换热器知识.

换热器知识惠林涛2012年7月19日换热器种类•管壳式换热器、板壳式换热器、板式换热器、套管换热器、螺旋板换热器、块孔式换热器、翅片管换热器（干湿空气冷却器、空气加热器）、热管换热器等螺旋板换热器换热器种类•管壳式换热器：固定管板式、浮头式、U形管式和填料函式换热器等GB151•GB151-1989钢制管壳式换热器•GB151-1999管壳式换热器•GB151-2012热交换器管壳式换热器•SH3532—95石油化工换热设备施工及验收规范GB151-1999管壳式换热器•1适用范围•2引用标准•3总则•4材料•5设计•6制造、检验与验收•7安装、试车和维护GB151-1999管壳式换热器•标准的附录：•附录A低温管壳式换热器•附录B换热管与管板接头的焊接工艺评定•附录C换热管用奥氏体不锈钢焊接钢管•附录D有色金属设计数据GB151-1999管壳式换热器•提示的附录：•附录E管束振动•附录F壁温计算•附录G管板与回筒、管箱的连接•附录H垫片•附录J换热管特性表•附录K壳体与管间的入口或出口面积的计算GB151-1999管壳式换热器•1范围本标准规定了非直接受火管壳式换热器（以下简称“换热器”）的设计、制造、检验和验收的要求。GB151-1999，1.范围•1.1本标准适用于固定管板式、浮头式、U形管式和填料函式换热器。GB151-1999，1.范围•1.2适用的参数为公称直径DN≤2600mm；公称压力PN≤35MPa；且公称直径（mm）和公称压力（MPa)的乘积不大于1.75*104；超出上述参数范围的换热器也可参照本标准进行设计与制造。GB151-1999，1.范围•1.3本标准适用的设计温度范围按金属材料允许的使用温度确定．GB151-1999，1.范围•1.4下列各类换热器不属本标准管辖a.直接火焰加热的换热器及废热锅炉；b.受核辐射的换热器；c.要求作疲劳分析的换热器，d.已有其他行业标准管辖的换热器。诸如制冷、制糖、造纸、饮料等行业中的某些专用换热器。1.范围•1.5设计压力低于0.1MPa及真空度低于0.02MPa的换热器，可按JB/T4735及本标准的有关规定进行设计、制造、检验与验收。1.范围•1.6当采用以下方法设计时，须经全国压力容器标准化技术委员会评定认可．a.应力分析（已取得应力分析设计资格的单位除外），b.验证性液压试验；c.用可比的已投人使用的结构进行对比经验设计。3总则•3.1换热器的设计、制造、检验和验收除必须符合本标准的规定外，还应遵守GB150和国家颁布的有关法令、法规和规章．3总则•3.2.1资格3.2.1.1换热器的设计、制造单位必须具备健全的质量管理体系。设计单位应持有压力容器设计单位批准书，制造单位应持有压力容器制造许可证。3.2.1.2换热器的设计、制造必须接受国家质量技术监督局各级锅炉压力容器安全监察机构的监察。3总则•3.2.2.2制造单位的职责1必须按照设计图样要求进行制造，如需对原设计进行修改，应取得原设计单位的认可．2制造单位的检查部门在换热器制造过程中和完工后，应按本标准和图样规定对换热器进行检验和试验，提供报告，并对报告的正确性和完整性负责。3总则•3.2.2.2制造单位的职责3对其制造的每台换热器产品至少应具有下列技术文件备查，技术文件至少应保存7年。a)制造工艺图或制造工艺卡；b)材料证明文件及材料表；c)换热器的焊接工艺和热处理工艺记录，d)标准中允许制造厂选择的项目的记录。e)换热器制造过程中及完工后的检查记录；f)换热器原设计图和竣工图。3总则•3.2.2.2制造单位的职责.4制造单位在取得检验机构确认换热器质量符合本标准和图样的要求后，须填写产品质量证明书并交付用户。3总则•3.3换热器范围本标准管辖的换热器，其范围是指换热器（管箱、壳体、管束、头盖）及与换热器连为整体的受压零部件，且划定在下列范围内。3总则•3.3换热器范围3.3.1换热器与外管道连接a)焊接连接的第一道环向接头坡口端面；b)螺纹连接的第一个螺纹接头端面，c）法兰连接的第一个法兰密封面；d）专用连接件或管件连接的第一个密封面．