化工设备课件第三节内压圆筒封头的设计.ppt

《化工设备课件第三节内压圆筒封头的设计.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工设备课件第三节内压圆筒封头的设计.ppt（73页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第三节内压圆筒封头的设计n 容器封头又称端盖，按其形状可分为三类：n1、凸形封头；n2、锥形封头；n3、平板形封头。其中凸形封头包括：nA、半球形封头nB、椭圆形封头nC、碟形封头nD、球冠形封头四种。第一页，编辑于星期六：十八点 四十八分。第二页，编辑于星期六：十八点 四十八分。第三页，编辑于星期六：十八点 四十八分。一、半球形封头n 半球形封头是由半个球壳构成的，它的计算壁厚公式与球壳相同。既n 所以，球形封头壁厚可较相同直径与压力的圆筒可减薄一半。但在实际工作中，为了焊接方便以及降低边界处的边缘应力，也常和筒体取相同的壁厚。第四页，编辑于星期六：十八点 四十八分。椭圆形封头第五页，编辑于

2、星期六：十八点 四十八分。n 当椭球壳的长短半轴 a/b2时，椭球壳赤道上出现很大的应力，其绝对值远大于顶点的应力。n 为考虑这种应力变化对椭圆形封头强度的影响，而引入了形状系数K，国家标准规定，在工程应用中，K值不大于2.6。n 受内压力的椭圆形封头的计算壁厚公式为:第六页，编辑于星期六：十八点 四十八分。椭圆形封头的形状系数K值第七页，编辑于星期六：十八点 四十八分。标准椭圆形封头n 工程上将（Di/2hi）=2，即a/b=2的椭圆形封头称为标准椭圆形封头，此时形状系数K=1（见表4-10），于是得标准椭圆形封头的计算壁厚公式为：第八页，编辑于星期六：十八点 四十八分。国家标准规定：n 标

3、准椭圆形封头的有效壁厚Se应不小于封头内直径的0.15%,其他椭圆形封头的有效壁厚应不小于封头内直径的0.30%。n 椭圆形封头的最大允许工作压按下式计算：第九页，编辑于星期六：十八点 四十八分。标准椭圆形封头的直边高度h0n表4-1标准椭圆形封头的直边高度标准椭圆形封头的直边高度h0 mmn封头材料碳素钢普低钢复合钢板 不 锈 钢n封头壁厚 48 1018 39 39 1018 20直边高度 25 40 50 25 40 50n现行的椭圆形封头标准为JB/T4737-95。第十页，编辑于星期六：十八点 四十八分。三、碟形封头n碟形封头由三部分构成：以为半径Ri的球面，以r为半径的过渡圆弧（既

4、折边）和高度为h0的直边。第十一页，编辑于星期六：十八点 四十八分。n 其球面半径越大，折边半径越小封头的深度将越浅。考虑到球面部分与过渡区联接处的局部高应力，规定：n Ri0.9Di r=0.17Di n 第十二页，编辑于星期六：十八点 四十八分。n碟形封头过渡圆弧与球面联接处的经线曲率有突变，在压力作用下，这里将产生很大的边缘应力，考虑这一边缘应力的影响，在设计中引入形状系数M，其计算壁厚公式为：第十三页，编辑于星期六：十八点 四十八分。碟形封头的形状系数M值第十四页，编辑于星期六：十八点 四十八分。标准碟形形封头n 当碟形封头的球面内半径 Ri=0.9Di，过渡圆弧内半径 r=0.17D

5、i时，称为标准碟形封头。此时M=1.325，于是标准碟形封头的计算壁厚公式为：第十五页，编辑于星期六：十八点 四十八分。n 国家标准规定：标准碟形封头的有效壁厚Se应不小于封头内直径的0.15%,其他碟形形封头的有效壁厚应不小于封头内直径的0.30%。n 碟形封头的最大允许工作压按下式计算：第十六页，编辑于星期六：十八点 四十八分。封头与筒体的联接n 封头与筒体可用法兰联接，也可用焊接联接，但必须采用对接接头，如果厚度不同，可按右图示处理。第十七页，编辑于星期六：十八点 四十八分。四、球冠形封头n球冠形封头又称为无折边球形封头。n 球冠形封头多数情况下用作容器中两独立受压室的中间封头，也可作端

