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)球罐設計方法分規(guī)則設計和分析設計
規(guī)則設計依據(jù)GB 12337《鋼制球形儲罐》。規(guī)則設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)。
分析設計依據(jù)GB 12337 附錄C 應力分析設計球罐。分析設計采用以極限載荷、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，允許結構出現(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，在不降低設備的安全性的前題下取相對較小的安全系數(shù)。
(2) 球罐設計載荷
設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構特點是：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) 按球殼結構形式分
按球殼結構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構列入標準，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《壓力容器設計工程師培訓教程》第24 章的相關內(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。只不過熱應力在組織轉變以前就已經(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果,就是工件中實際存在的應力。這兩種應力綜合作用的結果是十分復雜的,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。只不過熱應力在組織轉變以前就已經(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果,就是工件中實際存在的應力。這兩種應力綜合作用的結果是十分復雜的,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果是工件心部受壓表面受拉
