压力容器零部件设计1封头设计
补充知识 容器封头及零部件
（c）榫槽面
榫槽面法兰连接
各压紧面结构简介
凹凸压紧面：
平面压紧面：
➢简单，加工方便，装卸容 易，易于防腐衬里。
2. 缺点：边缘应力大
3. 受力分析
5. 降低联接处边缘应力的方法
第一种方法：局部加强法
第二种方法：在封头与筒体间增加一个过渡圆弧。
1.3 平板封头
由于平板封头结构简单，制造方便，在压力不高，直径 较小的容器中，采用平板封头比较经济简便。而承压设备的 封头一般不采用平板形，只是压力容器的人孔、手孔以及在 操作时需要用盲板封闭的地方，才用平板盖。
6.平板封头
优点：最容易制造
缺点：承压能力最差
第二节 法兰连接
一､概述
1. 在石油、化工设备和管道中，由于生产工艺的要 求，或者为制造、运输、安装、检修方便，常采用 可拆卸的联接结构。
2. 可拆连接必须满足的基本要求： （1）足够的刚度 （2）足够的强度 （3）耐腐蚀 （4）成本低
3. 法兰分为两大类，即压力容器法兰和管法兰。
为了进一步降低凸形封头的高度，将碟形封头的直边及过渡 圆弧部分去掉，只留下球面部分。并把它直接焊在筒体上， 这就构成了球冠形封头。
受内压球冠形封头的计算厚度公式：
与球冠形封头连接的圆筒厚度应不小 于封头厚度。
1.2 锥形封头
1. 锥形封头广泛应用于许多化工 设备(如蒸发器、喷雾干燥器、结 晶器及沉降器等)的底盖，它的优 点是便于收集与卸除这些设备中 的固体物料。此外，有一些塔设 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，这时的圆锥形壳体 称为变径段。
压力容器设计_常规设计_圆筒封头设计
4.3 常规设计 4.3.1 概述 4.3.2 圆筒设计4.3.1 概述将容器受力按照静载荷处理，以最大拉应力准则求得强度计算公式。
对于边缘应力问题，根据经验或分析设计结果，对结构形状给予限制。
常规设计采用弹性失效设计准则。
4.3.2 圆筒设计圆筒形容器是最常见的一种压力容器，广泛应用于各种类型的化工容器中。
（1）结构通常，分为单层式和多层组合式。
①单层式对于中低压圆筒，直接用薄钢板卷制而成。
每个筒节有一道纵焊缝，筒节之间为环焊缝。
对于高压厚壁容器，结构形式有如下几种：整体锻造式：质量得到保证，材料损耗大，尺寸小，成本高。
锻焊式：在整体锻造的基础上，筒节之间进行环焊缝连接，满足长度方向的要求。
对焊缝质量要求高。
锻焊式：工艺简单，生产率高，但厚板质量不易保证。
②多层组合式对于厚壁高压圆筒，往往采用多层组合式结构，主要有多层式和绕带式两种。
多层式：包括热套式结构、层板包扎式结构、绕板式结构等。
绕带式：这是一种以钢带缠绕在内简上以获得大厚度简壁的方法。
钢带厚4～8mm，宽40～120mm，缠绕时有倾斜角26º～31º。
扁平钢带倾角错绕式厚壁圆筒结构为我国首创，已被列入ASME －1和ASME－2的规范案例。
中径公式的意义实际上就是用薄壁圆筒的壁厚计算式来计算厚壁筒的壁厚。
p123 “表4-1”给出了厚壁筒壁厚的各种计算公式，下图给出各种强度理论、中径公式的计算结果和实验值的比较。
当按照塑性失效设计准则和爆破失效设计准则计算厚壁筒壁厚时，参照p57、p58和p130。
③多层厚壁圆筒计算参见p130。
(3) 设计参数的确定压力容器设计参数主要有：设计压力、设计温度、厚度、厚度附加量、焊缝系数和许用应力。
①设计压力（Design Pressure）设计压力是容器顶部的最高压力，其值不低于正常工作情况下容器顶部可能达到的最高压力。
在相应设计温度下，确定容器壳壁计算厚度及其他元件尺寸时，还需要考虑液柱静压、重量、风载荷、地震、温差及附件重等等载荷，因此必须结合具体情况进行分析。
压力容器封头标准
压力容器封头标准压力容器封头是压力容器的重要组成部分，其质量直接关系到压力容器的安全运行。
为了保障压力容器封头的质量和安全性，国家对压力容器封头的制造、检验和使用都做出了严格的规定和标准。