6、封头（图4-7）封头与筒体联接处必须采用全焊透结构，因此，应适当控制封头厚度以保证全焊透结构的焊接质量。应控制n Ri=0.71.0Di第十八页，编辑于星期六：十八点 四十八分。球冠形封头的设计n 当承受内压时，在球冠形封头内将产生拉应力，但次应力并不大，然而在封头与筒壁联接处，却存在着很大的局部边缘应力，因此，在确定球冠形封头的壁厚时，重点应放在上述这些局部应力上。n 第十九页，编辑于星期六：十八点 四十八分。n 受内压球冠形封头的计算壁厚按下式计算：第二十页，编辑于星期六：十八点 四十八分。n 在任何情况下，与球冠形封头联接的圆筒厚度应不小于封头厚度。否则，应在封头与圆筒间设置加强段过度连

7、接。圆筒加强段的厚度于封头等厚；加强段长度L均不小于第二十一页，编辑于星期六：十八点 四十八分。第二十二页，编辑于星期六：十八点 四十八分。五、锥形封头n 锥形封头广泛应用于许多化工设备的底盖，它的优点是便于收集与卸出这些设备中的固体物料。此外，一些塔设备上、下部分的直径不等，也常用锥形壳体将直径不等的两段塔体连接起来。第二十三页，编辑于星期六：十八点 四十八分。第二十四页，编辑于星期六：十八点 四十八分。n受内压的锥形封头的最大应力在锥壳的大端，其值为：n其强度条件为：n由此可得计算壁厚公式为：n 3-28第二十五页，编辑于星期六：十八点 四十八分。锥形封头的受力分析n 按上式计算的锥形封头

8、壁厚，由于没有考虑封头与筒体连接处的边缘应力，因而此壁厚往往是不够的。需在考虑上述边缘应力的基础上，建立一些补充的设计公式。第二十六页，编辑于星期六：十八点 四十八分。降低边缘应力的方法n一、将连接处附近的封头及筒体的壁厚增大，这种方法叫做局部补强。第二十七页，编辑于星期六：十八点 四十八分。n二、在封头与筒体间增加一个过渡圆弧，则整个封头由锥体、过渡圆弧及高度为的直边三部分组成。第二十八页，编辑于星期六：十八点 四十八分。1、受内压无折边锥形封头n（1）锥壳大端连接处的壁厚n对于锥壳大端，当锥壳半顶角300时，可采用无折边结构；当300时，应采用带过渡段的折边结构，见图4-13，否则应按应力

9、分析法进行设计。第二十九页，编辑于星期六：十八点 四十八分。锥壳大端的壁厚：n 以与半顶角值查图3-20，当其交点位于曲线之上时，不必局部加强，其壁厚按（3-28）式计算。当其交点位于曲线之下方时，则需要局部加强，锥壳和圆筒加强段厚度需相同，其加强区计算壁厚按（3-29）式计算：第三十页，编辑于星期六：十八点 四十八分。3-29最大角度，图图3-32确定锥体大端与筒体连接处确定锥体大端与筒体连接处的加强图的加强图第三十一页，编辑于星期六：十八点 四十八分。n 式中系数由图3-16查得，遇中间值用内插法。加强段的厚度不得小于相连接的锥壳厚度。锥壳加强段的长度应不小于；n圆筒加强段的长度应不小于。

