化工设备内压容器PPT课件.ppt

第二篇化工容器设计 第二章容器设计的基本知识 第一节容器的分类与结构 容器的分类容器分类的方法有许多 见P55表2 1 1按压力等级分类压力是压力容器最主要的工作参数 压力级别不同 设计方法亦有所区别 按压力等级的分类为 低压容器L0 1MPa P 1 6MPa中压容器M1 6MPa P 10MPa高压容器H10MPa P 100MPa超高压容器UP 100MPa 2按安全综合分类根据 容规 将压力容器分为三大类 即一类 二类 三类容器 见P573按用途分类贮存容器C反应容器R换热容器E分离容器SP56表2 3 二容器的结构容器是化工生产所用各种设备外部壳体的总称 容器设计是所有化工设备设计的基础 容器一般由筒体 又称壳体 封头 又称端盖 再加上法兰 支座 接口管 人孔 手孔等零部件组合而成 第二节容器零部件的标准化 一标准化的意义广义而言 从产品的设计 制造 检验和维修等许多方面来看 标准化是组织现代化生产的重要手段之一 我国有关部门已经制定了一系列容器零部件的标准 如圆筒体 封头 法兰 支座 人孔 手孔 视镜和液面计等 标准的表示 GB标准号 颁布年代 二容器零部件标准化的基本参数1公称直径DN1 对筒体和成型封头来说 公称直径指它们的内径 2 当筒径较小直接采用无缝钢管制作时 此时容器的公称直径为无缝钢管外径3 对法兰 它的公称直径指与它相配的筒体或管子的公称直径 3 对管子 公称直径既非内径也非外径 而是小于管外径的数值 只要管子的公称直径一定 它的外径也就确定了 管内径根据壁厚不同有多种尺寸 大都接近于管子的公称直径 设计时应将工艺计算初步确定的设备内径调整至公称直径 P60 2公称压力规定的标准压力等级就是公称压力 以PN表示 设计时若选用标准零部件 须将操作温度下的最高工作压力 或设计压力 调至规定的某一公称压力等级 然后根据DN PN选尺寸 第三节压力容器的安全监察 一压力容器安全监察的意义与监察范围 1强烈的事业心 高度的责任感2掌握相关知识 有一定实践经验及分析 解决问题的能力3掌握相关的法律 法规 规范及保证其实施的系统的 完善的 科学的管理监督体制和办法 目前我国纳入安全技术监察的压力容器指同时具备如下条件的 最高工作压力Pw 0 1MPa 表压 不包括液体静压 内直径Di 150mm且V 0 025m3介质为气 液化气或Tw 常压标准沸点的液体 二压力容器相关的法规和标准1技术性标准技术性标准 规定是作为衡量产品质量的尺度 比较具体 分为以下几个方面 1 材料标准 材料性能试验方法及材料验收标准 2 容器零部件标准 如法兰 支座 人孔 手孔 封头 密封件 安全附件 如安全阀 爆破片 等标准 3 一些产品的形式 参数 专用产品的标准 工艺技术指标等 4 有关化工与石油化工单元设备标准 如GB151 1999 钢制管壳式换热器 JB T4710 2005 钢制塔式容器 JB T4731 2005 钢制卧式容器 GB12337 1998 钢制球形储罐 等 2法规性的规定具有强制性 是压力容器设计 制造 使用中必须遵循的 由政府及其权力机关颁发 是监察机构和监察员进行安全监察的依据 主要有 特种设备安全监察条例 压力容器安全技术监察规程 钢制压力容器 钢制化工容器制造技术条件 等 对特殊结构和用途的压力容器有各自的法规 如 气瓶安全监察规程 液化石油气槽车安全管理规定 等 对有关人员的资格考核及综合方面问题的法规 如 锅炉 压力容器焊工考试规则 锅炉 压力容器事故报告办法 