河北晟拓管道装备有限公司（杨经理：13931730975）  不锈钢封头在加热和冷却过程中,不锈钢封头由于表层和心部的冷却速度和时间的不一致,形成温差，就会导致体积膨胀和收缩不均而产生应力,即热应力。在热应力的作用下,由于表层开始温度低于心部,收缩也大于心部而使心部受拉,当冷却结束时，由于心部*冷却体积收缩不能自由进行而使表层受压心部受拉。即在热应力的作用下*终使工件表层受压而心部受拉。这种现象受到冷却速度,材料成分和热处理工艺等因素的影响。当冷却速度愈快,含碳量和合金成分愈高,冷却过程中在热应力作用下产生的不均匀塑性变形愈大,*形成的残余应力就愈大。封头的成形方式主要有冲压和旋压两种。而根据是否加热又有冷成形和热成形之分。封头的热旋压成形技术相对传统的热冲压成形有诸多方面的优势，它无需投入昂贵的模具费用，对于非标形状，非标尺寸的封头制作不会受到限制，制作成本相对较低，旋压过程可以灵活多变，对于具有开裂倾向的材料把握性比较大。此外，旋压成形的封头尺寸精度也较高。
    (1)球罐设计方法分规则设计和分析设计
规则设计依据GB 12337《钢制球形储罐》。规则设计一般是材料力学及板壳薄膜理论的简化公式为基准，再加上一些经验系数。它仅计算球壳的薄膜应力，未对球罐的特定区域的实际应力进行严格的计算，在确定许用应力时考虑相对较大的安全系数。

分析设计依据GB 12337 附录C 应力分析设计球罐。分析设计采用以极限载荷、安定载荷和疲劳寿命为限定条件的"塑性失效"与"弹塑性失效"为准则，允许结构出现可控制的局部塑性区，允许对峰值应力部位作有限寿命设计。对球罐各部位进行详细的应力分析和应力分类，对各类应力取不同的应力强度值进行应力评定，在不降低设备的安全性的前题下取相对较小的安全系数。

(2) 球罐设计载荷
设计载荷归纳为以下几个方面：
①压力；
②液柱静压力；
③球罐自重(包括内件)以及正常工作条件下或耐压试验状态下内装介质的重力载荷；
④附属设备及隔热材料、管道、支柱、拉杆、梯子、平台等的重力载荷；
⑤风载荷、地震载荷、雪载荷；
⑥支柱的反作用力；

需要时，还应考虑下列载荷：
⑦连接管道和其他部件的作用力；
⑧温度梯度或热膨胀量不同引起的作用力；
⑨冲击载荷，包括压力急剧波动引起的冲击载荷、流体冲击引起的反力等。
球罐的分类
(1) 按介质的性质分
按介质的性质可分为储存液相介质的球罐和储存气相介质的球罐两大类。

(2) 按支承形式分
按支承形式可分为柱式和裙式两大类，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。裙式支承包括圆筒裙式支承、锥形支承，及用钢筋混凝土连续基础支承的半埋式支承、锥底支承。其中柱式支承中以赤道正切柱式支承在国内外应用较为普遍， GB 12337 标准选用的即为赤道正切柱式支承。赤道正切柱式支座的结构特点是：球壳由多根圆柱状的支柱在球壳赤道部位沿圆周等距离布置，支柱中心线与球壳内壁相切或近似相切(相割)。支柱支承着球罐的重量，为了更好地承受风载荷和地震载荷，保证球罐稳定性，在支柱之间设置拉杆相连接。这种支座的优点是受力均匀，弹性好，能承受热膨胀的变形，安装方便，施工简单，容易调整，现场操作和检修也方便，且适用于多种规格的球罐。缺点是重心高，稳定性较差。

(3) 按球壳结构形式分
按球壳结构形式分类可分为桔瓣式、足球瓣式和混合式三种。目前，国内工程中广泛采用的是桔瓣式和棍合式(赤道带、温带采用桔瓣式，上、下极带采用足球瓣式) ，且桔瓣式和混合式球壳结构列入标准，其基本参数见GB/T 17261 《钢制球形储罐型式与基本参数》。

