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5000m3天然氣球罐的設(shè)計(jì)

文檔作者：馬慶升鐘恩東張連友鐘志利羅軍文檔來(lái)源：鞍山鋼制壓力容器有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年02月28日
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設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)
5000m天然氣球罐的設(shè)計(jì)
 The Design of 5000m3 Natural Gas Spherical Tanks
鞍山鋼制壓力容器有限公司
馬慶升鐘恩東張連友鐘志利羅軍
陜西咸陽(yáng)天然氣公司3臺(tái)5000m3天然氣球罐是我國(guó)西部大開發(fā)戰(zhàn)略中的重要工程項(xiàng)目,該
項(xiàng)目是利用亞洲開發(fā)銀行貸款籌建的工程,是我國(guó)自己設(shè)計(jì)、制造、組焊的大型球罐工程史上的
又一里程碑。該項(xiàng)目制造標(biāo)(含設(shè)計(jì))是國(guó)際招標(biāo)項(xiàng)目,鞍山鋼制壓力容器有限公司在競(jìng)標(biāo)中中
標(biāo),完成了3臺(tái)5000m3大型天然氣球罐的設(shè)計(jì)與制造工作,本文將3臺(tái)5000m3天然氣球罐的設(shè)
計(jì)情況做簡(jiǎn)要介紹。
關(guān)鍵詞:大型天然氣球罐設(shè)計(jì)
1球罐設(shè)計(jì)參數(shù)、材料選用及技術(shù)要求
 HITEN6610U2已經(jīng)成功制造了大連石化公司2臺(tái)
8000m3和6臺(tái)2000m3LPG儲(chǔ)罐。
1.1設(shè)計(jì)參數(shù)
以上所有投入使用的球罐運(yùn)行結(jié)果表明:該鋼
設(shè)計(jì)壓力:1.13MPa;工作壓力:1.03MPa;種是一種優(yōu)良的高強(qiáng)度壓力容器用鋼,能適用于該
設(shè)計(jì)溫度:-19.6~50℃;工作溫度:常溫;儲(chǔ)存球罐使用條件,采用此種材料制造5000m3天然氣
物料:天然氣(CH4≥95%);H2S含量≤20ppm球罐經(jīng)過(guò)全國(guó)壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)批準(zhǔn)認(rèn)
地震裂度:8度;公稱容積:5000m3;風(fēng)壓值:
可。鍛件08 MnNiCrMoVD是我國(guó)武鋼生產(chǎn)的高強(qiáng)鋼
240kN/m2;雪壓值:240kN/m2;場(chǎng)地類別/地震影低溫鍛件,為600~740mas≥480ma
40℃akv≥47j,與nk -HITEN6-610U2鋼板匹配。
響:Ⅱ/近。
1.3材料技術(shù)要求
1.2材料的選用
3臺(tái)5000m3球罐所用的NK-HTEN610U2鋼板
5000m3天然氣球罐殼體材料選用日本NKK鋼
必須有質(zhì)量證明書,要求鋼板厚度按正偏差32
管公司的NK-HTEN610U2鋼板,人孔、接管鍛件mm交貨除滿足JIS3115標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定外,還應(yīng)符
選用武鋼生產(chǎn)的8 8MnNiCrMoVD鍛件,焊條采用日合下列要求:
本神戶制鋼所生產(chǎn)的LB62-ULS及我國(guó)生產(chǎn)的
(1)制造廠應(yīng)對(duì)NK-HITEN6610U2鋼板進(jìn)行驗(yàn)
E5015.Nk- -HITEN661OU2鋼板是日本NKK鋼管公收和復(fù)驗(yàn),化學(xué)成分按爐號(hào)復(fù)驗(yàn),力學(xué)性能和彎曲
司研制的高性能壓力容器用鋼板,該鋼板按日本性能逐張復(fù)驗(yàn),沖擊試驗(yàn)溫度為-20℃,其結(jié)果應(yīng)
