发布时间 : 星期六 文章GBT 151-2014 热交换器讲解 - 图文更新完毕开始阅读
热交换器
戴季煌
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热交换器 2015.01
第一部分GB151-2014
1. 修改了标准名称，扩大了标准适用范围：
1.1提出了热交换器的通用要求，也就是适用于其他结构型式热交换器。并对安装、使用等提出要求。 1.2规定了其他结构型式的热交换器所依据的标准。 2. 范围：
GB151-201X《热交换器》规定公称直径范围（DN≤4000mm，原为2600mm）、公称压力（PN≤35MPa）及压力和直径乘积范围（PN×DN≤2.7×104，原为1.75×104）。并且管板计算公式推导过程的许多简化假定不符合。也给制造带来困难。TEMA控制壳体壁厚3〞（76mm）、双头螺柱最大直径为4〞（102mm）。 3.术语和定义
3.1公称直径DN
3.1.1卷制、锻制、圆筒
以圆筒内直径（mm）作为换热器的公称直径。 3.1.2钢管制圆筒
以钢管外径（mm）作为换热器的公称直径。 3.2公称长度LN
以换热管的长度（m）作为换热器的公称长度，换热管为直管时，取直管长度；换热管为U形管时，取U形管的直管段长度。
3.3换热面积A 3.3.1计算换热面积
换热面积是以换热管外径为基准，以二管板内侧的换热管长度来计算换热面积，计算得到的管束外表面积（m2）；对于U形管换热器，一般不包括U形管弯管段的面积。当需要把U形弯管部分计入换热面积时，则应使U形端的壳体进（出）口安装在U形管末端以外，以消除U形管末端流体停滞的换热损失。
3.3.2公称换热面积
公称换热面积是将计算面积经圆整后的换热面积（m2），一般取整数。 4.工艺计算（新增加）
4.1设计条件（用户或设计委托方应以正式书面形式向设计单位提出工艺设计条件），内容包含 4.1.1操作数据：包括流量、气相分率、温度、压力、热负荷等；
4.1.2物性数据：包括介质密度、比热、粘度、导热系数或介质组成等； 4.1.3允许阻力降；
4.1.4其他：包括操作弹性、工况、安装要求（几何参数、管口方位）等。 4.2选型应考虑的因素
4.2.1合理选择热交换器型式及基本参数，满足传热、安全可靠性及能效要求； 4.2.2考虑经济性，合理选材；
4.2.3满足热交换器安装、操作、维修等要求。 4.3计算
热交换器工艺计算时应进行优化，提高换热效率，满足工艺设计条件要求。需要时管壳式热交换器还应考虑流体诱发振动。 5.设计参数
5.1压力
5.1.1压差设计
同时受管、壳程压力作用的元件，当能保证制造、开停工、及维修时都能达到按规定压差进行管、壳程同时升、降压和装有安全装置时，方可按元件承受的压差设计。
5.1.2真空设计
真空侧的设计压力，应按GB150的规定，当元件一侧受真空作用，另一侧受非真空作用时，其设计压力应为两侧设计压力之和，即为最苛刻的压力组合。
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5.1.3试验压力
试验压力pT=1.25[σ]/[σ]t，当容器元件所用材料不同时，应取各元件材料的[σ]/[σ]t比值中最小者。 外压容器和真空容器以内压进行压力试验。
1）当pt＜ps时，各程分别按上述办法试压。当pt（或ps）为真空时，则ps＋0.1（或pt＋0.1）再乘以规定值。 2）当pt＞ps时，壳程试验压力按管程试验压力。 5.2温度
5.2.1设计温度
换热器在正常的工作情况下，设定的元件金属温度（沿元件金属横截面的温度平均值），它与设计压力一起作为设计载荷条件，设计温度不得低于元件金属在工作状态下可能达到的最高温度，对于0℃以下的金属温度，设计温度不得高于元件金属可能达到的最低温度。
管程设计温度是指管程的管箱设计温度。非换热管的设计温度。 对于同时受两程温度作用的元件可按金属温度确定设计温度，也可取较高侧设计温度。
在任何情况下元件金属的温度不得高于材料允许使用的温度。 5.2.2元件金属温度确定。 5.2.2.1传热计算求得 1）换热管壁温tt
热流体热量通过管壁传给冷流体（图1）。换热管壁温tt
tt?1?tth?ttc? （1） 22）壳体圆筒壁温ts 图1
壳体圆筒壁温计算与换热管壁温相同，不同的地方圆筒外为大气温度，有保温的基本是圆筒外壁温度。 5.2.2.2已使用的同类换热器上测定