等 三我国压力容器常用法规标准简介1 压力容器安全技术监察规程 1999年颁布 2000年1月1日起实施 强制性法规 是压力容器制造和使用中最低且必须执行的标准 是安全监察和检查的依据 2 钢制压力容器 全称GB150 1998 钢制压力容器 我国压力容器标准化技术委员会制订 1998年3月发布 1998年10月1日实施 标志着我国集设计 制造 检验和验收技术要求于一体 独立 完整 统一的中国压力容器标准体系正在形成 是我国压力容器标准体系中的核心标准 GB150 钢制压力容器 包括压力容器板壳元件计算 容器结构要素的确定 密封设计 超压泄放装置的设置以及容器的制造与验收的要求等是压力容器制造 设计 检验与验收的综合性国家标准 是确保压力容器结构强度 结构稳定和结构刚度 以达到安全使用所必须遵循的基本技术要求 国外主要规范简介国外的规范主要有四个 美国ASME规范 英国压力容器规范 BS 日本国家标准 JIS 德国压力容器规范 AD 1 美国ASME规范美国机械工程师协会 ASME 制定的 锅炉及压力容器规范 以往并无法律上的约束力 而是由各州政府在其管辖范围内通过法律决定是否执行ASME规范 但由于ASME规范技术上的权威性 现已正式成为美国的国家标准 在其封面上印有美国国家标准 ANSI 的标志 ASME规范规模庞大 内容完善 仅依靠ASME规范本身即可完成压力容器选材 设计 制造 检验 试验 安装及运行等全部工作环节 现在ASME规范共有十一卷 总计二十二册 另外还有二册规范案例 其中与压力容器密切相关的部分有 第 卷材料技术条件 第 卷无损检验第 卷压力容器第 卷焊接及钎焊评定ASME规范每年增补一次 每三年出一新版 技术先进 修订及时 能迅速反映世界压力容器科技发展的最新成就 使它成为世界上影响最大的一部规范 2 英国压力容器规范 BS 英国压力容器规范BS5500 非直接火熔焊压力容器 是由英国标准协会 BSI 负责制定的 由两部规范合并而成 一部相当于ASME第 卷第一册的BS1500 一般用途的熔融焊压力容器标准 一部近似于德国AD规范的BS1515 化工及石油工业中应用的熔融焊压力容器标准 3 日本国家标准 JIS 七十年代末期 日本开始对欧美各国的压力容器标准体系进行了全面深入的调研 提出了全国统一的JIS压力容器标准体系的构想 并于80年代初制定了两部基础标准 一部是参照ASME第 卷第1册制定的JISB8243 压力容器的构造 另一部是参照ASME第 卷第2册制定的JISB8250 特定压力容器的构造 此外 还有与压力容器相关的标准JISB8240 冷冻压力容器 JISB8241 无缝钢制气瓶 及JISB8242 圆筒形液化石油气贮罐 卧式 构造 等 4 德国压力容器规范 AD AD压力容器规范是由七个部门编制的 职工联合会 锅炉压力容器管道联合会 化学工业联合会 冶金联合会 机械制造者协会 大锅炉企业主技术协会及技术监督会联合会 VDTUV AD规范在技术上有许多独特的观点 它在世界上也是具有广泛影响的规范 AD规范与ASME规范相比 具有如下的特点 AD规范只对材料的屈服极限取安全系数 且取数较小 因此 产品厚度薄 重量轻 AD规范允许采用较高强度级别的钢材 在制造要求方面 AD规范没有ASME详尽 他们认为这样可使制造厂具有较大的灵活性 易于发挥各厂的技术特长和创新 第四节容器机械设计的基本要求 对容器零部件的机械设计 应满足如下要求 1强度 容器抵抗外力破坏的能力2刚度 构件抵抗外力使其发生变形的能力3稳定性 