材料科学封头的设计
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10内压容器封头的设计
10内压容器封头的设计内压容器的封头设计是确保容器的密封性能和安全性能的重要组成部分。
下面将从封头结构的选择、材料的选择和设计中需要考虑的因素等方面进行详细介绍。
首先，封头结构的选择是封头设计的基础。
目前常见的封头结构有球冠封头、扁平封头、锥封头和半椭圆封头等。
不同的封头结构适用于不同压力和容器形状的需求。
例如，球冠封头可以承受较高的内压，适用于圆柱形容器；扁平封头适用于较低压力的容器，并且制造成本较低。
其次，封头的材料选择是封头设计的关键。
常见的封头材料有碳素钢、不锈钢和合金钢等。
封头的材料要能够承受内压的力和温度的影响，同时具备良好的抗腐蚀性能。
选择合适的材料是确保封头能够满足使用要求、延长使用寿命的重要因素。
此外，封头设计还需要考虑以下几个因素：1.强度计算：封头在承受内压作用下应具备足够的强度，需进行强度计算，确保封头的安全性能。
2.薄壁效应：由于封头较薄，承受内压时易出现薄壁效应，需通过增加增强筋、加厚封头厚度等方式提高封头的刚度。
3.根部连接：封头与容器的根部连接处是一个薄弱环节，需采取合适的焊接工艺或螺栓连接方式，确保连接的强度和密封性。
4.封头与容器之间的平滑过渡：封头与容器之间的过渡要求平滑，以减少应力集中和异物积聚，同时方便清洗和维修。
5.泄漏预防：封头的设计应考虑到泄漏的预防，采用合适的密封填料、密封结构和紧固件，确保封头在使用过程中不出现泄漏现象。
综上所述，内压容器封头的设计需要综合考虑封头结构、材料选择和设计中的各项因素，确保封头的密封性能和安全性能。
同时，在设计过程中需要遵循相关国家和行业标准，进行强度计算和可靠性分析，以满足容器的使用要求。
第四节封头的设计
椭圆形封头壁厚：
p＝2.2MPa；Di=600mm；
[s]20=170MPa；j=1.0，
C2=1.0mm 考虑钢板厚度负偏差，取C1=0.6mm
（估计壁厚6mm） 代入并经圆整后用dn=6mm钢板。
例题4-5：不锈钢反应釜操作压力1.2MPa，内径 1.2m，下部为带折边锥底，其半锥顶角为45°。 出料管公称直径200mm，釜壁温度为300℃，试 确定该锥形底的壁厚及接口管尺寸。
❖便于收集与卸除设备中的固体 物料。
❖塔设备上、下部分的直径不等 ，也常用锥形壳体连接，称为 变径段。
（一）无折边锥பைடு நூலகம்封头或锥形筒体
适用于锥壳半锥角a300
1、锥壳大端 a. 查图4-26，大端是否须加 强
b. 不必局部加强，计算壁厚为
c. 需加强，以降低联 接处的局部应力。锥 壳加强段和圆筒加强 段厚度相同
Q为锥壳与圆筒联接 处的应力增值系数， 查图4-27
2、锥壳小端 a. 查图4-28，小端是否须加强
b. 不必局部加强，计算 壁厚同大端
c. 需加强，加强段和 圆筒加强段厚度相同
Q为锥壳与圆筒联接 处的应力增值系数， 查图4-29
3、无折边锥壳的厚度
锥壳厚度 （4-36）
（4-36） （4-37） （4-38） 统一厚度
＝-3～-20℃，dn=7mm。
工艺操作对封头形状无特殊要求。 球冠形封头、平板封头边缘应力较大 ，平板封头厚度较大，故不宜采用。 理论上对凸形封头计算后，再确定封 头型式。
半球形封头受力最好，壁厚最薄、重 量轻，但深度大制造难，中、低压小 设备不宜采用； 碟形封头深度可调节，适合于加工， 但曲率不连续，局部应力，故受力不 如椭圆形封头； 标准椭圆形封头制造比较容易，受力 状况比碟形封头好，故可采用标准椭 圆形封头。
