球形燃气储罐的安装2005-12-29一、球形储罐的构造与系列(一)球形储罐的构造球形储罐由球罐本体、接管、支承、梯子、平台和其他附件组成，如图6—3—1所示。

图6-3-1 球形储罐构造1．球罐本体球罐奉体的形状是一个球壳，球壳由数个环带组对而成。

《球形储罐基本参数》(JBlll7—82)按公称容积及国产球壳板供应情况将球罐分为三带(50m3)、五带(120～1000mm3)和七带(2000～5000m3)，各环带按地球纬度的气温分布情况相应取名，三带取名为上极带(北极带)、赤道带和下极带(南极带)；五带取名是在三带取名基础上增加上温带(北温带)和下温带(南温带)；七带取名则是五带取名基础上增加上寒带(北寒带)和下寒带(南寒带)。

图6—3—l所示为五带名称示意图。

每一环带由一定数量的球壳板组对而成。

组对时，球壳板焊缝的分布应以“T”形为主，也可以呈“Y”或“十”形。

2．接管与入孔接管是指根据储气工艺的需要在球壳上开孔，从开孔处接出管子。

例如，液化石油气球型储罐的气相和液相的进出管、回流管、排污管、放散管、各种仪表和阀件的接管等。

除特殊情况外，所有接管应尽量设在上、下极带板上。

接管开孔处是应力集中的部位，壳体上开孔后，在壳体与接管连接处周围应进行补强。

对于钢板厚度不超过25mm的开孔，当材质为低碳钢时，由于其缺口韧性及抗裂缝性良好，常采用补强板型式(图6—3—2)。

补强板制作简单，造价低，但缺点是结构形式覆盖焊缝，其焊接部位无法检查，内部缺陷很难发现。

当钢板厚度超过25mm，或采用高强度钢板时，为了避免钢板厚度急剧变化所带来的应力分布不均匀，以及使焊接部位易于检查，多采用厚壁管插入型式(图6—3—3)。

也可采用锻件型式(图6—3—6)。

图6-3-2 补强板型式图6-3-3 厚壁管插入型式小直径接管的开孔，因直径小，管壁薄，而球壳板较厚，焊接时接管易变形，伸出长度增长易变弯曲，可采用厚壁短管作为过渡接管的过渡形式，如图6—3—4所示。

图6-3-4 过渡接管球壳开孔需补强的面积A(mm2)可按下式确定。

A=d·t0式中 t O——球壳开孔处的计算壁厚(mm)；d——开孔的最大直径(mm)。

开孔有效补强范围，即有效宽度，外侧有效高度和内侧有效高度可分别按下列各式计算确定。

式中 B——有效补强宽度(mm)；h1——外侧有效补强高度(mm)h2——内侧有效补强高度(mm)t t——接管的实际壁厚(mm)；C——壁厚附加量(mm)；C2——壁厚腐蚀裕度(mm)。

如图6—3—5所示，在有效补强区的WXYZ范围内，有效补强面积应由A1、A2、A3和A4所组成，其中A1=(B-d)[(S-c)-S0]A2=2h1(S t-S t0-c)+2h2(S t-c-c2)式中 A1——球壳壁承受内外压力所需的壁厚S0和壁厚附加量之外的多余面积(mm2)；A2——接管承受内外压力所需的壁厚和壁厚附加量之外的多余面积(mm2)；S——球壳板壁厚(mm)；S0——球壳壁承受内外压力所需壁厚(mm)；S t——接管壁厚(mm)：S t0——接管承受内外压力所需壁厚(mm)；C2——接管壁厚的腐蚀裕量(mm)；其余符号意义同前述。

A3为补强范围内的焊缝增高截面积(mm2)；A4为补强范围内外加的开孔补强截面积(mm2)。

图6-3-5 开孔有效补强范围综合上述可知，开孔后不需外加补强的条件是(A1+A2+A3)≥A；当(A1+A2+A3)<A时则需外加补强，外加的开孔补强截面积为A4≥A-(A1+A2+A3)补强件的材质一般应与球壳相同，若补强件材质的许用应力小于球壳材质许用应力的75％，则补强截面积应按比例增加，即式中[σ]——球壳材质的许用应力；[σ0]——补强度材质的许用应力。