容器或构件在外力作用下维持原有形状的能力 外压设备 4耐久性 使用的年限 一般10 15年 大多取决于腐蚀情况 5密封性 保证安全 创造良好的劳动环境及维持正常的操作条件 6节省材料便于制造7方便操作便于运输8技术经济指标合理 包括单位生产能力 消耗系数 设备价格 管理费用 产品总成本等 小结 1容器分类 按压力 按安全综合 按用途2容器结构 结构简图3容器零部件标准化的基本参数 公称直径 公称压力4相关的法规及标准 了解5容器机械设计的基本要求 强度 刚度 稳定性 耐久性 第三章内压薄壁容器的应力分析 第一节回转壳体的应力分析 薄膜应力理论 薄壁容器及其应力特点压力容器按壁厚通常分为薄壁容器和厚壁容器薄壁容器 厚径比 Di 0 1或径比K Do Di 1 2厚壁容器 厚径比 Di 0 1或径比K Do Di 1 2化学与石油化工中应用最多的是薄壁容器 应力特点分析 1 在 处所受应力为薄膜应力 可用简单的无力矩理论来计算 2 在连接处 除了受薄膜应力外 还有附加的弯曲应力 称为边缘应力 要用复杂的有力矩理论及变形谐调条件来计算 3 环向应力 圆筒形容器受内压后在筒体纵向截面上产生的应力 4 经向应力 圆筒形容器受内压后在筒体横向截面上产生的应力 环向应力 圆筒形容器受内压后在筒体纵向截面上产生的应力 经向应力 圆筒形容器受内压后在筒体横向截面上产生的应力 二基本概念与基本假设1基本概念1 回转壳体 指壳体中间面是直线或平面曲线绕其同平面内的固定轴线旋转360 而成的壳体 2 轴对称 指壳体的几何形状 约束条件和所受外力都是对称于回转轴的3 中间面 与壳体内外表面等距离的中曲面 内外表面间的法向距离即为壳体壁厚 对于薄壁壳体 可以用中间面来表示它的几何特性 4 母线 形成壳体中间面的平面曲线 如AB5 经线 通过回转轴作一纵截面与壳体曲面相交所得的交线 与母线形状相同 6 法线 通过经线上任一点M垂直于中间面的直线 称为中间面在该点的法线 n 法线的延长线必与回转轴相交 7 纬线 作圆锥面与壳体中间面正交 得到的交线叫做纬线 过N点作垂直于回转轴的平面与中间面相割形成的圆称为平行圆 平行圆即纬线 如CND正交圆锥面截得的是壁厚 8 第一曲率半径 中间面上任一点M处经线的曲率半径为该点的第一曲率半径 9 第二曲率半径 通过经线上一点M的法线作垂直于经线的平面与中间面相割形成的曲线为MEF 该曲线在M点处的曲率半径为该点的第二曲率半径 R2 2基本假设1 小位移假设 壳体受力以后 各点的位移都远小于壁厚 可认为变形前后尺寸不变2 直法线假设 壳体在变形前垂直于中间面的直线段变形后仍保持直线 并垂直于变形后的中间面 可认为变形前后法向线段长度不变 变形前后壳体壁厚不变 3 不挤压假设 壳体各层纤维变形前后均互不挤压 可以平面问题处理 只适用于薄壳 对于薄壁壳体 采用以上假设所得结果是足够精确的 三经向应力计算公式 区域平衡方程式 用与壳体正交的圆锥截该壳体 取其下部分脱离体 建立静力平衡 D 中间面平行圆直径 mm 壁厚 mmR2 第二曲率半径 mm m 经向应力 MPa 四环向薄膜应力 微体平衡方程 小单元体由下列三对截面截取 1 壳体内外表面2 两个相邻的通过壳体轴线的经线平面3 两个相邻的与壳体正交的圆锥面 单元体很小 可以认为沿ab cd二截面上 均匀分布 ad bc二截面上 m均匀分布 设ab cd dl1 bc ad dl2利用法线方向的平衡求解 m在法线方向的合力为 在法线方向的合力为 