地下设置的支座上，卧罐外壳涂有沥青防锈层，必要时再附加牺牲阳极保护设施，最后采取土地埋设方法，并达到预期的埋土高度。1-牺 牲 阳 极 ； 2-浮 子 液 面 计 ； 3-金 属 导 线 ； 4-电 线 保 护 测 试 点 ； 5-压 力 表 ； 6-护 罩 ； 7-安 全 阀 ； 8-罐 装 气 相 阀 门 ， 9-罐 装 液 相 阀 门 ； 10-排 污 和 倒 空 管 阀 门 ； 11-罐 间 气 相 连 接管 ， 12-罐 体 ； 13-罐 间 液 相

12、连 按 管 ； 14-支 座图 1.2 地 下 卧 罐 结 构 示 意 图地 下 卧 罐 与地面卧罐一样，除 圆 筒 、封 头 和 支 座 三 个 主 要 部 分 组 成 外，另有工艺接管、仪表管和安全泄放装置接口等。这些接管或接口，为了适应埋地状况下的安装、检修和维护，一般采用集中安放措施，通常设置在一个或几个人孔盖板上。牺牲阳极保护法：从外部导人阴极电流至需要保护的地下卧罐上，使设备全部表面都成为阴极，它在腐蚀电池中是接受电子产生还原反应，只有阳极才发生腐蚀。导人外电流有两种方法：a.从外部接上直流电源，体系中连接一块导流电极作为阳极；b.连接一块电位较负的金属（如锌、镁、铝等）。1.2.

13、2 设计计算一.载荷分析卧罐的载荷有：1.压力，如：内压或外压（真空）；2.卧罐重量，包括圆筒、封头及其附件等的重量；3.物料重量，正常操作时为物料重量，水压试验时为充水重量；4.其他载荷，如：雪载荷、风载荷、地震 载荷等。5工 程 上 常 将 双 鞍 座 卧 罐 简 化 为 长 度 为 L、受 均 布 载 荷 q 作 用 的 外 伸简 支 梁 ，如 图 1.3 所 示 。二.假设条件1.简化为承受均布载荷两支点的外伸梁进行近似的分析，它和均布载荷的梁不同。a.除均布载 荷外，在封 头处还应考虑液体静压力所引起的水平力矩。封头部分的重量视为作用在其重心到封头切线距离约 3/8H 处的集中力考虑

14、。b.由于纵向弯矩引起的应力还与其他载荷（主要为设计压力）起的应力相叠加。c.筒体中的各项应力不 仅和鞍座的位置有关，并且随鞍座的包角的大小而变化。2.由于卧罐的受力分析是按均布载荷的梁进行分析的，故需要将容器的重量折算成作用于容器上的均布载荷。对于封头，根据容积相等的原则，知封头容积近似等于直径相同、长为 2/3H 的圆筒容积，故两封头的当量长度为 4/3H。即外伸梁折算长为 L+4/3H。如：卧罐总重量为 2F,则均布载荷为：q=2F/(L+4/3H) H封头曲面深度、L切线长度3.当鞍座靠近封头，即 A/Ra0.5 时，封头对 筒体起加强作用。4.两个鞍座的位置是以容器的纵向中心对称的。

15、三.内力分析1.弯矩a.圆筒在支座跨中截面处的弯矩LAHRFLMa4312421M1为 正 值 时 ，表 示 上 半 部 圆 简 受 压 缩 ，下 半 部 困 筒 受 拉 伸 。b. 圆 筒 在 支 座 截 面 处 的 弯 矩 LHARFAa34122M2 一般为负值，表示圆筒上半部受拉伸，下半部受压缩。6（ d）（ a） 受 力 分 析 ， （ b） 两 支 点 外 伸 粱 ； （ c） 剪 力 图 ， （ d） 弯 矩 图图 1.3 双 鞍 座 卧 罐 受 力 分 析 的 弯 矩 图 与 剪 力 图3.剪力a. 当支座离封 头切线 距离H0.5R，时，在支座处截面上的剪力 LAFV3427