10、第三十二页，编辑于星期六：十八点 四十八分。第三十三页，编辑于星期六：十八点 四十八分。（2）锥壳小端连接处的壁厚n对于锥壳小端，当锥壳半顶角450时，可采用无折边结构；当450时，应采用带过渡段的折边结构。n n 第三十四页，编辑于星期六：十八点 四十八分。n 锥壳小端的壁厚：以与半顶角值查图3-22，当其交点位于曲线之上时，不必局部加强，其壁厚按（3-28）式计算。当其交点位于曲线之下方时，则需要局部加强，锥壳和圆筒加强段厚度需相同，其加强区计算壁厚按（3-30）式计算：n （3-30）第三十五页，编辑于星期六：十八点 四十八分。确定锥体小端与筒体连接处的加强图确定锥体小端与筒体连接处的加

11、强图 第三十六页，编辑于星期六：十八点 四十八分。n式中为系数，由图3-21查得，遇中间值用内插法。n加强段的厚度不得小于相连接的锥壳厚度。锥壳加强段的长度L1应不小于n ；n圆筒加强段的长L2度应不小于 。第三十七页，编辑于星期六：十八点 四十八分。第三十八页，编辑于星期六：十八点 四十八分。受内压无折边锥形封头设计总结n 综上所述，无折边锥壳的厚度：当无折边锥壳大端或小端，或大、小端同时具有加强段时，应按（3-28）式、（3-29）式和（3-30）式分别确定各部分厚度。如考虑只由一种厚度组成时，则应取上述各部分厚度中的最大值作为无折边锥壳的厚度。第三十九页，编辑于星期六：十八点 四十八分。

12、2、受内压折边锥形封头n 当锥壳大端的半顶角300时，当锥壳小端的半顶角450时，应采用带过渡段的折边结构。n 大端折边锥壳的过渡段转角内半径r应不小于封头大端内直径Di的10%，且不小于该过渡段厚度的3倍.n 小端折边锥壳的过渡段转角内半径r应不小于封头小端内直径Dis的5%，且不小于该过渡段厚度的3倍.第四十页，编辑于星期六：十八点 四十八分。n(1)锥壳大端n 折边锥壳厚度按下述之（3-29）式和（3-30）式计算，取其较大值。nA、过渡段厚度：（3-31）nB、与过渡段相连接处的锥壳厚度：n （3-32）第四十一页，编辑于星期六：十八点 四十八分。表表3-10 系数系数K值值第四十二页

13、，编辑于星期六：十八点 四十八分。第四十三页，编辑于星期六：十八点 四十八分。n（2）锥壳小端n 当锥壳半顶角450时，若采用小端无折边，其小端厚度按（4-28）式计算，如需采用小端有折边，其小端过渡段厚度仍按（4-28）式计算，式中系数，由图4-18查取。当锥壳半顶角450时，其小端过渡段厚度仍按（4-28）式计算，但式中系数，由图4-19查取。n 第四十四页，编辑于星期六：十八点 四十八分。n 与过渡段相接的锥壳和圆筒加强段厚度应与过渡段厚度相同。锥壳加强段的长度L1应不小于:n n圆筒加强段的长度L2应不小于:第四十五页，编辑于星期六：十八点 四十八分。第四十六页，编辑于星期六：十八点

14、四十八分。折边锥壳的厚度设计总结n 综上所述，折边锥壳的厚度：当锥壳大端或大、小端同时具有过渡段时，应按（4-27）式，（4-30）式和（4-29）式分别确定各部分厚度。如考虑只由一种厚度组成时，则应取上述各部分厚度中的最大值作为折边锥壳的厚度。n 当锥壳半顶角600时，其厚度可按平盖计算，也可用应力分析方法确定。n 标准带折边锥形封头有半顶角为300及450两种，锥体大端过渡区圆弧半径r=0.15Di。第四十七页，编辑于星期六：十八点 四十八分。第四十八页，编辑于星期六：十八点 四十八分。六、平板封头n 平板封头的几何形状有圆形、椭圆形、长圆形、矩形和方形等。n 第四十九页，编辑于星期六：十

