在工业发展过程中，球罐的应用范围越来越广泛。球形容器与其它容器相比优点：受力均匀，在同样壁厚条件下，球罐的承载能力最高，在相同内压条件下，球形容器所需要壁厚仅为同直径，同原料圆形容器壁厚的1/2，在相同容积条件下，球形容器的表面积最小，由于壁厚，表面积小等原因，一般比圆形容器节省30%-40%的钢材。在石油、化工、冶金、城市煤气等工程中，球罐被用于储存液化石油气、液化天然气、液氨、城市煤气、压缩空气等物料；在原子能发电站，球罐被用作核安全壳；在造纸厂被用作蒸煮球等^[1]。

1.国内外球罐发展现状

近年来我国球罐建造的发展速度很快，自建和引进的球罐数量都在增多^[2]。为满足大型化的需要，制造用设备技术和安装能力都有提高，制造质量和加工效率都有所提高 ^[3]。国内加工的球壳板质量已经在国际上处于领先水平，焊接和热处理尤其是整体热处理能力和水平同样超过了许多技术先进的国家，目前国内已独立制造了不同用途和规格的球罐，其最大容积已超过10000m³，最大压力超过3MPa，最低设计温度在-30#176;C以下^{[4] [5]}。其次大容量的球罐的经济性促进了开发高强度低合金钢，开始研究由于采用高强度钢而带来焊接裂纹的阻止。

国外先进工业国家开展石油液化气球罐大型化工作较早，技术水平较高，建造10000-25000m³大型球罐已相当普遍。德国已有生产容积为43300m³以上球罐的能力，法国也有容积为87000m³球罐的制造经验, 同时美国还建造了一台容量3400m³、设计温度为-250℃的超低温液氢球罐。此外许多工业先进国家还进行了双重壳低温球罐、深冷球罐及运输液化天然气的深冷大型船用球罐的试验研究，并已投入批量生产^{[6] [7]}。

2.球罐的分类与结构设计

2.1球罐的分类

球罐可以按照介质储存温度、结构形式进行分类^[8]。球罐按照介质储存温度分类见表1，按照结构形式分类见表2。

2.2球罐的结构设计

球罐的结构设计主要包括以下内容：根据工艺参数的要求确定球罐结构类型及几何尺寸 → 确定球壳的排板方法 → 确定球壳板的几何尺寸 → 支撑结构的确定 → 人孔和工艺接管的选定、布置以及开口补强的设计 → 球罐的附件，如内外盘旋梯、爬梯、平台的设计 → 有要求时，对保冷结构设计 → 对基础的技术要求 → 有要求时，对防地震、防雷的设计等^[9][10]。

3.国内外球罐设计主要标准规范

目前国内的设计标准有GB 12337-2014《钢制球形贮罐》 、GB 50094-2010 《球形储罐施工规范》、GB/T 17261-2011《钢制球形储罐型式与基本参数》、GB150 -2011《压力容器》、 GB 713-2014《压力容器用钢板》、SH/T3512-2011《球形储罐工程施工工艺标准》、SH 3048-1999《石油化工钢制设备抗震设计规范》等^[11]。美国的设计标准依据ASME的设计标准的第Ⅷ卷，如按第Ⅰ分篇的规范设计，对应的SA 516Gr70N钢板的许用应力仅为138 MPa，而按第Ⅱ分篇的分析设计，对应的SA 钢 板 的 应 力 强 度 为171MPa（50℃时）^{[12] [13]}。由于球罐容积相对较大，设计压力也非常高，故采用的 ASME 第Ⅷ卷第Ⅱ分考虑到上支柱和球壳直接相焊，球壳上支柱采用的是和球壳同材质的SA 516Gr70N，配套的凸缘、接管和法兰材料选用的是 SA-350LF2 锻件，焊条选用的 AWS E7018-1焊条。此外球罐水平地震力计算方面，国际上用得最广泛的标准 IBC^[14]。

4.球罐的制造及现场组装

球罐一般会在现场组装、施焊。工厂中的制造主要是指球壳板瓣片的下料成型、坡口加工、极板与接管的组焊、赤道板与支柱的组焊及其他附件的加工，以及相应的焊后消除应力热处理^[15]。

球瓣加工后尚需对坡口进行防锈处理，出厂前必须对球壳板瓣片进行包装，以保证运输过程中球壳板瓣片不产生变形及损伤^[16]。球罐的组装过程涉及焊接检验等工序，如施工方案中的焊接方法和程序，安装质量的椭圆度，焊缝角变形的控制等^[17]。

