化工設備設計基礎封頭設計

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1、第 四 節(jié) 封 頭 的 設 計 封 頭 又 稱 端 蓋 ， 其 分 類 一 、 橢 圓 形 封 頭半 橢 球 和 高 度 為h的 短 圓 筒 (通稱 直 邊 )兩 部 分構 成 ，直 邊 保 證 封 頭 制造 質(zhì) 量 和 避 免邊 緣 應 力 作 用 。 受 內(nèi) 壓 的 橢 圓 形 封 頭計 算 厚 度K-橢 圓 形 封 頭 形 狀 系 數(shù) ，標 準 橢 圓 形 封 頭 (長 短 軸 之 比 值 為2)， K=1。 壁 厚 計 算 公 式 ： p.KpDt i 502 22261 iihDK ppDt i 5.02 當 封 頭 是 由 整 塊 鋼 板 沖 壓 時 ， 值 取 為 1。 筒 體

2、設 計 壁 厚 計 算 公式 ：v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 。v還 應 保 證 封 頭 的 有 效 壁 厚 e滿 足 ：對 標 準 橢 圓 形 封 頭 不 小 于 封 頭 內(nèi) 直 徑的 0.15 。 Cp.KpDt id 502 22 CppDt id 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4-11確定。封頭材料碳素鋼、普低鋼、復合鋼板不銹鋼、耐酸鋼 封頭壁厚48 1018 20 39 1018 20 直邊高度25 40 50 25 40 50 ei etKDp

3、 5.02 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 外壓 圓 筒 。a.假 設 n,計 算 e n-C,算 出 R0/ e 。橢 圓 形 封 頭 當 量 球 殼 外 半 徑R0=K1 D0。 K1 由 長 短 軸 比 值 決 定 ，標 準 橢 圓 形 封 頭 K1 =0.9b. 計 算 系 數(shù) eRA /125.00 eR Bp / 0 c. 根 據(jù) 材 料 ， 從 A-B圖 （ 圖 4-16至圖 4-20） 中 選 用 ， 若 A值 落 在 設計 溫 度 線 的 右 方 ， 讀 出 B值 計 算 許用 外 壓 力 p若 A

4、值 在 設 計 溫 度 線 的 左 方 ， 則 許用 外 壓 ： 20 /0833.0 eR Ep d. 比 較 許 用 外 壓 p與 設 計 外 壓 pv若 p p， 假 設 的 厚 度 n可 用 ，若 小 得 過 多 ， 可 將 n適 當 減 小 ，重 復 上 述 計 算v若 p p， 需 增 大 初 設 的 n， 重復 上 述 計 算 ， 直 至 使 p p且 接近 p為 止 。 二 、 半 球 形 封 頭受 內(nèi) 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 。但 為 焊 接 方 便 以 及 降 低 邊 緣 壓 力

5、，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 算步 驟 同 橢 圓 形 封 頭 。 球 殼 外 半 徑R0=K1 D0， 其 中 K1 =0.5 三 、 碟 形 封 頭又 稱 帶 折 邊 球 形 封 頭 ，球 面 半 徑 Ri、 過 渡 圓 弧半 徑 r和 高 度 為 h的 直邊 。相 同 受 力 ， 碟 形 封 頭 壁厚 比 橢 圓 形 封 頭 壁 厚要 大 些 ， 而 且 碟 形 封頭 存 在 應 力 不 連 續(xù) ，因 此 沒 有 橢 圓 形 封 頭應 用 廣 泛 。 四 、 球 冠 形 封 頭降 低 凸 形

6、封 頭 高 度 ，將 碟 形 封 頭 的 直 邊及 過 圓 弧 部 分 去 掉 ，只 留 下 球 面 部 分 。也 稱 無 折 邊 球 形 封 頭 。 五 、 錐 形 封 頭 v廣 泛 用 于 化 工 設 備 (如 蒸 發(fā) 器 、噴 霧 干 燥 器 、 結 晶 器 及 沉 降 器等 )的 底 蓋v便 于 收 集 與 卸 除 設 備 中 的 固 體物 料 。v塔 設 備 上 、 下 部 分 的 直 徑 不 等 ，也 常 用 錐 形 殼 體 連 接 ， 稱 為 變徑 段 。 （ 一 ） 無 折 邊 錐 形 封 頭 或 錐 形 筒 體適 用 于 錐 殼 半 錐 角 a3001、 錐 殼 大 端 a.

