封头是容器的一个部件,是以焊接方式连接筒体。(如下图)根据几何形状的不同,可分为球形、椭圆形、碟形、球冠形、锥壳和平盖等几种,其中球形 、椭圆形、碟形、球冠型封头又统称为凸形封头。在焊接上分为对焊封头,承插焊封头。用于各种容器设备,如储罐、换热器、塔、反应釜、锅炉和分离设备等。材质有碳钢(A3、20#、Q235、Q345B、16Mn等)、不锈钢(304、321、304L、316、316L等)、合金钢(15Mo3 15CrMoV 35CrMoV 45CrMo )、铝、钛、铜、镍及镍合金等。
封头是石油化工、原子能到食品制药诸多行业压力容器设备中不可缺少的重要部件。
封头是压力容器上的端盖,是压力容器的一个主要承压部件。所起的作用是密封作用。一是做成了罐形压力容器的上下底,二是管道到头了,不准备再向前延伸了,那就用一个封头在把管子用焊接的形式密封住。和封头的作用差不多的的产品有盲板和管帽,不过那两种产品是可以拆卸的。而封头焊好了之后是不可以再拆卸的。 与之配套的管件有压力容器、管道、法兰盘、弯头、三通、四通等产品。
封头的品质直接关系到压力容器的长期安全可靠运行。
我国现有的封头标准,是按结构型式(椭圆形、碟形、锥形)、成形方式 (冲压、旋压)的不同,而分别制订的,这不仅造成不同标准封头质量要求不完全一致的 不合理现象,同时也给标准封头的选用、标准的修订带来某些困难。
第一、以往的封头标 准都是仅与 GB150《钢制压力容器》配套的,即只考虑了按规则设计的封头的制造、检验 与验收要求,而我国早在1995年就完成GB150与JB4732了压力容器基础标准的双轨制( 与 《钢制压力容器分析设计标准》),缺少与分析设计相配套的封头标准,不能不说是我国 压力容器标准化工作的一大缺憾。
第二,GB150属强制性标准,而根据GB150编制并与之配 套的封头标准却是指导性的,这显然是不合理的,也难以保证封头这一重要受压元件的质量。
容器内径Di=4000mm、计算压力Pc=0.4MPa、设计温度t=50℃、封头为标准椭圆形封头、材料为16MnR(设计温度才材料许用应力为170MPa)、钢材负偏差不大于0.25mm且不超过名义厚度的6%、腐蚀裕量C2=1mm、封头拼焊的焊接接头系数-=1。求椭圆封头的计算厚度、设计厚度和名义厚度。
KpDi
计算厚度δ=----------------=4.73mm
2[σ]tΦ-0.5pc
计算厚度δd=δ + C2=4.73+1=5.73mm
考虑标准椭圆封头有效厚度δe应不小于封头内径Di的0.15%,有效厚度δe=0.15%Di=6mm
δe>δd、C1=0、C2=1、名义厚度δn=δe+C1+C2=6+0+1=7mm
考虑钢材标准规格厚度作了上浮1mm的厚度第一次设计圆整值△1=1,故取δn=8mm。
根据专业封头制造厂技术资料Di=4000、δn=8封头加工减薄量C3=1.5mm,经厚度第二次圆整值△2=0.5。
如要求封头成形厚度不得小于名义厚度δn减钢板负偏差C1,则投料厚度:
δs=δn+C1+C3+△2=8+0+1.5+0.5=10mm,而成形后的最小厚度为8.5mm。如采用封头成形厚度不小于设计厚度δd(应取δe值),则投料厚度:δs=δd(δe)+C3+△2=8mm,而成形后的最小厚度为6.5mm、且大于有效厚度δe、更大于设计厚度δd和计算厚度δ。
从以上可看出,两种不同要求,使该封头的投料厚度有2mm之差,而重量相差有300kg之多。
工程设计
折叠通用标准
1 GB13-86(97版) 室外给水设计规范
2 GB14-87(97版) 室外排水设计规范
3 GB150-1998 钢制压力容器
4 GB50028-1993(2002年版) 城镇燃气设计规范 98修订
5 GB50030-1991 氧气站设计规范 ×
6 GB50031-1991 乙炔站设计规范 ×
7 GB50041-1992 锅炉房设计规范 ×
8 GB50049-1994 小型火力发电站设计规范
9 GB50156-2002 汽车加油加气站设计与施工规范
10 GB50177-1993 氢氧气站设计规范 ×
11 GB50195-1994 发生炉煤气站设计规范 ×
12 GB50251-2003输气管道工程设计规范
13 GB50253-2003 输油管道工程设计规范
14 GB/T50265-1997 泵站设计规范 ×
15 GB50316-2000工业金属管道设计规范
16 GB50029-2003 压缩空气站设计规范
17 GB50074-2002石油库设计规范GBJ74
