管殼式換熱器講稿

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1、GB151-1999 管殼式換熱器 換熱器是在不同溫度物料之間進(jìn)行熱量傳遞的設(shè)備，其主要作用是維持或改變物料的工作溫度和相態(tài)，滿足工藝操作要求，提高過程能量利用效率進(jìn)行余熱回收。 換熱器廣泛地應(yīng)用在工農(nóng)業(yè)各個(gè)領(lǐng)域，在煉油、化工裝置中換熱器占總設(shè)備量和設(shè)備投資的40％左右。在換熱器設(shè)備中，管殼式換熱器又是應(yīng)用最為廣泛，使用量最大的換熱器型式。 GBl51--1999《管殼式換熱器》規(guī)定了管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)型式及其相應(yīng)的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)要求。 1 GBl51適用范圍 1.1 適用參數(shù) GBl51規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)的適用參數(shù)范圍見表1.1。表中同時(shí)對(duì)比列出了美國TEMA標(biāo)準(zhǔn)的

2、適用參數(shù)范圍。 表1.1 適用參數(shù)范圍 標(biāo)準(zhǔn) DN（ mm） PN（MPa） DN·PN 注 GB 151 ≤2600 ≤35 ≤17500 （1） TEMA ≤2540（100″） ≤20.684（3000psi） ≤17500（100000） （2） （1）GB 151中1.2：超出上述參數(shù)范圍的換熱器也可參照本標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)與制造。 （2）TEMARCB-1.11 規(guī)定這些參數(shù)的意圖是限定殼壁最厚約為3（76mm）、雙頭螺栓的最大直徑為4″（102mm）。 本標(biāo)準(zhǔn)所提出的準(zhǔn)則，也可以用于超出上述參數(shù)的換熱器。 標(biāo)準(zhǔn)限

3、定最大設(shè)計(jì)參數(shù)范圍是為了避免過于笨重的、結(jié)構(gòu)上的不合理設(shè)計(jì)。 對(duì)于超出上述參數(shù)范圍的換熱器，特別是工程中可能遇到的中、低壓大直徑(超過DN2600mm)換熱器，作為設(shè)備整體在結(jié)構(gòu)尺寸合理設(shè)計(jì)的前提下完全可以應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)給出的設(shè)計(jì)原則。 對(duì)于管殼式換熱器的關(guān)鍵零部件管板的設(shè)計(jì)計(jì)算，GB 151對(duì)管板進(jìn)行了盡可能詳盡的力學(xué)分析，從本質(zhì)上講可以認(rèn)為就是一種分析設(shè)計(jì)方法，只是為了能夠利用圖表公式進(jìn)行計(jì)算在公式推導(dǎo)過程中作了某些簡(jiǎn)化和結(jié)構(gòu)參數(shù)的限定，完全可以用于更大設(shè)計(jì)參數(shù)的管板設(shè)計(jì)。 僅對(duì)管板等個(gè)別零部件進(jìn)行應(yīng)力分析計(jì)算并不等于對(duì)換熱器進(jìn)行“應(yīng)力分析設(shè)計(jì)”。 1.2 不適用情況 1. 直接火

4、焰加熱的換熱器及廢熱鍋爐； 2. 受輻射的換熱器； 3. 要求作疲勞分析的換熱器； 4. 有其他行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)管轄的換熱器； 5. 結(jié)構(gòu)特殊的換熱器： 對(duì)結(jié)構(gòu)特殊、布管和載荷條件特殊、或是操作條件特殊的換熱器設(shè)計(jì)應(yīng)予以特殊考慮，即采用詳細(xì)應(yīng)力分析設(shè)計(jì)方法，如JB4732附錄I給出的計(jì)算方法或是有限單元分析設(shè)計(jì)方法。上述的特殊情況包括： (1)與法蘭搭焊連接的固定管板； (2)圓環(huán)形管板； (3)周邊不布管區(qū)較寬(k>1.0)的固定式管板； (4)部分布管或非軸對(duì)稱布管的管板； (5)具有非同一換熱管徑的管板； (6)管程、殼程直徑差別較大的換熱器；

5、 (7)管板、殼體、管箱不是a型連接的浮頭式或填函式換熱器； (8)程間溫差較大的換熱器； (9)沿厚度方向溫差較大的管板； (10)重量載荷有顯著影響的立式換熱器。 特別要指出：如果是對(duì)整臺(tái)換熱器以JB 4732進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，則對(duì)選材、制造、檢驗(yàn)都應(yīng)有相應(yīng)的配套要求。目前在工程實(shí)踐中只有在極個(gè)別情況下，才作這種應(yīng)力分析設(shè)計(jì)。 1．3設(shè)計(jì)溫度范圍 設(shè)計(jì)溫度范圍按金屬材料允許的使用溫度確定。 主要結(jié)構(gòu)型式及適用條件 GB 151 中所列的管殼式換熱器（以下簡(jiǎn)稱換熱器）主要有立式有臥式的固定管板式、浮頭式、U形管式、一般為臥式的填料函式(和釜式重沸器

6、)五種型式。不屬于這五種型式的如折流桿換熱器、繞管式換熱器等機(jī)械設(shè)計(jì)，也應(yīng)參照GB 151 進(jìn)行設(shè)計(jì)。 GBl51雖然規(guī)定了PN、DN及PNXDN值，但管殼式換熱器主要的五種型式中各自的適用參數(shù)范圍是不同的。 2.1 固定管板換熱器 1)．固定管板換熱器的主要特點(diǎn) (1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低； (2)排管數(shù)比浮頭式、U形管式要多； (3)不能抽芯，無法進(jìn)行機(jī)械清洗； (4)因不能單獨(dú)更換管束，所以維修成本高。 2)．使用壓力和溫度的限制 由于換熱管、管板和殼體焊在一起，故換熱管與殼體間的

7、金屬壁溫差(實(shí)際是管、殼間的熱膨脹差)引起的溫差應(yīng)力是設(shè)計(jì)中的控制因素，因?yàn)樵诠潭ü馨鍝Q熱器的管板計(jì)算中，按有溫差的各種工況算出的殼體軸向應(yīng)力，換熱管軸向應(yīng)力，換熱管與管板之間連接拉脫力q中有一項(xiàng)不能滿足強(qiáng)度條件時(shí)，就需設(shè)置膨脹節(jié)；而GB 16749《壓力容器用波形膨脹節(jié)》規(guī)定最高使用壓力為6.4MPa，故帶膨脹節(jié)的固定管板換熱器使用壓力一般不高，而且結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造也較復(fù)雜。目前工程實(shí)踐中已有使用壓力達(dá)10MPa的帶有形膨脹節(jié)的固定管板式換熱器。 在壁溫差很小無需考慮溫差應(yīng)力時(shí)，固定管板式換熱器也有使用在很高壓力的場(chǎng)合，此時(shí)往往管板與管箱或管板與殼體做成整體型式，或者管板、管箱(頭蓋)和殼體

8、三者成為一個(gè)整體，如大化肥中的高壓甲銨冷凝器的管程壓力為15.8MPa。但一般高壓用得比較少，而低壓力、大直徑固定管板式換熱器用得很廣。 2.2 浮頭式換熱器 1)．浮頭換熱器的主要特點(diǎn) (1)可抽式管束，當(dāng)換熱管為正方形或轉(zhuǎn)角正方形排列時(shí)，管束可抽出進(jìn)行機(jī)械清洗，適用于易結(jié)焦及堵塞的工況； (2)一端管板夾持，一端內(nèi)浮頭型式可自由浮動(dòng)，故無需考慮溫差應(yīng)力，可用于大溫差的場(chǎng)合； (3)浮頭結(jié)構(gòu)復(fù)雜影響排管數(shù)，加之處于殼程介質(zhì)內(nèi)的浮頭密封面操作中發(fā)生泄漏時(shí)很難采取措施，所以對(duì)于大直徑浮頭要充分考慮其結(jié)構(gòu)的加工要求，或增設(shè)彈性墊圈以確保密封性能； (4)壓力

