管壳式换热器 GB151讲义

管壳式换热器GB151-1999一.适用范围1.型式固定——Pt、PS大，△t小浮头、U形——Pt大，△t大一般不用于MPaPD5.2，易燃爆，有毒，易挥发和贵重介质。结构型式：外填料函式、滑动管板填料函、双填料函式（径向双道）2.参数41075.1,35,2600XPNDNMPaPmmDNN。参数超出时参照执行。DN:板卷按内径，管制按外径。3.管束精度等级——仅对CS，LAS冷拔换热管Ⅰ级——采用较高级，高级精度（通常用于无相变和易产生振动的场合）Ⅱ级——采用普通级精度（通常用于再沸，冷凝和无振动场合）不同精度等级管束在换热器设计中涉及管板管孔，折流板管孔的加工公差。GB13296不锈钢换热管，一种精度，相当Ⅰ级；有色金属按相应标准。4.不适用范围受直接火焰加热、受核辐射、要求疲劳分析、已有其它行业标准（制冷、造纸等）PD＜0.1MPa或真空度＜0.02MPa+二．引用标准1.压力容器安全技术监察规程——监察范围，类别划分等按管、壳程的各自条件划类，以其中类别高的为准，制造技术可分别要求。壳程容积不扣除换热管占据容积计，管程容积=管箱容积+换热管内部容积。壳程容积=内径截面积X管板内侧间长度。2.GB150-1998《钢制压力容器》——设计界限、载荷、材料及许用应力、各受压元件的结构和强度计算。3.有关材料标准。管材、板材、锻件等4.有关零部件标准。封头、法兰（容器法兰、管法兰）紧固件、垫片、膨胀节、支座等三．设计参数1.有关定义同GB1502.设计压力Mpa分别按管、壳程设计压力，并取最苛刻的压力组合（一侧为零或真空）。管板压差设计仅适用确能保证管、壳程同时升降压，如1）自换热2）PtPs均较高，操作又能绝对保证同时升降压。3．设计温度℃0℃以上，设计温度最高金属温度。0℃以下，设计温度最低金属温度。（一般可参照HG20580《设计基础》）材料允许使用温度）≯（元件表面温度算用最高部位温度，强度计壳程元件平均温度壳程元件厚度截面金属管程元件平均温度管程元件厚度截面金属tt][][固定管板式温差可不计环境温度壳材线胀系数温壳程筒体沿全长平均壁按附录Ｆ确定管材线胀系数换热管沿全长平均壁温St应力计算用*对气-气或液-液可近似取管、壳程介质平均温度的平均值。其它按chcmhmttTt估算。**可近似取壳程介质平均温度。外有保温或流体温度近似等于环境温度4.腐蚀裕量C2（仅对管，壳程均匀腐蚀）年腐蚀率×设计寿命mm0.050.05~0.130.13~0.250.250≥1≥2≥3对换热器设计寿命通常考虑8~10年（对炼油设备或有磨蚀的C2较上表大）压缩空气、水蒸汽、水对CS、LAS≮1mm,双面考虑的元件——管板、浮头法兰、浮头盖、钩圈，管板、平盖的槽深作C2或加差值。(槽深与C2取大值)不另考虑C2的元件——换热管*、拉杆、定距管、折流板、支持板等。*流动性较好腐蚀相对轻，换热元件要求给热系数α小，管头胀接不宜过厚。5.许用应力CS、LAS、SS按GB150，有色金属按GB151附录D。铝、铜及其合金nb=4、ns=1.5钛及其合金nb=3、ns=1.5复合板结合率≥B2级，可计入复层212211··ttt6.焊接接头系数CS、LAS、SS按GB150，有色金属按GB151附录D，管板——圆筒环向接头，用氩弧焊打底或有垫板焊接Φ=0.6。7.换热面积m2管束外表面积dnLeO，Le——管板内侧有效长度。U形管一般不包括弯管段面积。8.换热器公称长度m.,形管的直管段长度直管的全长度换热管长度U9.压力试验、气密试验气密试验常用于易燃、极度、高度毒性介质或管、壳介质互漏时会有严重危害（例如加重腐蚀、引起爆炸、影响产品质量、催化剂中毒、吸附剂粉化等）。