16、MMP Pb. 当支座离封头切线距离 H0.5R，时，在支座处截面上的剪力FVc. 跨距中点 处，在截面上的剪力等于零。0四. 圆 筒 应 力 计 算 和 强 度 校 核1. 圆 筒 上 的 轴 向 应 力a. 跨中截面上 的 轴 向 应 力最高点: eaeRMP211最低点: eaeRP212e有效厚度.公 式 的 前 部 为 内 压 引 起 的 应 力 ； 后 部 为 弯 矩 引 起 的 应 力 。.数 值 ：拉 应 力 为 正 、压 应 力 为 负 。b.支 座 截 面 处 圆 筒 的 轴 向 应 力(1).圆 筒 上 不 设 置 加 强 圈 ，且 支 座 的 设 置 位 置 A 05R

17、a 时 , 圆筒的上半部有“ 扁塌 ” 产生“ 无效截面”，则“有效截面”为 /2 + /6。如图 1.4所示。鞍座包角、180 0-/2、=/2 + /6“扁塌”:圆 筒 上 不 设 置 加 强 圈 ，且 支 座 的 设 置 位 置 A 05Ra 时 ，由 于支 座 处 截 面 受 剪 力 作 用 而 产 生 周 向 弯 矩 ，在周向弯矩的作用下，导致支座处圆筒的上半部发生变形，产生所谓“ 扁塌”现象。“扁塌”现象一旦发生，支座处圆筒截面的上部就成为难以抵抗轴向弯矩的“ 无效截面 ”，而剩下的 圆筒下部截面才是能够承担轴向弯矩的“ 有效截面 ”。8图 1.4 “扁 塌 ”现 象在 不 发 生

18、 “扁 塌 ”部 分 的 上 方 ，靠 近 水 平 中 心 线 处 （受 拉 伸 应 力 ）eaeaRKMP213cosinis1KK1-抗 弯 截 面 模 量 减 少 系 数 见 表 1.1 （简 称 系 数 ）表 1.1 系数 K1、K2 值条件 鞍 座 包 角 K1 K2A 0.5Ra 即 封 头 对 圆 筒 起 加 强 作 用 ，或 鞍 座 处 有 加 强 圈 的 圆 筒1201351501.01.01.01.01.01.0A 0.5 Ra 且 圆 筒 无 加 强 圈 ， 或 虽 有加 强 圈 ， 但 加 强 圈 不 在 鞍 座 处1201351500.1070.1320.1610.1

19、920.2340.279在 圆 简 最 低 点 (受 压 缩 应 力 ) eaeaRKMP249sin12coi2KK2-抗 弯 截 面 模 量 减 少 系 数 见 表 1.1 （简 称 系 数 ）(2).A0.5Ra 时 , 封头对圆 筒 起 加 强 作 用 ，不 存 在 “扁 塌 ”现 象 时 ：=即：K 1 =K2=1.0 见 表 1.1c.轴 向 应 力 的 校 核轴 向 拉 应 力 ：t轴 向 压 应 力 ：cr 及 tt设 计 温 度 下 的 许 用 应 力cr-轴 向 许 用 临 界 应 力 （许 用 压 应 力 ）d.不同的工况条件要分别计算。如：操作工况、水压试验工况。2.支

20、 座 截 面 处 圆 筒 和 封 头 上 的 切 向 切 应 力由剪力图知：横向剪力在支 座 截 面 处 最 大 ，故 只 讨 论 支 座 截 面 处 圆 筒和 封 头 上 的 切 向 切 应 力 。a. 支 座 截 面 处 设 有 加 强 圈 的 圆 筒HLARFKVeaea34233K3值见 表 1.2 sin3K图 1.5 支 座 截 面 上 有 加 强 圈 时圆 筒 上 的 切 向 切 应 力 圆 筒 上 的 切 向 切 应 力当 =0、 时，sin=0 ；=0。当 =/2 时， sin=1；K3=0.319。 为最大值，如 图 1.5 b. 支 座 截 面 处 无 加 强 圈 且 A