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
化工设备机械基础—— 封头的设计
L1
Dis r cosa
L Disr
锥形封头的小端与接口管相连， 一般不加过渡弧，但接口管应 增厚，厚度取锥体厚度，加厚 的长度：
l 0.5Dis
六、平板封头
❖化工设备常用的一种封头。
❖圆形、椭圆形、长圆形、矩形 和方形等，
❖相同(R／)和受载下，薄板应
力比薄壳大得多，即平板封头 比凸形封头厚得多。
❖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。承压设备人孔、手孔 以及在操作时需要用盲板封闭 的地方，才用平板盖。
❖高压容器平板封头用得较为普 遍。
P Dc
Kp
t
平盖系数K查表4-14
例题4-4：确定例题4-2精馏塔封头型式与尺寸。
该塔Di=600mm；设计压力p＝2.2MPa；工作
椭圆形封头最大允许工作压力
p 2 te
KDi 0.5e
标准椭圆形封头的直边高度由表4-11确定。
封头 材料
碳素钢、普低钢、 复合钢板
不锈钢、耐酸钢
封头 壁厚
4～8
10～ 18
≥20
3～ 9
10～ 18
≥20
直边 高度
25 40 50 25 40 50
㈡受外压（凸面受压）椭圆形封头
外压椭圆形封头厚度设计步骤同外压圆筒。
b. 不必局部加强，计算 壁厚同大端
pDis
2 t
p
1
cosa
c. 需加强，加强段和 圆筒加强段厚度相同
r
QpDis
2 t
p
Q为锥壳与圆筒联接 处的应力增值系数， 查图4-29
L1
Dis r cosa
L Disr
3、无折边锥壳的厚度
第四章-3.3 封头设计
半球形封头厚度计算公式:
p c Di δ = 4[σ ]t φ p c (4-40)
式中 Di—球壳的内直径,mm.
适用范围:为满足弹性要求,适用Pc≤0.6[σ]tφ,相当于K≤1.33 6
4.3.3.1 凸形封头
4.3.3.1 凸形封头
过程设备设计
2.受外压的半球形封头 工程上:图算法. 推导过程:钢制半球形封头弹性失稳的临界压力为:
Ri ) r
(4-48)
据此,由半球壳厚度计算式乘以M可得碟形封头的厚 据此,由半球壳厚度计算式乘以M可得碟形封头的厚 度计算式 度计算式
M p c Ri δ = 2[σ ] t φ 0 .5 p c
椭圆形封头
δ=
(4-49)
Kp c D i 2[σ] t φ 0.5p c
(420 45)
4.3.3.1 凸形封头
4.3.3.1 凸形封头
过程设备设计
M =
20 ( ri / R i ) + 3 20 ( ri / R i ) + 1
式(4-48)
图4-17 碟形封头的应力增强系数
21
4.3.3.1 凸形封头
4.3.3.1 凸形封头
过程设备设计
(1)受内压(凹面受压)碟形封头 (1)受内压(凹面受压)碟形封头 承受内压碟形封头的最大允许工作压力:
9
4.3.3.1 凸形封头
4.3.3.1 凸形封头
过程设备设计
二,椭圆形封头 二,椭圆形封头
10
4.3.3.1 凸形封头
过程设备设计
二,椭圆形封头(续) 由半个椭球面和短圆筒组 成,如图4-15(b)所示. 直边段作用: 避免封头和筒体的连接焊缝处出现经向曲率 半径突变,以改善焊缝的受力状况. 应用: 中,低压容器.