本文将对压力容器封头标准进行详细介绍，以便广大压力容器制造商和使用单位更好地了解和遵守相关标准，确保压力容器的安全运行。
一、压力容器封头的分类。
根据不同的形状和用途，压力容器封头可以分为椭圆形封头、球形封头、平底封头、封头盖板等多种类型。
每种类型的封头都有相应的标准规定，制造时必须严格按照标准要求进行制造和检验，确保封头的质量符合要求。
二、压力容器封头的材质和厚度。
压力容器封头的材质一般采用碳钢、合金钢、不锈钢等材料，具体选择应根据压力容器的工作介质和工作条件来确定。
同时，封头的厚度也是关键的参数，必须根据设计要求和相关标准进行计算和选择，以确保封头在工作压力下不会发生变形或破裂。
三、压力容器封头的制造标准。
压力容器封头的制造标准主要包括设计、材料、制造工艺、尺寸公差、表面质量、检验和验收等方面的要求。
制造厂必须按照相关标准进行制造，并对每个环节进行严格的质量控制，确保封头的质量符合标准要求。
四、压力容器封头的检验标准。
压力容器封头的检验标准主要包括外观检查、尺寸检查、材料检验、压力试验等内容。
在制造完成后，必须进行全面的检验和试验，确保封头的质量符合标准要求，方可投入使用。
五、压力容器封头的使用标准。
压力容器封头在使用过程中，必须按照相关标准进行安装、使用和维护，以确保封头的安全可靠。
在使用过程中，必须定期对封头进行检查和维护，及时发现和排除安全隐患，确保压力容器的安全运行。
六、结语。
压力容器封头作为压力容器的重要组成部分，其质量和安全性直接关系到整个压力容器的安全运行。
因此，压力容器封头的制造、检验和使用都必须严格按照相关标准进行，确保封头的质量和安全可靠。
希望广大压力容器制造商和使用单位能够充分重视压力容器封头的标准，确保压力容器的安全运行，为社会的安全稳定做出贡献。
压力容器零部件设计---法兰设计
②凹凸型
优点：便于对中，垫圈 放在凹面不易挤出，密 封面窄比压大。
缺点：加工量大
适用：压力稍高
③榫槽型
优点：密封面窄，不与 介质接触，
缺点：拆卸难，垫圈不 易清理
适用：压力更高，密封 要求严
④梯形槽：
与椭圆型或八角型金 属垫圈配用。
特点：槽的锥面与垫 圈成线（或窄面）接 触密封。
法兰的类型
1）压力容器法兰：连接筒体与封头、筒体与筒体、 法兰与管板。
2）管法兰：管道之间连接。
思考：两类法兰作用相同，外形相同，能互换吗？ 为什么？
思考：两类法兰作用相同，外形相同，能互换吗？ 为什么？
答：不能。 因为： 压力容器法兰的公称直径通常是与其连接的筒体的
适用：温度、压力有 波动，介质渗透性
密封面的选用原则
首先必须保证密封可靠， 然后力求加工容易，装配方便、成本低。
垫圈（垫片）
垫圈是法兰连接的核心，密封效果的好坏主 要取决于垫圈的密封性能。
垫圈材料的要求：
耐介质腐蚀、不与操作介质发生化学反应， 不污染产品和环境， 具有良好的弹性， 有一定的机械强度和适当的柔软性， 在工作温度和压力下不易变质（硬化、老化、软化）。
法兰设计的重要概念
1、预紧密封比压：
预紧时(无内压），迫使 垫片变形与压紧面密合， 形成初始密封条件。此时 在垫片单位面积上的压紧 力。（也称最小压紧应力 MPa）
法兰设计的重要概念
2、工作密封比压：操
作时(有内压），压紧力 减小，垫片具有足够的回 弹能力，回复的变形能够 补偿螺栓和密封面的变形， 此时预紧密封比压下降到 正常工作的最小值 。 （MPa）
压力容器零部件设计---1封头设计
平板形封头
α＜30º
30º＜α＜60º
设计问题： 1球形封头与圆筒连接
椭圆形封头的最小厚度
标准椭圆形封头：δe≥0.15%Di
非标准椭圆形封头：δe≥0.30%Di
设计问题： 1椭圆形封头与法兰连接（GB150 7.6）
内压碟形封头
壁厚：
MPC Ri 2[ ]t 0.5PC
3、冷成形封头热处理的问题
GB150中10.4.2.2规定冷成形封头应进行热处理， 当制造单位确保成形后的材料性能符合设计使用要 求时，不受此限。除图样另有规定，冷成形的奥氏 体不锈钢封头可不进行热处理。