9、試驗(yàn)時(shí)的試壓胎具復(fù)雜。 2)．使用壓力和溫度的限制 浮頭換熱器在煉油行業(yè)或乙烯工業(yè)中應(yīng)用較多，但內(nèi)浮頭結(jié)構(gòu)限制了使用壓力和溫度，故一般情況為。 2.3 U形管式換熱器 U形管式換熱器在換熱器中是唯一適用于高溫、高壓和高溫差的換熱器，特點(diǎn)如下： (1)以U形換熱管尾端的自由浮動(dòng)解決溫度差應(yīng)力，可用于高溫差； (2)只有一塊管板，加之法蘭的數(shù)量也少，故結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而且泄漏點(diǎn)少； (3)可以進(jìn)行抽芯清洗； (4)由于彎管時(shí)Rmim的限制，分程間距寬排管略少； (5)管程流速太高時(shí)，將會(huì)對(duì)U形彎管段產(chǎn)生嚴(yán)重的沖蝕，影響壽命

10、。 2.4 釜式重沸器 釜式重沸器的管程采用U形或浮頭管束，殼程為單(或雙)斜錐具有蒸發(fā)空間的殼體，一般為管程介質(zhì)加熱殼程介質(zhì)，故管程的溫度和壓力比殼體的高，但設(shè)計(jì)壓力一般不會(huì)高于6.4MPa； 釜式重沸器的效率很多場(chǎng)合取決于強(qiáng)化沸騰管的合理應(yīng)用，如表面多孔管，T翅管的應(yīng)用會(huì)使沸騰在較小的推動(dòng)力下發(fā)生。 2.5 填料函式換熱器 這是另一種浮頭式換熱器，它的浮動(dòng)端采用填料密封浮動(dòng)管板(裙)可在填料函內(nèi)自由滑動(dòng)，以補(bǔ)償換熱管與殼體的膨脹差量。 這類結(jié)構(gòu)直徑不能太大，壓力一般不高于2.5MPa，且不能用于貴重介質(zhì)及危害介質(zhì)，當(dāng)介質(zhì)危害性不大時(shí)，也可以采用雙填料函密封加

11、以彌補(bǔ)。 3換熱器范圍 本標(biāo)準(zhǔn)管轄的換熱器，其范圍指換熱器（管箱，殼體，管束，頭蓋）及換熱器連為一體的受壓部件，且劃定在下列范圍內(nèi)。 3．1換熱器與外管道連接 (a)焊接連接的第一道環(huán)向接頭坡口端面； (b)螺紋連接的第一個(gè)螺紋接頭端面； (c)法蘭連接的第一個(gè)法蘭密封面； (d)專用連接件或管件連接的第一個(gè)密封面。 3．2接管，人孔，手孔等的承壓封頭，平蓋及緊固件。 3．3非受壓元件與換熱器殼體，管箱，頭蓋內(nèi)外表面的焊接接頭。 接頭以外的元件如支座，支耳，墊板等應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)或相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。 4主要組合部件及規(guī)格型號(hào) 4.1 主要組合部件 GBl51參照T

12、EMA把換熱器分成前端管箱、殼體型式和后端結(jié)構(gòu)三大塊，并用英文字母分別表達(dá)并組成一個(gè)完整的管殼式換熱器的代號(hào)，各部分代號(hào)含義如下： 1)．前端管箱 A——平蓋管箱，檢修方便，用于可抽式較多； B——封頭管箱，管箱重量較輕； C——用于可拆管束與管板制成一體的管箱； N——與管板制成一體的固定管板管箱； D——特殊高壓管箱，此時(shí)殼程壓力一般較低。 2)．殼體型式 E——程殼體，進(jìn)出口一樣大小，用于無相變工況； Q——進(jìn)單出冷凝器殼體，進(jìn)口管大，出口管小，用于冷凝工況； F——具有縱向隔板的殼體，適用于殼程流量小要

13、求流速較高的場(chǎng)合； G——分流式殼體； H——分流殼體； I——U形管式換熱器殼體； J——隔板分流(用于冷凝或沸騰殼體)； K——式重沸器殼體； O——外導(dǎo)流殼體，進(jìn)出口壓降小，排管多； 3).后端結(jié)構(gòu)(包括管束) L——與前端管箱A相似的固定管板結(jié)構(gòu)； M——與前端管箱B相似的固定管板結(jié)構(gòu)； N——與前端管箱N相似的固定管板結(jié)構(gòu)； P——填料函式浮頭； S——鉤圈式浮頭； T——可抽式浮頭； U——U形管束； w——套環(huán)填料函式

14、浮頭。 GB l51針對(duì)國內(nèi)的具體情況相對(duì)TEMA中間殼體的型式進(jìn)行了增刪： (1)增加了U形管換熱器殼體（I）； (2)增加了外導(dǎo)流殼體（O）； (3)增加了單進(jìn)單出冷凝器殼體（Q）； (4)在釜式重沸器（K）中增加了雙管束型式； (5)取消了穿流式殼體（X）。 GB l51以圖1-圖6舉例表達(dá)了換熱器的主要型式，并用三個(gè)英文字母表達(dá)管殼式換熱器的具體型式，GB 151不可能把所有內(nèi)容都包括進(jìn)來，如換熱器殼體內(nèi)的膨脹節(jié)，再如在前端管箱可以是焊接式平蓋管箱，這些都沒有納入GB l51，但都是有規(guī)可循，有公式可計(jì)算的，是可以使

15、用的，如果說因?yàn)镚B 151沒有這些具體結(jié)構(gòu)就不準(zhǔn)使用，這是不正確的。 4.2 管程和殼程 管程是指介質(zhì)流經(jīng)換熱管內(nèi)通道及其相貫通的部分，管程數(shù)N指介質(zhì)沿管長(zhǎng)度方向往返的流經(jīng)次數(shù)。 殼程是指介質(zhì)流經(jīng)換熱管外的通道及其相連通的部分，殼程數(shù)N就是介質(zhì)在殼程內(nèi)沿殼體軸向往返的次數(shù)。 4.3 換熱器的型號(hào) 為完整地表示換熱器的全貌，把管殼式換熱器型式代號(hào)與規(guī)格編在—起稱為“型號(hào)”并規(guī)定了具體的表示方法。 本表示方法適用于臥式和立式換熱器。 5設(shè)計(jì)參數(shù) 換熱器與一般壓力容器尤其是儲(chǔ)存容器不同，工藝設(shè)計(jì)在換熱器設(shè)計(jì)中占有主導(dǎo)地位，機(jī)械設(shè)計(jì)除保證強(qiáng)度要求外

16、還要實(shí)現(xiàn)工藝計(jì)算中的傳熱和壓降的要求。 5．1 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 自20世紀(jì)80年代以來，國內(nèi)一些設(shè)計(jì)單位開始直接采用國際先進(jìn)的傳熱軟件進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，如： (1)HTRI(Heat Transfer Research，Inc．)——美國傳熱研究公司，采用會(huì)員制，交費(fèi)會(huì)員可以獲得 全部工藝設(shè)計(jì)資料及軟件，也可參加其組織的會(huì)議及學(xué)術(shù)交流活動(dòng)； (2)HTFS(Heat Transfer and Fluid Flow Service)——美國傳熱與流體服務(wù)中心，采用了更為靈活 的辦法，既可是會(huì)員，也可單獨(dú)購買其軟件。 上述兩家公司的軟件，用作投標(biāo)文

17、件時(shí)，是被廣泛認(rèn)可的。 5.2 機(jī)械設(shè)計(jì)參數(shù) 機(jī)械設(shè)計(jì)參數(shù)是指用以確定換熱器施工圖設(shè)計(jì)及制造、驗(yàn)收的參數(shù)。 1)．公稱直徑DN (1)DN≥500mm，卷制圓筒，以圓筒內(nèi)直徑(mm)作為換熱器的公稱直徑； (2)DN≤400mm，以鋼管外徑(mm)作為換熱器的公稱直徑； (3)DN=450mm時(shí)，有卷制和鋼管兩種情況，此時(shí)可按前兩種情況分別表示； (4)公稱直徑一般以100mm進(jìn)檔，也允許50mm進(jìn)檔，50mm進(jìn)檔時(shí)，應(yīng)注意與殼體圓筒相配的封頭、法蘭等標(biāo)準(zhǔn)零部件系列尺寸的匹配。 2)．公稱長(zhǎng)度LN 以換熱管的長(zhǎng)