球罐制造采用较多的是手工电弧焊及自动焊，自动焊采用自动保护焊及气体保护焊^[18][19]。选择焊条、焊丝、焊剂的时候要求填充金属能得出良好的焊缝，其强度和韧性不亚于母材，一般就要求焊缝金属有与母材相适应的化学成分^[20][21]。

5.球罐的计算

球罐的计算方法通常使用常规设计计算和分析设计计算^{[22] [23]}，计算内容如下：球壳计算主要计算设计温度下球壳的计算厚度、计算应力、最大工作允许应力；球罐质量计算主要计算操作状态下的球罐质量、液压试验下的球罐质量、球罐最小质量；地震载荷质量主要计算自振周期、地震载荷；风载荷计算主要计算球罐的水平风力；弯矩计算是指地震载荷和风载荷为一作用球壳中心的水平载荷，则为水平地震力和水平风力引起的最大载荷；支柱计算主要计算单个支柱的垂直载荷、单个支柱的弯矩、支柱稳定性校核；地脚螺栓计算主要计算拉杆作用在支柱上的水平力、支柱底板与基础的摩擦力、地脚螺栓；还有支柱底板、拉杆、应力校核的计算等^[24][25]。

6.总结与展望

球形储罐已朝着大型化（高参数）方向发展，材料的用量越来越大^[19]。编制覆盖面广、技术先进、安全可靠性高、综合性强的球罐专用国家标准。试制开发高强度、高韧性、低裂纹敏感性、可焊性好的球罐专用系列钢材,并能供应超宽超长任意厚度的定尺球罐用钢板。突破20000m³城市煤气球罐及l000m³低压超低温全冷冻状态双层结构乙烯球罐的设计及建造,并开发大型化高参数各种球罐的设计及建造。应注意足球桔瓣混合式结构的开发及选用。必须重视球罐安全设施的设计及应用,主要应重视球罐总图布置，泄压、降温、防火、防爆、报警、温度、压力与液位的测定及报警、防热、防冻、防静电、防真空等安全设施的完善。改进球罐压制技术,开发采用计算机数控压制工艺、改进球壳板坡口加工技术。提高球罐组装精度,减轻组装劳动强度,不断改进组装工夹具及机具,开发试制高精度高效率便携式测量仪器及工具,并应开发装配应力测试仪。

在工业发展过程中，球罐的应用范围越来越广泛。球形容器与其它容器相比优点：受力均匀，在同样壁厚条件下，球罐的承载能力最高，在相同内压条件下，球形容器所需要壁厚仅为同直径，同原料圆形容器壁厚的1/2，在相同容积条件下，球形容器的表面积最小，由于壁厚，表面积小等原因，一般比圆形容器节省30%-40%的钢材。在石油、化工、冶金、城市煤气等工程中，球罐被用于储存液化石油气、液化天然气、液氨、城市煤气、压缩空气等物料；在原子能发电站，球罐被用作核安全壳；在造纸厂被用作蒸煮球等^[1]。

1.国内外球罐发展现状

近年来我国球罐建造的发展速度很快，自建和引进的球罐数量都在增多^[2]。为满足大型化的需要，制造用设备技术和安装能力都有提高，制造质量和加工效率都有所提高 ^[3]。国内加工的球壳板质量已经在国际上处于领先水平，焊接和热处理尤其是整体热处理能力和水平同样超过了许多技术先进的国家，目前国内已独立制造了不同用途和规格的球罐，其最大容积已超过10000m³，最大压力超过3MPa，最低设计温度在-30#176;C以下^{[4] [5]}。其次大容量的球罐的经济性促进了开发高强度低合金钢，开始研究由于采用高强度钢而带来焊接裂纹的阻止。

国外先进工业国家开展石油液化气球罐大型化工作较早，技术水平较高，建造10000-25000m³大型球罐已相当普遍。德国已有生产容积为43300m³以上球罐的能力，法国也有容积为87000m³球罐的制造经验, 同时美国还建造了一台容量3400m³、设计温度为-250℃的超低温液氢球罐。此外许多工业先进国家还进行了双重壳低温球罐、深冷球罐及运输液化天然气的深冷大型船用球罐的试验研究，并已投入批量生产^{[6] [7]}。

2.球罐的分类与结构设计

2.1球罐的分类

球罐可以按照介质储存温度、结构形式进行分类^[8]。球罐按照介质储存温度分类见表1，按照结构形式分类见表2。