试验压力值同GB150管板按压差设计时，须规定管、壳程升、降压的具体压差值，氨渗漏试验壳程自身水压试验后增（便于查管头连接），壁厚不扣除壳程校核壳程适用压差不大条件，且提高壳程试验压力时试29.0CppsstA法：100%NH3，2~3KPaB法：10~30%，NH3，0.15~1.0MpaC法：1%NH3，1~1.05PD四.材料1.CS、LAS、SS按GB1502.有色金属按GB151附录D1)铝和铝合金≤8Mpa，-269～200℃，对65℃不宜用含Mg3%的Al-Mg合金*，2)铜和铜合金纯铜≤150℃，铜合金≤200℃3)钛和钛合金纯钛≤300℃，钛合金≤350℃*Mg在Al中的室温溶解度0.34%，极限溶解度14.9%，Mg含量较高，会在晶间析出β相（Mg2Al3,Mg8Al5）,在某些介质中会产生应力腐蚀敏感性，只有在65℃以下不会产生。析出相过多也会降低冲击韧性。3.锻件1)带凸肩与圆筒或管箱对接焊的管板，2)厚度60mm的管板，3)形状复杂的管板4)锻件级别≥Ⅱ级。4.复合材料1)筒体、封头复合板（轧制、爆炸复合）2)管板、平盖复合或堆焊，堆焊分2层，第1层打底后热处理.3)轧制复合不锈钢管板Ⅰ级，平盖Ⅲ级,爆炸复合管板≥B1级，平盖B3级。（贴合率与剪切强度指标不同）5.换热管通常用无缝管，附录C的SS有缝管用于PD≤6.4Mpa，非极度危害介质，并考虑接头系数0.85。五.设计1.管箱1)管箱深度a)轴向开孔开孔中心处最小深度≥31dib)侧向开孔满足元件焊接距离要求c)对多管程管箱、相邻两程之间最小流通面积≥每程换热管流通面积的1.3倍2)平盖厚度（用于平盖管箱）a)无分程隔板（强度条件）操作时tCGKPD][137.13.0GCDPWLGK预紧时tCGPKD][237.1GCDPWLGK＇b)有分程隔板（含刚度条件）3/133)]][5.00435.0([GGbtbCGGDLAPEYDD中心扰度Y：DN≤600Y=0.75DN600Y=800DN（mm）最终取1、2、3中之大值3)分程隔板a)分程原则——每程换热管数大致相等，——隔板槽形状简单，容易加工，——密封面长度较短（计算隔板槽面积时，包括未被换热管支承的面积——槽两测）b)常用分程形式c)最小厚度DNδminmmCS、LASSS≤60086600～≤12001081200～≤200014102000～≤26001410压差大时按（式12）进行计算tPBb5.1B：尺寸系数—与隔板结构尺寸有关d)隔板密封端最大厚度10mm，超过时端部削边。e)隔板槽——槽深≮4mm（大于密封垫厚度）——槽宽隔板密封端厚+2mm，——槽拐角处倒角b×45°b＞r（垫片转角）。f)密封面与法兰齐平，同时加工。4)管箱PWHT（针对CS、LAS，SS一般不做）最后加工密封面侧向接管开孔有分程隔板Diba3/1))消除焊接残余应力，否则易引起法兰变形（甲型法兰尤甚），影响密封性能。2.圆筒1)公称直径宜与标准封头或容器法兰（以外径为标准的与管法兰匹配）匹配2)厚度两者取大值最小厚度强度计算按)150)bGBa最小厚度考虑保证刚性、变形小，管束/管板易安装，尤其对U形、浮头式重叠式局部应力；以及PTPs时，壳侧试压值要提高δmin(CS、LAS)mmDN400～≤700700～≤10001000～≤15001500～≤20002000～≤2600浮头、Ｕ形810121416固定68101214*表中含1mmC2值，当设计C21mm时，增加差值。δmin(SS)mmDN400～≤500500～≤700700～≤10001000～≤15001500～≤20002000～≤2600δmin3.54.56810123）制造要求e≤0.5%DN，且DN≤1200e≯5，DN1200e≯7；周长010内表面焊缝磨平。直线度L/1000且L≤6000≯4.5，L6000≯83.