18、度(m)作為換熱器的公稱長(zhǎng)度，換熱管為直管時(shí)，取直管長(zhǎng)度；換熱管為U形管時(shí)，取U形管的直管段長(zhǎng)度。 3)．換熱面積A (1)計(jì)算換熱面積。以換熱管外徑為基準(zhǔn)，扣除深入管板內(nèi)的換熱管長(zhǎng)度后，計(jì)算得到的面積(m2)；對(duì)于U形管換熱器，一般不包括U形管彎管段的面積，當(dāng)需要把U形彎管部分計(jì)人換熱面積時(shí)，則應(yīng)使U形端的殼體進(jìn)(出)口安裝在U形管末端以外，以消除U形管末端流體停滯的換熱損失； (2)公稱換熱面積一經(jīng)圓整后的換熱面積(m2)，一般修正間隔為5。 4)．溫度 (1)設(shè)計(jì)溫度，換熱器在正常的工作情況下，設(shè)定的元件金屬溫度（沿元件金屬橫截面的溫度平均值），它與設(shè)計(jì)壓力一起作為設(shè)

19、計(jì)載荷條件，設(shè)計(jì)溫度不得低于元件金屬在工作狀態(tài)下可能達(dá)到的最高溫度，對(duì)于0°C以下的金屬溫度，設(shè)計(jì)溫度不得高于元件金屬可能達(dá)到的最低溫度。 管程設(shè)計(jì)溫度是指管程的管箱設(shè)計(jì)溫度（注意不是換熱管的設(shè)計(jì)溫度）。殼程設(shè)計(jì)溫度是指殼程殼體圓筒的設(shè)計(jì)溫度； (2)在任何情況下，元件金屬的表面溫度不得高于材料允許使用的最高溫度。這與設(shè)計(jì)溫度中的元件金屬溫度(截面平均值)是完全不同的兩個(gè)概念，前者是材料最高使用溫度的限制，而后者是設(shè)計(jì)溫度的確定方法； (3)同時(shí)受管程、殼程溫度作用的元件，應(yīng)按金屬溫度確定設(shè)計(jì)溫度，該金屬溫度應(yīng)通過傳熱計(jì)算確定，也可以在已使用的同類換熱器上測(cè)定，也可以根據(jù)

20、成熟的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)確定； (4)試驗(yàn)溫度。指壓力試驗(yàn)時(shí)，管箱和殼體的金屬溫度。 5)．壓力 (1)設(shè)計(jì)壓力P。指設(shè)定的換熱器管程、殼程頂部的最高壓力，與相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度一起作為設(shè)計(jì)載荷條件，其值不得低于工作壓力； (2)計(jì)算壓力p。指在相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度下，用以確定換熱器元件厚度的壓力，其中包括液柱靜壓力，當(dāng)元件承受的液柱靜壓力小于5％的設(shè)計(jì)壓力時(shí)，可忽略不計(jì)，此時(shí)，Pc=P； (3)對(duì)于同時(shí)受管程、殼程壓力作用的元件，當(dāng)能保證管程、殼程同時(shí)升、降壓時(shí)，可按元件承受的壓差設(shè)計(jì)，同時(shí)還應(yīng)考慮壓力試驗(yàn)時(shí)可能出現(xiàn)的最大壓差值，一般只有在管板過厚時(shí)，才采用壓差設(shè)計(jì)，以減

21、薄管板，但會(huì)給操作和維修帶來麻煩； (4)當(dāng)元件一側(cè)受真空作用，另一側(cè)非真空作用時(shí)，其計(jì)算壓力應(yīng)為兩側(cè)設(shè)計(jì)壓力之代數(shù)差，即為最苛刻的壓力組合； (5)試驗(yàn)壓力PT。指在壓力試驗(yàn)時(shí)，換熱器管程、殼程頂部的壓力。 6)．腐蝕裕量 為防止換熱器由于腐蝕，機(jī)械磨損而導(dǎo)致厚度削弱減薄，應(yīng)考慮腐蝕裕量: (a) 對(duì)于有腐蝕或磨損的零件，應(yīng)根據(jù)預(yù)期的壽命和介質(zhì)對(duì)金屬材料的腐蝕速率確定腐蝕裕量； (b)換熱器各元件受到的腐蝕程度不同時(shí)，可以采用不同的腐蝕裕量； （c）介質(zhì)為壓縮空氣，水蒸汽或水的碳鋼或低合金鋼制換熱器，腐蝕裕量不小于1mm。 7).蝕裕量的確

22、定原則 (1)平蓋、凸形封頭，管箱、殼體圓筒的內(nèi)表面以及設(shè)備法蘭、管法蘭的內(nèi)徑面應(yīng)考慮腐蝕裕量； (2)管板、浮頭法蘭、球冠形封頭和鉤圈兩面均應(yīng)考慮腐蝕裕量； (3)管板和平蓋上開槽(隔板槽、焊接結(jié)構(gòu)槽)時(shí)，可把高出槽底面的金屬作為腐蝕裕量，當(dāng)腐蝕裕量大于槽深時(shí)，還應(yīng)加上兩者的差值； (4)換熱管、拉桿、定距管、折流板和支持板不考慮腐蝕裕量。 8)計(jì)算厚度，設(shè)計(jì)厚度，名義厚度，有效厚度 與GB150-1998一致 9)材料許用應(yīng)力 與GB150-1998一致 注意：設(shè)計(jì)溫度低于－20度時(shí)，20度的許用應(yīng)力 10)．對(duì)于地震力或風(fēng)載荷與其他載荷組合時(shí)，立式換熱

23、器器壁的應(yīng)力允許不超過許用應(yīng)力的1.2倍； 不考慮地震力和風(fēng)載荷同時(shí)作用的情況。 11).接頭系數(shù)（joint efficiency） (1)焊接接頭系數(shù)：系指換熱器中受壓元件對(duì)接接頭的焊接接頭系數(shù)； （2）對(duì)于無法進(jìn)行無損檢測(cè)的固定管板與殼程圓筒的環(huán)向焊接接頭，當(dāng)采用氬弧焊打底或沿焊接接頭根部全長(zhǎng)有緊貼基本金屬的墊板時(shí)，取。其一是為了在計(jì)算固定管板換熱器殼程圓筒軸向應(yīng)力后，確定許用值；其二是此類焊接接頭因無法進(jìn)行無損檢測(cè)，給出要求，應(yīng)按焊接工藝施焊，避免隨意性。 12).容器類別的確定 (1)換熱器的管程、殼程可分別確定類型，但換熱器總的類別應(yīng)取管程、殼程中的高者；

24、 (2)換熱器管程、殼程類別的確定原則按“容規(guī)”第6條的規(guī)定。 13).壓力試驗(yàn) （1) 換熱器制成后應(yīng)對(duì)換熱管與管板的連接接頭，管程，殼程進(jìn)行壓力試驗(yàn)，壓力試驗(yàn)的種類和要求應(yīng)在圖樣中注明。 (2)管程試驗(yàn)壓力大于殼程試驗(yàn)壓力的換熱器，圖樣上應(yīng)對(duì)換熱管與管板的連接接頭的試驗(yàn)方法和壓力提出詳細(xì)要求。 （3）壓力試驗(yàn)一般采用液壓試驗(yàn)；對(duì)于不適合作液壓試驗(yàn)的換熱器，如換熱器不允許有微量殘留液體，或由于結(jié)構(gòu)原因不能充滿液體的換熱器，可以采用氣壓試驗(yàn)。氣壓試驗(yàn)時(shí)應(yīng)滿足GB150第十章的有關(guān)要求。 （4）換熱器銘牌上規(guī)定有最大允許工作壓力時(shí)，應(yīng)以最大允許工作壓力代替設(shè)計(jì)壓力進(jìn)

25、行水壓試驗(yàn)。 （5）換熱器各受壓元件所用材料不同時(shí)，應(yīng)取各元件材料[σ]/ [σt]比值最小者。 (6)立式換熱器臥置壓力試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)壓力為立置時(shí)的試驗(yàn)壓力PT加液柱靜壓力。 (7)GB151-1999 -3.17.1規(guī)定的試驗(yàn)壓力為換熱器最小試驗(yàn)壓力。 （8）壓力試驗(yàn)前應(yīng)校核圓筒和橢圓封頭的應(yīng)力（當(dāng)采用其他封頭時(shí)，也應(yīng)校核封頭應(yīng)力）； 壓力試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力σT應(yīng)分別滿足下列條件： 液壓試驗(yàn)時(shí)，σT≤0.9σsφ 氣壓試驗(yàn)時(shí)，σT≤0.8σsφ 換熱器管程、殼程壓力試驗(yàn)的方法，試驗(yàn)壓力應(yīng)區(qū)別管程、殼程不同的工況按GB 151中有關(guān)“壓力試驗(yàn)”的規(guī)定和14節(jié)的說明。 6．材料