21、 05Ra 的 圆 筒 10HLARFKVeaea34233cosin3图 1.6 未 被 加 强 圆 筒 上 的 切 向 切 应 力K3值见 表 1.2 最大剪应力点位于靠近鞍座边角处 C、D。如图 1.6c. 被封头加 强的筒体（ A05Ra）eaRFK3cosinsin3图 1.7 被 封 头 加 强 圆 筒 上 的K3值见 表 1.2 切 向 切 应 力最大剪应力点位于靠近鞍座边角处 C、D。如图 1.7表 1.2 系数 K3、K4 值条 件 鞍 座 包 角 圆 筒 K3 封 头 K4A 0.5Ra且 圆 筒 无 加 强 圈 ， 或 虽 有加 强 圈 ， 但 加 强 圈 不 在 鞍 座

22、 处1201351501.1710.9580.799/A 0.5Ra， 但 圆 筒 在 鞍 座 平 面有 加 强 圈1201351500.3190.3190.319/圆 筒 被 封 头 加 强 （ 即A 0.5Ra）1201351500.8800.6540.4850.4010.3440.295150d.封头中的（附加拉应力）最大剪应力 （A0.5Ra）heahRFK4cosin832411K4值见 表 1.2he-封头有效厚度上式计算垫板不应考虑在内。凸 形 封 头 中 ，附加拉 应力亦为切向剪力的水平分力，此 应力沿着封头的整个高度作用。为便于工程计算，故简化为：（1）封 头 的 附加拉应力

23、是按平封头考虑的，受载面积为 2Rahe。（2）假设最大应力为按平封头计算值的 1.5 倍。d. 切向剪应 力 的 校 核圆筒的切向剪应 力 ：t=0.8t封头的切向剪应 力 ：h1.25t-h封头受外压，可不计 h。封头受内压时：（1）椭圆封头：heiKPD2261HiK-椭圆 封头形状系数（2）碟形封头：heMPR2r341M-碟形封头形状系数Rh-碟形封头球面部分半径r-碟形封头拐弯部分半径（3）半球形封头：heiPD4h-由 内压在封头引起的应力123.支 座 截 面 处 圆 筒 的 周 向 应 力支 座 截 面 处 ，由 于 周 向 压 缩 力 和 周 向 弯 矩 引起的周 向 应力

24、，其最大值将发生在支 座 处 圆 筒 截 面 最 低 点 或 鞍座边角处。三种假设：.假设圆筒与鞍座之间无摩擦，支座反力都是通过圆心点，即圆筒仅在结合面的局部地区承受一个非均布的“外压 ”作用，因而在圆筒上产生周 向 压 缩 应 力 。.支 座 截 面 处 圆 筒 的 弯 曲 应 力 是 由 周 向 弯 矩 产生的，即由该截 面 的 切向 应 力 引起的。 该公式是按 圆筒有足够的刚性的假设条件推导的。即解析式适用于支 座 截 面 处 壳 体 有 加 强 圈 的 情 况 。对 于 无 加 强 圈的 圆 筒 ，仅 能 按 有 加 强 圈 的 圆 筒 的 结 果 给 予 经 验 修 正 。. 鞍座

25、截 面 处 的 周 向 应 力 由 两 部 分 组 成 ，即 ：（1）由 周 向 压 缩 力 引起的周 向 应力。 （前）（2）由 周 向 弯 矩 引起的周 向 弯 曲 应力。 （后）a.无加强圈 圆筒（1）无垫板或垫板不起加强作用 （垫板宽小于 b2）在横截面最低点： （该处不存在周 向 弯 矩 、即 由 周 向 压 缩 力 引起的。 ）255bFkKek系数（应力计算系数）筒体焊在支座上 k=0.1筒体不焊在支座上 k=1b2圆筒的有效宽度emRb56.12b-支座 轴向 宽度（底板宽度） 图 1.8 无 加 强 圈 圆 筒 周 向 应 力 的 位 置cosin15KK5值见 表 1.3在

