化工設備設計基礎_封頭設計

1、第四節(jié)第四節(jié) 封頭的設計封頭的設計封頭又稱端蓋，其分類封頭又稱端蓋，其分類一、橢圓形封頭一、橢圓形封頭半橢球和高度為半橢球和高度為h h的短圓筒的短圓筒( (通通稱直邊稱直邊) )兩部分兩部分構成，構成，直邊保證封頭制直邊保證封頭制造質量和避免造質量和避免邊緣應力作用。邊緣應力作用。受內壓的橢圓形封頭受內壓的橢圓形封頭計算厚度計算厚度K K- -橢圓形封頭形狀系數(shù)，橢圓形封頭形狀系數(shù)，標準橢圓形封頭標準橢圓形封頭( (長短軸之比值為長短軸之比值為2)2)，K=1K=1。壁厚計算公式：壁厚計算公式： p.KpDti50222261iihDK ppDti5 . 02當封頭是由整塊鋼板沖壓時，當封頭

2、是由整塊鋼板沖壓時， 值取為值取為1 1。筒體設計壁厚計算公。筒體設計壁厚計算公式：式：v忽略分母上微小差異，大多數(shù)橢圓忽略分母上微小差異，大多數(shù)橢圓封頭壁厚與筒體同，或比筒體稍厚。封頭壁厚與筒體同，或比筒體稍厚。v還應保證封頭的有效壁厚還應保證封頭的有效壁厚 e e滿足：滿足：對標準橢圓形封頭不小于封頭內直徑對標準橢圓形封頭不小于封頭內直徑的的0.150.15。 Cp.KpDtid502 22CppDtid橢圓形封頭最大允許工作壓力橢圓形封頭最大允許工作壓力 標準橢圓形封頭的直邊高度由表標準橢圓形封頭的直邊高度由表4-11確定。確定。封頭封頭材料材料碳素鋼、普低鋼、碳素鋼、普低鋼、復合鋼板復

3、合鋼板不銹鋼、耐酸鋼不銹鋼、耐酸鋼 封頭封頭壁厚壁厚48 101820 39101820 直邊直邊高度高度254050254050 eietKDp5 . 02受外壓（凸面受壓）橢圓形封頭受外壓（凸面受壓）橢圓形封頭外壓橢圓形封頭厚度設計步驟同外外壓橢圓形封頭厚度設計步驟同外壓圓筒。壓圓筒。a. a.假設假設 n n, ,計算計算 e e n n- -C C, ,算出算出R R0 0/ / e e 。橢圓形封頭當量球殼外半徑橢圓形封頭當量球殼外半徑b.b.R R0 0=K=K1 1 D D0 0。 K K1 1 由由長短軸比值決長短軸比值決定，標準橢圓形封頭定，標準橢圓形封頭K K1 1 =0.

4、9=0.9b. b. 計算系數(shù)計算系數(shù)eRA/125. 00eRBp/0c. c. 根據(jù)材料，從根據(jù)材料，從A-BA-B圖（圖圖（圖4-164-16至至圖圖4-204-20）中選用，若）中選用，若A A值落在設值落在設計溫度線的右方，讀出計溫度線的右方，讀出B B值計算許值計算許用外壓力用外壓力 p p 若若A A值在設計溫度線的左方，則許值在設計溫度線的左方，則許用外壓：用外壓： 20/0833. 0eREpd. d. 比較許用外壓比較許用外壓 p p 與設計外壓與設計外壓p pv若若p pp p ，假設的厚度假設的厚度 n n可用，可用，若小得過多，可將若小得過多，可將 n n適當減小，適

5、當減小，重復上述計算重復上述計算v若若p p p p ，需增大初設的需增大初設的 n n，重重復上述計算，直至使復上述計算，直至使 p p p p且接且接近近p p為止。為止。二、半球形封頭二、半球形封頭受內壓球形封頭計算壁厚與球殼相同。受內壓球形封頭計算壁厚與球殼相同。球形封頭壁厚可較圓筒殼減薄一半。球形封頭壁厚可較圓筒殼減薄一半。但為焊接方便以及降低邊緣壓力，但為焊接方便以及降低邊緣壓力，半球形封頭常和筒體取相同的厚度。半球形封頭常和筒體取相同的厚度。 受外壓的球形封頭的厚度設計，計算受外壓的球形封頭的厚度設計，計算步驟同橢圓形封頭。球殼外半徑步驟同橢圓形封頭。球殼外半徑R R0 0=K=

