GB151A讲稿

2020/1/101GB151-1999《管壳式换热器》中海油山东化学工程有限责任公司郝翠冉电话：[phone]E-Mail:[e-mail]2020/1/102GB151-1999管壳式换热器主讲内容:2020/1/103议程约6小时内容分类2020/1/104热交换器的研究与发展管壳式换热器的适用范围常用的几种管壳式换热器的类型管壳式换热器的有关定义管壳式换热器的类别划分管壳式换热器的计算换热管与管板的连接管板与壳体的连接管壳式换热器的制造及检验（压力试验）GB151与GB150的关系新容规对GB151的主要影响新版GB151的主要修改内容2020/1/105词汇壳程管程管箱管束管板法兰接管支座人孔手孔紧固件换热器的零部件见表1P4公称直径公称长度换热面积压力温度载荷厚度材料强度胀强度焊强度胀加密封焊强度焊加贴胀试验压力制造及检验2020/1/106一.管壳式换热器的研究与发展1.热交换器的研究与发展随着世界性的能源危机波及到了装备制造业及石油化工这些耗材及能耗的大户，以及国家节能减排长期国策的确立，作为能量回收装备—热交换设备的提高传热效能及降低能耗的研究被提高到了很重要的地位。这些研究归纳为以下几个方面：1）传热与流动研究：旨在提髙传热及压降计算的准确性及寻求提髙传热效率，降低压降的途径，这方面研究主要涉及到：物性模拟研究、分析设计研究（如温度场、流动分布的模拟研究）、传热及流动试验和工艺计算软件的开发等。2）换热设备大型化、新型热交换设备的开发及降低能耗、节水的研究。3）强化传热的研究：如强化传热管研究、板管的研究（如板壳式、板空冷等）。4）材料研究（相容性及经济性的结合）。5）抗腐蚀及控制结垢的研究（涉及使用寿命及保持传热效率）2020/1/1072.国内外换热器相关标准2.1国外换热器相关标准2.1.1美国1)制造商协会标准：a)TEMA列管式换热器制造商协会，现行标准：TEMA-1999；b)EJMA-膨胀节制造商协会，现行标准：EJMA-20002).API-美国石油学会：a)API660《炼油厂通用管壳式换热器》b)API661《一般炼厂用空冷器》c)API662《板式换热器》3).ASME(AmericalSocityofMachanicalEngineers美国机械工程师学会）锅炉及压力容器规范共有11卷,与压力容器有关的有：ASMEⅧ-1压力容器（常规篇），有管壳式换热器的内容。ASMEⅧ-2压力容器（分析设计篇），有管壳式换热器的内容2020/1/1082.1.2日本JISC《日本工业标准调查会》-管理机构；但制订标准由KHK《高压气体保护协会》等机构执行。日本的压力容器标准近十几年变化较多，直至2003年形成了目前的体系，由于被法规所引用而具有强制性。1).JISB8265《压力容器的构造-一般事项》（常规篇）2).JISB8266《压力容器的构造-特定标准》（分析设计篇）3).零部件标准：a)JISB8274《压力容器的管板》；b)JISB8277《压力容器的膨胀节》；c)JISB8278《鞍式支座支承的卧式容器》；2.1.3欧洲1)欧盟a)EN13445-2002《非直接火接触压力容器》b)PressureEquipmentDiretivePED97/23/EC欧共体承压设备指令（贸易壁垒）2020/1/1092)英国PD5500-2003《受压容器规范》，在这以前为：BS5500。非强制性标准；由于有法规引用成为强制性标准，有管壳式换热器的内容。3)德国-AD-2000规范被国家标准TRB“压力容器技术规程”引用而成为强制性技术规范，既是有关法规的基础，也包含了这些法规，有管壳式换热器的内容（如薄管板设计）2.1.4ISO-国际标准化组织-编制了很多标准，但基本上向API靠1)ISO/DIS2694压力容器。2)ISO/16812-2007《管壳式换热器》与API660并号。2.1.5MicroprotorV32.6计算软件系：可完成ASMEⅧ-1、TEMA、EJMA、PD5500、EN13445、AD、CODAP等国际标准的强度设计（CAE）、自动绘图（CAD）、料表汇总（CAM）、设备造价预算等多阶段设计功能。2.2国内换热器及相关标准概况2.2.1产品标准1).GB151-1999《管壳式换热器》2).JB/T4751《螺旋扳式换热器》3).NB/T47006-2009《板式热交换器》(替代JB/T4752）4).NB/T47006-2009《板式蒸发装置》(替代JB/T4753）2020/1/10105).NB/T47006-2009《铝制板翅式换热器》(替代JB/T4757）6).NB/T47007-2010《空冷式换热器》（替代JB/T4758）7).HG/T2650《钢制管式换热器》（单套管换热器）8).SH/T3119《石油化工钢制套管式换热器设计规范》（单、多套管）9).GB/T9948-2006《石油裂化用无缝钢管》10).GB13296-2007《锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管11).GB/T14976-2002《流体输送用不锈钢无缝钢管》12).GB/T24593-2009《锅炉和热交换器用奥氏体不锈钢焊接钢管》13).NB/T47019-2011《锅炉、热交换器用管订货技术条件》14).GB/T××××《髙效换热器用特型管》（含：T型槽管、波纹管、内波外螺纹管、内槽管）-报批中2020/1/10112.2.2零部件标准1).GB/T16749-1997《压力容器用波形膨胀节》2).JB/T4712.1～4-2007《容器支座》（含鞍式、腿式、耳式、支承式）3).NB/T47020～47027-2012《压力容器法兰、垫片、紧固件》(2013.3.1实施)4).JB4718～4720《管壳式换热器用非金属、缠绕、金属垫片》等三项标准（正在合并修订）。