26、鞍座边角处：当 L/Ra8 时26634eeFKb13当 L/Ra8 时262614eaeLFRKbaM6K6值见 表 1.3M-周 向 弯 矩aFRK6表 1.3 系数 K5、K6 值K6鞍 座 包 角K5A/ Ra 0.5 A/ Ra 11201351500.7600.7110.6730.0130.0100.0080.0530.0410.032注 ： 当 0.5A/Ra1时 ， K6值 按 表 内 数 值 线 性 内 插 求 取(2) 垫 板起加 强作用在横截面最低点： （该处不存在周 向 弯 矩 、即 由 周 向 压 缩 力 引起的。 ）255bFkKre在鞍座边角处：当 L/Ra8 时

27、262634rereFKbF当 L/Ra8 时262614reareLFRKb鞍座垫板边缘处圆筒中的周向应力：当 L/Ra8 时26634eeFKb14当 L/Ra8 时 eaeLFRKb62614b.有 加 强 圄 的 圆 筒 （1）加强 圈 位 于 鞍 座 平 面 上在 鞍 座 边 角 处 的 圆 筒 的 周 向 应 力图 1.9 加 强 圈 位 于 鞍 座 处 圆 筒 周 向 应 力 的 位 置074087IeFRKCAa在 鞍 座 边 角 处 ，加 强 圈 内 缘 或 外 缘 表 面 的 周 向 应 力07508IdFRKCAa系 数 C4 C5 K7 K8 值 由 表 1.4 查 取

28、a） 内 加 强 圈 c） 内 加 强 圈注 naRb56.13注“加强圈位于鞍座平面内”是指加强圈位于图中所示“鞍座平面”两侧各小于或等于图 1.10 鞍 座 平 面 内 的 内 、 外 加 强 圈图外 加 强 圈 图 1.11 靠 近 鞍 座 平 面 的 加 强 圈15a） 鞍 座 垫 板 不 作 为 加 强 板 用 的 鞍 座b） 鞍 座 垫 板 作 为 加 强 板 用 的 鞍 座图 1.12 鞍 式 支 座A0一个支座的所有加 强 圈 与 圆 筒 起 加 强 作 用 有 效 段 的 组 合 截 面 积 之 和 ，mm2；I0-一个支座的所有加 强 圈 与 圆 筒 起 加 强 作 用 的

29、 有 效 段 的 组 合 截 面 对 该 截 面 形心 轴 X-X 的 惯 性 矩 之 和 （见 图 1.10 图 1.11），mm4；d-对 内 (外 )加 强 圈 ，为 加 强 圈 与 圆 筒 组 合 截 面 形 心 距 加 强 圈 内 (外 )缘 表 面 之 距 离（见 图 1.10），mm；e-对 内 (外 )加 强 圈 ，为 加 强 圈 与 圆 筒 组 合 截 面 形 心 距圆 筒 内 (外 )表 面 之 距 离 （见 图 1.10），mm；（2）加强 圈 靠 近 鞍 座 平 面 时在横截面最低点的 周 向 应 力 ：a) 无垫板或垫板不起加强作用：255bFkKeb) 垫 板起加强

30、作用； 图 1.13 加强圈靠近鞍式支座255bFkKre16表 1.4 系 数 C4、 C5、 K7、 K8加 强 圈 位 置 位 于 鞍 座 平 面 上 图 1.7b ， 图 1.8 靠 近 鞍 座 图 1.7c ， 图 1.9 ， （ ） 120 132 135 147 150 162120 135 150内 加 强 圈 -1 -1 -1 -1 -1 -1+1 +1 +1C4 外 加 强 圈+1 +1 +1 +1 +1 +1-1 -1 -1内 加 强 圈 +1 +1 +1 +1 +1 +1-1 -1 -1C5 外 加 强 圈-1 -1 -1 -1 -1 -1+1 +1 +1K7 0.05

