化工设备设计基础封头设计

第 四 节 封 头 的 设 计 封 头 又 称 端 盖 ， 其 分 类 一 、 椭 圆 形 封 头半 椭 球 和 高 度 为h的 短 圆 筒 (通称 直 边 )两 部 分构 成 ，直 边 保 证 封 头 制造 质 量 和 避 免边 缘 应 力 作 用 。 受 内 压 的 椭 圆 形 封 头计 算 厚 度K-椭 圆 形 封 头 形 状 系 数 ，标 准 椭 圆 形 封 头 (长 短 轴 之 比 值 为2)， K=1。 壁 厚 计 算 公 式 ： p.KpDt i 502 22261 iihDK ppDt i 5.02 当 封 头 是 由 整 块 钢 板 冲 压 时 ， 值 取 为 1。 筒 体 设 计 壁 厚 计 算 公式 ：v忽 略 分 母 上 微 小 差 异 ， 大 多 数 椭 圆封 头 壁 厚 与 筒 体 同 ， 或 比 筒 体 稍 厚 。v还 应 保 证 封 头 的 有 效 壁 厚 e满 足 ：对 标 准 椭 圆 形 封 头 不 小 于 封 头 内 直 径的 0.15 。 Cp.KpDt id 502 22 CppDt id 椭 圆 形 封 头 最 大 允 许 工 作 压 力 标准椭圆形封头的直边高度由表4-11确定。封头材料碳素钢、普低钢、复合钢板不锈钢、耐酸钢 封头壁厚48 1018 20 39 1018 20 直边高度25 40 50 25 40 50 ei etKDp 5.02 受 外 压 （ 凸 面 受 压 ） 椭 圆 形 封 头外 压 椭 圆 形 封 头 厚 度 设 计 步 骤 同 外压 圆 筒 。a.假 设 n,计 算 e n-C,算 出 R0/ e 。椭 圆 形 封 头 当 量 球 壳 外 半 径R0=K1 D0。 K1 由 长 短 轴 比 值 决 定 ，标 准 椭 圆 形 封 头 K1 =0.9b. 计 算 系 数 eRA /125.00 eR Bp / 0 c. 根 据 材 料 ， 从 A-B图 （ 图 4-16至图 4-20） 中 选 用 ， 若 A值 落 在 设计 温 度 线 的 右 方 ， 读 出 B值 计 算 许用 外 压 力 p若 A值 在 设 计 温 度 线 的 左 方 ， 则 许用 外 压 ： 20 /0833.0 eR Ep d. 比 较 许 用 外 压 p与 设 计 外 压 pv若 p p， 假 设 的 厚 度 n可 用 ，若 小 得 过 多 ， 可 将 n适 当 减 小 ，重 复 上 述 计 算v若 p p， 需 增 大 初 设 的 n， 重复 上 述 计 算 ， 直 至 使 p p且 接近 p为 止 。 二 、 半 球 形 封 头受 内 压 球 形 封 头 计 算 壁 厚 与 球 壳 相 同 。球 形 封 头 壁 厚 可 较 圆 筒 壳 减 薄 一 半 。但 为 焊 接 方 便 以 及 降 低 边 缘 压 力 ，半 球 形 封 头 常 和 筒 体 取 相 同 的 厚 度 。 受 外 压 的 球 形 封 头 的 厚 度 设 计 ， 计 算步 骤 同 椭 圆 形 封 头 。 球 壳 外 半 径R0=K1 D0， 其 中 K1 =0.5 三 、 碟 形 封 头又 称 带 折 边 球 形 封 头 ，球 面 半 径 Ri、 过 渡 圆 弧半 径 r和 高 度 为 h的 直边 。相 同 受 力 ， 碟 形 封 头 壁厚 比 椭 圆 形 封 头 壁 厚要 大 些 ， 而 且 碟 形 封头 存 在 应 力 不 连 续 ，因 此 没 有 椭 圆 形 封 头应 用 广 泛 。 四 、 球 冠 形 封 头降 低 凸 形 封 头 高 度 ，将 碟 形 封 头 的 直 边及 过 圆 弧 部 分 去 掉 ，只 留 下 球 面 部 分 。也 称 无 折 边 球 形 封 头 。 五 、 锥 形 封 头 v广 泛 用 于 化 工 设 备 (如 蒸 发 器 、喷 雾 干 燥 器 、 结 晶 器 及 沉 降 器等 )的 底 盖v便 于 收 集 与 卸 除 设 备 中 的 固 体物 料 。v塔 设 备 上 、 下 部 分 的 直 径 不 等 ，也 常 用 锥 形 壳 体 连 接 ， 称 为 变径 段 。 （ 一 ） 无 折 边 锥 形 封 头 或 锥 形 筒 体适 用 于 锥 壳 半 锥 角 a3001、 锥 壳 大 端 a. 查 图 4-26， 大 端 是 否 须 加强 b. 不 必 局 部 加 强 ， 计 算 壁 厚 为 a cosppDt i 12 c. 需 加 强 ， 以 降 低 联接 处 的 局 部 应 力 。 锥壳 加 强 段 和 圆 筒 加 强段 厚 度 相 同 pQpD t ir 2Q为 锥 壳 与 圆 筒 联 接处 的 应 力 增 值 系 数 ，查 图 4-27 acos5.021 riDL riDL 5.02 2、 锥 壳 小 端a. 查 图 4-28， 小 端 是 否 须 加 强 b. 不 必 局 部 加 强 ， 计 算壁 厚 同 大 端 a cos12 ppDt is c. 