第一章 确定设计参数、选择材料一、确定设计参数（一） 设计温度储罐放在室外，罐的外表面用150mm 的保温层保温。

在吉林地区，夏季可能达到的最高气温为40℃。

最低气温（月平均）为-20℃。

（二） 设计压力罐内储存的是被压缩且被冷却水冷凝的液氨。

氨蒸汽被压缩到0.9~1.4MPa ，被冷却水冷凝。

液氨40℃时的饱和蒸汽压由[1]查得为：P 汽=1.55MPa(绝对压力)。

为保证安全,在罐顶装有安全阀,故球罐设计压力为安全阀的启动压力，即：P=(1.05-1.1)P 汽=(1.05-1.1)×1.45=1.523~1.595MPa 取设计压力P=1.6MPa(三) 焊缝系数φ球罐采用X 坡口,双面对接焊,并进行100%的无损探伤,由[2]知φ=1.0 (四) 水压试验压力由[4]知水压试验压力为: T P =1.25P[][]tσσ 球壳材料为16MnDR ，初选板厚为36mm,由[3]表3查得[]σ=157MPa, []tσ=157MPa 则T P =1.25P ×157/157=1.25×1.6×1=2.06 MPa试验时水温不得低于5℃。

（五） 球罐的基本参数球罐盛装量为170吨／台。

液氨-20℃的密度为0.664吨／M 3，，40℃时0.58吨／M 3。

球罐所需容积（按40℃计）为：V=58.0170=293.1M 3已给盛装系数为0.5，即不得装满，故实际所需容积为：V=5.0170=340M 3，其小于400M 3，余容较大，足够用，相差17.6%，符合标准要求。

按公称容积4003设计，由[2]附录一P41查得球罐基本参数如表 一 1-1表——1-1球罐基本参数二．材料的选择按操作条件要求及各种材料的性能特点，分别选择如下。

（一）球壳钢板操作最低气温为-20℃。

按［2］，［3］要求，从表四选用16MnDR低温钢板.使用状态为正火.逐张进行超声波检查,按ZBJ740030—88Ⅲ级为合格,试验要求按［3］规定进行。

(二) 接管由［3］表5选16Mn,正火状态,其机械性能及要求应符合［3］表5、表6的要求。

(三) 锻件选16MnD(［3］表7)采用正火加回火或调质状态，要求及机械性能应符合［3］规定。

(表8)(四) 螺栓.螺母按［3］表10规定,螺栓选35,螺母选Q235 GB699其机械性能及要求应符合［3］规定。

表9,正火状态.(五) 支柱、拉杆材料. 见表2-2表2-2支柱、拉杆材料(六) 焊接材料焊条选用低氢型,要求应符合[3]的有关规定。

第二章 结构设计一、概述球罐结构设计主要包括:球壳设计、支柱设计、拉杆设计、人孔设计、备用孔设计、接管及补强设计、保温绝热设计及各种附件设计等。

其设计合理与否,直接关系到制造安装质量、成本及检修是否方便等。

二 球壳设计(一)分瓣法及各带片数的确定目前我国多用桔瓣式,其便于现场组对和手工施焊。

由直径的大小决定采用五环带桔瓣式。

球片宽不小于500mm 。

上、下极带用数量、型式相同 的球片各三块。

上、下温带各 16块；赤道带16块；故球片总数为:n=16×3＋2×3=54片 (二) 球瓣尺寸计算 按几何关系计算出成 型后球片的各部尺寸,以便下料.按[6］[7]公式计算。

符号说明:D ─球壳内径; n ─球壳分带总数;i n ─球壳分带序数(只考虑半球);(i=1为赤道带,i=2为温度带,i=3为极带);i α—各带球夹角(均为45°);i D ─球壳各带横截面弦口直径;m C ─球瓣各测量点的弦长; m ─球瓣各测量点的顺序号；i S ─各带测量点顺序号； i N ─第N 带的分块数;m A—球瓣各点对应弦长m C 的弧长; m B—对应mC '各点弧长; mC '—球瓣经向各点弦长;i R —各带球瓣弦口展开半径;T C —极板弦口弦长; T A—极板弦口弧长;yi C —各带球瓣对角线弦长;yi A—各带球瓣对角线弧长.各带球心夹角:︒====45321ααααi测量点:赤道带1m =1～6，温带2m =6～161、 各带横截面弦口直径的计算(1)赤道带弦口直径 ()∑•=ii D D αcos其中2)1(11ααα+-=∑i i n =(1-1)×45°＋245︒∴ co 1•=D D cos[(1-1)×45°＋245︒]=9200×cos22.5°=8499.69mm (2) 温带弦口直径(小端) ()∑•=22cosαD D =9200×cos[(2-1)×45°＋245︒）]=9200×cos67.5°=3520.69mm(3) 极带弦口直径 ()∑•=33cosαD D =Dcos[(3-1)×45°＋245︒]=9200×cos112.5°=3520.69mm2、 球片各带弧长计算(经向)由于各带球片的球心角相等,所以各带弧长也相等。