3总则•3.3换热器范围3.3.2接管、人孔、手孔等的承压封头、平盖及其紧固件。3.3.3非受压元件与换热器壳体、管箱、头盖内、外表面的焊接接头。接头以外的元件如支座、支耳、垫板等也应符合本标准或相应标准的规定。3总则•3.3换热器范围3.5换热器的主要组合部件换热器的主要组合部件有前端管箱、壳体和后端结构（包括管束）三部分。详细分类及代号见图1（原文）3总则•3.6公称直径DN3.6.1卷制圆筒以圆筒内直径（mm）作为换热器的公称直径。3.6.2钢管制圆筒以钢管外径（mm）作为换热器的公称直径。3总则•3.7换热面积A3.7.1计算换热面积以换热管外径为基准，扣除伸人管板内的换热管长度后，计算得到的管束外表面积；对于U形管式换热器，一般不包括U形弯管段的面积m2。3.7.2公称换热面积经圆整后的计算换热面积m23总则•3.8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形管直管段的长度。3总则•3.9管程和壳程3.9.1管程系指介质流经换热管内的通道及与其相贯通部分。3.9.2壳程系指介质流经换热管外的通道及与其相贯通部分。3总则•3.9.3管程数Nt，系指介质沿换热管长度方向往返的次数．3.9.4壳程数Na，系指介质在壳程内沿壳体轴向往返的次数．3总则•3.10换热器型号的表示方法3总则•3.1.1压力除注明者外，压力均指表压力。3.1.1.1工作压力工作压力指在正常工作情况下，换热器管、壳程顶部可能达到的最高压力。3总则•3.1.1.2设计压力设计压力指设定的换热器管、壳程顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不得低于工作压力。3总则•真空换热器真空侧的设计压力按承受外压考虑，当装有安全控制装置（如真空泄放阀）时，设计压力取1.25倍最大内外压力差，或0.1MPa两者中的较低值，当没有安全控制装置时，取0.1MPa。真空换热器非真空侧，同时受管、壳程压力作用的元件，其设计压力应为内压侧和真空侧设计压力之和。3总则•3.11.3计算压力计算压力指在相应设计温度下，用以确定换热器元件厚度的压力，其中包括液柱静压力。当元件所承受的液柱静压力小于5％的设计压力时，可忽略不计．3总则•3.11.4试验压力试验压力指在压力试验时，换热器管、壳程顶部的压力。3总则•3.12温度3.12.1设计温度设计温度指换热器在正常工作情况下，设定的元件金属温度（沿元件金属横截面的温度平均值），设计温度与设计压力一起作为设计载荷条件。3总则•在任何情况下，元件金属的表面温度不得超过材料的允许使用温度。设计温度不得低于元件金属在工作状态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。标志在铭牌上的管、壳程设计温度，分别为管程管箱和壳程壳体的设计温度。对于同时受管、壳程温度作用的元件可按金属温度确定设计温度，也可取较高侧的设计温度。3总则•3.12.2试验温度试验温度指压力试验时，管箱和壳体的金属温度。3总则•3.13载荷3.13.1设计时应考虑以下载荷：a)内压、外压或最大压差，b)膨胀量不同引起的作用力；c)液柱静压力。3总则•3.13.2需要时尚应考虑下列载荷：a)换热器自重及正常工作条件下或试验条件下内装物料的重力载荷；b附属设备及隔热材料、管道、扶梯、平台等的重力载荷；c）风载荷、地震力、雪载荷；d）支座及其他型式支撑件的反作用力；e）连接管道和其他部件的作用力；f)温度梯度引起的作用力；e）压力急剧波动引起的冲击载荷；h）冲击反力，如由流体冲击引起的反力等；i）运输或吊装时的作用力。3总则•3.14厚度3.14.1厚度附加量C=C1+C2C1----材料厚度负偏差•C2----腐蚀裕量3总则•3.14.1.1材料厚度负偏差板材或管材的厚度负偏差按材料标准的规定，当材料的厚度负偏差不大于0.25mm，且不超过名义厚度的6％时，负偏差可忽略不计。