18 HG20695-1987 化工管道设计规范 HGJ8
19 HG20519-1992 化工工艺设计施工图内容和深度统一规定
20 HG20546-1992 化工装置设备布置设计规定 *
21 HG/T20549-1998 化工装置管道布置设计规定 *
22 HG/T20645-1998 化工装置管道机械设计规定 *
23 HG/T20646-1999 化工装置管道材料设计规定 *
24 HG20581-1998 钢制化工容器材料选用规定
25 HG20582-1998 钢制化工容器强度计算规定
26 SHJ9-89 石油化工企业燃料气系统和可燃性气体排放系统设计规范
27 SH3011-2000 石油化工工艺装置设备布置设计通则
28 SH3012-2000 石油化工管道布置设计通则
29 SHT3041-2002 石油化工管道柔性设计规范
30 SH3007-1999 石油化工企业储运系统罐区设计规范 SHJ7
31 SH3034-1999 石油化工给水排水管道设计规范 SHJ34
32 SH3059-1994 石油化工企业管道设计器材选用通则
33 SY/T0015.1~.2-1998 原油和天然气输送管道穿跨越工程设计规范
34 SY/T0075-2002 油罐区防火堤设计规范
34 SYJ13-86 原油长输管道工艺及输油站设计规范
35 SYJ14-85 原油长输管道路线设计规范
36 SY/T0325-2001 钢质管道穿越铁路和公路做法
37 SY/T0518-2002 油气管道钢制对焊管件设计规程
38 SY/T10043-2002 泄压和减压系统指南
39 SY/T10044-2002 炼油厂压力泄放装置的尺寸确定、选择和安装的做法
40 DL5000-1994火力发电厂设计技术规范
41 DL/T5054-1996 火力发电厂汽水管道设计技术规定
42 SDGJ6-90 火力发电厂汽水管道应力计算技术规定
腐蚀介质酸碱性对于封头的影响
通常状况下,封头主要是由碳钢进行制作的,但也会根据使用的环境不同,从而更换制作材料,但如果是用于腐蚀介质,可能会对其本身产生一定的影响,因此需要表面涂抹保护膜等防护措施。
产生影响的原因,主要是因为溶液的酸碱性对金属腐蚀的影响有两种类型。对于像铝、锌、铅、铜等金属,当处于pH值等于7的中性溶液中时,腐蚀较慢。随着溶液pH值的减小或增加,也就是随溶液变酸性或变碱性都使腐蚀速度加快。这是由于这些金属的氧化物在强酸或强碱中都是可溶的,不能形成保护膜的缘故。
而对于像铁、镍、镁、锆等金属在碱性溶液中腐蚀速度较低,是耐蚀的;在酸性溶液中是不耐蚀的。这是由于这类金属在碱性溶液中能形成不溶性氢氧化物薄膜的缘故。对于氧化性的酸,如硝酸、浓度大于60%的硫酸等能与铁生成保护膜,所以碳钢的耐蚀性随酸浓度的增加而增大。
锅炉压力容器对封头结构的要求
1.锥形封头在生产工艺需要的情况下才采用。无折边锥形封头的半顶角a不得大于30°。半顶角a>30°时,应采用有折边的锥形封头或锥体与简体的连接处采用加强结构,以避免产生过高的附加弯曲应力。采用有折边锥形封头时,折边过渡区的转角内半径应不小于圆简内直径的10%,且应不小于锥体厚度的3倍。采用全焊透结构形式。
2.平盖板封头:锅炉集箱采用合理结构的平端盖,平板角焊封头一般不宜用于压力容器,需要采用时应有足够的厚度,并采用保证全焊透的焊接结构。
3.用多块扇形板组拼的凸形封头必须具有中心圆板,中心圆板的直径应不小于封头直径的1/2。
两侧受压的无折边球面中间封头的厚度如何计算-
一、当不能保证在任何情况下封头两侧的压力都同时作用时,则应分别按下列两种情况计算,取其较大值。
(1)只考虑封头凹面侧受压,计算厚度按4.2.10公式计算确定;
扁球形封头的自然形状
通常所说的扁球形封头是由球壳和环壳组成的。封头母线的形状(通过封头中心线的剖面形状)由三个连续的圆弧,即由三个中心的曲线组成。
由于这些圆弧的半径可任意变化,所以对于相同直径的封头可以有数个截面形状因而封头的形状可以在一个很大的范围内变化,实际上尽管使用各种尺寸比例的封头,但封头的强度其实是由其形状所决定的。扁球形封头中间部分的半径R越大,球形部分的强度就越弱;扳边圆弧的半径越小,则环壳部分的局部应力越高封头上的应力多数情况就是这个局部应力,因而这个r对封头的强度就特别重要.一般在设计中,R的值都不大于简体的内径,并且r/R的值也有一定的限制,实际上是要求合理确定与R及r有关的母线即三中心曲线的总体形状。有意思的是具有任意母线形状的扁球形封头若受到很高的内压而引起大的塑性变形时,其变形后的母线接近于椭圆形。