关于凸形封头的几个问题
4、封头成形的主要质量问题 （1）形状偏差要求 （间隙样板弦长和外凸内凹问题）
按半球形封头计算壁厚，R0取球面部分外半径。
4、无折边球形封头
按半球形封头计算壁厚
关于凸形封头的几个问题
1、封头成形时壁厚减薄量的问题
JB/T4746规定：按照GB150设计的封头，图样上标注了最小 厚度（设计厚度），则封头成形后实测厚度不得小于该最小 厚度；如未标最小厚度，则成形后实测厚度不小于名义厚度 减去钢板负偏差。
关于凸形封头的几个问题
2、关于拼接封头拼接接头系数φ的选取
GB150中10.8.2.2只规定了封头拼接接头应进行100%UT或 者RT检测，但未规定拼接接头系数φ是如何选取？
结论：拼接封头拼接接头系数φ的选取等同于该容器的纵 向焊接接头系数。 Φ=0.85时，RT Ⅲ级合格
Φ=1.0时， RT Ⅱ级合格
GB150中10.2.3.2规定用弦长等于封头内径3/4Di的内 样板检查，其最大间隙不得大于封头内径Di的1.25%
压力容器零部件设计---封头设计
扇形区承受的压力作用组合梁的
形心C。这样，组合截面抗弯断
面模量W应满足：
W
0.08
pc Dc3
n[ ]tr
a）如果采用矩形截面筋板，其高厚比一般为5~8； b）筋板与平盖之间采用双面焊； c）平盖中心加强圆环截面的抗弯模数不小于筋板的抗弯模 数。
3）拉撑结构的强度校核：
a）无孔板的支承载荷拉杆与相邻所有支撑中心连线的平分线
所围成的多边形承受的压力载荷；
b）多孔板的支承载荷，一根支撑面积内减去孔的面积上的压
力载荷。 c）拉撑最小截面积：
a
1.1W
[ ]tg
GB/T25198-2010压力容器封头 几点变化
摘自 JB/T4746
END
兰的刚度校核要求
- 增加了波齿垫片设计选用参数
封头设计
封头形式
半球形封头
封头凸锥形形封封头头带 半 无带 无折 椭 折折 折边 球 边边 边球 （ 球锥 锥形 椭 形形 形（ 圆 封封 封碟 形 头头 头） 形封 ）头 封头
平板形封头
GB150.3中关于各种封头的设计计算考虑的主要失效模式有 1、 结构在内压作用下的塑性强度破坏和局部失稳； 2、结构在外压载荷作用下的失稳以及封头与筒体连接处可能
–-修改了球冠形封头、锥壳与筒体连接的加强 设计方法
GB150.3对GB150-1998所作的修改和增 加的内容：
2、开孔补强的设计方法 - 增加了针对筒体上法向接管开孔补强设计的
分析方法，开孔率适用范围可达0.9。 - 修改了平盖上开孔接管的补强设计方法 3、法兰设计计算方法 -增加了整体法兰和按整体法兰计算的任意法
α＜30º
30º＜α＜60º
椭圆形封头的最小厚度
压力容器碟形封头设计及强度分析
１．强度计算分析
１．１ 压力容器的构成
无论压力容器的组成如何， 其基本受压元件都可以分为板和壳，
板是指平封头， 壳是指圆筒体、球壳和封头。压力容器封头又称端盖，
是容器的重要组成部分， 按其形状分为凸形封头、锥形封头、平板封头
三种； 凸形封头又分半球形封头、椭圆形 封 头 、碟 行 封 头 、球 冠 形 封 头
欧盟抓住这个有利时机， 打算由非军事工业财团运营的“伽利略” 系统来填补民用方面的空缺。由于“伽利略”采用了新技术， 在性能上 它将高于美、俄 的 现 有 定 位 系 统 ， 加 之 它 能 与 现 有 的 卫 星 定 位 系 统 兼 容， 因此应用前景十分广阔。预计第一阶段计划在 ２００５ 年之前试运 ４ 颗卫星。第二阶段从 ２００６ 年起将先后发射 ３８ 颗卫星至运行轨道。该 系统将于 ２００８ 年投入运营。
我厂系国家大型医药化工企业， 反 应 罐 、蒸 馏 釜 、溶 媒 储 罐 等 大 、
中 、小 型 压 力 容 器 应 用 非 常 泛 。其 中 很 多 设 备 采 用 碟 形 封 头 设 计 。封
头是压力容器重要的基本受压元件， 设计好、用好这部元件， 直接关系
