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化学工程学院,第四章 压力容器,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,内压薄壁容器,内压容器封头,,容器附件,外压容器,,化学工程学院,第二节 内压容器封头,一、常用封头的形式,无折边锥形封头,折边锥形封头,平板形封头,化学工程学院,第二节 内压容器封头,,,,,化学工程学院,,二、椭圆形封头及选用特点：边缘应力小承压能力强半椭球和高度为h的短圆筒(通称直边)两部分构成直边：避免边缘应力与热应力叠加，改善受力状况,化学工程学院,,对椭圆形封头来说，随着Di/2hi值的变化，封头的形状在改变当Di/2hi=1时，就是半球形封头；当Di/2hi=2时，应力分布最好，且封头壁厚与相连接的筒体壁厚大致相等，便于焊接，经济合理，为标准椭圆形封头 其计算公式：校核公式为：,化学工程学院,,标准椭圆形封头的直边高度下表确定,化学工程学院,,三、半球形封头 形状：半个球壳 优点：受力状况好于椭圆形封头 缺点：其深度大，当直径较小时采用整体冲压制造困难 半球形封头的壁厚计算：,化学工程学院,,四、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 （标准碟形封头Ri=0.9Di，r=0.17Di） 碟形封头壁厚计算公式：,M—碟形封头形状系数，可查表确定，对于Ri=0.9Di，r=0.17Di时M=1.33,化学工程学院,,五、球冠形封头结构：将碟形封头的直边及过渡圆弧部分去掉，只留下球面部分。

也称无折边球形封头,厚度计算公式：,Q为应力增强系数 GB 150--1998,化学工程学院,,六、锥形封头,a≦30°,a 30°-45°,a 45°-60°,化学工程学院,,无折边锥形封头计算壁厚为：折边锥形封头：,化学工程学院,,,化学工程学院,,七、平板封头 化工设备常用的一种封头，也称平盖，结构最简单，制造最容易的一种 壁厚计算公式：,K—平盖系数，随平板形封头结构不同而不同，查阅有 关标准确定化学工程学院,思考题,1、常用封头形式有哪些种？各有什么特点？,化学工程学院,第三节 容器附件,一、容器设计的标准化 容器标准化的基本参数是公称直径和公称压力 1.公称直径（DN） 公称直径：是将容器及管子直径加以标准化以后的标准直径A．压力容器(筒体、封头)的公称直径：由钢板卷制的筒体，公称直径是指它的内径；当筒体的直径较小，直接采用无缝钢管制作时，容器的公称直径应是指无缝钢管的外径；封头的公称直径与筒体一致见表4-7、4-8,化学工程学院,,B．管子：公称直径既不是它的内径，也不是外径，而是小于管于外径的一个数值只要管子的公称直径一定，它的外径也就确定了，而管子的内径则根据壁厚的不同有多种尺寸，它们大都接近于管子的公称直径。

见表4-9 C．其它零部件的公称直径：有些零部件的公称直径，如压力容器法兰，鞍式支座等就是指与它相配的筒体与封头的公称直径而管法兰、手孔等则是指与它相配的管子的公称直径化学工程学院,,2、公称压力（ PN） 公称压力：是将所能承受的压力范围分为若干个等级，因为公称直径相同的同类零件，只要它们的工作压力不相同，那么它们的其他尺寸也就不会一样所以规定了若干个压力等级，这种规定的标准压力等级就是公称压力 目前我国所规定的公称压力等级为：常压、0.25、 0.6、1.0、1.6、2.5、4.0、6.4（MPa）,化学工程学院,,二、法兰连接 1.结构一对法兰，一个垫片，数个螺栓，螺母和垫圈分类按外廓形状一般为圆形，方形和椭圆形 2.法兰连接的密封（1）法兰结构,化学工程学院,压力容器法兰 分类,1）平面型密封面： （a） （b）； 2）凹凸型密封面：（c）； 3）榫槽型密封面：（d）；,化学工程学院,,平面型密封面压紧面是光滑的，（b）形式有三角形断面的沟槽适用于公称压力P≤2.5Mpa，广泛应用于P≤0.6Mpa, 压紧面的宽度：压力容器法兰：20～60mm，管法兰：10～20mm化学工程学院,,凹凸型密封面在凹型面内放置垫片，其优点是便于对中，能够防止软质垫片的挤出，而且比平行面窄，容易压紧。