26、 換熱器用鋼材除采用GB l50中第4章所規(guī)定的材料外，作為GB l51換熱器還規(guī)定如下： 6.1 管板、平蓋 管板、平蓋一般情況用鍛件優(yōu)于用鋼板，但用鍛件的成本要高得多，故在條件不苛刻時(shí)，用板材作管板、平蓋依然很多。一般規(guī)定如下： (1)厚度很大而不能確保質(zhì)量要求時(shí)，宜采用鍛件。因厚鋼板會(huì)有分層、夾雜等缺陷及性能指標(biāo)波動(dòng)大等問題；(GB151規(guī)定當(dāng)管板厚度大于60mm時(shí)，宜采用鍛件) (2)管板以凸肩形式與圓筒相對(duì)接時(shí)，必須采用鍛件。 (3)采用鋼板作管板和平蓋時(shí)，厚度大于50mm的20R、16MnR，應(yīng)在正火狀態(tài)下使用。

27、6.2 復(fù)合結(jié)構(gòu)的管板、平蓋 管板、平蓋可采用堆焊、軋制或曝炸復(fù)合結(jié)構(gòu)，當(dāng)管程壓力不是真空狀態(tài)時(shí)，平蓋亦可采用襯層結(jié)構(gòu)。 1).堆焊結(jié)構(gòu) 用堆焊制作的管板與平蓋，其覆層與基層的結(jié)合是最好的，覆層厚度完全可計(jì)人管板的有效厚度(以許用應(yīng)力比值折算)，但堆焊的加工難度大，中間檢驗(yàn)、最終檢驗(yàn)及熱處理的要求高，堆焊一般有手工堆焊和帶極堆焊兩種方法。 2).爆炸、軋制復(fù)合板 管板的平蓋采用的復(fù)合板等級(jí)要求見表.5.2。 表5.2 標(biāo)準(zhǔn) 元 件 管 板 平 蓋 GB/T8165—1997 《不銹鋼復(fù)合鋼板和鋼帶》 I級(jí)，≥210MPa

28、 結(jié)合率100% III級(jí)，≥200MPa 結(jié)合率≥95% JB4733—1996 《壓力容器用爆炸不銹鋼復(fù)合鋼板》 B1級(jí)，≥210MPa 結(jié)合率100% B3級(jí)，≥200MPa 結(jié)合率≥95% GB8547—1987 《鈦-鋼復(fù)合板》 B0級(jí)，≥196MPa 結(jié)合率100% B2，BR2級(jí)，≥138MPa 結(jié)合率≥95% GB/T 13238—1991 《銅-鋼復(fù)合板》 （標(biāo)準(zhǔn)中沒有分級(jí)） 管子與管板采用強(qiáng)度脹或強(qiáng)度脹加密封焊。焊接接頭不承受管子軸向載荷 可作非真空狀態(tài)的平蓋 注：B—爆炸法； R—軋制法； BR—爆炸加軋制法。 3).管

29、板復(fù)合結(jié)構(gòu)的評(píng)價(jià) (1)堆焊復(fù)合：其覆層可計(jì)人管板的有效厚度，與換熱管連接采用強(qiáng)度焊時(shí)，有充分的能力來承受換熱管的軸向剪切載荷； (2)軋制、爆炸或爆炸加軋制復(fù)合采用標(biāo)準(zhǔn)中I級(jí)、B1級(jí)、BO級(jí)的復(fù)合鋼板時(shí)，覆層是否計(jì)人管板有效厚度由設(shè)計(jì)者自行決定，但管板覆層與換熱管的強(qiáng)度焊，可以承受換熱管的軸向剪切載荷； (3)覆層與基層有局部不結(jié)合時(shí)，除非在管板鉆孔時(shí)能全部消除，或局部不結(jié)合符合Ⅱ級(jí)、B2，對(duì)于鈦鋼復(fù)合板為B1、BRl級(jí)要求，而又發(fā)生在管板不布管區(qū)較大的中心區(qū)域(管程進(jìn)、出口處)則可使用；局部不結(jié)合若發(fā)生在孑L橋上時(shí)不允許使用，因此時(shí)若換熱管承受壓縮力時(shí)，會(huì)撕裂

30、覆層，同時(shí)還會(huì)使殼程介質(zhì)進(jìn)入不結(jié)合的孔橋部位使結(jié)合面承受腐蝕，在殼程壓力作用下不結(jié)合面可能愈來愈大最終造成失效。 6.3 有色金屬 GB 151加入了A1、Cu、Ti有色金屬，取消了“鋼制”。 1).鋁及鋁合金 (1)設(shè)計(jì)參數(shù)：P≤8MPa，-269℃≤T≤200℃； (2)在低溫下，具有良好的塑性和韌性； (3)有良好的成型及焊接性能； (4)鋁與空氣中的氧迅速生成A12O3薄膜，故在空氣和許多化工介質(zhì)中有著良好的耐蝕性。 2).銅及銅合金 (1)設(shè)計(jì)參數(shù)： 純銅：T≤150℃，150℃~200℃許用

31、應(yīng)力衰減快； 銅合金：T≤200℃，一般的銅合金在200℃～250℃許用應(yīng)力衰減快，但鐵白銅的性能穩(wěn)定，可用到250℃； (2)具有良好的導(dǎo)熱性能及低溫性能； (3)具有良好的成型性能，但焊接性能稍差。 3).鈦和鈦合金 (1)設(shè)計(jì)參數(shù)：≤35MPa，T≤300℃； (2)密度小(4510kg／m3)，強(qiáng)度高(相當(dāng)于20R)； (3)有良好的低溫性能，可用到-269℃； (4)鈦-鋼不能焊，且鐵離子對(duì)鈦污染后會(huì)使耐蝕性能下降； (5)表面光滑，粘附力小，且表面具有不濕潤性，特別適用于冷凝； (6)鈦是具有強(qiáng)鈍化傾向的金屬，在空

32、氣或氧化性和中性水溶液中迅速生成一層穩(wěn)定的氧化性保護(hù) 膜，因而具有優(yōu)異的耐蝕性能。 6.4換熱管 1).鋼制無縫管 使用普通級(jí)換熱管制造的II級(jí)管束，僅限于碳鋼和低合金鋼；不銹鋼和有色金屬采用高精度、較高精度換熱管，因此全部為I級(jí)管束。 2).奧氏體不銹鋼焊管 GB l51允許使用奧氏體不銹鋼焊管作為換熱管，但鑒于第一次列人標(biāo)準(zhǔn)，故給予了嚴(yán)格限制： (1)P≤6.4MPa，國外無此限制，從現(xiàn)有三家焊管的數(shù)據(jù)來看，焊接質(zhì)量都較好，爆破壓力都超過計(jì)算值，該限制有望提高到10MPa； (2)不得用于極度危害介質(zhì)； (3)：0.85。

33、 (4)使用溫度范圍與相應(yīng)鋼號(hào)的無縫鋼管。 國外各種焊管用作換熱管的很普遍，國內(nèi)目前繼奧氏體不銹鋼焊管后，碳鋼焊管也有個(gè)別企業(yè)通過 了全國鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)的認(rèn)證允許作換熱管使用。 3)．強(qiáng)化傳熱管 實(shí)踐證明：在蒸發(fā)、冷凝、冷卻及無相變傳熱過程中，采用適當(dāng)?shù)膹?qiáng)化傳熱管，將會(huì)起到顯著的強(qiáng)化傳熱的效果；但如果選擇不當(dāng)，反而會(huì)適得其反。 一般的強(qiáng)化傳熱管有螺紋管(整體低翅片管)、波紋管。此外應(yīng)用較多的還有： (1)適用無相變傳熱：螺旋槽管、橫槽管、縮放管、內(nèi)翅片管及內(nèi)插入管等； (2)適用有相變傳熱：?jiǎn)蚊婊螂p面縱槽管、鋸形翅片管