JISG3115-1996標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行冶煉、軋制,屬于調(diào)質(zhì)符合表1、表2、表3
型低合金高強(qiáng)鋼,該材料的特點(diǎn)是強(qiáng)度高、低溫韌
(2)制造廠下料前必須對(duì)球殼用鋼板噴砂除銹
性好,具有良好的焊接性能。其化學(xué)成分、力學(xué)性至露出金屬光澤,再對(duì)鋼板超聲測(cè)厚≥32mm
能、沖擊韌性指標(biāo)與我國(guó)GB1501998《鋼制壓力
(3)球殼用鋼板應(yīng)逐張進(jìn)行100%UT檢測(cè),按
容器》中的0 7MnCrMoVR7相當(dāng)采用NKJB473094要求中Ⅱ級(jí)或級(jí)以上合格,制造上、
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第18卷第5期
壓力容器
總第108期
下極中板的鋼板還應(yīng)進(jìn)行100%MT檢測(cè),Ⅱ級(jí)合JB472794的技術(shù)條件中Ⅲ級(jí)以上鍛件進(jìn)行制造、
格。球罐所用的o8 8MnNiCr MoVD鍛件應(yīng)按照驗(yàn)收、復(fù)驗(yàn),并符合表4~6的規(guī)定。
表1N- -HITEN6610U2鋼板的化學(xué)成分(熔煉分析,%)
C
 Si
 Mn
P
S
 Cr
M
1
N
 B Pem
≤0.09≤0.150.401.20~1.60≤0.030≤0.20≤0.30≤0.300.02-0.06≤0.30≤0.0030≤0.20
注:=c+si30+mn/20+Cu/20+Cr/20+Ni/60+o/15+V/10+5B(%)
表2NK-2《NK-IE610t2《鋼板的常溫力學(xué)性能
交貨狀態(tài)取樣方向及部位板厚(mm)bMPa)o(MPa)65(%)彎曲試驗(yàn)(180
調(diào)質(zhì)
橫向1/4板厚
12~32610-740≥490
≥19
=3a
表3Nk -HITEN6-610U2鋼板的沖擊韌性指標(biāo)
鋼板厚度
試樣尺寸
Av(-20℃)(J
 mm
 mm
三個(gè)試樣平均值
只允許其中一個(gè)試樣不小于
12~32
10×10×25
≥47
3
表408 8MnNiCrMoVD鍛件的化學(xué)成分(熔煉分析)%
C
S
 Mn
P
S
C
 Mo
V
 Ni
 Cu Pm
≤0.100.20~0.401.10~1.40≤0.02≤0.020.20~0.60≤0.500.02~0.061.20-1.60≤0.25≤0.20
注:=+i/30+n/20+Cu/20+Cr/20+Ni/60+o/15+V/10+5B(%)
表508 MnNiCrMoVD鍛件的常溫力學(xué)性能
截面尺寸(mm)
交貨狀態(tài)
取樣方向及部位
(MPa)
o(MPa)85(%)
≤300
調(diào)質(zhì)
切向
600-770
≥480
≥1
表608 8MnNiCrMoVD鍛件的沖擊韌性指標(biāo)
鋼板厚度
試樣尺寸
Av(-20℃)(
 mm
 mm
三個(gè)試樣平均值只允許其中一個(gè)試樣值不小于
≤300
10×10×55
≥47
33
球罐所用焊接材料LB62-ULS應(yīng)符合JIZ程造價(jià),同時(shí)由于焊接接頭是球罐的最薄弱環(huán)節(jié),
3212的規(guī)定,其熔敷金屬擴(kuò)散氫含量[H≤2ml/焊接接頭長(zhǎng)度越少則球罐的安全性越高。
100gE5015焊條應(yīng)符合GB/T51171995的規(guī)定,5000m3天然氣球罐結(jié)構(gòu)形式確定的原則,首
其熔敷金屬擴(kuò)散氫含量[H]≤5ml/100g
先是依據(jù)近年來(lái)我國(guó)壓制大型球片的技術(shù)已經(jīng)成
熟,并且居于世界領(lǐng)先地位(1999年3月天津?yàn)I
2球罐壁厚的確定
海電廠成功壓制了6臺(tái)5000m3天然氣球罐),其次