球罐计算内容
(1)球壳壁厚的确定
①球壳计算压力：产生球壳应力的因素很多，储存介质的压力包括液柱静压力、球罐自重、局部外载荷、风载荷、地震载荷、雪载荷、球壳内外壁的温度差、安装与使用时的温度差以及施工等因素都会使球壳产生应力，而介质的压力包括液柱静压力是用于确定球壳各带厚度的主要载荷。

球壳设计中，当盛装物料为液体时，计算须计入液柱静压力。因为球壳直径较大，液柱静压力对球壳的厚度计算有较大的影响。

在计算液柱静压时需要计算出各计算截面处的液柱高度，该高度既可以根据装量系数K反算求得，也可参照《压力容器设计工程师培训教程》第24 章的相关内容求得。

②球壳壁厚计算:按内压球壳壁厚计算公式，确定球壳最终厚度时应综合考虑各工况下各种载荷对球壳的影响。

③球壳的稳定性验算:对于大直径、壁薄的球罐，当外载荷对其产生压应力时，尚需对球壳的稳定性进行验算，外压球壳稳定性计算按GB 150.3 第4.4 条进行。

(2) 支柱、拉杆计算
①载荷计算:支柱和拉杆在操作和非操作工况下都要承受多种形式的载荷，其中包括在内压及温度作用下球壳膨胀而造成的支柱弯曲，建造施工过程中出现的一些附加载荷，最主要的是球罐壳体和储存介质等重量及由地震和风引起的垂直载荷及水平载荷。

②支柱的稳定性校核。

(3) 各连接部位的强度计算
①支柱与拉杆连接部位的强度计算；
②地脚螺栓的计算；
③支柱底板的计算；
④支柱与球壳连接处的强度验算。

(4) 开孔及开孔补强计算
球罐开孔补强常采用整体凸缘补强和另加补强元件补强两种形式。开孔及开孔补强计算应按GB 150.3 第6章或JB 4732 第10 章的规定。
    不锈钢封头组织应力变化的*终结果是表层受拉应力,心部受压应力,恰好与热应力相反。组织应力的大小与工件在马氏体相变区的冷却速度,形状，材料的化学成分等因素有关。只不过热应力在组织转变以前就已经产生了不锈钢封头，而组织应力则是在组织转变过程中产生的,在整个冷却过程中,热应力与组织应力综合作用的结果,就是工件中实际存在的应力。这两种应力综合作用的结果是十分复杂的,受着许多因素的影响,如成分、形状、热处理工艺等。就其发展过程来说只有两种类型,即热应力和组织应力,作用方向相反时二者抵消,作用方向相同时二者相互迭加。不管是相互抵消还是相互迭加,两个应力应有一个占主导因素,热应力占主导地位时的作用结果是工件心部受拉,表面受压。组织应力占主导地位时的作用结果是工件心部受压表面受拉
  

    另一方面钢在热处理过程中由于组织的变化即奥氏体向马氏体转变时,因比容的增大会伴随工件体积的膨胀,工件各部位先后相变，造成体积长大不一致而产生组织应力。不锈钢封头组织应力变化的*终结果是表层受拉应力,心部受压应力,恰好与热应力相反。组织应力的大小与工件在马氏体相变区的冷却速度,形状，材料的化学成分等因素有关。只不过热应力在组织转变以前就已经产生了不锈钢封头，而组织应力则是在组织转变过程中产生的,在整个冷却过程中,热应力与组织应力综合作用的结果,就是工件中实际存在的应力。这两种应力综合作用的结果是十分复杂的,受着许多因素的影响,如成分、形状、热处理工艺等。就其发展过程来说只有两种类型,即热应力和组织应力,作用方向相反时二者抵消,作用方向相同时二者相互迭加。不管是相互抵消还是相互迭加,两个应力应有一个占主导因素,热应力占主导地位时的作用结果是工件心部受拉,表面受压。组织应力占主导地位时的作用结果是工件心部受压表面受拉