5).JB4721《外头盖侧法兰》（正在合并修订）6).JB/T4736-2002《补强圈》7).GB/T25198-2010《压力容器封头》(2011.2.1实施)8).HG/T26592～20635-2009《钢制管法兰、垫片、紧固件》2020/1/1012二.管壳式换热器的适用范围标准DN.mmPN.MPaDN·PN注GB151≤2600≤35≤17500①TEMA≤2540(100”)≤20.684(3000psi)≤17500(100000)②适用参数范围表22020/1/1013注：①GB151中1.2：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。②TEMARCB-1.11：规定这些参数的意图是限定壳壁最厚约为3”（76mm)、双头螺柱的最大直径为4”（102mm)。本标准所提出的准则，也可以用于超出上述参数的换热器。表2中的注释2020/1/1014DN·PN的限制：若PN=35MPa时，DN≤500mm。若DN=2600mm时，PN≤6.73MPa。DN·PN的限制目的：避免过于笨重的、结构上的不合理设计。2020/1/1015三.常用的几种管壳式换热器的类型固定管板式换热器浮头式换热器U形管式换热器釜式重沸器填料函式换热器2020/1/1016固定管板换热器的主要特点结构简单，制造成本低；排管数比浮头式、U形管式要多；不能抽芯，无法进行机械清洗；因不能单独更换管束，所以维修成本高。由于换热管、管板和壳体焊在一起，换热管与壳体间的金属壁温差引起的温差应力是设计中的控制因素，因而对温度较高、温差较大的场合不宜使用。2020/1/1017浮头式换热器的主要特点可抽式管束，当换热管为正方形或转角正方形排列时，管束可抽出进行机械清洗，适用于易结焦及堵塞的工况；一端管板夹持，一端内浮头型式可自由浮动，故无需考虑温差应力，可用于温差较大的场合；浮头结构复杂影响排管数，加之处于壳程介质内的浮头密封面操作中发生泄露时很难采取措施；压力试验时的试压胎具复杂。内浮头结构限制了使用压力和温度，故一般情况为Pmax≤6.4MPa，Tmax≤400℃。2020/1/1018U形管式换热器的主要特点U形管式换热器在换热器中是唯一适用于高温、高压和高温差的换热器；以U形管式换热器尾端的自由浮动解决温度差应力，可用于高温；只有一块管板，加之法兰的数量也少，故结构简单而且泄露点少；可以进行抽芯清洗；由于弯管时Rmin的限制，分程间距宽排管略少；管程流速太高时，将会对U形弯管段产生严重的冲蚀，影响寿命。2020/1/1019釜式重沸器釜式重沸器的管程采用U形或浮头管束，壳程为单（或双）斜锥具有蒸发空间的壳体，一般为管程介质加热壳程介质，故管程的温度和压力比壳体的高，但设计压力一般不会高于6.4MPa。2020/1/1020填料函式换热器这是另一种浮头式换热器，它的浮动端采用填料密封浮动管板（裙）可在填料函内自由滑动，以补偿换热管与壳体的膨胀差量。这类结构直径不能太大，压力一般不高于2.5MPa。且不能用于贵重介质及危害介质，当介质危害性不大时，也可以采用双填料函密封加以弥补。2020/1/1021四.管壳式换热器的有关定义11.管程：是指介质流经换热管内通道及其相贯通的部分，管程数Nt指介质沿管长度方向往返的流经次数。2.壳程：是指介质流经换热管外通道及其相贯通的部分，壳程数Ns指介质在壳程内沿壳体轴向往返的次数。2020/1/10223.公称直径DN：①DN≥500mm，卷制圆筒，以圆筒内直径（mm)作为换热器的公称直径；②DN≤400mm，以钢管外径（mm)作为换热器的公称直径；③DN=450mm，有卷制和钢管两种情况，此时可按①、②两种情况分别表示；④公称直径一般以100mm进档，也允许50mm进档，50mm进档时，应注意与壳体圆筒相配的封头、法兰等标准零部件系列尺寸的匹配。2020/1/10234.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的直管段的长度；5.换热面积A：①计算换热面积：以换热管外经为基准，扣除深入管板内的换热管的长度后，计算得到的面积（m2）；对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形管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形管末端流体停止的换热损失；②公称换热面积：经圆整后的换热面积（m2），一般不计小数点后的数字（有资料：修约为5m2）。2020/1/10246.压力：①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。②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，其值不低于工作压力。③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。④试验压力：指在压力试验时，换热器管、壳程顶部的压力。2020/1/10257.温度：①设计温度：指在正常工作情况下，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。（P11）管程设计温度是指管程的管箱设计温度（不是换热管的设计温度）（是标志在铭牌上的）。壳程设计温度是指壳程壳体圆筒的设计温度（是标志在铭牌上的）。同时受管程、壳程温度作用的元件，应按金属温度确定设计温度，该温度应通过传热计算确定，也可以在已使用的同类换热器上测定，也可以根据成熟的设计经验确定。（如换热管的设计温度）②试验温度：指在压力试验时，管箱和壳体的金属温度。2020/1/10268.厚度：①计算厚度：指按GB150和本标准有关公式计算得到的厚度；需