多晶硅的生产设备大多是属于化工设备，其中，还原炉、精馏塔、合成炉、去氧炉、干燥
器、冷却器、换热器等大多是化工压力容器。这些压力容器由圆筒和封头构成，因此，绝大多
数都属于薄壁回转壳体，也就是薄壁壳体。这些薄壁壳体的特点是内部压力均匀地垂直作用在
器壁的内表面上，这部分力由器壁承受。这些受内部压力作用的化工压力容器称为内压薄壁
壳体。
（１）圆筒壁厚。内压薄壁壳体一般主要由圆筒和封头构成，其圆筒壁厚可由下式求得：
δ＝ 犘ｃ犇ｉ
２［σ］狋－犘ｃ （８１）
式中 δ———圆筒壁厚，ｍｍ；
犘ｃ———计算压力，ＭＰａ；
)('犇ｉ———圆筒的内径，ｍｍ；
［σ］狋———设计温度下的许用应力，ＭＰａ；
———焊接接头系数。还原炉电极
１—硅芯；２—石墨夹头；３—石墨电极座；４—石墨电极套；５—高压绝缘环；６—电极体；７—还原炉底水套上皮；
８—电极下端螺母；９—进水管；１０—出水管；１１—电源机头；１２—还原炉底电极套管；
１３—还原炉底水套下皮；１４—还原炉底水套；１５—焊缝；１６—绝缘母；１７—螺母；
１８—弹簧垫；１９—垫圈；２０，２１—耐热橡胶圈；２２—绝缘筒
（２）封头壁厚。常用的封头有半球形、椭圆形和碟形三种。三种封头的壁厚计算如下。
半球形封头为半个球壳。对于球形内压封头来说，它的壁厚δ３ 可由下式求得：
δ３＝ 狆犇
４［σ］狋－狆 （８２）
式中 δ３———内压封头壁厚，ｍｍ；
狆———设计压力，ＭＰａ；
犇———封头内径，ｍｍ；
［σ］狋———许可应力，ＭＰａ；
———焊接接头系数，≤１，一般选≤０．８～０．９。
椭圆形封头由半个椭球面和高为犺的短圆筒 （又称为直边）组成。直边段的作用是避免筒
体与封头之间的环向连接焊缝处出现边缘应力与热应力叠加，以改善焊缝的受力情况，其直边
犺的取值可查表８１。
)((表８１ 椭圆形封头材料、厚度和直边高度的对应关系 单位：ｍｍ
封头材料 碳素钢 不 锈 钢
封头厚度δ３ ４～８ ３～９ １０～１８ ≥２０
直边高度犺 ２５ ２５ ４０ ５０
由于封头的椭球部分经线曲率变化平滑连续，故应力分布比较均匀。另外，椭圆形封头深
度较半球形封头小得多，易于冲压成形，因此，是目前中、低压容器中应用较为普遍的一种封
头形式。
椭圆形内压封头的壁厚δ３ 可由下式求得：
δ３＝ 犓犘犇１
２［σ］狋－０．５犘 （８３）
式中 δ３———椭圆形内压封头的壁厚，ｍｍ；
犓———椭圆形内压封头的形状系数，其值可按表８２查取；
犘———椭圆形内压封头的计算压力，ＭＰａ；
犇１———椭圆形内压封头的内径，ｍｍ；
［σ］狋———许可应力，ＭＰａ；
———焊接接头系数。
表８２ 椭圆形封头的形状系数犓 值
犇１／２犺 ２．６ ２．５ ２．４ ２．３ ２．２ ２．１ ２．０ １．９ １．８ １．７ １．６ １．５ １．４ １．３ １．２ １．１ １．０
犓 １．４６ １．３７ １．２９ １．２１ １．１４ １．０７ １．００ ０．９３ ０．８７ ０．８１ ０．７６ ０．７１ ０．６６ ０．６１ ０．５７ ０．５３ ０．５０
理论分析证明，当犇１／犺＝２时，椭圆形封头的应力分布较好，所以规定为标准椭圆形封
头，此时犓＝１。标准椭圆形封头的壁厚δ３ 可由下式求得：
r R
D1
δ 3
图８１２ 碟形封头简图
δ３＝ 犘犇１