34、、T形翅片管及表面多孔管等。 7 管箱 管箱的作用是把進(jìn)入換熱器的流體相對(duì)均勻地分布到管束的各換熱管中，并通過另一端管箱使流體匯集在一起送出換熱器。管箱可以有多種結(jié)構(gòu)型式，如25.3.1所述。 7.1管箱平蓋 管箱平蓋在結(jié)構(gòu)上就是螺柱墊片聯(lián)接的圓平蓋，其強(qiáng)度計(jì)算與GB 150中給出的計(jì)算方法完全相同，其受力分析見第10章10.6.3。 對(duì)于多管程換熱器，為保證分程隔板墊片間的一定密封要求，除對(duì)平蓋進(jìn)行上述的強(qiáng)度校核外，還要對(duì)平蓋進(jìn)行剛度校核，GB l51中給出的相關(guān)厚度計(jì)算公式即是控制平蓋中心撓度Y為： DN≤600mm．時(shí)，Y：0.75mm DN

35、>600mm時(shí)，Y：DN／800mm 7.2分程隔板 (1)一般按GB 151規(guī)定的最小隔板厚度即可，但在隔板兩側(cè)壓差較大或載荷不穩(wěn)定有沖擊力時(shí)，GBl51給出了厚度校核公式，當(dāng)通不過時(shí)應(yīng)適當(dāng)增加厚度或改變隔板的結(jié)構(gòu)； (2)大直徑換熱器隔板可設(shè)計(jì)成雙層結(jié)構(gòu)，既增加剛度又有利于隔熱； (3)水平分程隔板上最好開設(shè)排凈孔(淚孔)，孔直徑一般為6mm； (4)較厚的分程隔板，人管板槽端應(yīng)削邊。 7.3最小內(nèi)側(cè)深度 規(guī)定管箱的最小內(nèi)側(cè)深度，目的是為了使流體均勻流人換熱管及減少流動(dòng)的壓力降。 (1)軸向開孔：開孔處最小深度應(yīng)不小于接管直徑的1/3； (2)側(cè)向開孔：應(yīng)使兩程之間的流

36、通面積不小于每程換熱管流通面積的1.3倍；當(dāng)壓力降允許時(shí)，也可等于每程換熱管的流通面積。 7.4短節(jié) 由于結(jié)構(gòu)尺寸的限制，且管箱圓筒(短節(jié))一側(cè)與法蘭、另一側(cè)與封頭相聯(lián)接，故不屬拼接圓筒，GB l50中所規(guī)定的“筒節(jié)長(zhǎng)度應(yīng)不小于“300mm”規(guī)定，不能在此硬性套用。 7.5管箱熱處理 GB l51規(guī)定在下列情況下應(yīng)進(jìn)行焊后消除應(yīng)力熱處理。 (1)碳鋼、低合金鋼制的焊有分程隔板的管箱和浮頭蓋應(yīng)進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理，熱處理后加工法蘭和分程隔板的密封面； (2)碳鋼、低合金鋼制的管箱側(cè)向開孔超過1/3圓筒內(nèi)徑的管箱應(yīng)進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理； (3)上述情況的奧氏體不銹鋼管箱和浮頭蓋是否熱處理

37、，供需雙方要協(xié)商解決。 8. 換熱管 8.1換熱管的拼接 換熱管的拼接是允許的。如不允許拼接時(shí)，應(yīng)在圖樣上加以規(guī)定。 換熱管的拼接要求： (1)應(yīng)參照J(rèn)B4708對(duì)焊接接頭作焊接工藝評(píng)定，Al、Cu、Ti可參照?qǐng)?zhí)行； (2)直管拼接焊縫不得超過一條，U形管不得超過兩條；最短管長(zhǎng)不應(yīng)小于300mm，包括至少50mm的直管段的U形管管段范圍內(nèi)不得有拼接的焊縫； (3)拼接坡口應(yīng)用機(jī)械方法加工，焊前清洗干凈； (4)對(duì)口錯(cuò)邊量不得超過壁厚的15％，且不大于0.5mm，直線段不得影響穿管； (5)對(duì)接后要按GB l51的規(guī)定進(jìn)行通球檢查； (6)對(duì)接焊接接頭進(jìn)行RT抽查，如有一條不

38、合格則加倍，再出現(xiàn)不合格時(shí)100％檢查； (7)對(duì)接后換熱管應(yīng)逐根按2倍設(shè)計(jì)壓力進(jìn)行液壓檢查。 正因?yàn)閾Q熱管的拼接要求十分嚴(yán)格，所以，制造廠一般不進(jìn)行拼接，因?yàn)?2m的換熱管可以滿足絕大多數(shù)換熱器的要求，而且火車可直接發(fā)運(yùn)；而大多數(shù)中小型鋼管廠可以按要求供彎制好的U形管。 8.2 U形管 1．GB l51規(guī)定最小彎管半徑應(yīng)不小于2倍的管外經(jīng)，并給出了Rmin的具體值，當(dāng)Rmin比上述規(guī)定小而又能保證橢圓度要求時(shí)，是可以使用的； 2．彎管后U形管段外側(cè)會(huì)減薄，因此為了使減薄處的壁厚不小于直管段的計(jì)算壁厚，就必須計(jì)算彎管前的換熱管最小壁厚； 3．當(dāng)U形管內(nèi)流速過高或有腐蝕時(shí)，應(yīng)適當(dāng)加厚

39、彎管半徑較小的U形管的壁厚； 4．當(dāng)有應(yīng)力腐蝕時(shí)，冷彎U形管的彎管段及至少包括150mm的直管段應(yīng)進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理，對(duì)于奧氏體不銹鋼管應(yīng)考慮固溶處理，靠近加熱的部分應(yīng)采取保溫措施以避免溫度突變； 5．用作低溫管時(shí)，冷彎的彎曲半徑小于10倍的管子外徑時(shí)，彎后應(yīng)作消除應(yīng)力熱處理。 經(jīng)熱處理供貨的換熱管材，在必須采用熱彎或彎曲時(shí)半徑小于10倍管子外徑的冷彎，必須重新進(jìn)行與原熱處理相同的熱處理。 9. 殼體圓筒 9.1 最小厚度 換熱器殼體圓筒的最小壁厚比壓力容器要厚，是因?yàn)閴毫θ萜髯钚”诤駜H滿足制造工藝、運(yùn)輸和安裝的要求，而管殼式換熱器尚需滿足經(jīng)常抽裝管束和重疊安裝的要求，對(duì)于不需抽

40、芯的固定管板換熱器的最小壁厚可稍薄。 9.2 圓筒直徑的允許偏差 對(duì)于鋼板卷制的殼體，TEMA RCB-3.122規(guī)定，通過測(cè)定周邊所算出的殼體內(nèi)徑與名義內(nèi)徑之差不得超過1/8”(3.2mm)，它的特點(diǎn)是既規(guī)定了測(cè)量方法，又規(guī)定了偏差值，通過計(jì)算控制殼體內(nèi)徑的偏差，僅取決于周長(zhǎng)的偏差(0~10mm)，在忽略了冷卷冷校中的材料延伸后，這一偏差僅取決于下料、刨邊、縱縫的收縮量，而將這三項(xiàng)誤差累計(jì)在10mm的范圍內(nèi)是完全必要的，也是可行的。但TEMA是通過測(cè)量周長(zhǎng)后還要折算成直徑是不方便的，故GB 151規(guī)定，殼體內(nèi)徑的偏差通過測(cè)量圓周加以控制，實(shí)測(cè)的外圓周長(zhǎng)與名義的外圓周長(zhǎng)相比，控制偏差為m

41、m，同時(shí)規(guī)定了同一截面處圓筒的最大直徑與最小直徑差小于0.5%DN(GB l50為1%DN)和圓筒直線度，這兩條同時(shí)起作用既保證了換熱器能順利穿管又能保證了圓筒與折流板的間隙能滿足要求。 管制圓筒的偏差按相應(yīng)的鋼管標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。 9.3 殼體材料 （1）用于制造換熱器的圓筒或封頭的鋼板應(yīng)符合GB150-1998; (2) 用于換熱器的圓筒的碳素鋼和低合金鋼鋼管應(yīng)采用無縫鋼管； (3) 符合GB150-1998A4.2的奧氏體不銹鋼鋼管，可用作換熱器的圓筒。 9.4 接管設(shè)計(jì) 換熱器的接管設(shè)計(jì)及計(jì)算除應(yīng)符合GBl50的要求外，還應(yīng)符合如下要求： (1)殼程的接管不允許伸人殼體的內(nèi)表