化工设备设计基础封头设计方案
化工设备设计基础封头设计方案一、引言化工设备中的封头是一种常见的构件，用于封闭容器或管道的端部。
封头的设计对于化工设备的性能和安全具有重要影响。
本文将介绍化工设备封头设计的基础理论和设计方案。
二、封头的分类和应用封头可以根据其形状和用途进行分类。
常见的封头类型有平封头、球形封头、圆锥封头、扁平封头等。
不同类型的封头适用于不同的容器和管道。
封头的设计是根据化工设备的工作条件和要求来确定的。
例如，扁平封头适用于低压容器，球形封头适用于高压容器。
封头的材料选择和厚度计算也需要根据设备的工作条件和介质特性来决定。
三、封头的基本结构和应力分析封头的基本结构由内凸面、外凸面和边缘组成。
在设计封头时，需要考虑材料的强度和稳定性。
应力分析是封头设计中的关键步骤之一。
应力分析可以通过有限元方法进行。
将封头的几何模型转化为有限元模型，并施加相应载荷条件，可以得到封头内部的应力分布情况。
根据应力分布结果，可以评估封头的结构是否满足强度和稳定性要求。
四、封头的厚度计算封头的厚度是封头设计的关键参数。
封头的厚度需要满足静态和动态条件下的强度要求，以及避免塑性变形引起的失效。
根据封头的形状和应力分布结果，可以进行厚度计算。
常用的厚度计算方法有经验公式法、材料力学性能法和有限元分析法等。
根据实际情况选择合适的方法，并考虑安全系数，可以得到合理的封头厚度。
五、封头的制造工艺和质量控制封头的制造工艺需要考虑材料的可加工性和成本因素。
常见的封头制造工艺有冷冲压、热冲压和拼接等。
不同的制造工艺对于封头的性能和外观有不同的影响。
质量控制是封头制造过程中的重要环节。
通过对材料、制造工艺和产品的检测和控制，可以确保封头的质量和性能符合设计要求。
常见的质量控制方法包括无损检测、尺寸测量和力学性能测试等。
六、结论化工设备封头设计是一项复杂的工作，需要考虑材料的强度、稳定性和可加工性等因素。
合理的封头设计可以提高设备的性能和安全性。
在封头设计中，应重视应力分析和厚度计算，以确保封头的强度和稳定性满足要求。
封头的设计
第十五章：第四节 封头的设计
第四节 封头的设计 封头又称端盖，其分类情况如树枝图所示：
凸形封头包括的四种的示意图可见封头的结构形式图。平板封头根据它与筒体连接方式不同也有多种结构。本节将对这些封头分别进行讨 论。
一、椭圆形封头
椭圆形封头是半椭球和高度为h的短圆筒（通称直边）两部分构成，见封头的结构形式图图（ａ）。直边的作用是为了保证封头的制造质量和 避免筒体与封头间的环向焊缝受边缘应力作用。 由本章第二节可知，虽然椭圆形封头各点曲率半径不一样，但变化是连续的，受内压时，薄膜应力分布没有突变。 接下来分受内压和受外压两种情形来了解椭圆形封头。 ㈠ 受内压的椭圆形封头 受内压的椭圆形封头的计算厚度按下式确定： （４－３０）
Rｉ ＝０．９Dｉ 、r ＝０．１７ Dｉ 的碟形封头，称为标准碟形封头。其有效厚度应不小于封头内直径的
０．１５％。 由于在相同受力条件下，碟形封头的壁厚比相同条件下的椭圆形封头壁厚要大些，而且碟形封 头存在应力不连续，因此没有椭圆形封头应用广泛。碟形封头与筒体可用法兰联接，也可用焊 接联接。当采用焊接联接时，应采用对接焊缝。如果封头与筒体的厚度不同，须将较厚的一边 切去一部分，如右图所示。 受外压的碟形封头，设计步骤与椭圆形封头设计步骤相同，仅是D ０ 为碟形封头球面部分外半 径。
/course/kongzhi/hgjxjc/index6-4/no4-15/15-4.htm[2008-9-26 6:16:24]
第十五章：第四节 封头的设计
封头材料 封头壁厚 直边高度
碳素钢、普低钢、复合钢板 ４～８ ２５ １０～１８ ４０ ≥２０ ５０ ３～９ ２５