即321L L L ===︒360απD =︒︒⨯⨯36045920014.3=3612.83mm3、 球瓣测量点弦长Cm 的计算360cos[(1)]tanm ai D m C -=∑m —球瓣各测量点顺序号i N —第i 带分块数i S —各球瓣测量点顺序号总数将球瓣分成16个分点,赤道带1-6,温带6-16。

各点弦长计算值见表2-1。

4、 球瓣各测量点对应弦长m C 的弧长m A。

m A =)arcsin(180DcD m ⨯︒πmm A 41.1806)920083.1794arcsin(180920014.31=⨯︒⨯=其他各点弧长计算方法相同。

计算结果见表2-1。

5、 球片经向各测量点弦长mC '的计算 22)1sin[(m iimC D s m C -∑-='α83.17929200221145)11sin[(-︒-='C =0其他各测量点弦长的计算方法与上面的方法相同，各点处弦长数值计算结果见表2-1。

6、 对应弦长mC '各点弧长m B的计算 （1） 赤道带）DC D6161arcsin(360--'︒=Bπ 09200arcsin(360920014.31=⨯︒⨯=B ）⌒其他5个点求法与上面的方法相同，算得的各值见表2-1。

（2） 温带B B-'︒⨯=-- 6167167)arcsin(360920014.3DC71.35608.17759200621.4112arcsin(360920014.37=-︒⨯=B）其他9个点求法相同，算得的各值见表2-1。

7、 各带球瓣中每块的弦口弧长i A的计算Ai=ND iiπmm ND 91.16681669.849914.3111=⨯==A πmm ND 29.6911669.352014.3222=⨯==Aπmm N D 86.3686369.352014.3333=⨯==A π 8、 各带球瓣弦口展开半径i R 的计算]2)1tan[(2ααi i i i n R D+-=mm R 38.111055.22tan 29200]24545)11tan[(292001=︒⨯=︒+︒-⨯=mm R 38.19055.67tan 29200]24545)12tan[(292002=︒⨯=︒+︒-⨯=mm R 38.19055.112tan 29200]24545)13tan[(292003=︒⨯=︒+︒-⨯=9、 极带弦口弦长T C 的计算T C mm D i 69.3520245sin92002sin =︒⨯==α 10、 极带弦口弧长AT的计算ATmm D i83.361236045920014.3360=︒︒⨯⨯=︒=απ11、各带球瓣对角线弦长的算yiCN ︒+=-ii i i D D DyiC2360··)2(sin sin 2122α 当1=i 时，11D D i =-（1） 赤道带mm C D D y 64.38911623605.22162360·245sin69.8499sin 9200sin sin2222221221=⨯︒+︒=⨯︒+︒=（2） 温带mm C D D D y 85.367816236069.849969.3520245162360·245sin sin9200sin sin222212222=⨯︒⨯+︒=⨯︒+︒=(3) 极带mm C D D D y 43.46573236069.35205.222360·2sinsin 9200sin sin 222232233223=⨯︒⨯+︒=︒+=Nα12、 各带球瓣对角线弧长yi A的计算 yi A )arcsin(180DC Dyi ︒=π (1) 赤道带1y A )920046.3891arcsin 18014.392002︒⨯==4018.18mm (2) 温带2y A )920085.3678arcsin(18014.392002︒⨯==3784.7mm (3) 极带3y A )920043.4657arcsin(18014.392002︒⨯==4883.56mm 表2-1各分点m C 、m A 、mC '、m B的数值 (mm)分带 序号 Siim α∑-)1(m Cm AmC ' m B赤 道 带10° 1794.83 1806.41 0 0 2 4°30′ 1789.51 1800.99 707.95 354.33 3 9° 1773.56 1784.68 1411.71 708.65 4 13°30′ 1747.05 1757.72 2018.62 1063.77 5 18° 1710.10 1720.10 2793.41 1479.11 6 22°30′ 1662.85 1672.04 3462.70 1775.08 温带7 27° 1605.5 1672.78 4112.59 356.71 8 31°30′ 1538.36 1545.62 4739.31 714.32 9 36° 1461.69 1467.91 5338.94 1072.88 10 40°30′ 1375.89 1381.07 5903.73 1432.47 11 45° 1281.39 1285.57 6441.97 1793.13 12 49°30′ 1178.69 1181.94 6938.08 2154.89 13 54° 168.37 1070.79 7392.60 2517.75 14 58°30′ 951.05 952.75 7802.26 2881.66 15 63° 827.43 828.55 8164.04 3246.58 1667°30′689.29698.968475.173612.39三、球瓣坡口设计按GB12337中规定，选用不对称X 型坡口。