42、面； (2)接管盡量沿著徑向或軸向設(shè)置； (3)設(shè)計(jì)溫度高于或等于300℃時(shí)，應(yīng)采用高頸對(duì)焊法蘭； · (4)必要時(shí)，可在接管上設(shè)置溫度計(jì)、壓力表接口； (5)對(duì)不能用接管排汽、放液的換熱器，分別在管程和殼程的最高點(diǎn)及最低點(diǎn)設(shè)排氣口和排液口,其最小公稱直徑為 20mm； (6)立式換熱器可設(shè)置溢流口，殼程為冷卻介質(zhì)時(shí)，必須在最高點(diǎn)設(shè)溢流口； (7)對(duì)于高溫、大口徑的接管，還應(yīng)考慮來自管束的推力(三個(gè)方向的力和力矩)，此時(shí)要校核所在的殼體元件和接管根部的應(yīng)力，同時(shí)還應(yīng)考慮： ①法蘭的型式、等級(jí)、接管厚度、墊片類別和螺栓等級(jí)； ②D類焊縫應(yīng)焊透，焊縫表面應(yīng)圓滑過渡及滲

43、透檢測(cè)的要求； ③開孔補(bǔ)強(qiáng)、接管加筋，以增加與殼體元件的剛性和分散載荷； ④必要時(shí)提請(qǐng)管道專業(yè)考慮管道上設(shè)置固定支架或限位支架，設(shè)備支耳處設(shè)彈簧支架等。 10. 管板 10.1 管板厚度 1)．管板有效厚度 管板有效厚度指分程隔板槽底的管板厚度減去下列兩者厚度之和： a)管程腐蝕量超出管程隔板槽深度的部分； b)殼程腐蝕裕量與管板在殼程側(cè)的結(jié)構(gòu)開槽深度兩者中的較大值。 即管板有效厚度，等于管板實(shí)際厚度減去管板兩側(cè)的開槽深度或腐蝕裕量中的大值之和。 2)．管板的最小厚度 a)管板與換熱管采用脹接連接時(shí)，管板的最小厚度&min(不包括腐蝕裕量)

44、按如下規(guī)定： －用于易燃，易爆及有毒介質(zhì)等嚴(yán)格場(chǎng)合時(shí)，管板的最小厚度應(yīng)不小于換熱管的外徑； －用于一般場(chǎng)合時(shí)，管板的最小厚度應(yīng)符合下列要求： d0≤25時(shí)，&min≥0.75 d0; 25＜d0＜50時(shí)，&min≥0.70 d0; d0≥50時(shí)，&min≥0.65 d0 b)管板與換熱管采用 焊接連接時(shí)，管板的最小厚度&min應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造要求，且不小于12mm. 3)．復(fù)合結(jié)構(gòu)管板的最小厚度 a) 焊接連接的復(fù)合管板，-其覆層厚度應(yīng)不小于3mm，為保證耐腐蝕性能還要求距表面2mm的覆層的化學(xué)成分和金相組織符合覆層材料的標(biāo)準(zhǔn)要求。 b) 脹接連接的

45、復(fù)合管板，為了保證換熱管與覆層的致密性和開槽增加拉脫力，其覆層厚度應(yīng)不小于l0mm，且應(yīng)保證距表面8mm覆層的化學(xué)成分和金相組織符合覆層材料標(biāo)準(zhǔn)要求。一般來講，復(fù)合管板采用脹接的形式使用不多。 4)．復(fù)合管板的有效厚度 當(dāng)覆層允許計(jì)人管板有效厚度時(shí)，復(fù)合管板的有效厚度按整體管板的要求計(jì)算，但覆層的計(jì)人厚度(覆層最薄處的厚度)還應(yīng)折算成當(dāng)量厚度。 10.2 布管 1)．布管型式 換熱管的排列有四種型式， 2)．換熱管的中心距 換熱管中心距宜不小于1.25倍的管子外徑，按S=1.25d的計(jì)算值，還可作如下處理： (1)換

46、熱管與管板采用強(qiáng)度脹時(shí)，應(yīng)向上圓整； (2)換熱管與管板采用強(qiáng)度焊時(shí)，可向下圓整； (3)需要抽芯清洗時(shí)，兩管凈空距離宜不小于6mm。 3．殼程進(jìn)出口對(duì)布管的影響 為得到合理的壓力降，殼程和管程進(jìn)出口處流體的流通面積應(yīng)不小于進(jìn)出口接管面積，并使流體流經(jīng)進(jìn)出口處的(m·s)，有防沖板時(shí)，防沖板表面與殼程圓筒內(nèi)壁距離不小于接管外徑的1／4，無防沖板時(shí)，可略小。 3)．布管限定圓 a)固定管板和U形換熱器 布管限定圓直徑DL=Di-2b3 b3=0.25d(一般不小于8mm) b)浮頭換熱器 布管限定圓直徑DL

47、當(dāng)換熱器內(nèi)徑＜1000mm時(shí)，b一般不小于3mm 當(dāng)換熱器內(nèi)徑≥1000mm時(shí)，b一般不小于4mm 4)．管程分程 管程數(shù)一般有1,2,4,6,8,10,12等七種。 管程分程的一般原則： a）應(yīng)盡可能使各管程的換熱管數(shù)大致相等； b)分程隔板槽形狀簡(jiǎn)單，密封面長(zhǎng)度較段。 10.3 管孔 1)．精度要求的一般考慮 管孔與換熱管的徑向間隙的大小是影響管板與換熱管連接接頭(尤其是脹接)質(zhì)量的關(guān)鍵性指標(biāo)，而管孔的尺寸及允差又直接受控于換熱管的精度。由于國內(nèi)目前沒有專用的鋼制換熱管的標(biāo)準(zhǔn)，且大量生產(chǎn)的是普通級(jí)換熱管，所

48、以GB l51在碳鋼和低合金鋼管中，不得不保留普通級(jí)鋼管并允許Ⅱ級(jí)管束的存在，而對(duì)于新列入的有色金屬管則從一開始就要求高精度的換熱管。 GB l51中關(guān)于管孔尺寸及允差的六個(gè)表，是根據(jù)如下原則確定的： (1)碳鋼、低合金鋼換熱管所選配的管孔，允許使用兩種精度管，所以給出了兩種精度的管孔； (2)由于不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)僅有較高精度以上等級(jí)，所以不銹鋼換熱管與管孔采用了I級(jí)管束的高精度配合； (3)鋁管外徑的偏差與高精度鋼管相同，而鋁管又以脹接為主，所以采用了鋼管I級(jí)的配合，又由于鋁比鋁合金相對(duì)軟一些，脹接困難，故鋁管管孔的上偏差稍嚴(yán)一些(小于0．07mm)；

49、(4)GB／T 8890---1998銅換熱管都呈負(fù)偏差，這是比較特殊的，加之銅管基本采用脹接(或加密封焊)，故為防止過脹，管孔的名義尺寸及允許偏差比鋼的I級(jí)更?。? (5)由于鈦材貴，換熱管壁厚薄，所以鈦管與管板基本上采用焊接或加貼脹，同時(shí)GB／T3625鈦管外徑、壁厚偏差都比高精度鋼管小，所以鈦材管孔與管的間隙比I級(jí)鋼管的要小。 2)．管孔直徑及偏差 GB 151即使采用了國內(nèi)換熱管的高精度等級(jí)管，但與TEMA采用的換熱管以及管孔直徑在精度要求上仍然存在差距。的碳鋼和低合金管對(duì)比見表25.9.3： 表25.9.3

50、 mm 管外徑及偏差 管孔直徑 管孔直徑偏差 最小徑向間隙 最大徑向間隙 96% 4% GB 151 (GB/T8613) I 19±0.20 19.25 +0.15 0 +0.30 0 0.05 0.60 II 19±0.40 19.40 +0.20 0 +0.35 0 0 1.00 TEMA 19.02±0.10 19.30 +0.05 0.10 +0.25 -0.10 0.05 0.40 （1）對(duì)比表說明：同為高精度管，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)仍然存在差距； （2）兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的管孔直徑偏差同樣有