31、3 0.043 0.041 0.034 0.032 0.0250.058 0.047 0.036K8 0.341 0.327 0.323 0.307 0.302 0.2830.271 0.248 0.219在横截面上靠近水平中心线处的圆筒周向应力： 074087IeFRKCAa在横截面上靠近水平中心线处，加 强 圈 内 缘 或 外 缘 表 面 的 周 向 应 力 ：07508IdFRAa同 时 ，还 应 校 核 在 支 座 边 角 处 的 周 向 应 力 6值 。其 中 K6值 按 表 1.3 中 的A/Ra0.5 查 取 。表 1.4 鞍 座 包 角 与 的关系 120 135 150 93

32、40 8932 8413（3）周向应力校核周向应力应满足下列条件： | |5t| | 1.256| | 1.25 t| | 1.257| | 1.258tr五、鞍 座 腹 板 水 平 分 力 及 强 度 校 核支 座 腹 板 的 水 平 分 力 ：FKs917式中 K9 系数值按表 1.6 查取。表 1.6 系 数 K9鞍 座 包 角 ， （ ） 120 135 150K9 0.204 0.231 0.259鞍 座 腹 板 有 效 截 面 内 的 水 平 方 向 平 均 拉 应 力 ；当 无 垫 板 或 垫 板 不 起 加 强 作 用 时 ：09bHFs当 垫 板 起 加 强 作 用 时 ：r

33、es09式 中 ：Hs计 算 高 度 ，取 鞍 座 垫 板 底 面 至 底 板 底 面 距 离 和 Ra/3 两 者 中 的 较 小 值 ，mm；b0鞍 座 腹 板 厚 度 ，mm；br鞍 座 垫 板 有 效 宽 度 ，取 br= b2，mm；应 力 按 下 式 进 行 校 核 ：sa329-鞍 座 材 料 许 用 应 力 ，按表 1.7 查取。sa表1.7 鞍 座 材 料 许 用 应 力使 用 温 度 ， 选 用 材 料 许 用 应 力 sa， MPa0 250 Q235-B 147-20 250 Q345 170 -20 16MnR 1701.3 球形储罐【教学内容】一 . 球形储罐的组成

34、二. 球罐基本结构三. 球形储罐的附件【授课时间】100 分钟【教学重点】球罐基本结构18【教学难点】支柱与罐体的连接【教学目标】掌握了解球罐各种结构的特点【教学手段】课堂讲授，辅以设 备 挂图。【教学过程】球形储罐通常可按照外观形状、壳体构造方式和支承方式的不同进行分类。形 状： 有圆球形和椭球形之分；壳体层数： 有单层球壳和多层球壳之分；球体的组合：有桔瓣式、足球瓣式和二者组合的混合式之分；支座结构： 有支柱式支座、筒形或锥形裙式支座之分。球罐的组成： 罐体（包括上下极板、上下温带板和赤道板）、支柱、拉杆、操作平台、盘梯、以及各种附件（包括人孔、接管、液面计、压力计、温度计、安全泄放装置等

35、）。在某些特殊场合，球罐内还设有内部转梯、外部隔热或保温层、防火水幕喷淋管等附属设施。1.3.1 罐体罐 体 是 球 形 储 罐 的 主 体 ，它 是 储 存 物 料 、承 受 物 料 工 作 压 力 和 液 柱 静 压 力的 重 要 构 件 。罐 体 按 其 组 合 方 式 常 分 为 以 下 三 种 。1.纯 桔 瓣 式 罐 体 2. 足球瓣式罐 体 3. 混合式罐 体一 、纯 桔 瓣 式 罐 体是 指 球 壳 全 部 按 桔 瓣 瓣 片 的 形 状 进行 分 割 成 型 后 再 组 合 的 结 构 ，如 图 1.14所 示优 点 ：1.球 壳 拼 装 焊 缝 较 规 则 ，施 焊 组装

36、容 易 ，加 快 组 装 进 度 ，并 可对 其 实 施 自 动 焊 ； 1-球 壳 ； 2-液 位 计 导 管 ； 3-避 雷 针 ；2.分 块 分 带 对 称 ，焊 接 接 头 受 力 4-安 全 泄 放 阀 ； 5-操 作 平 台 ； 6-盘 梯 ；均 匀 ，质 量 较 可 靠 ，便 于 布 置 7-喷 淋 水 管 ； 8-支 柱 ； 9-拉 杆支 柱 ； 图 1.14 赤 道 正 切 柱 式 支 承 单 层 壳 球 罐3.容 积 大 小 不 限 。缺点： 1.各 带 位 置 尺 寸 大 小 不 一 ，只 能 在 本 带 内 或 上 、下 对 称 的 带 之 间进 行 互 换 ；2.下