换热管不考虑厚度负偏差。3总则•3.14.1.2腐蚀裕量为防止元件由于腐蚀、机械磨损而导致厚度削弱减薄，应考虑腐蚀裕量，具体规定如下：a）对有腐蚀或磨损的零件，应根据预期的寿命和介质对金属材料的腐蚀速率确定腐蚀裕量。b)换热器各元件受到的腐蚀程度不同时，可采用不同的腐蚀裕量；c）介质为压缩空气、水蒸汽或水的碳素钢或低合金钢制换热器，腐蚀裕量不小于lmm,3总则•3.14.1.3换热器主要元件腐蚀裕量的考虑原则：a)管板、浮头法兰、球冠形封头和钩圈两面均应考虑腐蚀裕量；b）平盖、凸形封头、管箱和圆筒的内表面应考虑腐蚀裕量，c）管板和平盖上开槽时，可把高出隔板槽底面的金属作为腐蚀裕量，但当腐蚀裕量大于槽深时，还应加上两者的差值；d)压力容器法兰和管法兰的内直径面上应考虑腐蚀裕量；e）换热管不考虑腐蚀裕量；f)拉杆、定距管、折流板和支持板等非受压元件，一般不考虑腐蚀裕量。3总则•3.14.1.4计算厚度指按GB150和本标准有关公式计算得到的厚度；•3.14.3设计厚度指计算厚度与腐蚀裕量之和。3.14.4名义厚度指设计厚度加上材料厚度负偏差后向上圆整至材料标准规格的厚度。即标注在图样上的厚度。3.14.5有效厚度指名义厚度减去腐蚀裕量和材料厚度负偏差。3总则•3.15许用应力3.15.1符号σb：材料标准抗拉强度下限值，MPa；σn(σ0.2)：标准常温屈服点（或0.2%屈服强度）,MPa；σts(σt0.2)----材料在设计温度下的屈服点（或0.2％屈服强度）,MPa；σtD----材料在设计温度下经10万h断裂的持久强度的平均值，MPa；σtn----材料在设计温度下经10万h蠕变率为1％的蠕变极限，MPa；3总则•3.15.2确定许用应力的依据3总则•3.15.3本标准所用钢材的许用应力按GB1503.15.4设计温度低于20℃时，取20℃时的许用应力。3.15.5复合板的许用应力设计计算中如需计人复层材料的强度时，其设计温度下的许用应力按式（2）确定。3.15.6对于地震力或风载荷与3.13.2中其他载荷相组合时，立式换热器壁的应力允许不超过许用应力的1.2倍。地震力和风载荷同时作用的情况可不考虑。3总则•3.16焊接接头系数3.16.1钢制换热器焊接接头系数。3.16.2铝、铜、铁及其合金的焊接接头系数按附录D（标准的附录）的规定•3总则•3.17压力试验换热器制成后应对换热管与管板的连接接头、管程和壳程进行压力试验。压力试验的种类和要求应在图样上注明。压力试验一般采用液压试验，对于不适合作液压试验的换器，例如换热器内不允许有微量残留液体，或由于结构原因不能充满液体的换热器，可采用气压试验。外压和真空换热器以内压进行压力试验。按压差设计的换热器应在图样上提出压力试验时升、降压的具体要求。对于管程设计压力大于壳程设计压力的换热器，图样上应对换热管与管板连会接头的试方法和压力提出详细要求3总则•3.17.1试验压力•PDF3总则•3.17.2应力校核的限制。3.17.1.1内压换热器3.17.1.2外压和真空换热器3总则•3.17.2压力试验前的应力校核压力试验前，应校核圆筒和椭圆形封头的应力3总则•3.17.3气密性试验介质的毒性程度为极度或高度危害或管、壳程介质互漏会产生严重危害时，应在压力试验合格后进行气密性试验。需作气密性试验时，试验压力、试验介质和检验要求应在图样上注明。4材料•4.1选材原则4.1.1换热器用钢的标准、冶炼方法、热处理状态、许用应力、无损检侧标准及检测项目均按GB150-1998第4章及其附录A的规定。设计温度低于或等于20℃时，应按本标准录A（标准的附录）选择低温用钢。4材料•4.1.2换热器用有色金属的冶炼方法、热处理状态、许用应力、无损检测标准、检测项目按相应的国家标准、行业标准。有色金属的使用范围规定如下：a)铝和铝合金设计压力应不大于8MPa。设计温度为-269-20