内力p在单元体上所产生的外力在法线方向的合力为 根据平衡条件得 近似认为 得 各项均除以 dl1 dl2得 由于 得 第一曲率半径的计算 若经线方程y y x 则R1为 经向应力与环向应力的计算公式 五轴对称回转壳体薄膜理论的应用范围1轴对称几何形状 材料 载荷的对称性和连续性2只受薄膜应力壳体曲面上没有应力集中 不存在边缘力和边缘力矩 处在无力矩状态3薄壁 作业 p86三 第二节薄膜理论的应用 一受气体内压的圆筒形壳体 分析 1 2 m 在开设椭圆孔时 必须使短轴平行于筒体的轴线 以尽量减小纵截面的削弱 筒体受内压时 筒壁内产生的应力与圆筒的 D成反比 该值的大小体现着圆筒承压能力的高低 二受气体内压的球形壳体 球壳上任一点A的R1 R2 D 2 则有 分析 1 球壳的特点是中心对称 其上应力的分布各处均相等 且经向应力 环向应力 2 与相同直径的圆筒相比 承受相同内压 球壳的环向应力是圆筒的一半 因此开孔应尽量在球壳上 三受气体内压的椭球壳 椭圆形封头 1确定椭球壳上某一点的R1 R2 椭球壳的经线方程为 3分析 由公式可知 椭球壳上应力值随所在点的位置不同而不同 其应力分布以图示意 经向应力分布 环向应力分布 在x 0处 在x a处 经向应力在顶点处最大 在x a处最小 环向应力受a b的影响有拉应力和压应力出现 a b越大 封头成型越浅 x a处压应力越大 经向应力分布 标准椭圆形封头a b 2 其应力分布见图 x 0时 x a时 环向应力分布 锥形壳一般用以作为收缩器或扩大器 以逐渐改变气体或液体的速度 或是便于固体或粘性物料的卸出 四受气体内压的锥形壳体 若锥壳壁厚为 半锥角为 可得R1 R2 r cos 代入应力计算公式得 分析 1 随半锥角 的增大 应力值增加 因此在承压容器中 不宜太大2 应力值随r的增大而增大 锥形壳中最大应力值在大端 N 五受气体内压的碟形封头 1组成球壳 圆筒 过渡圆弧2计算代入薄膜应力的公式分别计算 对过渡圆弧部分 第二曲率半径为变数 随 角而变 各种回转壳体的薄膜应力计算公式汇总见p80表3 1 小结 6薄壁容器的应力特点 在远离连接点的地方只受拉应力作用 即薄膜应力 在连接点的地方会产生附加的弯曲应力 即边缘应力1基本概念 轴对称 中间面 纬线 第一曲率半径 第二曲率半径 2基本假设 小位移 直法线 不挤压 3薄膜应力的计算 4薄膜理论的应用范围 轴对称 薄膜应力 薄壁 5受气体内压的圆筒形壳体的薄膜应力 6受气体内压的球形壳体 7受气体内压的锥形壳体的薄膜应力 8受气体内压的椭球壳薄膜应力随点的位置不同而呈一定的应力分布 对标准椭圆形封头 a b 2 x a时 x 0时 圆筒壁上所受液体压力随液体深度增加而增大 p0为液体表面上气压 则筒壁上任一点的压力为p p0 x 六承受液体静压作用的圆筒壳 1沿底部边缘支承的圆筒 由薄膜应力公式可得 对底部支承来说 液体重量由支承直接传给基础 圆筒壳不受轴向力 故筒壁中因液压引起的经向应力为零 只有气压引起的经向应力 即 若容器上方开口或无气体压力时 2沿顶部边缘支承的圆筒 最大环向应力在x H处 即 筒壁上任一点的环向薄膜应力与底部支承的相同 即 经向应力沿轴向的平衡方程为 一列管换热器 如图 Di 500mm S 8mm 壳程压力pc 2MPa 管程压力pb 2 2MPa 计算筒壁及封头内的薄膜应力 七例题 解 1 筒壁内的薄膜应力pc 2MPa 不考虑管束影响 2 半球形封头 3 标准椭圆形封头 a b 2 顶点处 在x D 2处 2p81 77 3 2 