河北晟拓管道裝備有限公司（楊經(jīng)理：13931730975）  不銹鋼封頭在加熱和冷卻過程中,不銹鋼封頭由于表層和心部的冷卻速度和時間的不一致,形成溫差，就會導致體積膨脹和收縮不均而產(chǎn)生應力,即熱應力。在熱應力的作用下,由于表層開始溫度低于心部,收縮也大于心部而使心部受拉,當冷卻結(jié)束時，由于心部*冷卻體積收縮不能自由進行而使表層受壓心部受拉。即在熱應力的作用下*終使工件表層受壓而心部受拉。這種現(xiàn)象受到冷卻速度,材料成分和熱處理工藝等因素的影響。當冷卻速度愈快,含碳量和合金成分愈高,冷卻過程中在熱應力作用下產(chǎn)生的不均勻塑性變形愈大,*形成的殘余應力就愈大。封頭的成形方式主要有沖壓和旋壓兩種。而根據(jù)是否加熱又有冷成形和熱成形之分。封頭的熱旋壓成形技術(shù)相對傳統(tǒng)的熱沖壓成形有諸多方面的優(yōu)勢，它無需投入昂貴的模具費用，對于非標形狀，非標尺寸的封頭制作不會受到限制，制作成本相對較低，旋壓過程可以靈活多變，對于具有開裂傾向的材料把握性比較大。此外，旋壓成形的封頭尺寸精度也較高。
    (1)球罐設(shè)計方法分規(guī)則設(shè)計和分析設(shè)計
規(guī)則設(shè)計依據(jù)GB 12337《鋼制球形儲罐》。規(guī)則設(shè)計一般是材料力學及板殼薄膜理論的簡化公式為基準，再加上一些經(jīng)驗系數(shù)。它僅計算球殼的薄膜應力，未對球罐的特定區(qū)域的實際應力進行嚴格的計算，在確定許用應力時考慮相對較大的安全系數(shù)。

分析設(shè)計依據(jù)GB 12337 附錄C 應力分析設(shè)計球罐。分析設(shè)計采用以極限載荷、安定載荷和疲勞壽命為限定條件的"塑性失效"與"彈塑性失效"為準則，允許結(jié)構(gòu)出現(xiàn)可控制的局部塑性區(qū)，允許對峰值應力部位作有限壽命設(shè)計。對球罐各部位進行詳細的應力分析和應力分類，對各類應力取不同的應力強度值進行應力評定，在不降低設(shè)備的安全性的前題下取相對較小的安全系數(shù)。

(2) 球罐設(shè)計載荷
設(shè)計載荷歸納為以下幾個方面：
①壓力；
②液柱靜壓力；
③球罐自重(包括內(nèi)件)以及正常工作條件下或耐壓試驗狀態(tài)下內(nèi)裝介質(zhì)的重力載荷；
④附屬設(shè)備及隔熱材料、管道、支柱、拉桿、梯子、平臺等的重力載荷；
⑤風載荷、地震載荷、雪載荷；
⑥支柱的反作用力；

需要時，還應考慮下列載荷：
⑦連接管道和其他部件的作用力；
⑧溫度梯度或熱膨脹量不同引起的作用力；
⑨沖擊載荷，包括壓力急劇波動引起的沖擊載荷、流體沖擊引起的反力等。
球罐的分類
(1) 按介質(zhì)的性質(zhì)分
按介質(zhì)的性質(zhì)可分為儲存液相介質(zhì)的球罐和儲存氣相介質(zhì)的球罐兩大類。

(2) 按支承形式分
按支承形式可分為柱式和裙式兩大類，柱式支承包括赤道正切(相割)柱式支承、V 形柱式支承和三柱合一柱式支承。裙式支承包括圓筒裙式支承、錐形支承，及用鋼筋混凝土連續(xù)基礎(chǔ)支承的半埋式支承、錐底支承。其中柱式支承中以赤道正切柱式支承在國內(nèi)外應用較為普遍， GB 12337 標準選用的即為赤道正切柱式支承。赤道正切柱式支座的結(jié)構(gòu)特點是：球殼由多根圓柱狀的支柱在球殼赤道部位沿圓周等距離布置，支柱中心線與球殼內(nèi)壁相切或近似相切(相割)。支柱支承著球罐的重量，為了更好地承受風載荷和地震載荷，保證球罐穩(wěn)定性，在支柱之間設(shè)置拉桿相連接。這種支座的優(yōu)點是受力均勻，彈性好，能承受熱膨脹的變形，安裝方便，施工簡單，容易調(diào)整，現(xiàn)場操作和檢修也方便，且適用于多種規(guī)格的球罐。缺點是重心高，穩(wěn)定性較差。

(3) 按球殼結(jié)構(gòu)形式分
按球殼結(jié)構(gòu)形式分類可分為桔瓣式、足球瓣式和混合式三種。目前，國內(nèi)工程中廣泛采用的是桔瓣式和棍合式(赤道帶、溫帶采用桔瓣式，上、下極帶采用足球瓣式) ，且桔瓣式和混合式球殼結(jié)構(gòu)列入標準，其基本參數(shù)見GB/T 17261 《鋼制球形儲罐型式與基本參數(shù)》。

