第七章球形储罐

1球形储罐的主要特点是什么？

球罐与同容积的圆筒形容器相比，表面积最小，节省钢材，但钢板的利用率低。球罐受力均匀。在相同直径和工作压力下，其薄膜应力仅为圆筒容器的环向应力的1/2，板厚约为圆筒形容器的一半，因而球罐用料省，造价低。

另外球罐与同容积的圆筒形容器相比，受风面积小，承受风载荷时，较圆筒形容器安全。

球罐基础简单、工程量较小，造价较低。但球罐制造安装较难，技术要求较高。

2GB—适用范围及主要内容是什么？

GB—适用于设计压力不大于4.0MPa的橘瓣式或混合式以支柱支撑的球罐，规定了碳素钢和低合金钢制球形储罐的设计、制造、组装、检验与验收的要求。

3GB—不适用于哪些球罐？

本标准不适用于下列球罐：受核辐射的球罐；经受相对运动(如车载或船载)的球罐；公称容积小于50m3的球罐；要求做疲劳分析的球罐；双壳结构的球罐。

4GB—所管辖范围有哪些？

一般是指球罐及与其连为整体的受压零部件。且划定在下列范围内：当外管道与球罐接管连接时采用法兰连接的第一个法兰密封面；采用螺纹连接时的第一个螺纹接头；采用接管与外管道焊接连接时的第一道环向焊缝；球罐开孔的承压封头、平盖及其紧固件、与球壳连接的非受压元件，如支柱、拉杆、底板等；直接连在球罐上的超压泄放装置。

5球罐制造单位的主要职责是什么？

球罐制造单位必须按照设计图样和有关标准要求进行制造和检验，使制造的产品质量达到优良或合格标准，如需变更原设计，应取得原设计单位的认可。对每台球罐应提供下列文件：球壳板及其组焊件的出厂合格证；材料质量证明书或复制件；材料代用审批文件；球壳板与人孔、接管、支柱的组焊记录；无损检测报告；球壳排版图。

当标准有规定或图样有要求时，下列文件也应提供：与球壳板焊接的组焊件热处理报告；球壳板热压成形工艺试验试板的力学和弯曲性能报告；球壳板材料的复验报告；极板试板焊接接头的力学和弯曲性能检验报告。

6球罐安装单位的主要职责是什么？

球罐安装单位必须按照设计图样和有关标准要求进行安装，使安装质量达到优良或合格标准。如需变更原设计应取得原设计单位的认可。对每台球罐还应提供下列技术文件：①竣工图；②球罐竣工验收证明书。

其证明书至少应包括下列内容：球壳板及其组焊件的质量证明书；球罐基础检验记录；球罐施焊记录(附焊缝布置图)；焊接材料质量证明书或复验报告；产品焊接试板试验报告；焊缝无损检测报告；焊缝返修记录；球罐焊后整体热处理报告；球罐几何尺寸检查记录；球罐支柱检查记录；球罐压力试验报告；球罐气密性试验报告；球罐基础沉降观测记录。

7设计球罐时应考虑哪些载荷？

应考虑以下载荷：设计压力；液体静压力；球罐自重(包括内件)以及正常操作条件下或试验状态下内装介质的重力载荷；附属设备及隔热材料、管道、支柱、拉杆、梯子、平台等的重力载荷；雪载荷；风载荷；地震载荷。

8球罐的设计厚度如何求得？

球壳的设计厚度由下式确定：

式中δ——球壳设计厚度，mm；

pc——计算压力，MPa；

Di——球壳内直径，mm；

t——设计温度下球壳材料的许用应力值，MPa；

φ——焊缝系数；

C——厚度附加量；

C1——钢管或钢板的厚度负偏差，按相应钢管或钢板标准选取，mm，当钢材的厚度负偏差不大于0.25mm时且不超过名义厚度的6%时，可取C1=0；

C2——腐蚀裕量，取C2不小于1mm，对于不锈钢，介质的腐蚀性极微时，可取C2=0。

9球罐计算中各带的物料高度是如何计算的？

球罐设计中，当物料为液体时，需要从充装系数K出发，求出物料高度H，特别是大型球罐的设计，物料高度更为重要。这里介绍的表格方法，是一种较为简捷、准确的方法。

经推导计算，得到以下公式：

则

H=K1R

系数K1只与充装系数K有关，将不同的K值给出，即可得到相对应的K1值，然后代入公式中，球罐的物料高度便可算出(见图6-1)。

10制造单位应如何考虑球罐的板材加工裕量？

球罐制造单位应根据制造工艺条件，考虑板材的加工裕量，以确保球罐产品各部位的实际厚度不小于该部位的名义厚度。

11选择球罐用钢需考虑哪些因素？

球罐用钢一般分受压元件(球壳板、锻件、钢管、螺栓和螺母)用钢和非受压元件(支柱、拉杆、支耳、底板)用钢。对于非受压元件用钢，当与受压元件焊接时，也必须是焊接性能良好的钢材。

受压元件用钢应由平炉、电炉或氧气转炉冶炼。技术要求应符合相应的国家标准、行业标准或有关技术文件。应附有钢厂的钢材质量证明书(或其复印件)，制造单位应按质量证明书对钢材进行验收，必要时应进行复验。球罐用钢必须考虑使用条件(如设计温度、设计压力、物料特性等)、材料的焊接性能、制造工艺和组装要求以及经济是否合理。当设计温度低于或等于-20℃时，钢材还应符合GB—“附录A低温球形储罐”(补充件)的要求。当对钢材有特殊要求时(如要求特殊冶炼方法、较高的冲击功指标、提高无损检验要求、增加力学性能检验率等)，并在图样或文件中加以注明。对于GB—规定以外的其他钢材，还应符合GB的要求。