1 筒身应力 2 封头上最大应力 第三节内压圆筒边缘应力的概念 一边缘应力的概念在用薄膜应力分析内压圆筒时 忽略了两种变形与应力1圆筒受内压直径增大时 圆筒金属的环向纤维不但被拉长了 而且曲率半径由R变为R R 有弯曲应力产生 这一应力值很小 可忽略不计 2连接边缘区的变形与应力 1 在连接边缘区 由于相互连接的构件在变形时相互制约 或由于局部外力集中作用导致壳体曲率变化 从而产生弯曲应力 用无力矩理论无法求解 需用有力矩理论 2 在简化计算中 常在薄膜应力基础上乘以一个系数3 边缘弯曲应力的大小 与连接边缘的形状 尺寸 材质等因素有关 有时可达到很大值 因此决不能忽略 1局部性 只在某一特定区域内有很大值 超过此范围即迅速衰减 二边缘应力的特点 一般 2自限性应力保持在 s 靠增大局部塑性区范围来承担边缘应力 使边缘应力自动限制 三对边缘应力的处理1在边缘区作局部处理2采用塑性材料3设计中与薄膜应力不同 在边缘结构上作妥善处理 第四章内压薄壁圆筒与封头的强度设计 强度设计的任务就是根据给定的公称直径以及计算压力和温度 设计出合适的壁厚 以保证设备安全可靠的运行 内压薄壁圆筒和封头的强度计算公式 主要以无力矩理论推导 包括 1 根据薄膜理论进行应力分析 确定主应力2 根据弹性失效的设计准则 应用强度理论确定应力的强度判据3 对于封头 应考虑边缘应力 引进应力增强系数4 根据应力强度判据 考虑腐蚀等实际因素导出具体的计算公式 第一节强度设计的基本知识 一关于弹性失效的设计准则容器上一处的最大应力达到材料在设计温度下的屈服点 容器即告破坏 失效 即容器的每一部分必须处于弹性变形范围内 即 当 s 由主应力借助于强度理论来确定 极限应力 由简单拉伸试验确定 n 安全系数 许用应力 加上一定的安全系数 可得强度安全条件 二强度理论及其相应的强度条件1概念强度理论是对材料破坏原因的种种假说2材料的两类破坏形式断裂破坏和流动破坏 破坏的形式取决于材料的性质和材料所处的应力状态 3基本的强度理论 一点的应力状态可以用三个主应力来表示 按数值大小排列为 压力容器零部件中各点的受力大多是二向或三向应力状态 对于承受均匀内压的薄壁圆筒容器 其主应力为 1 最大拉应力理论17世纪即提出 最早的强度理论 又称第一强度理论 认为外力过大时 材料会沿最大拉应力所在截面发生断裂破坏 该理论假设最大拉应力 1是引起材料破坏的原因 其相应的强度条件为 2 最大主应变理论又称第二强度理论 认为材料破坏是由于最大拉伸应变达到了某一极限引起的 该理论未被试验证实3 最大剪应力理论习惯称第三强度理论 认为外力过大时 材料会沿最大剪应力所在截面滑移而发生流动破坏 该理论假设最大剪应力是引起材料流动破坏的因素 其相应的强度条件为 适于塑性材料 缺点是没有考虑中间应力对材料流动的影响 4 形状改变比能理论又称第四强度理论 假设形状改变比能uf是引起材料流动破坏的因素 其相应的强度条件为 适于塑性材料 一般地 对于脆性材料应采用第一强度理论 对于塑性材料多采用第三强度理论或第四强度理论在三向拉伸应力状态下 应采用第一强度理论在三向压缩应力状态下 应采用第三或第四强度理论 第二节内压薄壁圆筒壳与球壳的强度条件 一强度计算公式1圆筒壳的强度计算公式 取第三强度理论 mm 考虑腐蚀裕量C2 mm 考虑焊接制造因素 得 若采用第四强度理论 可得 mm mm 我国规定采用第三强度理论 强度校核 Se 有效厚度 Sn C 小结 1受气体内压及液体静压的筒形壳体的薄膜应力底部支承时 顶部支承时 