15、八点 四十八分。对于周边固定（夹持）受均布载荷的圆平板n 其最大应力是径向弯曲应力，产生在圆板的边缘（图3-25），其值由下式计算：n （3-33）第五十页，编辑于星期六：十八点 四十八分。对于周边简支受均布载荷的圆平板n 其最大应力产生在圆板的中心，且此时此处的径向弯曲应力与切向弯曲应力相等（图3-26），其值由下式计算：n （3-34）第五十一页，编辑于星期六：十八点 四十八分。平板封头计算公式n 根据强度条件：由（3-33）式和（4-34）式即可得到相应的圆平板封头厚度的计算公式：n 周边固定（夹持）n n 周边简支 第五十二页，编辑于星期六：十八点 四十八分。n 由（4-33）式和（3

16、-34)式可知，薄板的最大弯曲应力与（R/S)2成正比，而薄壳的最大拉（压）应力与R/S成正比。因此，在相同的R/S和相同的载荷的情况下，薄板的所需厚度要比薄壳大得多，即在相同操作压力下，平板封头要比凸形封头厚得多。第五十三页，编辑于星期六：十八点 四十八分。n 对于压力容器的人孔、手孔等在操作时需要用盲板封闭的地方，广泛采用平板盖。此外，在高压容移中，平板封头用得较为普遍。这是因为高压容器的封头很厚，直径又相对较小，凸形封头的制造较为困难。随着制造技术的发展，半球形封头在高压容器中已经开始应用，但到目前为止，平板封头仍然是高压容器应用得最多的一种形式。第五十四页，编辑于星期六：十八点 四十八

17、分。表4-15平板封头系数Kn 以上两种情况的壁厚计算公式形式相同，惟系数不同。由于实际上平板封头的边缘支撑情况很难确定，它不属于纯刚性固定也不属于纯简支的情况，往往是介于这两种情况之间，既系数在0.1880.13之间.第五十五页，编辑于星期六：十八点 四十八分。n 对于平板封头的设计，在有关化工容器设计规定中，利用一个结构特征系数K，将平板封头厚度的设计公式归纳为：第五十六页，编辑于星期六：十八点 四十八分。第五十七页，编辑于星期六：十八点 四十八分。第五十八页，编辑于星期六：十八点 四十八分。七、例题n例题3-1 某化工厂欲设计一台石油气分离中的乙烯精馏塔。工艺参数为：塔体内径Di=600

18、 mm，计算压力为Pc=2.2MPa，工作温度为 t=320 0C。试选择塔体材料并确定塔体壁厚和封头型式与尺寸.n解(1)选材n由于石油气对钢材的腐蚀不大，温度在320 0C，压力为中压，故选用16 MnR。n(2)确定参数nPc=2.2 Mpa;Di=600 mm;t=170 MPan=0.8（采用带垫板的单面焊对接接头，局部无损擦伤），n取C21 mm。第五十九页，编辑于星期六：十八点 四十八分。n(3）计算壁厚第六十页，编辑于星期六：十八点 四十八分。n设计壁厚 Sd=S+C2=4.9+1.0=5.9(mm)n根据计算壁厚4.9 mm，加上C2后为5.9 mm，查表3-4得C1=0.6

19、 mm，n则 C=C1+C2=1.6mm，n故 4.9C4.91.66.5(mm）n 圆整后取厚度为Sn=7 mm（根据表3-4复验名义厚度为7 mm时钢板厚度负偏差仍为C1=0.6(mm）的16 MnR钢板制作塔体。第六十一页，编辑于星期六：十八点 四十八分。n(4)校核水压试验强度n式中 PT=1.25P=1.252.2=2.75 Mpa，(t2000C，/tl；P=Pc=2.2 MPa)nSe=SnC=71.65.4 mm；ns=345 MPa第六十二页，编辑于星期六：十八点 四十八分。n则n而n可见 Tt=261.4 Mpa所以，强度不够；第七十页，编辑于星期六：十八点 四十八分。n（3）确定最高允许工作压力n该容器的最大安全使用压力为14.2 Mpa。第七十一页，编辑于星期六：十八点 四十八分。第七十二页，编辑于星期六：十八点 四十八分。第七十三页，编辑于星期六：十八点 四十八分。