论文总字数：36413字

摘 要

随着科学技术的发展，LNG作为优质清洁能源以其安全、方便、快捷、污染小的特点在我国石油、化工行业中得到了应用。LNG行业不断发展的同时带动相关配套设施的发展。目前，储存LNG的设备通常为以珠光砂作为保冷材料的低温双层球罐，这种球罐有节省成本、环保性强、结构稳定和日蒸发率低的优点。

本文根据LNG介质的特殊性进行800m³低温双层球罐设计，内球罐储存深冷液体，外球罐储存绝热材料。在总结相关文献的基础上，完成了球壳瓣片工艺计算、结构设计和强度校核。其中在内、外球罐之间形成的密闭空间内填充经过干燥的珠光砂进行绝热。由于内球罐储存深冷液体，选择低温材料S30408,球罐结构形式采用桔瓣式，其中上下极带瓣片各3块，上下温带和赤道带瓣片各16块。外球罐储存保冷材料，选用Q345R材料，结构瓣片形式和内球罐相同。外球罐和支柱之间用外托板进行连接，保证外层球罐连接的紧密性，内外球罐之间用内加强板连接。支柱和拉杆均使用赤道正切式支柱和可调式。运用SW6软件分别对内外球罐、支柱、拉杆和支座等关键结构进行强度计算和应力校核，结果表明球罐结构、支座和拉杆都都能够达到球罐安全工作的标准。并运用绘图软件绘制球罐的总装配图和部分零件图。最后对LNG双层球罐设计制造成本进行预算，完成对低温双层球罐的展望。

关键词：低温双层球罐 强度计算 结构设计

ABSTRACT

With the development of science and technology, LNG, as a high-quality clean energy, has been applied in China's petroleum and chemical industry due to its advantages of safety, convenience, rapidity and small pollution. With the continuous development of LNG industry, relevant supporting facilities will be promoted. At present, the LNG storage equipment is usually a low-temperature double-layer spherical tank with pearlite as the cold insulation material. The low temperature spherical tank has the advantages of cost saving, strong environmental protection, stable structure and low daily evaporation rate

In this paper, according to the particularity of LNG medium, 800m3 low temperature double-layer spherical tank is designed. The inner spherical tank stores cryogenic liquid and the outer spherical tank stores thermal insulation material. On the basis of summarizing relevant literature, according to gb12337-2014 steel spherical tank, fixed vacuum insulated cryogenic pressure vessel part 3 and other standards, the process calculation, structural design and strength check of spherical shell flap are completed. The airtight space formed between the inner and outer spherical tanks is filled with dry pearlescent sand and filled with micro positive pressure dry nitrogen for thermal insulation. As the inner spherical tank stores cryogenic liquid, the low temperature material q30408 is selected. The outer spherical tank with orange flap is used as the structure of the spherical tank to store the cold insulation material, and the Q345R material is selected. The structure of the flap is the same as that of the inner spherical tank. The outer spherical tank and the pillar are connected by the outer supporting plate to ensure the tightness of the outer spherical tank connection, and the inner reinforcing plate is used to connect the inner and outer spherical tanks. Both the strut and the tie rod are of equatorial tangent type and adjustable type with mature technology. Use SW6 software to check the strength of inner spherical tank, outer spherical tank, column, pull rod, bracket and other structures. After calculation, the spherical tank, strut and pull rod meet the production requirements. Drawing assembly drawing and parts drawing with CAD software Finally, the design and manufacturing cost of LNG double-layer spherical tank is budgeted, and the prospect of low-temperature double-layer spherical tank is completed.

KEYWORDS：LNG double layer spherical tank;strength calculation; Structural design

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 前言 1

1.2 球罐的特点 1

1.3 研究现状及发展 1

1.4 球罐结构 2

1.5 材料准则 2

1.6 设计内容 3

第二章 结构设计 4

2.1 引言 4

2.2 球壳结构 4

2.3 球壳设计参数 6

2.4 球壳计算 6

2.4.1 球壳厚度计算 6

2.4.2 球壳各带压力计算 7

2.5 保冷层厚度计算 8

2.6支柱设计 8

2.7拉杆结构 9

2.8人孔和接管 10

2.8.1人孔结构 10

2.8.2接管结构 10

2.9 外托板 11

2.10 内加强板 11

2.11法兰选型 12

2.12本章小结 12

第三章 球壳瓣片工艺设计 13

3.1 引言 13

3.2 球瓣结构计算 13

3.2.1内球罐 13

3.2.2外球罐 16

3.3 比较分析 18

3.4 本章小结 18

第四章 双层球罐强度计算 19

4.1 引言 19

4.2 液压计算 19

4.3球壳的质量设计 19

4.4地震载荷计算 20

4.4.1自振周期 20

4.4.2地震力 21

4.5 风载荷计算 22

4.6 弯矩计算 22

4.7支柱的计算 23

4.7.1单个支柱的垂直载荷 23

4.7.2组合载荷 23

4.7.3支柱稳定性校核 23

4.8地脚螺栓计算 25

4.9支柱底板 26

4.9.1支柱底板直径 26

4.9.2底板厚度 27

4.10拉杆计算 27

4.10.1拉杆载荷计算 27

4.10.2拉杆连接部位的计算 28

4.10.3翼板的厚度 28

4.10.4焊接强度验算 28

4.11支柱与球壳连接最低点a的应力校核 30

4.11.1a点的应力 30

4.11.2 a点的应力校核 31

4.12支柱与球壳连接焊缝的强度校核 31

4.13 本章小结 32

第五章 设备经济评价 33

5.1 成本核算 33

5.2 产品评价 33

第六章 总结与展望 34

6.1 总结 34

6.2 展望 34

参考文献 35

致谢 37

附录 38

第一章 绪论

1.1 前言

随着科学技术的发展，球罐因占地面积小、生产成本低、承载能力强的特点在石油化工等行业受到越来越多的应用。球罐储存的介质一般为液化气体和其他压缩气体。在核工业中，因球罐承载能力强的特点作为安全容器受到广泛应用。随着我国科学技术的不断发展，球罐在各行业中的应用前景会越来越多^[1,2]。

1.2 球罐特点

球罐与常用其他压力容器相比有以下特点：

（1）生产成本低，同表面积，需要原材料最少。

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