51、4%允許有較大的偏差，這主要是從經(jīng)濟(jì)性考慮，不是所有的管孔都用最高級(jí)的加工手段來加工； （3）當(dāng)冷作硬化會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的工況，或換熱管與管板無法使其存在要求的硬度差時(shí)，適當(dāng)?shù)販p少徑向間隙是必要的，也是允許的。因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)是最低要求，工程需要（圖樣）可以比其要求高。 3)．孔橋?qū)挾菳、Bmin 查表法：GB 151 給出了I、II級(jí)管束對(duì)應(yīng)不同管板厚度的孔橋?qū)挾缺?，在管板厚度不大?60mm時(shí)，可直接或用插入法找出B、Bmin。 計(jì)算法：當(dāng)管板厚度大于160mm時(shí)，可用標(biāo)準(zhǔn)中給出的公式進(jìn)行計(jì)算。 B、Bmin值主要是針對(duì)管板采用強(qiáng)度脹時(shí)的要求。當(dāng)換熱管與管板為強(qiáng)度焊、焊接接頭承受熱

52、管的軸向剪切載荷時(shí)，B和Bmin的數(shù)值可以適當(dāng)放寬，同時(shí)管孔直徑和偏差也可適當(dāng)?shù)姆艑挕? 在TEMACB-7.522中規(guī)定為“強(qiáng)度焊連接：當(dāng)用焊接連接去隨管子的軸向載荷時(shí)，可考慮修正RCB-7.4至RCB-7.51各節(jié)的要求”。 在GB 151 的5.8.5中規(guī)定為：“當(dāng)I級(jí)鋼制管束和鋁、鈦、銅換熱管采用強(qiáng)度焊或強(qiáng)度焊加貼脹，換熱管與管板的焊接接頭承受換熱管軸向載荷時(shí)，5.6.4中管孔直徑及偏差及6.4.5中橋?qū)捚羁蓞⒄仗妓劁?、低合金鋼II級(jí)管束的管孔和橋?qū)挸叽缬枰赃m當(dāng)放寬。 關(guān)于B的檢查及控制要求如下： （1）GB 151 規(guī)定，對(duì)管板中心任意一個(gè)60°扇面進(jìn)行抽查，當(dāng)B合格率低于9

53、6%（或Bmin超過4%）時(shí)，應(yīng)進(jìn)行全管板的檢查； （2）B及Bmin應(yīng)在管板出鉆面檢查。 10.4 管板的拼接和堆焊 1)．管板拼接 （1）拼接管板的對(duì)接接頭應(yīng)進(jìn)行100%的射線或超聲檢測(cè)，按JB/T 4730射線不低于II級(jí)、超聲不低于I級(jí)合格； (2)除不銹鋼外，拼接管板應(yīng)作消除應(yīng)力熱處理。 2)．管板堆焊 （1）堆焊前應(yīng)作堆焊工藝評(píng)定； （2）基層待堆焊面及覆層加工鉆孔前的面應(yīng)按JB/T 4730進(jìn)行表面檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果不得有裂紋，成排氣孔并應(yīng)符合II級(jí)缺陷顯示； （3）堆焊覆層應(yīng)在靠基層面采用超低碳的過渡層和覆層的雙層堆焊，且從距表面最少2mm（在工程實(shí)踐中多控制在

54、3mm）的深處（按覆層厚度而定）其化學(xué)成分應(yīng)符合覆層材料的要求； （4）不得采用換熱管與管板焊后加橋間補(bǔ)焊的方法進(jìn)行所謂的堆焊。 10.5 雙管板 當(dāng)換熱器管程、殼程介質(zhì)嚴(yán)格禁混合時(shí)，宜采用雙管板結(jié)構(gòu)，并需考慮如下設(shè)計(jì)原則： （1）較苛刻的介質(zhì)一般在管程，換熱管與管側(cè)管板采用強(qiáng)度焊或強(qiáng)度脹； （2）殼側(cè)管板采用強(qiáng)度脹； （3）封閉的間距內(nèi)應(yīng)設(shè)置集液口或排氣口； 雙管板結(jié)構(gòu)一般有如下三種形式: 11 折流板和支持板等內(nèi)件 折流板既用來支撐換熱管，又使其產(chǎn)生理想的殼程流速，還可以減少換熱管無支撐跨距避免流體誘導(dǎo)振動(dòng)，因此折流板在換熱器殼程設(shè)計(jì)中無論是對(duì)傳熱還是對(duì)壓

55、降都占有重要位置，因?yàn)檎哿靼迨强梢哉{(diào)節(jié)的，合理的折流板設(shè)計(jì)將會(huì)在傳熱和壓降上都取得比較滿意的效果。 如果不是特別指明，折流板通常是指殼程的橫向折流板，用于雙殼程結(jié)構(gòu)的分程隔板稱為縱向折流板或縱向隔板。 11.1 折流板間距 (1)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了最小折流板間距為殼體內(nèi)徑的1／5或50mm，取大者；小間距會(huì)增加殼程的流速及壓降，考慮到傳熱、壓降的均衡性，一般折流板間距宜不小于殼體內(nèi)徑的30％； (2)折流板最大間距可等于殼體的內(nèi)徑，若再加大將可能使殼程流體縱向流(順流)大大增加，使傳熱效率大大下降，另外，無支撐跨距過大會(huì)誘導(dǎo)振動(dòng)，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行振動(dòng)校核； (3

56、)殼程流動(dòng)為紊流時(shí)，傳熱系數(shù)變化范圍為流速的0.6-0.7次方，而壓降則與流速成正比，因此，隨著折流板間距減少，壓力降的增加比傳熱系數(shù)上升要快得多。 11.2 折流板形式 常用的折流形式有折流板、折流桿和螺旋折流板等。 1)．弓形折流板 (1)單弓形折流板為最常用的形式，其形式簡(jiǎn)單，但壓降較大； (2)雙弓形折流板，適用于殼程流量較大的物流，或殼程流體為密度低的低壓氣體時(shí)，此時(shí)壓降會(huì)有大的下降，而傳熱系數(shù)的下降要小得多； (3)三重弓形折流板類似雙弓形折流板的功能，但其安裝的難度較大。 2)折流板布置 a)折流板一般應(yīng)按等間距布置，管束兩端的折

57、流板盡可能靠近殼程進(jìn)，出口接管； b)臥式換熱器的殼程為單相清潔流體時(shí)，折流板缺口應(yīng)水平上下布置。 若氣體中含有少量液體時(shí)，在缺口朝上的折流板的最低處開通液口； 若液體中含有少量氣體時(shí)，在缺口朝上的折流板的最高處開通氣口。 C）臥式換熱器的殼程介質(zhì)為氣－液共存相或液體中含有固體物料時(shí)，折流板缺口應(yīng)崔直左右布置，并在缺口最低處開通液口。 3).弓形折流板缺口高度 弓形折流板缺口高度應(yīng)使流體通過缺口時(shí)與橫過管束時(shí)的流速相近。 缺口大小用切去的弓形弦高占筒體內(nèi)直徑的百分比來確定。 弓形弦高h(yuǎn)值，一般取0.2~0.45倍的筒體內(nèi)直徑。 4).折流板和支持板最小厚度 根據(jù)換熱器直徑和

58、換熱管無支撐跨距查GB151表34 10.3．支持板 a)當(dāng)換熱器不需要設(shè)置折流板，但換熱管無支撐跨距大于GB151表42規(guī)定時(shí)，應(yīng)設(shè)置支持板，用來支撐換熱管，以防止換熱管產(chǎn)生過大的撓度。 b)浮頭換熱器浮頭端宜設(shè)置加厚的環(huán)形支持板 10.4. U形換熱器的尾部支持 。 U形換熱器中，靠近彎管段起支撐作用的折流板，結(jié)構(gòu)尺寸A+B+C大于GB151表42規(guī)定時(shí)，應(yīng)在彎管部分加特殊支撐 10.5 折流桿 用與換熱管垂直的四組圓鋼所形成的“井”字將換熱管固定住。 折流桿換熱器使殼程流體沿著管束軸線縱向流動(dòng)，從而徹底消除流體橫向流動(dòng)而產(chǎn)生的誘發(fā)振動(dòng)。并且折流桿會(huì)使流體