式中 Q －应力增值系数，与p／（［ ｓ］ t ｊ）与ａ值有关，由锥壳大端连接处的Q 值图查出，中间值用内插法。加强区长度，锥壳加强段的长 度L１ 不应小于 ２． 锥体小端 锥体小端与圆筒连接时，小端锥壁厚设计：以p／（［ ｓ］ t ｊ）与半顶角ａ的值，查确定锥壳小端连接处的加强图，当其交点位于曲线之上方时， 不必局部加强。计算壁厚ｄ的计算同大端。当其交点位于图中曲线下方时，则需要局部加强。其计算壁厚的公式为 （４－３８） ；圆筒加强段的长度L不应小于 。
第四节 封头的设计 封头又称端盖，其分类情况如树枝图所示：
凸形封头包括的四种的示意图可见封头的结构形式图。平板封头根据它与筒体连接方式不同也有多种结构。本节将对这些封头分别进行讨 论。
一、椭圆形封头
椭圆形封头是半椭球和高度为h的短圆筒（通称直边）两部分构成，见封头的结构形式图图（ａ）。直边的作用是为了保证封头的制造质量和 避免筒体与封头间的环向焊缝受边缘应力作用。 由本章第二节可知，虽然椭圆形封头各点曲率半径不一样，但变化是连续的，受内压时，薄膜应力分布没有突变。 接下来分受内压和受外压两种情形来了解椭圆形封头。 ㈠ 受内压的椭圆形封头 受内压的椭圆形封头的计算厚度按下式确定： （４－３０）
Rｉ ＝０．９Dｉ 、r ＝０．１７ Dｉ 的碟形封头，称为标准碟形封头。其有效厚度应不小于封头内直径的
０．１５％。 由于在相同受力条件下，碟形封头的壁厚比相同条件下的椭圆形封头壁厚要大些，而且碟形封 头存在应力不连续，因此没有椭圆形封头应用广泛。碟形封头与筒体可用法兰联接，也可用焊 接联接。当采用焊接联接时，应采用对接焊缝。如果封头与筒体的厚度不同，须将较厚的一边 切去一部分，如右图所示。 受外压的碟形封头，设计步骤与椭圆形封头设计步骤相同，仅是D ０ 为碟形封头球面部分外半 径。
/course/kongzhi/hgjxjc/index6-4/no4-15/15-4.htm[2008-9-26 6:16:24]
第十五章：第四节 封头的设计
封头材料 封头壁厚 直边高度
碳素钢、普低钢、复合钢板 ４～８ ２５ １０～１８ ４０ ≥２０ ５０ ３～９ ２５
式中 Q －应力增值系数，与p／（［ ｓ］ t ｊ）与ａ值有关，由锥壳大端连接处的Q 值图查出，中间值用内插法。加强区长度，锥壳加强段的长 度L１ 不应小于 ２． 锥体小端 锥体小端与圆筒连接时，小端锥壁厚设计：以p／（［ ｓ］ t ｊ）与半顶角ａ的值，查确定锥壳小端连接处的加强图，当其交点位于曲线之上方时， 不必局部加强。计算壁厚ｄ的计算同大端。当其交点位于图中曲线下方时，则需要局部加强。其计算壁厚的公式为 （４－３８） ；圆筒加强段的长度L不应小于 。
2.3 封头的设计
2.3 封头的设计
封头又称端盖，其分类
2.3.1椭圆形封头
结构：半椭球和 高度为h的短圆 筒(通称直边)两 部分构成， 直边作用: 保证封头制造质 量和避免边缘 应力
㈠受内压的椭圆形封头 1.计算厚度
2 0.5 p
t
KpDi
K-椭圆形封头形状系数，当封头是由整块钢板
冲压时，φ 值取为1。
QpDis r t 2 p
Q为锥壳与圆筒联接 处的应力增值系数， 查图
Dis r L1 cosa
L Dis r
3、无折边锥壳的厚度
锥壳厚度
1 t 2 p cosa
pDis 1 t 2 p cosa
pDi
QpDis r r t t 2 p 2 p
锥形封头的小端与接口管相连， 一般不加过渡弧，但接口管应 增厚，厚度取锥体厚度，加厚 的长度：
l 0.5Dis
2.1.6平板封头
形状：圆形、椭圆形、长圆形、矩形 和方形等， 特点：相同(R／)和受载下，薄板应力 比薄壳大得多，即平板封头比凸形封头 厚得多。 应用：在压力不高，直径较小的容器 中采用。承压设备人孔、手孔以及在操 作时需要用盲板封闭的地方，才用平板 盖。 高压容器平板封头。