接管1)与圆筒内表面齐平2)径向或轴向设置3)TD≥300℃，用带颈对焊法兰，4)高点排气，低点排液，DN≥20（或螺塞）4.换热管（GB/T8163流体输送，GB9948石油裂解，GB13296锅炉、换热器S.S.无缝管）1)公称长度（m）1.0,1.5,2.0,2.5,3.0,4.5,6.0,7.5,9.0,12.0（有利于提高管材利用率）2)规格按各自材料标准（见表10），其中CS，LAS，SS常用规格：（d0）14,19,25,32,38,45,573)偏差分Ⅰ、Ⅱ级精度，SS均相当Ⅰ级精度4)U形管a)弯曲半径R≮2d0(R——管中心半径)10121416192022253032353845505557Rmin202430324040455060657076901001101150db)弯前最小δmin)41(min01Rd1——直管计R——弯曲半径（指到管中心）0d——管外径c)弯后圆度偏差≯10%0d，R2.50d的可15%0dd)热处理对有应力腐蚀且冷弯，则弯管段+150mm直段：CS、LAS——消应处理；SS商定方法；有色金属一般不做5）长度拼接a)不允许拼接的图样要注明，b)允许拼接的相关要求：——焊接工艺评定——接头数，直管1条，U形管2条，最短300mm，弯管段+50mm直段内无接头——坡口机械加工，错边量e0.15δ，且≤0.5mm，直线度不影响穿管——接头数10%作XT——逐根液压试验PT=2PD——通球检查球径（mm）≤2525～4040球径0.75di0.8di0.85di0d5.管板1)有效厚度a)整板槽壳壳槽管管tCtCne22maxmaxa)整板复合板复合质量符合要求时，计入212][][tte的当量复2)最小厚度（不含C2），与计算厚度比较取大值a)胀接——易燃易爆，有毒介质0mind≮——一般场合250d075.0mind50250d070.0mind500d060.0mindb)焊接满足结构设计和制造要求，但≮12mmc)复合板复≮3mm，且表层2mm理化性能达标——焊接连接换热管复≮10mm，且表层8mm理化性能达标——胀接连接换热管3)拼接a)全焊透接头b)100%XT-Ⅱ或UT-Ⅰc)PWHT（SS除外）4)堆焊a)基层表面检测Ⅱ级b)不允许管桥间补焊堆焊法c)分层堆焊，保证最小有效层厚度——带级堆焊，2层，每层4mm，——手工堆焊，分区、对称、同时——表面机加工5)布管a)排列形式（流向垂直于折流板缺口边）b)中心距≮1.25d010121416192022253032353845505557S13～14161922252628323840444857647072Sn283032353840424450525660687678800dSn—分程隔板两侧相邻管中距离c)布管限定圆——固定管板、U形管板最外层换热管外壁至圆筒内壁距b3=0.25d0，且≮8mm——浮头管板Di-2(b1+b2+b)b1—浮头管板与圆筒间隙b2—密封垫片台阶宽b—台阶与换热管外壁距离6)管孔a)钢换热管分Ⅰ、Ⅱ级管束孔d01614192532384557管孔d(Ⅰ)16.2514.2519.2525.2532.3538.445.457.55CS，LAS，SS15.0020.0025.00管孔d(Ⅱ)14.4016.4019.4025.4032.5038.545.557.70CS，LAS15.0020.0030.0040.00b)有色金属管不分级（详见GB151表18～表21）≈I级范围7)孔桥宽度出钻一侧管板表面，相邻两管孔之间的实际桥宽，由钻头偏移量引起，偏移量随管板厚度增大而增大，孔桥宽相应减小。a)孔桥宽度名义孔桥宽度-孔桥偏差，B=（S-d）-Δ1孔桥偏差△1=2△2+C△2钻头扁移量，△2=0.0016XC附加量d0＜16，C=0.508d0≥16，C=0.76