1、2000 立方米液化丙烯气球形储罐设计 1 文献综述 11 概述 第三次工业革命以来，现代工业技术得到不断的进步，球形容器的设计制造水平也 在不断地提高。球形容器是常见的工业介质存储容器，它容量大，能承受一定的压力， 在石油化工行业、合成氨工业和城市燃气建设中应用十分广泛。它可以作为液化气体， 比如液化石油气（LPG） 、液化天然气（LNG） 、液氮、液氨、液氧等产品或者中间介质 的存储容器，也可以被设计成核电安全壳应用在原子能发电站中。球罐存储的介质为易 燃易爆介质，存储压力为常压或者中等压力，所以相关国家标准将它划分为第三类压力 容器。 球罐是一种比较复杂的焊接壳体结构，它的设计制造会涉及
2、到多个学科和技术领域， 比如材料力学、无损检测、断裂力学、热力学、机械设计、机械制图等。球罐作为大直 径压力容器，在现场施工方面面临着独特的挑战，尤其对现场吊装设备提出了巨大的考 验1。所以球罐的设计安装体现了一个国家的工业实力。球罐的制造最早可以追溯到 20 世纪初期，当时由美国和德国建造几个铆接小型低压球罐，后来，随着焊接技术、装备 技术和新材料的发展，大型球罐逐渐出现，结构也由单层壳向双层壳发展，温度也由常 温向低温球罐甚至深冷球罐发展，球罐不仅出现在陆地，也开始进入海洋。总之，相信 随着物流运输的进步，球罐会有更大的发展。 12 球罐的特点 1.2.1 优点 （1）球罐的表面积最小，与
3、立式圆筒形储罐相比在相同容量下球罐所需钢材面积 最少。 （2）和圆筒形容器相比，球罐板材的承载能力要大一倍，也就是说在直径、压力 相同的情况下，球形储罐的壁内应力最小，而且均匀。如果采用同样钢板，球罐的板厚 只有圆筒形容器板厚的一半，这样可以大大降低材料费用。 （3）球罐占地面积小，在安装建设时，基础工程量小，并且球罐可向空间高度发 展，所以能节省土地面积。 （4）球罐的基础较为简单、工程量不大，且建造费用也较为便宜2。 1.2.2 缺点 （1）球罐受原材料供应（其中包括板材的厚度、规格尺寸和性能等）的限制程度 严格。球罐经常使用进口材料，限制较大。 （2）球罐和圆柱形容器相比，它的制造、安装
4、相对比较困难，需要更多的技术支 2000 立方米液化丙烯气球形储罐设计 持和人力资源。 （3）球罐几乎全部是现场组装和焊接，所以安装条件差，但是技术要求却没有降 低。现场作业需要大型吊装设备，偏远地区比较困难。 （4）由于国内钢材品种少，规格尺寸偏小，球罐板幅小，使得焊缝多而长，增加 了工作量3。 13 球罐分类 球罐可按不同方式分类，如按储存温度、结构形式等。 1.3.1 按储存温度分 球罐一般用于常温或低温。只有极个别场合，如造纸工业用的蒸煮球罐，使用温度 高于常温。 （1）常温球罐 如液化石油气（LPG） 、氨气、氧气、氮气等球罐。一般来说这类球罐的设计压力 较高，它们的设计压力通常取决
5、于液化气的饱和蒸气压力或者压缩机的出口压力。常温 球罐的设计温度应该大于零下 20 摄氏度。 （2）低温球罐 这类球罐的设计温度低于或等于零下20摄氏度， 一般不应该低于零下100摄氏度。 低温球罐的压力属于中等压力（视该温度下储存介质的饱和蒸气压而定） 。低温球罐和 常温球罐相比多了一层保温层。 （3）深冷球罐 这类球罐的设计温度在零下 100 摄氏度以下。深冷球罐存储的介质往往在介质液化 点以下，它的压力不高，有时甚至为常压。由于对保冷要求高，因此深冷球罐常采用双 层球壳结构。 目前国内使用的球罐，设计温度一般在-40到 50之间。 1.3.2 结构形式分类 球罐的结构是多种多样的，根据不
6、同的使用条件（介质、容量、压力、湿度等）有 不同的结构形式。通常按照外观形状、壳体构造和支承方式的不同来分类。 （1）按形状分，可以分为圆球形球罐和椭球形球罐。 （2）按壳体层数分，可以分为单层壳体球罐和双层壳体球罐。 （3）按球壳的组合方式分，可以分为纯橘瓣式球罐、纯足球瓣式球罐和足球橘瓣 混合式球罐4。如图 1.1 所示。 2000 立方米液化丙烯气球形储罐设计 橘瓣式 足球式 混合式 图 1.1 球罐类型 桔瓣式球罐的球壳划分就像桔子瓣一样，是一种最常见最通用的划分形式。它的优 点是焊缝布置简单，组装起来容易，球壳板制造也简单，缺点是材料利用率低。 足球瓣式球罐的球壳划分方法又叫均分法。它的优点是材料利用率高，组装时需要 焊接的焊缝较短， 焊接工作量和检验工作量都小， 缺点是焊缝布置复杂， 施工组装困难， 对球壳板的制造精度要求很高。由于受到钢板规格及自身结构的影响，足球瓣式球罐一 般只适用于容积小于 120m3 的情况。 混合式球罐结合了桔瓣式和足球瓣式两种结构形式的优点，材料利用率较高，焊缝 长度缩短，球壳