最大DN=3000mm, PN≤6.4 Mpa,化学工程学院,,榫槽法兰由一个榫面和一个槽面组成，垫片放在槽内，由于压紧面积小，垫片又受到槽的阻挡，不会从周边挤出，容易获得较好的密封效果 主要用于： 易燃，易爆，有毒介质的场合，当PN=20Mpa, 可用到DN=800 mm,化学工程学院,管法兰分类,,化学工程学院,,（2）垫片 作用：封住两法兰密封面的间隙，防止流体泄露 垫片的类型有： 1）非金属垫片 用石棉、橡胶、合成树脂、聚四氟乙烯等非金属制成的垫片 2）半金属垫片 用金属和非金属材料制成的垫片 3）金属垫片 用钢、铝、铜、镍或蒙乃尔合金等金属制成的垫片金属镍为基体添加铜、铁、锰等其它元素而成的合金）,化学工程学院,,选用垫片的原则：(1)耐腐蚀，不污染介质；（2）具有良好的变形能力和回弹能力；（3）有一定的机械强度和适当的柔软性；（4）在工作温度下不变形和软化 常用垫片的断面形状,化学工程学院,,3、压力容器法兰的标准及选用 我国实施的法兰标准有两个：压力容器法兰标准JB4701-2000 --JB4707-2000钢制管法兰、垫片、紧固件标准HG20592-1997—HG20635-1997,化学工程学院,,（1）压力容器法兰的分类 压力容器法兰分为平焊法兰和对焊法兰两类，平焊法兰又分为甲型和乙型两种。

（2）公称直径和公称压力 法兰的公称直径DN就是与其相配的筒体，封头或管子的公称直径对于压力容器法兰，公称直径DN就是与其相匹配的筒体或封头的公称直径，也就是筒体或封头的内径 例如公称直径DN1000的筒体，应当选用公称直径DN1000的压力容器法兰,化学工程学院,,公称压力PN表示法兰连接的承载能力我国在制定压力容器法兰标准的时候，将法兰材质为16MnR或16Mn在操作温度为200℃的最大允许工作压力值（MPa）规定为公称压力，分为七个等级： 0.25、0.6、1.0、1.6、2.5、4.0、6.4,化学工程学院,（3）压力容器法兰的选用和标记,,注意：工作温度下法兰材料的允许工作压力不小于设计压力,化学工程学院,压力容器法兰选定后在图样上予以标记，由7部分组成：,,化学工程学院,4.管法兰标准及选用,（1）管法兰的分类,化学工程学院,,（2）管法兰的公称直径和公称压力 管法兰的公称直径是与其相连接的管子的公称直径，既不是管子的内径，也不是管子的外径，而是与内径相近的某个数值常用钢管公称直径与其外径的关系见表4-15 管法兰的公称压力分为十个等级：0.25，0.60，1.00，1.60，2.50，4.00，6.40，10.0，16.0，25.0,化学工程学院,,（3）标准管法兰的选用和标记,注意：工作温度下法兰材料的允许工作压力不小于设计压力,化学工程学院,,,化学工程学院,三、容器的支座,容器支座作用：支承容器重量、固定容器位置并使容器在操作中保持稳定 分类：卧式容器支座和立式容器支座,容器轴线平行于地面,容器轴线垂直于地面,化学工程学院,,1、卧式容器的支座卧式容器的支座有三种：鞍座圈座支承式支座：,小型的卧式容器,对于因容器自重而可能造成严重挠曲的大直径薄壁容器,,化学工程学院,(1)鞍座的类型和结构,鞍座有焊制和弯制两种。