到 企 业 安 全 、平 稳 生 产 。
压力容器用封头标准
压力容器用封头标准压力容器是一种用于贮存或运输气体、液体或固体的设备，它们承受着内部介质的压力，因此在设计和制造过程中需要特别注意其安全性。
而封头作为压力容器的重要组成部分，其标准化对于保证压力容器的安全运行至关重要。
首先，我们需要了解封头的种类。
常见的封头类型包括，球形封头、扁平封头、锥形封头、椭圆形封头等。
每种类型的封头都有其适用的场景和特点，例如球形封头适用于承受内压的容器，而椭圆形封头则适用于承受内外压力的容器。
因此，在选择封头标准时，需要根据实际情况和设计要求进行合理选择。
其次，封头的标准化对于压力容器的安全性和可靠性至关重要。
标准化的封头可以保证其质量和性能符合相关的安全标准和规定，从而保证压力容器在工作中不会发生泄漏、爆炸等安全事故。
因此，压力容器制造商和设计师在选择封头标准时，需要严格遵循相关的标准要求，确保所选用的封头符合国家或行业标准。
另外，封头的制造工艺和材料也是影响其标准化的重要因素。
制造封头的工艺需要保证其表面光洁度和尺寸精度，以及材料的强度和耐腐蚀性能。
只有在制造过程中严格控制质量，选择合适的材料，才能保证封头的标准化和可靠性。
最后，封头的安装和维护也是保证其标准化的重要环节。
在压力容器的安装和维护过程中，需要严格按照相关的操作规程和标准要求进行，确保封头的安装位置正确、固定牢靠，以及定期进行检测和维护，及时发现并排除潜在的安全隐患。
综上所述，压力容器用封头标准是保证压力容器安全运行的重要环节，选择合适的封头标准、严格控制制造工艺和材料、以及正确的安装和维护是保证封头标准化的关键。
只有在这些方面做到位，才能有效保障压力容器的安全运行，避免安全事故的发生。
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五、锥形封头
外压锥形封头
等效圆筒
与外压圆筒的壁厚计算方法相同
六、圆形平盖
GB/T25198-2010压力容器封头 几点变化
END
设计问题： 1球形封头与圆筒连接
椭圆形封头的最小厚度
标准椭圆形封头：δe≥0.15%Di
非标准椭圆形封头：δe≥0.30%Di
设计问题： 1凸形封头与法兰连接（GB150 7.6）
内压碟形封头
壁厚：
MPC Ri 2[ ]t 0.5PC
最大允许工作压力：
[PW
]
大值：
（3.2）当能够保证在任何情况下封头两侧的压力同时作
用时，可以按封头两侧的压力差况下，与球冠形封头连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渡连接。 圆筒加强段的厚度应与封头等厚；端封头一侧或中间封头两 侧的加强段长度L均应不小于2 0.5Di δ，如下图7—4所示。
压力容器零部件设计 学习内容
一、压力容器的封头设计 二、法兰设计 三、压力容器的开孔补强
封头设计
封头形式
半球形封头
封头凸锥形形封封头头带 半 无带 无折 椭 折折 折边 球 边边 边球 （ 球锥 锥形 椭 形形 形（ 圆 封封 封碟 形 头头 头） 形封 ）头 封头
平板形封头
α＜30º
30º＜α＜60º
2[ ]te MRi 0.5e
M 1 [3 Ri ]
4
r
r — 过渡区半径
标准碟形封头：M 1.325
碟形封头的最小厚度
标准碟形封头：δe≥0.15%Di 非标准碟形封头：δe≥0.30%Di
（封1）头受的内计压算(凹厚面度受按压式)(球7-6冠)计形算端：封头δ
QPc Di 2[σ]tφ pc
式中：Q——系数，由GB150图7—5查取。
（2） 受外压(凸面受压)球冠形端封头
封头的计算厚度按下列两种方法确定，取其较大值：
a) 按球形封头计算公式确定的外压球壳厚度；
b) 按式(7-6)计算得到的厚度。
（3） 两侧受压的球冠形中间封头
（3.1）当不能保证在任何情况下封头两侧的压力都同时
作用时，封头计算厚度应分别按下列两种情况计算，取较