近年来，随着我国球罐设计和建造水平的不断提高，实现了各类球罐的大型化和国产化，同时，也促进了我国的球罐产品设计和建造走向国际市场。

伊拉克某天然气处理厂项目需建造4台3000m3球罐，储存介质为LPG，设计压力为1.8MPa，本文详细介绍了基于ASME分析设计标准的3000m3球罐的设计要点。

1 球罐的设计参数

表1 球罐设计参数项目 参数物料名称 LPG介质密度/(kg/m3) 590公称容积/(m3) 3000球罐直径/(m) 18焊接接头系数 1.0风载荷(ASCE7-05)最大风速：40m/s 暴露等级：C 重要系数：1.15场地组别：D Ss：0.4，S1：0.2 重要系数：1.25 Fa：1.48，Fv：2.2充装系数 0.9设计压力/(MPa) 1.8操作压力/(MPa) 0.31～1.34设计温度(℃) 85操作温度(℃) 5～55最低金属设计温度(℃) -46腐蚀裕量(mm) 2地震载荷(ASCE7-05)

2 球罐的材料选择和设计方法

根据业主要求，该项目L P G 球罐采用ASMEⅧ-2-2019[1]标准进行设计，根据GB[2]的要求，球壳板厚度不宜大于50mm，同时为了减小现场施工难度，本球罐采用ASMEⅧ-2分析设计标准，材料类别为Class2，球壳板选用调质钢板SA-537 Cl.2，抗拉强度和屈服强度分别为550MPa和415MPa，对应材料许用应力为230MPa。

考虑到上支柱与球壳板直接相焊，上支柱采用与球壳板相同材料SA-537 Cl.2[3]，配套凸缘、锻管和法兰材料选用SA-350 LF.2 Cl.1[4]，下支柱、底板、耳板和翼板等采用SA-516 Gr.70N，拉杆等结构性附件采用SA-572 Gr.50。

球壳板SA-537 Cl.2订货要求如表2所示：

表2 钢板SA-537 Cl.2化学成分要求材料 元素含量 CE% CEPCM%C Si Mn P S≤0.20 S A -5 3 7 Cl.2 ≤0.015≤0.005 ≤0.45 ≤0.23 Cu Ni Cr Mo 0.35 0.25 0.25 0.08

由于球壳板须在现场组焊，同时SA-537 Cl.2为调质钢板，因此需要提出高于标准的要求，如表2中的要求是根据之前的设计经验提出的高于标准ASME SA-537 Cl.2中的要求，同时还对钢板作了如下额外的检验测试要求：

钢板的奥氏体晶粒度不低于7级；

钢板须进行模拟焊后热处理，模拟焊后热处理至少为3次，每次热处理过程要按照加热、保温、冷却的过程，按照ASME.Ⅷ.2-2019热处理温度不能低于595℃，拉伸和冲击试验要在第一次和最后一次模拟焊后热处理之后进行；

按照ASTM A370进行夏比V形缺口冲击试验，冲击试验温度不高于最低金属设计温度的要求，最终冲击试验温度取-50℃，三个试件在试验温度下的平均冲击功，T/4处不低于60J，T/2处不低于42J，允许其中一个试件冲击功可以小于平均值，但不能低于平均值的70%，冲击试验应在模拟焊后热处理之后进行；

按照ASTM E208对钢板进行落锤试验；

钢板应逐张进行超声检测，验收级别满足ASTM A578 Level C；

按照ASME SA-20表格X4.2对钢板进行冷弯试验。

锻件SA-350 LF.2 Cl.1订货要求如表3所示：

表3 锻件SA-350 LF.2 Cl.1化学成分要求材料 元素含量 CE%Si Mn P S Nb≤0.23 ≤0.020 ≤0.010≤0.005 ≤0.42 C S A - 3 5 0 LF.2Cl.1 Ni Cr Mo Cu V≤0.40 ≤0.30 ≤0.12 ≤0.40 ≤0.025

锻件还应满足如下检验测试要求：

锻件的奥氏体晶粒度不低于6级；

锻件须进行模拟焊后热处理，模拟焊后热处理至少为3次，每次热处理过程要按照加热、保温、冷却的过程，按照ASME.Ⅷ.2-2019热处理温度不能低于595℃，拉伸和冲击试验要在第一次和最后一次模拟焊后热处理之后进行；

按照ASTM A370进行夏比V形缺口冲击试验，冲击试验温度不高于最低金属设计温度的要求，最终冲击试验温度取-50℃，三个试件在试验温度下的平均冲击功不低于42J，允许其中一个试件冲击功可以小于平均值，但不能低于平均值的70%，冲击试验应在模拟焊后热处理之后进行。

3 球罐的结构设计

球罐结构设计要考虑合理利用材料、减少制造和安装工作量的问题。同时由于本项目的要求，球壳板和附件在国内预制，在考虑球罐球壳板结构优化的同时，考虑满足海运框式集装箱的运输尺寸要求，经综合考虑比对，最终采用的是四带十二柱混合式结构（赤道带50°、温带40°、极中板/极侧板/极边板均为18°），球罐结构型式如图1所示。

球罐上支柱采用连接处下端加U形托板的直接连接式赤道正切形式，支柱的结构形式见图2[3]。

图1 球罐整体结构示意图

图2 球罐支柱结构型式

接管开孔补强采用等面积补强法，人孔采用凸缘设计，其他接管采用整体锻件补强。

文章来源：《现代制造技术与装备》 网址: http://www.xdzzjsyzb.cn/qikandaodu/2021/0708/934.html