59、不斷地產(chǎn)生卡門漩渦以提高傳熱的效率。同時(shí)由于沒有橫向流動(dòng)，故殼程流體壓降較底。折流桿換熱器的關(guān)鍵技術(shù)在于正確的傳熱工藝計(jì)算及制造組裝技術(shù)。 折流桿的直徑等于換熱管的間隙； 可視一組折流圈相當(dāng)于一塊折流板（或支板承） 10.6．螺旋折流板 由數(shù)塊扇形板排列在有一定升角的螺旋線上，使流體在殼體內(nèi)形成螺旋流，其特點(diǎn)為： (1)可以使流體達(dá)到近似于柱塞流的效果； (2)返混程度很低，幾乎沒有流動(dòng)的死區(qū)； (3)傳熱效率提高的同時(shí)，又獲得了較佳的壓降； (4)傳熱系數(shù)與螺旋角關(guān)系密切，最佳的螺旋角為25°~40°；

60、 (5)為減少無支撐跨長(zhǎng)避免振動(dòng)可用二頭或多頭螺旋。 10.7 拉桿，定距管 a)換熱外徑≥19mm時(shí)，采用拉桿定距管結(jié)構(gòu)； b). 換熱外徑≤14mm時(shí),采用拉桿與折流板點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)； c)拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束外邊緣。對(duì)于大直徑的換熱器，在布管區(qū)內(nèi)或靠近折流板缺口處應(yīng)布置適當(dāng)數(shù)量的拉桿，任何折流板應(yīng)不少于3個(gè)支承點(diǎn)。 e)拉桿直徑和數(shù)量根據(jù)GB151表43,表44 10.8 防沖與導(dǎo)流 1)管程設(shè)置防沖板條件 當(dāng)管程采用軸向入口接管或換熱管內(nèi)流體流速超過3m/s時(shí)，應(yīng)設(shè)置防沖板，以減少流體的不均勻分布和對(duì)換熱管端的沖蝕。 2） 殼程設(shè)置防沖板條件 （1）當(dāng)殼程進(jìn)口

61、管流體的ρν2為下列數(shù)值時(shí)，應(yīng)在殼程進(jìn)口管設(shè)置防沖板或?qū)Я魍玻? a) 非腐蝕，非磨蝕的單向流體的ρν2>2230kg/(m.s2) b) 其他液體，包括沸點(diǎn)下的液體ρν2>740kg/(m.s2 （2）有腐蝕或磨蝕的氣體，蒸汽及汽液混合物，應(yīng)設(shè)置防沖板; 3） 殼程設(shè)置導(dǎo)流筒條件 當(dāng)殼程進(jìn)出接管距管板較遠(yuǎn)，流體停滯區(qū)過大時(shí)，應(yīng)設(shè)置導(dǎo)流筒。以減少流體停滯區(qū)，增加換熱管的有效換熱長(zhǎng)度。 4） 防沖板 a) 防沖板外表面到圓筒內(nèi)壁的距離，應(yīng)不小于接管外徑的1/4; b) 防沖板的直徑或邊長(zhǎng)，應(yīng)大于接管外徑的50mm; c) 防沖板的最小厚度：碳鋼為4.5mm,不銹鋼為3

62、mm。 d) 防沖板的固定形式有： － 防沖板焊在拉桿或定距管上，也可以同時(shí)焊在靠近管板的第一塊折流板上； －防沖板焊在圓筒上（考慮穿管， 應(yīng)注意拉桿應(yīng)固定在遠(yuǎn)離防沖板一側(cè)的管板上） －防沖板與換熱管采用U形螺栓固定。 5) 導(dǎo)流筒 導(dǎo)流筒分內(nèi)導(dǎo)流筒和外導(dǎo)流筒 a)內(nèi)導(dǎo)流筒：內(nèi)導(dǎo)流筒外表面到殼體內(nèi)壁的距離宜不小于接管外徑的1/3。導(dǎo)流筒端部至管板的距離，應(yīng)使該處的流通面積不小于導(dǎo)流筒的外側(cè)流通面積。 b)外導(dǎo)流筒：內(nèi)襯筒內(nèi)表面到外導(dǎo)流筒的內(nèi)表面距離為： 接管外徑d≤250mm時(shí)，間距≥50mm； 接管外徑d>250mm時(shí)，間距≥75mm。 c

63、)立式外導(dǎo)流換熱器，應(yīng)在內(nèi)襯筒下端開淚孔。 10.9 雙殼程結(jié)構(gòu) 當(dāng)管程流量較大，殼程流量較大、殼程流量較小時(shí)，或?yàn)檫_(dá)到全逆流傳熱的目的，采用雙殼程是很普遍的。 雙殼程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于縱向隔板的密封和安裝結(jié)構(gòu)，GB l51有下列三種結(jié)構(gòu)型式，見圖 圖中(a)（b）、（c）三種型式都適用于不抽芯式的換熱器，其優(yōu)缺點(diǎn)如下： （1）（a）型：組裝很方便，但密封結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，也可用于浮頭式或U形管式換熱管的可抽管束； （2）（b）型：隔板必須先焊人殼體，因此組裝管束十分困難； （3）（c）型：作為固定管板換熱器的使用，比（b）型組裝簡(jiǎn)單，可在殼體外

64、側(cè)基本完成管束的組裝；也可用于U形管式換熱管器的可抽管束。 縱向隔板的最小厚度為6mm,當(dāng)殼程壓力降較大時(shí)，隔板應(yīng)適當(dāng)增加。 11浮頭蓋和鉤圈 1)．浮頭式換熱器的浮頭蓋 浮頭蓋相當(dāng)于管程的一個(gè)管箱，通常為帶法蘭的球冠形封頭結(jié)構(gòu)。其浮頭法蘭的設(shè)計(jì)計(jì)算分析GB150。對(duì)于帶有分程隔板的浮頭蓋要熱處理。 2)．鉤圈 鉤圈對(duì)于保證浮頭端的密封、防止介質(zhì)間的串漏起重要作用。GB 151給出了兩種鉤圈的結(jié)構(gòu)型式。 (1)A型鉤圈為傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，其厚度計(jì)算公式是活套法蘭的計(jì)算式，因其剖分為兩半，故其厚度為整體活套法蘭的倍；這種鉤圈，加工要求

65、低，但過大的結(jié)構(gòu)尺寸會(huì)造成雙頭螺柱長(zhǎng)，剛性差，同時(shí)會(huì)在浮頭端造成過大的介質(zhì)停滯區(qū)，減少了有效換熱面積。鑒于B型鉤圈近30年的成功使用，目前A型鉤圈在國內(nèi)的應(yīng)用已愈來愈少。 (2)B型鉤圈的計(jì)算公式是個(gè)經(jīng)過驗(yàn)證的經(jīng)驗(yàn)公式，其優(yōu)點(diǎn)是雙頭螺柱短、鉤圈薄、浮頭端停滯區(qū)相對(duì)A型要少，但加工有難度，要達(dá)到B型鉤圈的良好性能必須要保證以下兩點(diǎn)： ①應(yīng)保證浮頭管板外徑與鉤圈內(nèi)徑0.4mm的徑向間隙，在擰緊螺栓時(shí)間隙消失，從而使管板對(duì)鉤圈起到支撐作用，控制了鉤圈的轉(zhuǎn)角變形，也能保證螺栓不致產(chǎn)生過大的彎曲變形，因此保證了有效的密封； ②保證頸部承受剪切載荷的30mm的厚度。

66、 JB/T4714《浮頭式換熱器冷凝器型式與基本參數(shù)》系列就是采用B型鉤圈。 3）浮頭法蘭 球冠浮頭裝入法蘭深度l對(duì)法蘭計(jì)算厚度有較大影響：在外壓作用下，增加l可使法蘭厚度減薄，而在內(nèi)壓作用下增加l使法蘭厚度增大，應(yīng)慎重選擇l。 一般取： l＝球冠封頭厚度+2mm； 或者參照SW6默任值選取。 5） 浮頭法蘭墊片 一般應(yīng)采用金屬包墊片或纏繞墊，不宜采用非金屬墊。 12 填料函換熱器 1） 填料函換熱器結(jié)構(gòu)形式 填料換熱器結(jié)構(gòu)有：外填料浮頭式； 單填料函滑動(dòng)管板式 雙填料函滑動(dòng)管板式 填料函換熱器不適用于易燃，易爆，有毒及貴重介質(zhì)。 13．支座 1）臥式換熱器鞍座布置原則： a)當(dāng)L≤3000mm時(shí)，兩鞍座之間距離取LB=(0.4~0.6)L; b)當(dāng)L＞3000mm時(shí)，兩鞍座之間距離取LB=(0.5~0.7)L; c)盡量使Lc和Lc’相近。 2）