37、料 及 成 型 较 复 杂 ，板 材 的 利 用 率 低 ； 3.球 壳 极 板 尺 寸 较 小 ，布 置 人 孔 和 接 管 时 ,焊 缝 不 易 错 开 。 19二、 足球瓣式罐 体 球 壳 划 分 和 足 球 一 样 ，所 有 的 球 壳板 片 大 小 相 同 ，它 可 以 由 尺 寸 相 同 或 相似 的 四 边 形 或 六 边 形 球 瓣 组 焊 而 成 。图1.15 表 示 的 就 是 足 球 瓣 式 罐 体 及 其 附 件 。优 点 ：1.每 块 球 壳 板 尺 寸 相 同 ，下 料 成 型规 格 化 ；2.材 料 利 用 率 高 ，互 换 性 好 ；3.组 装 焊 缝 较 短

38、，焊 接 及 检 验 工作 量 小 。缺点： 1.焊 缝 布 置 复 杂 ； 1-顶 部 极 板 ； 2-赤 道 板 ； 3-底 部 极 板 ；2.施 工 组 装 因 难 ，对 球 壳 板 的 制 4-支 柱 ； 5-拉 杆 ； 6扶 梯 ；7 一 顶 部 操 作 平 台造 精 度 要 求 高 ； 图 1.15 足 球 瓣 式 球 罐3.只 适 用 于 制 造 容 积 小 于 120m3 的球 罐 。三 、混合式罐 体赤 道 带 和 温 带 采 用 桔 瓣 式 ，而 极 板 采用 足 球 瓣 式 结 构 。优 点 ：1.材 料 利 用 率 高 ；2.焊 缝 长 度 缩 短 3.球 壳 板 数

39、量 减少，特 别 适合于 大型球罐。 4.极板尺寸比纯桔瓣式大，容易 1-上 极 ; 2-赤 道 带 ；布置人孔及接管。 3-支 柱 ； 4-下 极5.支柱可避开搭在球壳板焊接 图 1.16 混 合 式 球 罐 。接头上，使球壳应力分布比较均匀。1.3.2 支座支 座 是 球 罐 中 用 以 支 承 本 体 重 量 和 物 料 重 量 的 重 要 结 构 部 件 。结 构 主 要 分 两 大 类 ：1.柱式支座；2.裙式支座柱式支座中以赤道正切柱式支座用得最多，为国内外普遍采用。赤道正切柱式支座特点：1.多根圆柱状支柱在球壳赤道带等距离布置；2.支柱中心线与球壳内径相切，则与球壳的交点同球心连

40、线与赤道平面的夹角约为 1020。3.支柱之间设置连接拉杆，增加承载能力，保证球罐的稳定性。204.受力均匀，弹性好，能承受热膨胀的变形，施工简单，现场操作和检修也方便。5. 球罐重心高，相对而言稳定性较差。一 、支柱的结构（如图 1.17）主要由支柱、底板和端板三部分组成。1.支柱 支柱分单段式和双段式两种。 单段式: 由 一 根 圆 管 或 卷 制 圆 筒 组 成 ，其 上 端 与 球 壳 相 接 的 圆 弧 形 状通 常 由 制 造 厂 完 成 ，下 端 与 底 板 焊 好 ，然 后 运 到 现 场 与 球 罐进 行 组 装 和 焊 接 。 双段式：由 U 型管和圆管组成，上段支柱材质与