6、K1 1 D D0 0，其中其中 K K1 1 =0.5 =0.5 三、碟形封頭三、碟形封頭又稱帶折邊球形封頭，又稱帶折邊球形封頭，球面半徑球面半徑R Ri i、過渡圓弧過渡圓弧半徑半徑r r和高度為和高度為h h的直的直邊邊。相同受力，碟形封頭壁相同受力，碟形封頭壁厚比橢圓形封頭壁厚厚比橢圓形封頭壁厚要大些，而且碟形封要大些，而且碟形封頭存在應力不連續(xù)，頭存在應力不連續(xù)，因此沒有橢圓形封頭因此沒有橢圓形封頭應用廣泛。應用廣泛。四、球冠形封頭四、球冠形封頭降低凸形封頭高度，降低凸形封頭高度，將碟形封頭的直邊將碟形封頭的直邊及過圓弧部分去掉，及過圓弧部分去掉，只留下球面部分。只留下球面部分。也稱

7、無折邊球形封頭。也稱無折邊球形封頭。五、錐形封頭五、錐形封頭v廣泛用于化工設備廣泛用于化工設備( (如蒸發(fā)器、如蒸發(fā)器、噴霧干燥器、結晶器及沉降器噴霧干燥器、結晶器及沉降器等等) )的底蓋的底蓋v便于收集與卸除設備中的固體便于收集與卸除設備中的固體物料。物料。v塔設備上、下部分的直徑不等，塔設備上、下部分的直徑不等，也常用錐形殼體連接，稱為變也常用錐形殼體連接，稱為變徑段。徑段。（一）無折邊錐形封頭或錐形筒體（一）無折邊錐形封頭或錐形筒體適用于錐殼半錐角適用于錐殼半錐角a a 30300 01 1、錐殼大端錐殼大端 a. a. 查圖查圖4-264-26，大端是否須加，大端是否須加強強 b. b

8、. 不必局部加強，計算壁厚為不必局部加強，計算壁厚為 acosppDti12c. c. 需加強，以降低聯(lián)需加強，以降低聯(lián)接處的局部應力。錐接處的局部應力。錐殼加強段和圓筒加強殼加強段和圓筒加強段厚度相同段厚度相同 pQpDtir2QQ為錐殼與圓筒聯(lián)接為錐殼與圓筒聯(lián)接處的應力增值系數(shù)，處的應力增值系數(shù)，查圖查圖4-27 4-27 acos5 . 021riDL riDL5 . 022 2、錐殼小端、錐殼小端a. a. 查圖查圖4-284-28，小端是否須加強，小端是否須加強 b. b. 不必局部加強，計算不必局部加強，計算壁厚同大端壁厚同大端 acos12ppDtisc. c. 需加強，加強段和

9、需加強，加強段和圓筒加強段厚度相同圓筒加強段厚度相同 pQpDtisr2QQ為錐殼與圓筒聯(lián)接為錐殼與圓筒聯(lián)接處的應力增值系數(shù)，處的應力增值系數(shù)，查圖查圖4-29 4-29 acos1risDL risDL3 3、無折邊錐殼的厚度、無折邊錐殼的厚度錐殼厚度錐殼厚度（4-364-36） acosppDti12 acos12ppDtis（4-364-36）（4-374-37）（4-384-38）統(tǒng)一厚度統(tǒng)一厚度 pQpDtir2 pQpDtisr2（二）折邊錐形封頭或錐形筒體（二）折邊錐形封頭或錐形筒體可降低應力集中，適用于錐殼大端可降低應力集中，適用于錐殼大端半錐角半錐角a a30300 0 ，小

10、端半錐角小端半錐角a a45450 0當當錐殼半錐角錐殼半錐角a a660 00 0時，按平蓋計時，按平蓋計算。算。1 1、錐殼大端、錐殼大端 a. a. 過渡段的計算壁過渡段的計算壁厚厚 pKpDti5 . 02b. b. 與過渡段相連與過渡段相連接處的錐殼計算接處的錐殼計算壁厚壁厚 pfpDti5 . 02 2、錐殼小端、錐殼小端a. a. 半錐角半錐角a a 45450 0 ，小端小端無折邊計算同前無折邊計算同前b. b. 小端有折邊，過渡段小端有折邊，過渡段厚度按（厚度按（4-384-38）確定，）確定，QQ值查圖值查圖4-294-29。c. c. 半錐角半錐角a a45450 0 ，