7、 查 圖 4-26， 大 端 是 否 須 加強 b. 不 必 局 部 加 強 ， 計 算 壁 厚 為 a cosppDt i 12 c. 需 加 強 ， 以 降 低 聯(lián)接 處 的 局 部 應 力 。 錐殼 加 強 段 和 圓 筒 加 強段 厚 度 相 同 pQpD t ir 2Q為 錐 殼 與 圓 筒 聯(lián) 接處 的 應 力 增 值 系 數(shù) ，查 圖 4-27 acos5.021 riDL riDL 5.02 2、 錐 殼 小 端a. 查 圖 4-28， 小 端 是 否 須 加 強 b. 不 必 局 部 加 強 ， 計 算壁 厚 同 大 端 a cos12 ppDt is c. 需 加 強 ，

8、加 強 段 和圓 筒 加 強 段 厚 度 相 同 pQpDt isr 2Q為 錐 殼 與 圓 筒 聯(lián) 接處 的 應 力 增 值 系 數(shù) ，查 圖 4-29 acos1 risDL risDL 3、 無 折 邊 錐 殼 的 厚 度錐 殼 厚 度（ 4-36） a cosppDt i 12 a cos12 ppD t is（ 4-36）（ 4-37）（ 4-38）統(tǒng) 一 厚 度 pQpDt ir 2 pQpDt isr 2 （ 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 端半 錐 角 a300 ， 小 端 半 錐 角 a450當 錐 殼

9、 半 錐 角 a600時 ， 按 平 蓋 計算 。 1、 錐 殼 大 端 a. 過 渡 段 的 計 算 壁厚 pKpDt i 5.02 b. 與 過 渡 段 相 連接 處 的 錐 殼 計 算壁 厚 pfpDt i 5.0 2、 錐 殼 小 端a. 半 錐 角 a450 ， 小 端無 折 邊 計 算 同 前b. 小 端 有 折 邊 ， 過 渡 段厚 度 按 （ 4-38） 確 定 ，Q值 查 圖 4-29。c. 半 錐 角 a450 ， 小 端過 渡 段 厚 度 仍 按 （ 4-38） 確 定 ， Q值 查 圖4-30。 acos1 risDL risDL 錐 形 封 頭 的 小 端 與 接 口

10、 管 相 連 ，一 般 不 加 過 渡 弧 ， 但 接 口 管 應增 厚 ， 厚 度 取 錐 體 厚 度 ， 加 厚的 長 度 ： isD.l 50 六 、 平 板 封 頭v化 工 設 備 常 用 的 一 種 封 頭 。v圓 形 、 橢 圓 形 、 長 圓 形 、 矩 形和 方 形 等 ，v相 同 (R )和 受 載 下 ， 薄 板 應力 比 薄 殼 大 得 多 ， 即 平 板 封 頭比 凸 形 封 頭 厚 得 多 。 v平 板 封 頭 結 構 簡 單 ， 制 造 方 便 ，在 壓 力 不 高 ， 直 徑 較 小 的 容 器中 采 用 。 承 壓 設 備 人 孔 、 手 孔以 及 在 操 作

11、時 需 要 用 盲 板 封 閉的 地 方 ， 才 用 平 板 蓋 。 v高 壓 容 器 平 板 封 頭 用 得 較 為 普遍 。 tcP KpD平 蓋 系 數(shù) K查 表 4-14 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 ，平 板 封 頭 厚 度 較 大 ， 故 不 宜 采 用 。理 論 上 對 凸 形 封 頭 計 算 后 ， 再 確 定 封頭 型 式 。例 題 4-4： 確 定 例 題 4-2精 餾 塔 封 頭型 式 與 尺 寸 。 該 塔 Di=600mm；設 計 壓 力 p 2.2MPa； 工 作 溫 度 t

12、 -3 -20 ， n=7mm。 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 小設 備 不 宜 采 用 ；碟 形 封 頭 深 度 可 調(diào) 節(jié) ， 適 合 于 加 工 ，但 曲 率 不 連 續(xù) ， 局 部 應 力 ， 故 受 力 不如 橢 圓 形 封 頭 ；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 橢圓 形 封 頭 。 橢 圓 形 封 頭 壁 厚 ： p 2.2MPa； Di=600mm；20=170MPa； =1.0，C2=1.0mm 考

13、 慮 鋼 板 厚 度 負 偏 差 ， 取 C1=0.6mm（ 估 計 壁 厚 6mm）代 入 并 經(jīng) 圓 整 后 用 n=6mm鋼 板 。 25.02 CppDt id 例題4-5：不銹鋼反應釜操作壓力1.2MPa，內(nèi)徑1.2m，下部為帶折邊錐底，其半錐頂角為45。出料管公稱直徑200mm，釜壁溫度為300，試確定該錐形底的壁厚及接口管尺寸。 半錐角300,錐底大端帶折邊。折邊內(nèi)半徑r=0.15Di = 180mm。錐體壁厚計算： 2150 CCp.fpDt id ）表134(645.0 f )(6.12.13.1防爆膜MPap mmDi 1200 MPa78300 1 02 C）（估計壁厚m

14、mmmC 168.0 1 mmd 9.15 錐底接管dN=200mm,外徑 d=219mm所以錐底小端直徑 Dis=222mm接管加強段厚度與錐體同厚， mmn 16加強段的長度 mm.D.l is 43162225050 的不銹鋼板統(tǒng)一厚度，用mmn 16過渡區(qū)厚度計算公式 215.02 CCpKpDt id 9.108.006.15.0782 12006.18181.0 d 思 考 題 ：1、 常 用 封 頭 形 式 有 哪 些 種 ？ 各 有什 么 特 點 ？2、 比 較 半 球 形 封 頭 、 橢 圓 形 封 頭 、碟 形 封 頭 的 受 力 情 況 。 作 業(yè)習 題 ： P307 13， 14