41、球壳相连接的支柱必须选用与壳体相同，在制造厂内与球瓣进行组对焊接，其设计高度一般为支柱总高度的 3040左右。上下两段管径尺寸相同，中间用连接板连接，下段支柱可采用一般材料。双段式支柱结构较为复杂，但它与球壳相焊处的应力水平较低，得到广泛应用。2.底板底板中心应设置通孔；支柱 底 板 的 地脚 螺 栓 孔 应 1-球 壳 ； 2-上 部 支 柱 ； 3-内 部 筋 板 ；为 径 向 长 圆 孔 。 4-外 部 端 板 ； 5-内 部 导 环 ； 6-防 火 隔 热 层 ；3.端 板 7-防 火 层 夹 子 ， 8-可 熔 塞 ； 9-接 地 凸 缘 ；顶部设有防雨端板 10-底 板 ； 11-

42、下 部 支 耳 ， 12-下 部 支 柱 ， 13-上 部 支耳分三种：平板式、半球式、椭圆式 图 17 支 柱 结 构 图平板式边角易造成高应力状态，不推荐使用。半球式和椭圆式结构属弹性结构，不易形成边缘高应力状态，抗拉断能力较强，故为中国球罐标准所推荐。二、 支柱 与壳体 的 连 接 支柱与球壳连接处可采用直接连接结构形式、加托板的结构型式、U形柱结构型式和支柱翻边结构型式，见图 1.18所示。 1.直 接 连 接 结 构 结构简单，但连接部下端夹角小，应力大。2. 加托板结 构21可解决由于连接部下端夹角小的问 题，但间隙狭窄，施工困难。3. U 形柱结构与直 接 连 接 结 构 比 ，

43、改 善 了 柱头与球 壳的连接应力状态，特别适合对材料有特殊要求的球罐。4. 支柱翻边结构解决了连接部位下端施焊的困难， 确保了焊接质量，而且对该部位的应力状态也有所改善但由于翻 边 工 艺 问 题 ，尚 未 被 广 泛 采 用 。（ a）（ a） 直 接 连 接 ； （ b） 加 托 板 结 构 ； （ c） U 形 柱 结 构 ； （ d） 支 柱 翻 边 结 构图1 .18 支 柱 与 球 壳 的 连 接三、拉杆拉 杆 的 作 用 ：用 以 承 受 风 载 荷 与 地 震 载 荷 作 用 ，增 加球 罐 的 稳 定 性 。拉 杆 结 构 ：可 调 式 和 固 定式 两 种 。1-支 柱

44、； 2-支 耳 ； 3-长 拉 杆 1-支 柱 ； 2-上 部 支 耳 ； 3-上 部 长 拉 杆4调 节 螺 母 ； 5-短 拉 杆 4-调节螺母；5-短拉杆，6-中部支耳 图 1.19 单 层 交 叉 可 调 式 拉 杆 7-下 部 长 拉 杆 ； 8-下 部 支 耳图 1.20 双 层 交 叉 可 调 式 拉 杆221.可 调 式 拉 杆有 三 种 型 式 ：图 1.19 为 单 层 交 叉 可 调 式 拉 杆 ，图 1.20 为 双 层 交 叉 可 调式 拉 杆 和 图 1.21 为 相 隔 一 柱 单 层 交 叉 可 调 式 拉 杆图 1.21 相 隔 一 柱 单 层 交 叉 可 调

45、 式 拉 杆优点：可 及 时 调 节 拉 杆 的 松 紧 度 ，改 善 拉 杆 的 受 力 状 况 。每 根 拉 杆 的 两段 之 间 采 用 可 调 螺 母 连 接 。2.固定式拉杆拉杆的一端焊在支柱的加强板上，另一端则焊在交叉节点的中心固定板上。也可以取消中心板而将拉杆直接十字焊接。结构如图 1.22 所示优点：制作简单、施工方便缺点：不可调节拉 杆 的 松 紧 度 。由于拉杆可承受拉伸和压缩载荷，从而大大提高了支柱的承载能力，1-补 强 板 ， 2-支 柱 ， 3-拉 杆 ； 4-中心 板1.3.3人孔和接管 图 1.22 固 定 式 拉 杆一、人孔人孔设置是为工作人员进出球罐以进行检验和维修之用。及在施工过程中，罐内的通风排气、热处理时使用。特点：球罐