一万立方米天然气球罐参数确定及强度设计.docx

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目录

设计（论文）题目：

一万立方米天然气球罐参数确定及强度设计 1

摘要 II

第一章绪论 -1-

1.1课题背景及意义 -1-

1.2发展现状 -1-

1.3发展趋势 -2-

1.4设计工作 -4-

1.4.1本课题的来源 -4-

1.4.2主要研究内容 -4-

1.5基础数据 -5-

1.5.110000m³天然气球罐实物研制的条件 -5-

1.5.2基本参数 -5-

1.5.3基础资料 -6-

第二章10000m³天然气球罐用钢技术研究和评定 -9-

2.1天然气球罐用钢基本要求分析 -9-

2.1.1基本要求 -9-

2.1.2钢材化学成分要求 -9-

2.1.3钢材力学性能要求 -10-

2.1.4钢材热处理状态和焊后热处理的规定 -10-

2.2本章小结 -11-

第三章10000m³天然气球罐设计技术研究 -13-

3.1球罐主要设计参数的确定 -13-

3.1.1设计压力和设计温度 -13-

3.1.2人孔位置及尺寸的确定 -13-

3.1.3腐蚀余量的确定 -14-

3.2设计原则 -14-

3.2.1设计规范的确定 -14-

3.2.2压力实验方法 -16-

3.3球罐受压元件用材料的确定 -16-

3.3.1选材的基本思路 -16-

3.4球罐结构形式的研究 -17-

3.5开孔补强结构研究 -18-

3.6球罐支柱结构研究 -19-

第四章球罐的强度计算 -23-

4.1计算方法标准 -23-

4.2球壳壁厚的计算 -23-

4.3校核计算条件 -24-

4.4强度计算 -25-

结论 -35-

参考文献 -36-

致谢 -37-

摘要

对于球形压力容器来说，它具备应力条件好、承压能力高、占地规模小等不同的优点，并且这些优点是其他容器不能比拟的。

它们可以分段运输到现场进行安装和成型，其体积基本不受运输限制。

其中，它们在液化气以及气体的储存领域得到了广泛的运用，包括冶金、城市燃气、以及化工等领域。

最近几年，中国大型高参数球罐技术得到了技术的发展。

借助对进口球罐的学习、吸收以及创新，中国制造了较多的高参数球罐，如此推动了中国经济的进步以及发展。

目前，中国的冶金、化工、天然气以及石油等行业都日益提高了对于大型球罐的需求量以及品质要求，如此具备自主知识产权的超大型球罐核心技术的开发成为了重中之重。

球罐的扩建工作涵盖了多个技术领域以及学科，是一项较为综合性的工程。

就10000m³大型天然气球罐的制造、开发以及设计而言，它的主要技术包括下列内容：

（1）借助对中国和其他国家的通高参数球罐用材料技术进行归纳以后，依据10000m³大型天然气球罐对于参数设定的各项运行要求，明确了选材的方法以及原则；最后明确了采取WEL-TEN610CF当做第一次研发和制作10000m³大型天然气球罐球壳用钢。

（2）对10000m³天然气球罐的各项技术的开发以及设计都进行细致的分析，实现了10000m³天然气球罐的结构设计，这些技术指标包括采取何种压力试验方法、如何精确计算球罐强度、如何进行开孔补强操作等。

关键词10000m³天然气球罐；WEL-TEN610CF；设计制造；强度计算

II

Abstract

Sphericalpressurevessel（hereinafterreferredtoassphericaltank）hasincomparableadvantagesoverotherpressurevessels,suchassmalloccupationofland,goodforce,highpressurebearingcapacity,canbetransportedtothesiteforinstallationandforming,thesizeofvolumeisbasicallynotlimitedbytransportation,andsoon.Itiswidelyusedtostoregasandliquefiedgasinpetroleum,chemicalindustry,urbangas,metallurgyandotherfields.Inrecentyears,greatprogresshasbeenmadeinthelarge-scaleandhighparametricengineeringtechnologyofsphericaltanksinourcountry.Throughthedigestion,absorptionandinnovationofimportedsphericaltanks,manyhigh-parametersphericaltankshavebeenmadeinChina.Ithasmadepositivecontributionstotheeconomicdevelopmentofourcountry.InordertomeetthedemandofnaturalgasstorageinChina,aswellastheneedsofpetroleum,chemical,textile,metallurgyandotherindustriesforthelarge-scalesphericaltank,itisurgenttodevelopthecoretechnologyofsuper-largesphericaltankwithindependentintellectualpropertyrights.Thelarge-scalesphericaltankisacomplexsystemengineering,whichinvolvesmanydisciplinesandtechnicalfields.Inviewofthedomesticresearchanddesignof10000m/glargenaturalgassphericaltankandseveralkeytechnologiesinitsmanufacture,thefollowingworkhasbeencompleted:

（1）throughthetechnicalanalysisofthematerialsusedinhighparametersphericaltanksathomeandabroad,Accordingtotheoperationparameterrequirementsof10000m/glargenaturalgassphericaltank,theprincipleofmaterialselectionisworkedout.Finally,WEL-TEN610CFwasselectedasthesteelforthesphericalshellof10000m/glargenaturalballoontankdevelopedforthefirsttime.

（2）thekeydesigntechniquessuchasdesignstandardselection,pressuretestmethod,sphericaltankstrengthcalculation,sphericalshellzonalstructuredetermination,holereinforcementmethod,pillarstructureformandotherkeydesigntechniquesaresystematicallystudiedinthedesignstandardselection,pressuretestmethod,sphericaltankstrengthcalculation,holereinforcementmethod,pillarstructureformandsoon.Thestructuredesignofdomestic10000m/gnaturalgassphericaltankhasbeencompleted.

III

Keywords:

10000m/gnaturalgassphericaltank;WEL-TEN610CF;designandmanufacture;strengthcalculation

IV

第一章绪论

1.1课题背景及意义

最近几年以来，因为中国油气储运系统的飞速发展，油气储运设施是否具备较大的可靠性以及较高的安全性得到了更多的重视，社会各界对其的要求也愈发提高。

因此，油气储罐以及管道新方法以及技术的研发也迈入了持续进步的阶段。

球罐是储存气体或液体的容器。

这个发明能够很大程度上减小钢材消耗量，不占据较多的面积，不耗费较多的基础工程量，降低了土地面积的使用量。

在纺织、石油化工、天然气和储气领域。

与其他类型的压力容器相比，球罐具有许多优点，如体积相同的球罐表面积最小。

承受内压时，球壳受力均匀，薄膜应力仅为薄壁圆柱形容器的一半，因此球壳的壁厚可以大大减小，同时可以减少材料的消耗。

此外，就风力系数而言，圆柱形容器约为0.7，而球形壳体约为0.3。

在风荷载下，球形壳体比圆柱形容器更安全。

球壳采用支柱和拉杆的支撑结构，形式简单，易于扩大球壳的结构。

球罐的扩大可以减少储气投资，节约土地，降低辅助设施成本，便于项目管理。

球罐的参数高、规模大是国内外球罐发展的必然趋势。

经过多年的技术经验积累，归纳了开展油气管道和储罐强度设计的相关理论、设计规范以及标准，为油气储运工程技术人员提供了更全面的参考数据。

为了实现我国特大型球罐的完全国产化，现根据现有经验理论来进行以下10000m³天然气球罐强度设计。

1.2发展现状

上个世纪三十年代，全球范围内掌握了球罐制造技术的国家数量并不多。

以美国为例，其在1910年以及1930年都建立和制造了小型低压球罐，它们采取的结构为铆柳结构，并且数量是有限定的。

铆柳结果除了具备很大的材料以及劳动强度，并且还存在球罐密封性能不好的缺点，不易于制造，如此给球罐的进步以及发展制造了很多的阻力。

从上个世纪六十年代到现在，由于各个国家的科技实力以及竞争水平都有了飞跃式的增加，球罐制造水平形成了一个快速发展的时期。

以日本为例。

20世纪60年代以前，液化气球罐的体积是2000立方米以下，目前生产能力为两万立方米的球罐。

与此同时，西德的生产能力已经达到四万三千立方米。

美国也在球罐制造方面有了自己的一些经验，它建造的超低温液氢球罐的设计温度是-250℃，容量是3400ｍ³。

此外，许多先进工业国家也对运输液化天然气的双壳低温球罐、低温球罐和低温大型海洋球罐进行了试验研究，并投入大规模生产。

从上个世纪六十年代起，中国在球罐制造技术进入了发展阶段。

不过，由于国民经济的飞跃式进步以及改革力度的提高，球罐制造技术也迎来了更加快速的