为便于球罐的检查与修理，在上、下极带板的中心线上必须设置二个人孔，入孔直径一般不小于500mm。

可采用整体锻件补强，如图6—3—6所示。

图6-3-6 整体段件补强3．支承球罐的支承不但要支承球罐本体、接管、梯子，平台和其他附件的重量，而且还需承受水压试验时罐内水的重量、风荷载、地震荷载，以及支承间的拉杆荷载等。

支承的结构形式很多，下面简单介绍燃气工程常用的几种支承。

(1)赤道正切柱式支承(见图6—3—1)球罐总重量由等距离布置的多根支柱支承，支柱正切于赤道圈，故赤道圈上的支承力与球壳体相切，受力情况较好。

支柱间设有拉杆，拉杆的作用主要是为了承受地震力及风力等所产生的水平荷载。

赤道正切柱式支承能较好地承受热膨胀和各类荷载所产生的变形，便于组装、操作和检修，是国内外应用最为广泛的支承型式。

支柱本身构造如图6—3—7所示，一般由上、下两段钢管组成，现场焊接组装。

上段均带有一块赤道带球壳板，上端管口用支柱帽焊接封堵。

下段带有底板，底板上开有地脚螺栓孔，用地脚螺栓与支柱基础连接。

图6-3-7 支柱构造支柱焊接在赤道带上．焊缝承受全部荷载。

凶此，焊缝必须有足够的长度和强度。

当球罐直径较大，而球壳壁较薄时，为使地震力或风荷载的水平力能很好地传递到支柱上，应在赤道带安装加强圈。

(2)V型柱式支承(图6—3—8)图6-3-8 V型柱式支承柱子之间等距离与赤道圈相切，支承载荷在赤道区域上均匀分布，且与球壳体相切。

支柱在垂直方向与球壳切线倾斜2°～3°，这样可产生一个向心水平分力，可增强与基础之间的稳定性。

此种结构自身能承受地震力和风力产生的水平荷载，支柱间不需要拉杆连接。

但是，现场组装应严格按设计条件进行。

(3)半埋式支座(图6—3—9)图6-3-9 半埋式支座赤道正切柱式支承的球罐，其稳定性不够理想。

半埋式支座是将球体支承于钢筋混凝土筑成基础上，混凝土基础外径一般不小于球罐的半径，呈半埋状态。

为了在球罐下极带上开孔接管，可在基础中心留有一个圆形的孔洞。

半埋式支座受力均匀，稳定性好，节省钢材，但相应增加了钢筋混凝土工程量。

(4)高架式支承(图6—3—10)图6-3-10 高架式支承高架式支承本身可以做成容器，因此，可合理利用钢板和空间，减小占地。

但球罐的施工安装较困难，受吊装能力所限，球罐不可能大型化。

4．梯子平台为了定期检查和经常性维修，以及正常性生产过程中的操作，球罐外部要设梯子和平台，球罐内部要装设内梯。

常见的外梯结构形式有直梯、斜梯、圆形梯、螺旋梯和盘旋梯等。

对于小型球罐一般只需设置由地面到达球罐顶部的直梯，或直梯由地面到达赤道圈，然后改圆形梯到达球罐顶部平台；对于小型球罐或单个中型球罐也可采用螺旋梯；对于中小型球罐群可采用各种结构的梯子到达顶部的联合平台；对于大中型球罐，由地面到达赤道圈一般采用斜梯直达，赤道圈以上则多采用沿上半球球面盘旋而上到达球顶平台的盘旋梯，根据操作工艺需要，可在中间设置平台，使全部梯子形成阶梯式多段斜梯和盘旋梯的组合梯。

内梯多为沿内壁的旋转梯，如图6—3—11所示。

这种旋转梯是由球顶至赤道圈，以及赤道圈至球底部沿球壁设置的圆弧形梯子，在球顶、赤道和球底部位设置平台，梯子的导轨设在平台上，梯子可沿导轨绕球旋转，使检查人员可以到达球罐内壁的任何部位。

也可以设置杠杆式旋转升降装置代替内梯，如图6—3—12所示，装置由中心主轴作支承，主轴中部安装一个能作360℃旋转的万向节，检查平台安装在杠杆两端，杠杆由万向节作支承。