5.2.2.3根据介质温度并结合外部条件确定。 6. 厚度附加量
6.1钢材厚度负偏差 6.2腐蚀裕量的规定
根据预期的容器寿命和介质对金属材料的腐蚀速率确定。
各元件受到的腐蚀程度不同时，可采用不同的腐蚀裕量，（表1）。
表1
腐蚀率 毫米/年 无腐蚀 ＜0.05 轻微腐蚀 0.05～0.5 6.3腐蚀裕量的考虑原则
6.3.1各元件受到的腐蚀程度不同时，可采用不同的腐蚀裕量。
6.3.2考虑两面腐蚀的元件：管板、浮头法兰、球冠形封头、分程隔板。
6.3.3考虑内表面腐蚀的元件：管箱平盖、凸形封头、管箱、壳体、容器法兰和管法兰的内径面上。 6.3.4管板和平盖上开槽时：当腐蚀裕量大于槽深时，要加上两者的差值。
6.3.5不考虑腐蚀裕量的元件：换热管、钩圈、浮头螺栓、拉杆、定距管、拆流板、支持板、纵向隔板。当腐蚀裕量很大时也要考虑。
7.焊接接头分类（增加）与焊接接头系数。
对于换热管与管板连接的内孔焊，进行100%射线检测时焊接接头系数φ=1.0，局部射线检测时焊接接头系数φ=0.85，不进行射线检测时焊接接头系数φ=0.6。 8.泄露试验
泄露试验的种类和要求应在图样上注明。 9.材料和防腐
换热器用钢材除采用GB150.2中所规定的材料外，作为GB151换热器的零部件还需要作进一步考虑。 9.1管板、平盖
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有腐蚀 0.5～1.5 严重腐蚀 ＞1.5 管板、平盖一般情况用锻件优于用钢板，但用锻件的成本要高很多，故在条件不苛刻时，用板材作管板、平盖依然很多。一般规定如下：
1）钢板厚度δ＞60mm时，宜采用锻件。
2）带凸肩的管板、内孔焊管板和管箱平盖采用轧制板材直接加工制造时，碳素钢、低合金钢厚度方向性能级别不应低于GB/T5313-2010（厚度方向性能管板）中的Z35级，并在设计文件上提出附件检验要求。
3）采用钢板作管板和平盖时，厚度大于50mm的Q245R、Q345R，应在正火状态下使用。 9.2复合结构的管板、平盖
管板、平盖可采用堆焊或爆炸复合结构，当管程压力不是真空状态时，平盖亦可采用衬层结构。 9.2.1堆焊结构
用堆焊制作的管板与平盖，其覆层与基层的结合是最好的，但堆焊的加工难度大，中间检验、最终检验及热处理的要求高，堆焊一般有手工堆焊和带极堆焊两种方法。
（1）管板堆焊结构：其覆层完全可计入管板的有效厚度（以许用应力比值折算），与换热管连接采用强度焊时，有充分的能力来承受换热管的轴向剪切载荷。
（2）常用带分程隔板槽管板堆焊结构见图2。
单管程不带分程隔板槽的管板堆焊层大于或等于8mm。
（a）正确结构图 （b）错误结构图
图2
（3）管板堆焊技术要求： 9.2.2爆炸、轧制复合板
管板和平盖采用的复合板等级要求见表2。
表2
标准 NB/T47002.1-2010 《压力容器用爆炸焊接复合板 第1部分：不锈钢—钢复合板》 NB/T47002.2-2010 《压力容器用爆炸焊接复合板 第2部分：镍—钢复合板》 NB/T47002.3-2010 《压力容器用爆炸焊接复合板 第3部分：钛─钢复合板》 NB/T47002.4-2010 《压力容器用爆炸焊接复合板 第4部分：铜—钢复合板》 元件 管板 剪切强度≥210MPa 1级，结合率100% 剪切强度≥210MPa 1级，结合率100% 剪切强度≥140MPa 1级，结合率100% 剪切强度≥100MPa 1级，结合率100% 平盖 剪切强度≥210MPa 3级，结合率≥95% 剪切强度≥210MPa 3级，结合率≥95% 剪切强度≥140MPa 3级，结合率≥95% 剪切强度≥100MPa 3级，结合率≥95%
9.2.3规定了不得使用的衬层复合结构： 9.2.4管板复合结构的评价
堆焊复合：其覆层完全可计入管板的有效厚度（以许用应力比值折算），与换热管连接采用强度焊时，有充分的能力来承受换热管的轴向剪切载荷。
爆炸复合：采用标准中1级的复合钢板时，覆层是否计入管板有效厚度由设计者自行决定（钛、铜覆层不能计入管板有效厚度内），但管板覆层与换热管的强度焊，可以承受换热管的轴向剪切载荷。
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