球罐計算內(nèi)容
(1)球殼壁厚的確定
①球殼計算壓力：產(chǎn)生球殼應力的因素很多，儲存介質(zhì)的壓力包括液柱靜壓力、球罐自重、局部外載荷、風載荷、地震載荷、雪載荷、球殼內(nèi)外壁的溫度差、安裝與使用時的溫度差以及施工等因素都會使球殼產(chǎn)生應力，而介質(zhì)的壓力包括液柱靜壓力是用于確定球殼各帶厚度的主要載荷。

球殼設(shè)計中，當盛裝物料為液體時，計算須計入液柱靜壓力。因為球殼直徑較大，液柱靜壓力對球殼的厚度計算有較大的影響。

在計算液柱靜壓時需要計算出各計算截面處的液柱高度，該高度既可以根據(jù)裝量系數(shù)K反算求得，也可參照《壓力容器設(shè)計工程師培訓教程》第24 章的相關(guān)內(nèi)容求得。

②球殼壁厚計算:按內(nèi)壓球殼壁厚計算公式，確定球殼最終厚度時應綜合考慮各工況下各種載荷對球殼的影響。

③球殼的穩(wěn)定性驗算:對于大直徑、壁薄的球罐，當外載荷對其產(chǎn)生壓應力時，尚需對球殼的穩(wěn)定性進行驗算，外壓球殼穩(wěn)定性計算按GB 150.3 第4.4 條進行。

(2) 支柱、拉桿計算
①載荷計算:支柱和拉桿在操作和非操作工況下都要承受多種形式的載荷，其中包括在內(nèi)壓及溫度作用下球殼膨脹而造成的支柱彎曲，建造施工過程中出現(xiàn)的一些附加載荷，最主要的是球罐殼體和儲存介質(zhì)等重量及由地震和風引起的垂直載荷及水平載荷。

②支柱的穩(wěn)定性校核。

(3) 各連接部位的強度計算
①支柱與拉桿連接部位的強度計算；
②地腳螺栓的計算；
③支柱底板的計算；
④支柱與球殼連接處的強度驗算。

(4) 開孔及開孔補強計算
球罐開孔補強常采用整體凸緣補強和另加補強元件補強兩種形式。開孔及開孔補強計算應按GB 150.3 第6章或JB 4732 第10 章的規(guī)定。
    不銹鋼封頭組織應力變化的*終結(jié)果是表層受拉應力,心部受壓應力,恰好與熱應力相反。組織應力的大小與工件在馬氏體相變區(qū)的冷卻速度,形狀，材料的化學成分等因素有關(guān)。只不過熱應力在組織轉(zhuǎn)變以前就已經(jīng)產(chǎn)生了不銹鋼封頭，而組織應力則是在組織轉(zhuǎn)變過程中產(chǎn)生的,在整個冷卻過程中,熱應力與組織應力綜合作用的結(jié)果,就是工件中實際存在的應力。這兩種應力綜合作用的結(jié)果是十分復雜的,受著許多因素的影響,如成分、形狀、熱處理工藝等。就其發(fā)展過程來說只有兩種類型,即熱應力和組織應力,作用方向相反時二者抵消,作用方向相同時二者相互迭加。不管是相互抵消還是相互迭加,兩個應力應有一個占主導因素,熱應力占主導地位時的作用結(jié)果是工件心部受拉,表面受壓。組織應力占主導地位時的作用結(jié)果是工件心部受壓表面受拉
  

    另一方面鋼在熱處理過程中由于組織的變化即奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變時,因比容的增大會伴隨工件體積的膨脹,工件各部位先后相變，造成體積長大不一致而產(chǎn)生組織應力。不銹鋼封頭組織應力變化的*終結(jié)果是表層受拉應力,心部受壓應力,恰好與熱應力相反。組織應力的大小與工件在馬氏體相變區(qū)的冷卻速度,形狀，材料的化學成分等因素有關(guān)。只不過熱應力在組織轉(zhuǎn)變以前就已經(jīng)產(chǎn)生了不銹鋼封頭，而組織應力則是在組織轉(zhuǎn)變過程中產(chǎn)生的,在整個冷卻過程中,熱應力與組織應力綜合作用的結(jié)果,就是工件中實際存在的應力。這兩種應力綜合作用的結(jié)果是十分復雜的,受著許多因素的影響,如成分、形狀、熱處理工藝等。就其發(fā)展過程來說只有兩種類型,即熱應力和組織應力,作用方向相反時二者抵消,作用方向相同時二者相互迭加。不管是相互抵消還是相互迭加,兩個應力應有一個占主導因素,熱應力占主導地位時的作用結(jié)果是工件心部受拉,表面受壓。組織應力占主導地位時的作用結(jié)果是工件心部受壓表面受拉