图6-3-11 内旋梯与外旋梯1-上部旋梯；2-上部平台；3-直爬梯；4-顶部平台；5-外旋梯；6-中间轨道平台；7-外直梯中间平台；8-外斜梯；9-下旋梯图6-3-12 杠杆式旋转升降装置梯子与平台和球罐的连接一般均为可拆卸式，以便于检修球罐时搭脚手架。

5．其他附件球罐上的附件一般包括液位计，温度计、压力表、安全阀、消防喷淋装置、静电接地装置、防雷装置以及各种用途的阀门。

附件的种类、规格和型号应根据贮存的燃气类别，及其贮存与输送的工艺要求进行选择和安装。

例如，液化石油气球形储罐必须安装液位计和消防喷淋装置，而天然气球形储罐则不需要安装。

(二)球形储罐系列由石油、化学和机械三个工业部(委)共同编制的《球形储罐基本参数》(JR1117—82)列出了我国球形储罐系列，如表6—3—1所示。

该系列也适用于球形燃气储罐的设计和建造。

根据建造球罐所用的材质和钢板厚度，球罐公称压力可在0．45～30MPa范围内。

二、球壳板的加工与验收球壳板制造厂家应按《球形储罐施工及验收规范》(GBJ94—86)的规定，对钢板进行检查和验收后方可使用。

(一)球壳板的下料1．确定球壳板尺寸的原则球罐的环带尺寸可按其对应的球心角(分带角)来确定。

根据各环带所对应的球心角是否相等可分为规则型和不规则型两类。

规则型环带的球心角一般按90°、45°或30°划分，不规则型环带的球心角没有任何规律性。

各环带的分块数，即每块球壳板的尺寸可由各环带截面圆所划分的中心角(分瓣角)来确定，截面圆所划分的中心角一般均相等，即各环带每块球壳板的尺寸一般均相同。

确定球心角和截面圆中心角的大小时，主要应考虑球壳板加工工艺是否可行，球罐直径和钢板尺寸。

在加工工艺可行的基础上，原则上应使组成球罐的球壳板块数达到最少的程度，而且球壳板尺寸应尽量一致，以利于加工。

图6—3—13所示为1000m3球罐的分瓣图，分带角为不规则型，除赤道带外，各带分瓣角均相等。

图6-3-13 1000m8球罐分瓣图2．近似锥面展开法这种方法的基本原理是把每一环带看成近似锥面，因球面是不可展开曲面，而锥面是可展开曲面，这样就可按锥面展开方法来近似展开球面。

现以上温带一块球壳板为例，来说明近似锥面展开法，如图6—3—14所示。

(1)在平、立面图上面出上温带板并分瓣。

将上温带弧长根据球形罐直径大小分成若干等分(图中为5等分)，等分点越多，展开精度相应提高。

但弧长的分段应便于量取和计算。

(2)通过各等分点作球面的切线，与球中心线相交，分别得R1、R2、……；过各等分点作水平截面，并与相应的各切线形成一个正圆锥，圆锥底圆直径分别为d1、d2……，可按锥体展开法展开正圆锥。

(3)把立面图上各点投影到平面图上，得1′、2′、……各点，并技分瓣得到平面弧长a1、a2、……。

(4)作放样中心线，分成若干等分，分别与立面图上各等分弧长相等。

在中心线上分别以R1、R2、……为半径，过各等分点1″、2″……画弧。

以1″、2″……为中心，用盘尺量出弧长a′1、a2……，分别与平面图上的a l、a2、……弧长相等。

(5)以圆滑曲线连接各截取点即得到所求的下料图形。

展开图的各部分尺寸可以用计算法求出。

如图6—3—14所示。

图6-3-14 球壳板放样的近似锥面展开法各分段弧长b为则各分段弧长所对应的圆心角β为各等分点作的切线长度，即展开图中任意一段圆弧的半径为R1=R·tgαR2=R·tg(α+β)R3=R·tg(α+2β)……R n=R·tg[α(n-1)β]任意截圆锥底圆直径为d1=Dsin αd2=Dsin(α+β)d3=Dsin(α+2β)展开图上任意平面弧长为式中 D——球罐直径；R——球罐半径；n——等分点数；α——极板球心角之半；β——温带板弧长等分时对应的等分球心角；γ——温带分瓣角。