根據(jù)給定設(shè)計(jì)條件進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算球殼板厚度為球罐的結(jié)構(gòu)形式要便于制造和安裝,此外還應(yīng)該充
32mm,同時(shí)控制鋼板厚度負(fù)偏差≤0.25mm即可分考慮提高材料的利用率,訂板規(guī)格盡可能少,以
滿足要求,考慮到球罐使用中的安全可靠,鋼板定減少成本便于材料管理。
貨條件規(guī)定鋼板厚度為32+mm。對(duì)球殼厚度按
3臺(tái)5000m3天然氣球罐采用四帶十支柱混合
ASMEⅧ-2分篇進(jìn)行1.03~0.2MPa,2.2×104次式結(jié)構(gòu),分帶角為:赤道帶53°、上溫帶42、上下
低周疲勞強(qiáng)度校核,球殼強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。
極帶各85°,其優(yōu)點(diǎn)主要有(1)焊接接頭總長(zhǎng)較
GB/17261-1998中推薦的表2中四帶、五帶
3球罐結(jié)構(gòu)形式的確定
5000m3球罐結(jié)構(gòu)形式分別減少了149m和278m
確定球罐結(jié)構(gòu)形式的重要指標(biāo)是單位容積的平(2)球殼板的尺寸規(guī)格較為接近,其中球片最大單
均焊縫長(zhǎng)度。單位容積的平均焊縫越短則該結(jié)構(gòu)形體尺寸為11248×3145,材料利用率高達(dá)87%
式越先進(jìn),這樣一方面能縮短施工的工期、降低工
球罐支柱結(jié)構(gòu)形式GB123371998中給出了4
標(biāo)準(zhǔn)分享網(wǎng)www.  www. bzf'xw. com .com免費(fèi)下載
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 CPVT
5000m3天然氣球罐的設(shè)計(jì)
Vol18.No52001
種支柱與球殼連接結(jié)構(gòu)形式,但應(yīng)用于5000m3大委托中科院金屬研究所對(duì)32mm厚的NK
型球罐工程上受力狀態(tài)均不夠理想,我公司在 HITEN6610U2鋼制成焊接接頭標(biāo)準(zhǔn)試樣,經(jīng)1.65×
GB123371998中U形柱結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上研制出了獲得106次彎曲疲勞試驗(yàn)結(jié)果合格。設(shè)計(jì)圖樣要求球罐
國(guó)家新型實(shí)用專利的《鋼制球形儲(chǔ)罐圓滑連接長(zhǎng)圓制造和組焊單位應(yīng)按圖樣要求分別制定nK
形U型支柱》,專利號(hào)為ZL00212380.,其優(yōu)點(diǎn)HITEN6610U2鋼及08 MnNiCrMoVD的焊接工藝評(píng)定,
是:(1)沒(méi)有尖角焊縫,取消了連接板與球殼的高施焊時(shí)嚴(yán)格按焊接工藝評(píng)定所確定的工藝參數(shù)范
剛度拘束焊縫。下部半圓形與球殼圓滑連接,因此圍,選擇較小的焊接線能量進(jìn)行施焊,確保焊接接
可大大降低支柱與球殼連接的a點(diǎn)應(yīng)力值,焊接頭的低溫沖擊功指標(biāo)符合圖樣及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。
接頭的受力狀態(tài)得到明顯改善;(2)上支柱的加工
4.3產(chǎn)品焊接試板要求
焊接工作較為方便。
制造單位應(yīng)做一塊球殼與人孔凸緣對(duì)接接頭的
4球罐制造、安裝的主要技術(shù)指標(biāo)
產(chǎn)品試板;組焊單位應(yīng)做橫、立、平+仰三塊產(chǎn)品
試板,產(chǎn)品試板、試樣的制備及沖擊功試驗(yàn)方法應(yīng)
4.1幾何尺寸要求
符合GB1501998附錄E的規(guī)定。
(1)球殼板的要求
4.4無(wú)損檢測(cè)要求
1)用3m樣板檢查球殼板曲率,要求允差