2.3.4球冠形封头
降低凸形封头高度，将 碟形封头的直边及过 圆弧部分去掉，只留 下球面部分。 也称无折边球形封头。
2.3.5锥形封头
应用： 广泛用于化工设备(如蒸发器、喷 雾干燥器、结晶器及沉降器等)的 底盖 便于收集与卸除设备中的固体物 料。 塔设备上、下部分的直径不等， 也常用锥形壳体连接，称为变径 段。
半球形封头受力最好，壁厚最薄、重 量轻，但深度大制造难，中、低压小 设备不宜采用； 碟形封头深度可调节，适合于加工， 但曲率不连续，局部应力，故受力不 如椭圆形封头； 标准椭圆形封头制造比较容易，受力 状况比碟形封头好，故可采用标准椭 圆形封头。
封头又称端盖，其分类
2.3.1椭圆形封头
结构：半椭球和 高度为h的短圆 筒(通称直边)两 部分构成， 直边作用: 保证封头制造质 量和避免边缘 应力
㈠受内压的椭圆形封头 1.计算厚度
2 0.5 p
t
KpDi
K-椭圆形封头形状系数，当封头是由整块钢板
冲压时，φ 值取为1。
QpDis r t 2 p
Q为锥壳与圆筒联接 处的应力增值系数， 查图
Dis r L1 cosa
L Dis r
3、无折边锥壳的厚度
锥壳厚度
1 t 2 p cosa
pDis 1 t 2 p cosa
pDi
QpDis r r t t 2 p 2 p
锥形封头的小端与接口管相连， 一般不加过渡弧，但接口管应 增厚，厚度取锥体厚度，加厚 的长度：
l 0.5Dis
2.1.6平板封头
形状：圆形、椭圆形、长圆形、矩形 和方形等， 特点：相同(R／)和受载下，薄板应力 比薄壳大得多，即平板封头比凸形封头 厚得多。 应用：在压力不高，直径较小的容器 中采用。承压设备人孔、手孔以及在操 作时需要用盲板封闭的地方，才用平板 盖。 高压容器平板封头。
2.3.4球冠形封头
降低凸形封头高度，将 碟形封头的直边及过 圆弧部分去掉，只留 下球面部分。 也称无折边球形封头。
2.3.5锥形封头
应用： 广泛用于化工设备(如蒸发器、喷 雾干燥器、结晶器及沉降器等)的 底盖 便于收集与卸除设备中的固体物 料。 塔设备上、下部分的直径不等， 也常用锥形壳体连接，称为变径 段。
半球形封头受力最好，壁厚最薄、重 量轻，但深度大制造难，中、低压小 设备不宜采用； 碟形封头深度可调节，适合于加工， 但曲率不连续，局部应力，故受力不 如椭圆形封头； 标准椭圆形封头制造比较容易，受力 状况比碟形封头好，故可采用标准椭 圆形封头。
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b. 小端有折边，过渡段 厚度按（4-38）确定， Q值查图4-29。
c. 半锥角a>450 ，小端 过渡段厚度仍按（438）确定，Q值查图 4-30。
L1
Dis r cosa
L Disr
锥形封头的小端与接口管相连， 一般不加过渡弧，但接口管应 增厚，厚度取锥体厚度，加厚 的长度：
l 0.5Dis
❖便于收集与卸除设备中的固体 物料。
❖塔设备上、下部分的直径不等， 也常用锥形壳体连接，称为变 径段。
（一）无折边锥形封头或锥形筒体
适用于锥壳半锥角a300
1、锥壳大端 a. 查图4-26，大端是否须加 强
b. 不必局部加强，计算壁厚为
pDi
2 t
p
1
cosa
c. 需加强，以降低联 接处的局部应力。锥 壳加强段和圆筒加强 段厚度相同
p 2 te
KDi 0.5e
标准椭圆形封头的直边高度由表4-11确定。
封头 材料
碳素钢、普低钢、 复合钢板
不锈钢、耐酸钢
封头 壁厚
4～8
10～ 18
≥20
3～ 9
10～ 18
≥20
直边 高度
25 40 50 25 40 50
㈡受外压（凸面受压）椭圆形封头 外压椭圆形封头厚度设计步骤同外
压圆筒。
r
QpDi
2 t
p