11、小端小端過渡段厚度仍按（過渡段厚度仍按（4-4-3838）確定，）確定，QQ值查圖值查圖4-304-30。acos1risDL risDL錐形封頭的小端與接口管相連，錐形封頭的小端與接口管相連，一般不加過渡弧，但接口管應一般不加過渡弧，但接口管應增厚，厚度取錐體厚度，加厚增厚，厚度取錐體厚度，加厚的長度：的長度： isD.l50六、平板封頭六、平板封頭v化工設備常用的一種封頭?；ぴO備常用的一種封頭。v圓形、橢圓形、長圓形、矩形圓形、橢圓形、長圓形、矩形和方形等，和方形等，v相同相同( (R R ) )和受載下，薄板應和受載下，薄板應力比薄殼大得多，即平板封頭力比薄殼大得多，即平板封頭比凸形封

12、頭厚得多。比凸形封頭厚得多。v平板封頭結構簡單，制造方便，平板封頭結構簡單，制造方便，在在壓力不高，直徑較小的容器壓力不高，直徑較小的容器中采用。承壓設備中采用。承壓設備人孔、手孔人孔、手孔以及在操作時需要用以及在操作時需要用盲板盲板封閉封閉的地方，才用平板蓋。的地方，才用平板蓋。 v高壓容器高壓容器平板封頭用得較為普平板封頭用得較為普遍。遍。 tcPKpD平蓋系數(shù)平蓋系數(shù)K K查表查表4-144-14工藝操作對封頭形狀無特殊要求。工藝操作對封頭形狀無特殊要求。球冠形封頭、平板封頭邊緣應力較大，球冠形封頭、平板封頭邊緣應力較大，平板封頭厚度較大，故不宜采用。平板封頭厚度較大，故不宜采用。理論上

13、對凸形封頭計算后，再確定封理論上對凸形封頭計算后，再確定封頭型式。頭型式。例題例題4-44-4：確定：確定例題例題4-24-2精餾塔封頭精餾塔封頭型式與尺寸。該塔型式與尺寸。該塔D Di i=600mm=600mm；設計壓力設計壓力p p2.2MPa2.2MPa；工作溫度工作溫度t t-3-3-20-20， n n=7mm=7mm。半球形封頭受力最好，壁厚最薄、重半球形封頭受力最好，壁厚最薄、重量輕，但深度大制造難，中、低壓小量輕，但深度大制造難，中、低壓小設備不宜采用；設備不宜采用；碟形封頭深度可碟形封頭深度可調節(jié)，適合于加工，調節(jié)，適合于加工，但曲率不連續(xù)，局部應力，故受力不但曲率不連續(xù)，

14、局部應力，故受力不如橢圓形封頭；如橢圓形封頭；標準橢圓形封頭制造比較容易，受力標準橢圓形封頭制造比較容易，受力狀況比碟形封頭好，故可采用標準橢狀況比碟形封頭好，故可采用標準橢圓形封頭。圓形封頭。橢圓形封頭壁厚：橢圓形封頭壁厚： p p2.2MPa2.2MPa；D Di i=600mm=600mm； 2020=170MPa=170MPa； =1.0=1.0，C C2 2=1.0mm =1.0mm 考慮鋼板厚度負偏差，取考慮鋼板厚度負偏差，取C C1 1=0.6mm=0.6mm（估計壁厚估計壁厚6 6mmmm）代入并經(jīng)圓整后用代入并經(jīng)圓整后用 n n=6mm=6mm鋼板。鋼板。 25 . 02Cp

15、pDtid例題例題4-5：不銹鋼反應釜操作壓力：不銹鋼反應釜操作壓力1.2MPa，內徑內徑1.2m，下部為帶折邊錐底，其半錐頂角為下部為帶折邊錐底，其半錐頂角為45。出料管公稱直徑出料管公稱直徑200mm，釜壁溫度為釜壁溫度為300，試，試確定該錐形底的壁厚及接口管尺寸。確定該錐形底的壁厚及接口管尺寸。 半錐角半錐角300,錐底大端帶折邊。折邊內半徑錐底大端帶折邊。折邊內半徑r=0.15Di = 180mm。錐體壁厚計算：錐體壁厚計算： 2150CCp.fpDtid）表134(645. 0f)(6 . 12 . 13 . 1防爆膜MPapmmDi1200 MPa78300102C）（估計壁厚mmmmC168 . 01mmd9 .15錐底接管錐底接管dN=200mm,外徑外徑 d=219mm所以錐底小端直徑所以錐底小端直徑 Dis=222mm接管加強段厚度與錐體同厚，接管加強段厚度與錐體同厚， mmn16加強段的長度加強段的長度