垫板,,筋板,,腹板,,底板,化学工程学院,,弯制鞍座,化学工程学院,（2）鞍座的数目及位置,每台设备一般均用两个鞍座支承，固定式和滑动式各一个支座位置的确定原则：当容器放置于鞍座上，鞍座的约束反力将几种作用于容器的局部器壁上，引起复杂而且相当大的局部应力 1、当筒体的L/Do较小，d/Do较大，或在鞍座所在平面内有加强圈时，取A≤0.2L其中，L为圆筒体长度(两封头切线间距离)，A为鞍座中心线至圆筒体端部的距离 2、当筒体的L/Do较大，或在鞍座所在平面内无加强圈时 A≤0.5Do(Do为筒体内径)化学工程学院,（3）鞍座的选用和标记,,化学工程学院,,鞍座的标记方法： JB/T4712-2007,鞍座XX-X,,型号（A，BⅠ，BⅡ，BⅢ，BⅣ，BⅤ）,,,,,公称直径,,,固定鞍座F或滑动鞍座S,例题4-6,化学工程学院,2、立式容器支座,立式容器的支座主要有： 腿式支座 耳式支座支承式支座 裙式支座 中、小型直立容器常采用前三种， 高大的塔设备则广泛采用裙式支座化学工程学院,,（1）腿式支座,由盖板、垫板、支柱、和底板四部分组成，有A型、AN型、B型、BN型四种，A型和AN型是角钢支柱，B型和BN型是钢管支柱。

A型和B型带垫板， AN型和BN型不带垫板垫板,,化学工程学院,,适用范围： 刚性基础上，且符合下列条件：公称直径DN400~1600；圆筒长度L与公称直径DN之比L/DN≤5;容器总高Ho ≤5m 不适用于通过管线直接与产生脉动载荷的机器设备刚性连接的容器化学工程学院,,（2）支承式支座,有A、B两种形式底板,,筋板,,垫板,适用范围：公称直径DN800~ 4000；圆筒长度L与公称直径DN之比L/DN ≤ 5;容器总高Ho ≤10m,化学工程学院,,（3）耳式支座,组焊而成,中小型立式设备（高径比小于5且总高度不超过10m）应用最广泛的一种支座 当容器公称直径≤ 900mm时，可以不设垫板，但容器的厚度必须大于3mm化学工程学院,,,化学工程学院,,,化学工程学院,,（4）裙式支座 塔设备最常用裙式支座 目前还没有标准 各部分尺寸均需通过计算 或实践经验确定基础环,螺栓座,裙座体,,,基础,化学工程学院,四、容器的开孔与补强结构,1.开孔补强的原因 开孔破坏了原有的应力分布并引起应力集中； 接管处容器壳体与接管形成结构不连续应力； 壳体与接管连接的拐角处因不等截面过渡而引起应力集中； 上述三种因素均使破坏从开孔或开孔接管部位开始，必须采用适当的补强措施，以保证足够的强度。

化学工程学院,,2.补强方法和局部补强结构 补强方法有两种：增加容器厚度即整体加强，适用于容器上开孔较多且分布比较集中的场合； 局部补强是在开孔处的一定范围内增加筒壁厚度，常用的局部补强的结构有补强圈补强，厚壁接管补强和整锻件补强化学工程学院,,（1）补强圈补强 在开孔周围贴焊一个或几个环形补强圈，补强圈的材料和厚度一般与壳体相同 常用场合：中低压容器 （2）加强管补强 在开孔处焊接一段加厚的接管 常用场合：低合金钢容器或某些高压容器 （3）整锻件补强 在开孔处焊接一个特别的锻件 ，锻件加工复杂，一般只用在重要的设备上化学工程学院,,（3）对容器开孔的限制 1.采用局部补强时，筒体和封头上的开孔最大直径不允许超过以下数值 对于圆筒，当其内径Di≤1500mm时，开孔最大直径d≤Di/2，且d≤520mm；当其内径Di>1500mm时，开孔最大直径d≤Di/3，且d≤1000mm 凸形封头或球壳的最大开孔直径d≤Di/2 锥壳或锥形封头的最大开孔直径d≤Di/3化学工程学院,,2.在椭圆形或碟形封头过渡部分开孔时，其开孔的孔边与封头边缘间的投影距离不小于0.1Do，其开孔的中心线宜垂直于封头表面。

3.开孔应尽量避免焊缝开孔边缘与焊缝的距离，应大于壳体壁厚的3倍，且不小于100mm化学工程学院,五、容器安全装置,,容器安全装置,,,,,,,,,泄压装置,参数检测装置,,,,,,,,,,,,,安全阀,爆破膜,压力表,测温仪表,,弹簧式,,热电偶温度计 热电阻温度计,。