Q为锥壳与圆筒联接 处的应力增值系数，
L1 2
0.5Di r cosa
查图4-27
L 2 0.5Dir
2、锥壳小端 a. 查图4-28，小端是否须加强
b. 不必局部加强，计算 壁厚同大端
pDis
2 t
p
1
cosa
c. 需加强，加强段和 圆筒加强段厚度相同
r
QpDis
用外压力[p]
若A值在设计温度线的左方，则许
用外压：
p
0.0833
R0 / e
E
2
d. 比较许用外压[p]与设计外压p ❖若p≤[p]，假设的厚度n可用，
若小得过多，可将n适当减小， 重复上述计算
❖若p＞[p]，需增大初设的n，重 复上述计算，直至使[p]＞p且接 近p为止。
椭圆形封头
9
二、半球形封头
2 t
p
Q为锥壳与圆筒联接 处的应力增值系数， 查图4-29
L1
Dis r cosa
L Disr
3、无折边锥壳的厚度
锥壳厚度 （4-36）
pDi
2 t
1
p cosa
（4-36）
pDis
2 t
p
1
cosa
（4-37） （4-38） r
QpDi
2 t
p
r
QpDis
2 t
p
统一厚度
（二）折边锥形封头或锥形筒体
P Dc
Kp
t
平盖系数K查表4-14
例题4-4：确定例题4-2精馏塔封头
型式与尺寸。该塔Di=600mm； 设计压力p＝2.2MPa；工作温度t
＝-3～-20℃，n=7mm。
工艺操作对封头形状无特殊要求。 球冠形封头、平板封头边缘应力较大， 平板封头厚度较大，故不宜采用。 理论上对凸形封头计算后，再确定封 头型式。
封头又称端盖，其分类
一、椭圆形封头
半椭球和高度为
h的短圆筒(通
称直边)两部分 构成，
直边保证封头制 造质量和避免 边缘应力作用。
㈠受内压的椭圆形封头
计算厚度
KpDi
2 t 0.5 p
K
K-椭圆形封头形状系数，
1 6
2
Di 2hi
2
标准椭圆形封头(长短轴之比值为
2)，K=1。壁厚计算公式：
六、平板封头
❖化工设备常用的一种封头。
❖圆形、椭圆形、长圆形、矩形 和方形等，
❖相同(R／)和受载下，薄板应
力比薄壳大得多，即平板封头 比凸形封头厚得多。
❖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。承压设备人孔、手孔 以及在操作时需要用盲板封闭 的地方，才用平板盖。
❖高压容器平板封头用得较为普 遍。
p＝2.2MPa；Di=600mm；
[]20=170MPa；=1.0，
C2=1.0mm
考虑钢板厚度负偏差，取C1=0.6mm
（估计壁厚6mm）
代入并经圆整后用n=6mm钢板。
封头的选择
封头的选择主要根据设计对象的要求， 并考虑经济技术指标。 1、几何方面 单位容积的表面积，半球形封头为最小。 椭圆形和碟形封头的容积和表面积基本相同， 可以认为近似相等。
受内压球形封头计算壁厚与球壳相同。 球形封头壁厚可较圆筒壳减薄一半。
但为焊接方便以及降低边缘压力， 半球形封头常和筒体取相同的厚度。 受外压的球形封头的厚度设计，计算 步骤同椭圆形封头。球壳外半径
R0=K1 D0，其中 K1 =0.5
三、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
a.假设n,计算e＝n-C,算出R0/ e 。
椭圆形封头当量球壳外半径
R0=K1 D0。 K1 由长短轴比值决定，
标准椭圆形封头K1 =0.9
b. 计算系数
ALeabharlann 0.125R0 / e
[ p] B
R0 / e
c. 根据材料，从A-B图（图4-16至 图4-20）中选用，若A值落在设 计温度线的右方，读出B值计算许
边。
相同受力，碟形封头壁 厚比椭圆形封头壁厚 要大些，而且碟形封 头存在应力不连续， 因此没有椭圆形封头 应用广泛。
四、球冠形封头