２［σ］狋－０．５犘 （８４）
碟形封头又称带折边的球面封头，如图８１２
所示。
碟形内压封头的壁厚δ３ 可由下式求得：
δ３＝ 犕犘犚
２［σ］狋－０．５犘 （８５）
式中 δ３———碟形内压封头的壁厚，ｍｍ；
犕———碟形内压封头的形状系数，其值可按
表８３查取；
犘———碟形内压封头的计算压力，ＭＰａ；
犚———碟形内压封头球面部分内半径，ｍｍ；
［σ］狋———许可应力，ＭＰａ；
———焊接接头系数。
表８３ 碟形封头的形状系数 犕 值
犚／狉 １．０１．２５１．５１．７５２．０２．２５２．２５２．７５３．０３．２５３．５０４．０ ４．５ ５．０５．５ ６．０ ６．５ ７．０７．５ ８．０ ８．５９．０ ９．５１０．０
犕 １．００１．０３１．０６１．０８１．１０１．１３１．１５１．１７１．１８１．２０１．２２１．２５１．２８１．３１１．３４１．３６１．３９１．４１１．４４１．４６１．４８１．５０１．５２１．５４
一般在确定钢板选定厚度时，还应考虑到物料的腐蚀作用，因此，钢板的选定厚度应按下
式计算：
!**δ２≥δ１＋犆１ （８６）
式中 δ２———钢板的选定厚度，ｍｍ；
犆１———腐蚀裕量，ｍｍ，在不锈钢筛板塔的设计中，一般腐蚀裕量犆１ 取δ１ 的０．２倍，
即犆１＝０．２δ１。
用于多晶硅生产的还原炉、精馏塔、合成炉、去氧炉、干燥器、冷却器、换热器等大多属
于低压容器。对低压容器，若用公式计算壁厚，其值很小，有时不能满足制造、运输和安装过
程中的刚度要求。根据工程实践经验，对壁厚规定了一个不包括腐蚀裕量在内的最小厚度，对
内径小于３８００ｍｍ的碳素钢或普通低合金钢容器，取最小厚度 （ｍｍ）为内径 （ｍｍ）的０．００２
倍且不小于３ｍｍ。对不锈钢容器的最小厚度不得小于２ｍｍ。
为了减少计算，可以按公称直径和工作压力及不同材料在表８４中选取所需容器的壁厚。
表８４ 内压圆筒体器壁厚度
材料
工作
压力
／ＭＰａ
公称直径／ｍｍ
３００ ４００ ５００ ６００ ８００ １０００ １２００ １６００ ２０００ ２６００ ３０００
筒体壁厚／ｍｍ
Ｑ２３５
≤０．３ ３ ３ ３ ３ ４ ５ ５ ５ ６ ７ ８
０．４ ３ ３ ３ ３ ４ ５ ５ ５ ６ ７ ８
０．６ ３ ３ ３ ３ ４ ５ ５ ６ ８ ９ １１
１ ３ ４ ５ ６ ６ ７ ８ １０ １１ １４ １６
１．６ ５ ６ ７ ８ ８ １０ １１ １４ １７ ２１ ２４
１６Ｍｎ
≤０．３ ３ ３ ３ ３ ４ ５ ５ ５ ６ ７ ８
０．４ ３ ３ ３ ３ ４ ５ ５ ５ ６ ７ ８
０．６ ３ ３ ３ ３ ４ ５ ５ ５ ６ ７ ８
１ ３ ３ ４ ４ ５ ５ ６ ７ ９ １１ １２
１．６ ４ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １１ １３ １６ １８
不锈钢
≤０．３ ３ ３ ３ ３ ３ ４ ４ ４ ５ ６ ７
０．４ ３ ３ ３ ３ ３ ４ ４ ４ ５ ６ ７
０．６ ３ ３ ３ ３ ３ ４ ４ ５ ６ ７ ８
１ ３ ３ ４ ４ ４ ５ ６ ８ ９ １２ １３
１．６ ４ ４ ５ ６ ６ ８ ９ １２ １４ １８ ２１
不锈钢筛板塔塔釜的封头尽量选取标准的，其标准封头的具体尺寸详见有关标准。