12球罐用钢板在调质状态下使用时应有哪些要求？

调质状态下使用的钢板，应逐张进行拉力试验和夏比(V形缺口)常温或低温冲击试验。

13用于制作球壳的钢板符合哪些条件时，应逐张进行超声波探伤检查？其质量等级要求是什么？

厚度大于38mm的QR，大于30mm的QR，大于25mm的其他低合金钢钢板、上下极板和与支柱连接的赤道板等，用于制作球壳的钢板，均应逐张进行超声波探伤检查。

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碳素钢钢板的质量等级以Ⅳ级为合格，低合金钢板以Ⅲ级为合格。

14选择球罐用焊条应注意些什么？

焊条必须具有质量证明书。质量证明书应包括熔敷金属的化学成分、机械性能、扩散氢含量等。各项指标应符合GB、GB、JB、GB的有关规定。

球壳的对接焊缝以及直接与球壳焊接的焊缝，必须选用低氢型焊条，并按批号进行扩散氢复验。

15球罐有哪些结构形式？

球壳结构形式如图6-2所示。

16球壳与支柱连接有哪些形式？常用何种结构形式？

支柱与球壳的连接一般采用赤道正切形式。其他连接形式如V形柱式、三合一柱式、裙式、锥底式等。

支柱与球壳连接常采用翻边结构或加托板的结构形式(见图6-3)。

17支柱设计应考虑哪些因素？

支柱一般采用钢管制作，支柱可分段，但与球壳板连接段的长度应不小于支柱总长的1/3。段间的环向连接焊缝应全熔透。可采用加垫板的对接焊缝。对于大型球罐的支柱，由于无大直径的钢管，可选用相应钢板卷制，尽量减少环缝的数量。支柱顶部应设有球形或椭圆形的防雨罩(或盖板)。支柱应设有通气口(或易熔塞)，对储存易燃及液化石油气物料的球罐，还应设置防火层(见图6-4)。支柱上设置通气口是出于安全防火的需要，在一旦发生火灾，支柱内的气体急剧膨胀，压力迅速上升，短时间造成支柱破裂，球罐倒塌。为避免这类情况发生，在支柱上应设置通气口。

18球罐拉杆结构形式有几种？

拉杆结构有可调式和固定式两种。可调式拉杆的立体交叉处不得相焊。固定式拉杆的交叉处采用十字相焊或与固定板相焊，拉杆与支柱的上下连接点应分别在同一标高上(见图6-5)。鉴于目前的情况，固定式拉杆的计算方法，尚有待研究，GB—标准中仅提供了可调式拉杆的计算方法。

19球罐固定式拉杆有哪些特点？

固定式拉杆结构有以下特点。

①将钢管焊接在支柱上形成刚性结构比较稳固，能有效地防止横向载荷造成的破坏。

②可节省大量的零部件，不需任何机加工，制造比较简单。

③这种拉杆能承受拉伸和压缩载荷，而可调式拉杆只能承受拉伸载荷。另外支柱受力情况较好，当承受垂直载荷时，拉杆支承了部分垂直载荷，因而下段支柱所承受压缩力就小。当承受横向载荷时，固定式拉杆所承受的拉力比可调式的小，下段支柱所受的压缩力明显减小。因此此种结构比较安全。

④抗弯能力大。

⑤固定式拉杆可设计成受压的，拉杆的截面积比可调的大，刚性也大，因此球罐横向载荷产生的水平位移就小，偏移量小对球罐上的接管有利。

⑥可调式拉杆虽能调节松紧，有利施工，但施工后因窝蚀则不起调节作用。固定式拉杆施工时调节好后，使用中不必再调整。

⑦固定式拉杆因支柱和拉杆是刚性结构，当球罐受横向载荷或压力和温差引起变形时，球壳与支柱连接处的反力要比可调式的大。

20球罐上任何相邻焊缝的间距有何要求？

球壳上任何相邻焊缝的间距应大于3δn(δn为球壳板名义厚度)，且不小于mm。

21球壳设计温度下壳壁的计算应力是如何确定的？

按下式确定：

式中σt——设计温度下壳壁的计算应力，MPa；

δe——球壳有效厚度，mm；

pc——计算压力，MPa；

φ——焊缝系数；

Di——球壳内径，mm。

22球罐排板时应遵循哪些准则？

球罐的壳体是由多块压制成球形曲面的球壳板组焊而成，这些球壳板如何组合成球形，即如何排板，应遵循下列准则：

①必须满足所储存物料在容量、压力、温度方面的要求，且安全可靠；

②受力状态最好；

③压制成形球壳板几何尺寸，尽量采用大的球壳板结构，使焊缝长度最短，减少安装工作量；

④根据钢板规格，尽量提高板材利用率；

⑤规格少，互换性好；

⑥能使所有相邻焊缝相互错开；

⑦焊缝位置的分布应使装配应力、拘束应力与残余应力最小，且分布均匀。

23球壳板制造时对其表面质量有何要求？

球壳板不得拼接且表面除符合图样要求外，不允许存在裂纹、气泡、结疤、折叠和夹渣等缺陷。球壳板不得有分层。

24球壳板相邻两板厚度差大于薄板厚度的25%或大于3mm时，应如何处理？

当发生上述情况时，厚板边缘应削成斜边，削边后的端部厚度应等于薄板厚度，其形状和要求见图6-6。

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