降低凸形封头高度， 将碟形封头的直边 及过圆弧部分去掉， 只留下球面部分。
也称无折边球形封头。
五、锥形封头
❖广泛用于化工设备(如蒸发器、 喷雾干燥器、结晶器及沉降器 等)的底盖
pDi
2 t 0.5 p
当封头是由整块钢板冲压时，
值取为1。筒体设计壁厚计算公式：
d
pDi
2 t
p
C2
d
KpDi
2 t 0.5 p
C
❖忽略分母上微小差异，大多数椭圆
封头壁厚与筒体同，或比筒体稍厚。
❖还应保证封头的有效壁厚e满足： 对标准椭圆形封头不小于封头内直径
的0.15％。
椭圆形封头最大允许工作压力
半球形封头受力最好，壁厚最薄、重 量轻，但深度大制造难，中、低压小 设备不宜采用； 碟形封头深度可调节，适合于加工， 但曲率不连续，局部应力较大，故受 力不如椭圆形封头； 标准椭圆形封头制造比较容易，受力 状况比碟形封头好，故可采用标准椭 圆形封头。
椭圆形封头壁厚： d
2
pDi
t 0.5 p
C2
可降低应力集中，适用于锥壳大端 半锥角a>300 ，小端半锥角a>450
当锥壳半锥角a>600时，按平盖计 算。
1、锥壳大端
a. 过渡段的计算壁 厚
KpDi
2 t 0.5 p
b. 与过渡段相连
接处的锥壳计算 壁厚
fpDi
t 0.5 p
2、锥壳小端
a. 半锥角a450 ，小端 无折边计算同前
c. 半锥角a>450 ，小端 过渡段厚度仍按（438）确定，Q值查图 4-30。
L1
Dis r cosa
L Disr
锥形封头的小端与接口管相连， 一般不加过渡弧，但接口管应 增厚，厚度取锥体厚度，加厚 的长度：
l 0.5Dis
❖便于收集与卸除设备中的固体 物料。
❖塔设备上、下部分的直径不等， 也常用锥形壳体连接，称为变 径段。
（一）无折边锥形封头或锥形筒体
适用于锥壳半锥角a300
1、锥壳大端 a. 查图4-26，大端是否须加 强
b. 不必局部加强，计算壁厚为
pDi
2 t
p
1
cosa
c. 需加强，以降低联 接处的局部应力。锥 壳加强段和圆筒加强 段厚度相同
p 2 te
KDi 0.5e
标准椭圆形封头的直边高度由表4-11确定。
封头 材料
碳素钢、普低钢、 复合钢板
不锈钢、耐酸钢
封头 壁厚
4～8
10～ 18
≥20
3～ 9
10～ 18
≥20
直边 高度
25 40 50 25 40 50
㈡受外压（凸面受压）椭圆形封头 外压椭圆形封头厚度设计步骤同外
压圆筒。
r
QpDi
2 t
p
Q为锥壳与圆筒联接 处的应力增值系数，
L1 2
0.5Di r cosa
查图4-27
L 2 0.5Dir
2、锥壳小端 a. 查图4-28，小端是否须加强
b. 不必局部加强，计算 壁厚同大端
pDis
2 t
p
1
cosa
c. 需加强，加强段和 圆筒加强段厚度相同
r
QpDis
用外压力[p]
若A值在设计温度线的左方，则许
用外压：
p
0.0833
R0 / e
E
2
d. 比较许用外压[p]与设计外压p ❖若p≤[p]，假设的厚度n可用，
若小得过多，可将n适当减小， 重复上述计算
❖若p＞[p]，需增大初设的n，重 复上述计算，直至使[p]＞p且接 近p为止。
椭圆形封头
9
二、半球形封头
2 t
p
Q为锥壳与圆筒联接 处的应力增值系数， 查图4-29
L1
Dis r cosa
L Disr
3、无折边锥壳的厚度
锥壳厚度 （4-36）
pDi
2 t
1
p cosa
（4-36）
pDis
2 t
p
1
cosa
（4-37） （4-38） r
QpDi
2 t
p
r
QpDis
2 t
p
统一厚度
（二）折边锥形封头或锥形筒体
P Dc
Kp
t
平盖系数K查表4-14
例题4-4：确定例题4-2精馏塔封头
型式与尺寸。该塔Di=600mm； 设计压力p＝2.2MPa；工作温度t
