张杰，郝明涛，赵合楠，江保全，宋宁

（西南化工研究设计院有限公司， 四川 成都 610025）

本文基于有限元计算软件ANSYS，以球形封头和标准椭圆形封头为例，从力学分析出发，对吸附器封头的比较选择与结构优化设计进行了较详细的阐述，给此类设备的设计提供参考。

1 设计条件

本文以吸附器上部封头结构为例，讨论压力波动循环工况对其结构应力的影响，几何参数、材料参数和载荷条件参数确定如下：

筒体内直径2 000 mm，接管内直径500 mm（位于封头顶端中心，对接NB/T 47023—2012 对应压力等级的长颈对焊容器法兰），多孔板内件直径1 600 mm（通过支撑环焊接于封头内壁，保证焊透）。

筒体/封头材料Q345R，接管锻件材料16Mn，内件材料为碳钢，不考虑腐蚀裕量。

操作压力波动范围考虑0 ～ 1.6 MPa（载荷条件A）和0 ～ 4.0 MPa（载荷条件B），考察不同壁厚封头的情况，操作温度为常温。

2 分析比较

2.1 主体元件厚度设定

按照压力容器分析设计标准的规则设计，计算筒体和封头的有效厚度[3]。由于球形封头的计算厚度是小于筒体的，直接采用筒体相同厚度的板材冲压后的最小厚度为有效厚度；而椭圆形封头的计算厚度与筒体基本相同，采用大于筒体厚度的板材冲压后的最小厚度与筒体的有效厚度相同。为了更直观地比较两种封头结构的差异，除封头厚度外，其他尺寸保持一致。具体尺寸见表1。球形封头和椭圆形封头结构示意图分别见图1 和图2。

表1 主体元件尺寸Table 1 Main component size mm

图1 球形封头和椭圆形封头结构示意图Fig.1 Structural diagram of spherical head and elliptical head

2.2 有限元模型

根据结构特点和载荷特性，采用轴对称的力学模型。……