3边缘应力 连接边缘区 由于相互连接的构件在变形时相互制约 或由于局部外力集中作用导致壳体曲率变化 从而产生弯曲应力特点 局部性和自限性 4弹性失效准则 容器上一处的最大应力达到材料在设计温度下的屈服点 容器即告破坏 失效 强度安全条件 5强度理论 对材料破坏原因的种种假说第一 第三 第四强度理论 1 第一强度理论假设最大拉应力 1是引起材料破坏的原因 其相应的强度条件为 2 第三强度理论假设最大剪应力是引起材料流动破坏的因素 其相应的强度条件为 适于塑性材料 3 第四强度理论 假设形状改变比能uf是引起材料流动破坏的因素 其相应的强度条件为 适于塑性材料 6内压薄壁圆筒壳的强度计算公式 用无缝钢管作圆筒体时 其公称直径为钢管外径 即D D0 S 代入强度公式得 公式的适用范围为 2球形容器主应力 由第三强度理论公式得 公式的适用范围为 强度校核 公式汇总见p92表4 1 二设计参数的确定1压力 除注明外 均指表压力 2 设计压力p 设定的容器顶部的最高压力 它与相应的设计温度一起作为设计载荷条件 其值不低于工作压力 1 工作压力pw 正常工作情况下 容器顶部可能达到的最高压力 3 计算压力pc 相应设计温度下 用以确定元件厚度的压力 其中包括液柱静压 当液柱静压 5 p时 可忽略 A无安全泄放装置 1 0 1 1 pw 具体取值见p92表4 2 对内压容器 设计压力取值 B有安全阀 1 05 1 1 pw D装有液化气 取最高温度时的饱和气压此外 还需考虑风载 震载 温差载荷等 C装有爆破片 先确定最低标定爆破压力psmin 由pb psmin 下限 绝对值 选定爆破片制造范围的上限 p pb 上限 2设计温度指正常工作情况下 设定的元件金属温度 与设计压力一起作为设计载荷条件 是选材和确定许用应力不可缺少的条件 可实测或计算 无法预计时 可如下确定 1 容器内介质用蒸汽直接加热或被内置加热元件间接加热时 设计温度取最高工作温度 2 容器器壁与介质直接接触且有外保温 3许用应力和安全系数许用应力以材料的极限应力 0为基础 并选择合理的安全系数 即 0的选择取决于材料的判废标准 一般地 安全系数的取值见P95表4 6 焊缝系数 主要根据焊接接头型式和对焊缝的检验要求选取见P96表4 8 4焊接接头系数焊缝区是容器上强度比较薄弱的地方 焊缝区的强度主要取决于熔焊金属 焊缝结构和施焊质量 常用材料的许用应力见附录九P311 P321 5厚度附加量包括钢板或钢管厚度负偏差C1和介质腐蚀裕量C2 即C C1 C2 2 腐蚀裕量C2C2 KaB 1 钢板和钢管厚度负偏差C1见P97表4 9和4 10 腐蚀速率 容器设计寿命 一般10 15年 腐蚀裕量的选取原则和方法见P98 一般取值 介质为空气 水时 一般碳钢C2 1mm 不锈钢C2 0 6直径系列与钢板厚度压力容器直径有一系列规定的标准化尺寸 应尽量选用此尺寸系列 见P60表2 5 钢板厚度亦有标准系列 选用时应尽量在此尺寸系列内 见P99表4 13 三容器的厚度和最小厚度1厚度各厚度的关系 钢材负偏差 C1 腐蚀裕量 C2 计算厚度 S 设计厚度 Sd 厚度圆整值 名义厚度 Sn 加工减薄量 由制造厂考虑 C C1 C2 有效厚度 Se 毛坯厚度 2最小厚度最小厚度指壳体加工成型后不包括腐蚀裕量的最小厚度 GB150 1998 钢制压力容器 对容器最小壁厚的规定是 高合金钢制容器 Smin 2mm 对塔设备 不小于3mm 碳素钢和低合金钢制容器 Smin 3mm 对塔设备 2 