＝-3～-20℃，n=7mm。
工艺操作对封头形状无特殊要求。 球冠形封头、平板封头边缘应力较大， 平板封头厚度较大，故不宜采用。 理论上对凸形封头计算后，再确定封 头型式。
封头又称端盖，其分类
一、椭圆形封头
半椭球和高度为
h的短圆筒(通
称直边)两部分 构成，
直边保证封头制 造质量和避免 边缘应力作用。
㈠受内压的椭圆形封头
计算厚度
KpDi
2 t 0.5 p
K
K-椭圆形封头形状系数，
1 6
2
Di 2hi
2
标准椭圆形封头(长短轴之比值为
2)，K=1。壁厚计算公式：
六、平板封头
❖化工设备常用的一种封头。
❖圆形、椭圆形、长圆形、矩形 和方形等，
❖相同(R／)和受载下，薄板应
力比薄壳大得多，即平板封头 比凸形封头厚得多。
❖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。承压设备人孔、手孔 以及在操作时需要用盲板封闭 的地方，才用平板盖。
❖高压容器平板封头用得较为普 遍。
p＝2.2MPa；Di=600mm；
[]20=170MPa；=1.0，
C2=1.0mm
考虑钢板厚度负偏差，取C1=0.6mm
（估计壁厚6mm）
代入并经圆整后用n=6mm钢板。
封头的选择
封头的选择主要根据设计对象的要求， 并考虑经济技术指标。 1、几何方面 单位容积的表面积，半球形封头为最小。 椭圆形和碟形封头的容积和表面积基本相同， 可以认为近似相等。
受内压球形封头计算壁厚与球壳相同。 球形封头壁厚可较圆筒壳减薄一半。
但为焊接方便以及降低边缘压力， 半球形封头常和筒体取相同的厚度。 受外压的球形封头的厚度设计，计算 步骤同椭圆形封头。球壳外半径
R0=K1 D0，其中 K1 =0.5
三、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
a.假设n,计算e＝n-C,算出R0/ e 。
椭圆形封头当量球壳外半径
R0=K1 D0。 K1 由长短轴比值决定，
标准椭圆形封头K1 =0.9
b. 计算系数
ALeabharlann 0.125R0 / e
[ p] B
R0 / e
c. 根据材料，从A-B图（图4-16至 图4-20）中选用，若A值落在设 计温度线的右方，读出B值计算许
边。
相同受力，碟形封头壁 厚比椭圆形封头壁厚 要大些，而且碟形封 头存在应力不连续， 因此没有椭圆形封头 应用广泛。
四、球冠形封头
降低凸形封头高度， 将碟形封头的直边 及过圆弧部分去掉， 只留下球面部分。
也称无折边球形封头。
五、锥形封头
❖广泛用于化工设备(如蒸发器、 喷雾干燥器、结晶器及沉降器 等)的底盖
pDi
2 t 0.5 p
当封头是由整块钢板冲压时，
值取为1。筒体设计壁厚计算公式：
d
pDi
2 t
p
C2
d
KpDi
2 t 0.5 p
C
❖忽略分母上微小差异，大多数椭圆
封头壁厚与筒体同，或比筒体稍厚。
❖还应保证封头的有效壁厚e满足： 对标准椭圆形封头不小于封头内直径
的0.15％。
椭圆形封头最大允许工作压力
半球形封头受力最好，壁厚最薄、重 量轻，但深度大制造难，中、低压小 设备不宜采用； 碟形封头深度可调节，适合于加工， 但曲率不连续，局部应力较大，故受 力不如椭圆形封头； 标准椭圆形封头制造比较容易，受力 状况比碟形封头好，故可采用标准椭 圆形封头。
椭圆形封头壁厚： d
2
pDi
t 0.5 p
C2
可降低应力集中，适用于锥壳大端 半锥角a>300 ，小端半锥角a>450
当锥壳半锥角a>600时，按平盖计 算。
1、锥壳大端
a. 过渡段的计算壁 厚
KpDi
2 t 0.5 p
b. 与过渡段相连
接处的锥壳计算 壁厚
fpDi
t 0.5 p
2、锥壳小端
a. 半锥角a450 ，小端 无折边计算同前