需 加 强 ， 加 强 段 和圆 筒 加 强 段 厚 度 相 同 pQpDt isr 2Q为 锥 壳 与 圆 筒 联 接处 的 应 力 增 值 系 数 ，查 图 4-29 acos1 risDL risDL 3、 无 折 边 锥 壳 的 厚 度锥 壳 厚 度（ 4-36） a cosppDt i 12 a cos12 ppD t is（ 4-36）（ 4-37）（ 4-38）统 一 厚 度 pQpDt ir 2 pQpDt isr 2 （ 二 ） 折 边 锥 形 封 头 或 锥 形 筒 体可 降 低 应 力 集 中 ， 适 用 于 锥 壳 大 端半 锥 角 a300 ， 小 端 半 锥 角 a450当 锥 壳 半 锥 角 a600时 ， 按 平 盖 计算 。 1、 锥 壳 大 端 a. 过 渡 段 的 计 算 壁厚 pKpDt i 5.02 b. 与 过 渡 段 相 连接 处 的 锥 壳 计 算壁 厚 pfpDt i 5.0 2、 锥 壳 小 端a. 半 锥 角 a450 ， 小 端无 折 边 计 算 同 前b. 小 端 有 折 边 ， 过 渡 段厚 度 按 （ 4-38） 确 定 ，Q值 查 图 4-29。c. 半 锥 角 a450 ， 小 端过 渡 段 厚 度 仍 按 （ 4-38） 确 定 ， Q值 查 图4-30。 acos1 risDL risDL 锥 形 封 头 的 小 端 与 接 口 管 相 连 ，一 般 不 加 过 渡 弧 ， 但 接 口 管 应增 厚 ， 厚 度 取 锥 体 厚 度 ， 加 厚的 长 度 ： isD.l 50 六 、 平 板 封 头v化 工 设 备 常 用 的 一 种 封 头 。v圆 形 、 椭 圆 形 、 长 圆 形 、 矩 形和 方 形 等 ，v相 同 (R )和 受 载 下 ， 薄 板 应力 比 薄 壳 大 得 多 ， 即 平 板 封 头比 凸 形 封 头 厚 得 多 。 v平 板 封 头 结 构 简 单 ， 制 造 方 便 ，在 压 力 不 高 ， 直 径 较 小 的 容 器中 采 用 。 承 压 设 备 人 孔 、 手 孔以 及 在 操 作 时 需 要 用 盲 板 封 闭的 地 方 ， 才 用 平 板 盖 。 v高 压 容 器 平 板 封 头 用 得 较 为 普遍 。 tcP KpD平 盖 系 数 K查 表 4-14 工 艺 操 作 对 封 头 形 状 无 特 殊 要 求 。球 冠 形 封 头 、 平 板 封 头 边 缘 应 力 较 大 ，平 板 封 头 厚 度 较 大 ， 故 不 宜 采 用 。理 论 上 对 凸 形 封 头 计 算 后 ， 再 确 定 封头 型 式 。例 题 4-4： 确 定 例 题 4-2精 馏 塔 封 头型 式 与 尺 寸 。 该 塔 Di=600mm；设 计 压 力 p 2.2MPa； 工 作 温 度 t -3 -20 ， n=7mm。 半 球 形 封 头 受 力 最 好 ， 壁 厚 最 薄 、 重量 轻 ， 但 深 度 大 制 造 难 ， 中 、 低 压 小设 备 不 宜 采 用 ；碟 形 封 头 深 度 可 调 节 ， 适 合 于 加 工 ，但 曲 率 不 连 续 ， 局 部 应 力 ， 故 受 力 不如 椭 圆 形 封 头 ；标 准 椭 圆 形 封 头 制 造 比 较 容 易 ， 受 力状 况 比 碟 形 封 头 好 ， 故 可 采 用 标 准 椭圆 形 封 头 。 椭 圆 形 封 头 壁 厚 ： p 2.2MPa； Di=600mm；20=170MPa； =1.0，C2=1.0mm 考 虑 钢 板 厚 度 负 偏 差 ， 取 C1=0.6mm（ 估 计 壁 厚 6mm）代 入 并 经 圆 整 后 用 n=6mm钢 板 。 25.02 CppDt id 例题4-5：不锈钢反应釜操作压力1.2MPa，内径1.2m，下部为带折边锥底，其半锥顶角为45。出料管公称直径200mm，釜壁温度为300，试确定该锥形底的壁厚及接口管尺寸。 半锥角300,锥底大端带折边。折边内半径r=0.15Di = 180mm。锥体壁厚计算： 2150 CCp.fpDt id ）表134(645.0 f )(6.12.13.1防爆膜MPap mmDi 1200 MPa78300 1 02 C）（估计壁厚mmmmC 168.0 1 mmd 9.15 锥底接管dN=200mm,外径 d=219mm所以锥底小端直径 Dis=222mm接管加强段厚度与锥体同厚， mmn 16加强段的长度 mm.D.l is 43162225050 的不锈钢板统一厚度，用mmn 16过渡区厚度计算公式 215.02 CCpKpDt id 9.108.006.15.0782 12006.18181.0 d 思 考 题 ：1、 常 用 封 头 形 式 有 哪 些 种 ？ 各 有什 么 特 点 ？2、 比 较 半 球 形 封 头 、 椭 圆 形 封 头 、碟 形 封 头 的 受 力 情 况 。 作 业习 题 ： P307 13， 14