Di且不小于4mm 四压力试验及其强度校核设备运行前的检验 考察容器的密封性 以确保安全 一般采用液压试验 对压力试验的种类 要求和试验压力值应在图样上注明 气压试验 液压试验 1试验压力内压容器的试验压力 2压力试验的应力校核试验压力下 应力应满足 液压试验 气压试验 3压力试验的要求与试验方法按图样规定进行压力试验1 液压试验2 气压试验3 气密性试验 4例题1 设计一台石油气分离用乙烯精馏塔 工艺参数为 塔内径Di 600mm 计算压力pc 2 2MPa 工作温度t 3 20 试选材并确定塔体厚度 解 1 选材 考虑介质特性 温度 压力 选16MnR 3 计算厚度 2 确定参数 Di 600mm pc 2 2MPa t 170MPa P308 0 8 C2 1mm 圆整后取Sn 7mm 4 校核水压试验强度 所以水压试验强度足够 2 有一库存氧气瓶 材质为40Mn2A 外径Do 219mm 无缝钢管收口而成 实测其最小壁厚Sn 6 5mm 已知材料 b 784 8MPa s 510 12MPa 5 18 设计温度为常温 欲充15MPa压力使用 强度是否够 如不够 最大允许工作压力是多少 解 1 确定参数 2 强度校核 因此 该氧气瓶不能承受15MPa的压力 3 确定最高允许工作压力 该氧气瓶的最大安全使用压力为13 48MPa 1内压薄壁球壳的强度计算公式 小结 2设计参数的选择 压力 温度 许用应力 焊缝系数 厚度附加量3容器厚度的关系 S Sd Sn Se4最小厚度5压力试验及强度校核液压试验 气压试验 6压力试验 液压 气压 气密性 第三节内压圆筒封头的设计 容器封头又称端盖 按形状分为 一半球形封头由半个球壳构成 计算公式与球壳相同 即 壁厚较相同直径 压力的圆筒壳减薄一半 多用于压力较高的贮罐上 二椭圆形封头 1 长短半轴分别为a和b的半椭球2 高度为h0的短圆筒 直边 构成 直边的作用 1 保证封头的制造质量2 避免筒体与封头间的环向焊缝受边缘应力作用 设计中引入形状系数K 计算厚度的公式为 K又称为应力增强系数 其计算厚度的公式为 椭圆形封头的最大允许工作压力为 标准椭圆形封头的直边高度取值见P105表4 15 现行椭圆形封头标准为JB T4737 95 三碟形封头 由三部分构成 1 以Ri为半径的球面2 以r为半径的过渡圆弧 折边 3 高度为h0的直边 一般Ri 0 9Di r 10 Di且不小于3Sn 碟形封头由于经线曲率有突变 在内压作用下会产生很大的边缘应力 碟形封头的厚度比相同条件下的椭圆形封头壁厚要大 设计计算中引入形状系数M 得 其值列于P106表4 16 当碟形封头Ri 0 9Di r 0 17Di时 称为标准碟形封头 此时M 1 325 计算厚度的公式可写为 其最大允许工作压力为 四球冠形封头 计算公式 Q的取值见P107图4 9 筒体加强段长度L的值如P106图4 7 五锥形封头常用作化工设备的底封头或变径段由应力分析 受均匀内压的锥形封头的最大应力在锥壳的大端 其值为 由强度条件 得 将数值换算为设计值 可得 按此式计算的锥形封头壁厚 没有考虑封头与筒体连接处的边缘应力 因此厚度往往不够 由于边缘应力的局部性和自限性 可局部改善 方法有两种 1 局部加强 将连接处附近的封头及筒体壁厚增大 局部加强的无折边锥形封头 2 改变连接结构 在封头与筒体间增加一个过渡圆弧 称为带折边的锥形封头 采用的结构形式不同 计算方法也不同 1受内压无折边锥形封头 锥壳 1 锥壳大端连接处的壁厚对锥壳大端 当