球罐全部對(duì)接接頭應(yīng)按JB473094要求進(jìn)行
100%的測(cè)點(diǎn)≤3mm,其中球殼板周邊150mm范圍100%RT(X射線)檢測(cè),Ⅱ級(jí)以上合格,底片質(zhì)
內(nèi)的允差≤2.5mm;2)球殼板幾何尺寸弦長(zhǎng)的允量不低于AB級(jí),≥20%UT檢測(cè),I級(jí)合格。A、
差100%的測(cè)點(diǎn)應(yīng)滿足GB123371998標(biāo)準(zhǔn)要求。B、C、D類接頭氣壓試驗(yàn)前后各一遍100%磁粉
(2)支柱的要求
檢測(cè),Ⅰ級(jí)合格。
上支柱采用NK -HITEN6-610U2鋼板壓制成型,
4.5耐壓試驗(yàn)與基礎(chǔ)觀測(cè)
下支柱采用16MnR鋼板卷焊,支柱的全部對(duì)接焊
(1)考慮到此球罐容積大,充水質(zhì)量多,水壓
縫按JB473094要求進(jìn)行100%的UT和100%M試驗(yàn)會(huì)造成基礎(chǔ)成本大量增加,按《容規(guī)》規(guī)定用
檢測(cè),均為級(jí)合格,支柱的直線度應(yīng)小于L氣壓試驗(yàn)代替水壓試驗(yàn),氣壓試驗(yàn)合格后進(jìn)行氣密
1000,且不大于8mm,支柱與底板的組焊應(yīng)垂直,性試驗(yàn)。
其垂直度允差為2mm
(2)為考查基礎(chǔ)沉降情況,在氣壓試驗(yàn)前采用
(3)預(yù)組裝要求
充水1700t測(cè)定基礎(chǔ)沉降量。
球片經(jīng)當(dāng)?shù)刭|(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門檢驗(yàn)合格后,分
4.6熱處理要求
別在制造廠進(jìn)行赤道帶、上溫帶、上下極帶預(yù)組
由于此三臺(tái)球罐壁厚32mm,設(shè)計(jì)條件給定物
裝,要求組對(duì)間隙為2±2mm,錯(cuò)邊量≤3m,直料H2S含量≤20ppm,按日本JPA201-1981
徑橢圓度要求分別為小于42mm、30mm
GB123371998等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,及大連石化公司兩臺(tái)
(4)球罐整體組裝的要求
8000m3LPG球罐的成功使用經(jīng)驗(yàn),設(shè)計(jì)規(guī)定此三臺(tái)
組裝后錯(cuò)邊量及棱角要求GB12337198及球罐不做焊后整體熱處理,只對(duì)球罐極中板與焊接
GB50094-98的有關(guān)規(guī)定,球罐最大內(nèi)徑與最小內(nèi)上支柱的赤道板提出在制造廠進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理
徑之差應(yīng)小于60mm
要求,熱處理規(guī)范為570±15℃保溫1.3h,焊接接
(5)焊接接頭的檢驗(yàn)要求
頭實(shí)測(cè)硬度HB≤225
1)球罐全部對(duì)接接頭余高、回火焊道應(yīng)采用
球罐安裝檢驗(yàn)合格后,內(nèi)外表面除銹至露出金
砂輪打磨光滑、平整,球殼內(nèi)側(cè)接頭與外側(cè)接頭加屬光澤,刷無(wú)機(jī)富鋅兩遍,外表面噴白色B04-11
強(qiáng)高度0~1.0mm,焊肉同母材的接觸部位必須圓丙烯酸磁漆兩遍。交工、驗(yàn)收按GB5009498的規(guī)
滑過(guò)度;2)焊接完成后球罐最大內(nèi)徑與最小內(nèi)徑定進(jìn)行交工、驗(yàn)收并提供相應(yīng)的技術(shù)文件。
之差應(yīng)≤80mm
4.2焊接工藝要求
作者簡(jiǎn)介:馬慶升,男,1966年生,工程師,從事壓力容
根據(jù)5000m3天然氣球罐的使用特點(diǎn),我公司器設(shè)計(jì)與制造工藝工作。通訊地址:鞍山鋼制壓力容器有
限公司,郵編:114214
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