GB151-1999換熱器培訓(xùn)教材

1、20xx年壓力容器設(shè)計(jì)審核人培訓(xùn)班換熱器,一、總則,1概述 換熱器是實(shí)現(xiàn)物料之間熱量傳遞過程的設(shè)備，化工、煉油和其他工業(yè)部門廣泛應(yīng)用的工藝單元操作設(shè)備。 (1)設(shè)計(jì)要點(diǎn) a)換熱效率高、滿足工藝要求； b)流體阻力??； c)結(jié)構(gòu)合理、成本低； d)便于制造、安裝、操作及檢修,2)品種 管殼式換熱器占多數(shù)，其它有板式換熱器、螺旋板式換熱器、熱管式換熱器等。 (3)材料 碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、鋁、銅、鈦等及其復(fù)合材料；玻璃鋼、聚四氟乙烯、不透性石墨等,2設(shè)計(jì)規(guī)范,gb151-1999 管殼式換熱器 ； gb150-1998 鋼制壓力容器 ； jb/t4735-1997 鋼制常壓容器,3適用范圍,

2、1) gb151-1999管殼式換熱器（以下簡(jiǎn)稱換熱器）的適用范圍 1.2 a)非直接受火的固定管板式、浮頭式、u形管式和填料函式換熱器； b)參數(shù)：dn2600、pn35mpa、 (pndn)1.75 104,c)超過上述參數(shù)范圍也可參照本標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)與制造； d)設(shè)計(jì)溫度范圍按金屬材料允許的使用溫度確定； e)設(shè)計(jì)壓力低于0.1mpa及真空度低于0.02mpa的換熱器可按jb/t4735及本標(biāo)準(zhǔn),2)gb151-1999適用的材料 碳鋼、低合金鋼、高合金鋼、不銹鋼、鋁及合金、銅及合金、鈦及合金,3)美、日規(guī)范 a)直徑 tema： dn100（2540mm） jis b 8249：dn15

3、00mm b)壓力 tema：pn3000 psi（20mpa） jis b 8249: pn300kgf/cm2（20.684mpa） c)直徑和壓力的乘積 tema：（pndn)105inkpa （1.75104 mmmpa,控制的目的是避免在常規(guī)篇設(shè)計(jì)中引起的過厚的殼體壁厚和過大的螺栓直徑而造成的保守。tema標(biāo)準(zhǔn)中限制壁厚3（75mm），螺栓直徑4（102mm,4不適用范圍 1.4,1)直接火焰加熱的換熱器及廢熱鍋爐； (2)受核輻射的換熱器； (3)要求作疲勞分析的換熱器； (4)已有其他行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)管轄的換熱器,5公稱長(zhǎng)度 3.8,1)換熱管為直管時(shí)，取直管長(zhǎng)度； (2)換熱管為u形管

4、時(shí)，取u形管的直管段長(zhǎng)度,6換熱面積 3.7,1)計(jì)算換熱面積 3.7.1 以換熱管外徑為基準(zhǔn)，扣除伸入管板內(nèi)的換熱管長(zhǎng)度后，計(jì)算得到的管束外表面積。對(duì)于u形管式換熱器，一般不包括u形彎管段的面積。 國(guó)外，有些國(guó)家或公司是以換熱管外徑和公稱長(zhǎng)度計(jì)算得到的管束外表面積為換熱面積，故在國(guó)外圖紙轉(zhuǎn)化設(shè)計(jì)、改造設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加以注意。 (2)公稱換熱面積 3.7.2 經(jīng)圓整后的計(jì)算換熱面積,7換熱器型號(hào)表示法 3.10,采用碳素鋼、低合金鋼冷拔鋼管做換熱管時(shí)，其管束分為、兩級(jí)； 級(jí)管束采用較高級(jí)、高級(jí)冷拔鋼管； 級(jí)管束采用普通級(jí)冷拔鋼管,管/殼程數(shù)，單殼程時(shí)只寫 nt,ln-換熱管公稱長(zhǎng)度（m），d-換熱管

5、外徑（mm），當(dāng)采用al、cu、ti換熱管時(shí)，應(yīng)在 ln/d 后面加材料符號(hào)，如 ln/dcu,公稱換熱面積（m2,公稱直徑（mm），對(duì)于釜式重沸器用分?jǐn)?shù)表示，分子為管箱內(nèi)直徑，分母為圓筒內(nèi)直徑,管/殼程設(shè)計(jì)壓力（mpa），壓力相等時(shí)只寫 pt,第一個(gè)字母代表前端管箱型式 第二個(gè)字母代表殼體型式 第三個(gè)字母代表后端結(jié)構(gòu)形式,換熱器主要部件的分類與代號(hào),例如：1. i 此型號(hào)表示：兩端均為封頭管箱、4管程、單殼程固定管板式換熱器，公稱直徑為800mm，管程設(shè)計(jì)壓力為2.5mpa，殼程設(shè)計(jì)壓力為1.6mpa，公稱換熱面積為200mm2，碳素鋼較高級(jí)冷拔換熱管外徑為25mm，管長(zhǎng)為9m,2 此型號(hào)表

6、示：前端均為平蓋管箱、后端為封頭管箱、4管程、單殼程固定管板式換熱器，公稱直徑為800mm，管殼程設(shè)計(jì)壓力均為1.6mpa，公稱換熱面積為150mm2，銅換熱管外徑為22m，管長(zhǎng)為6m,二、設(shè)計(jì)參數(shù),1.設(shè)計(jì)壓力 3.11.2 3.17 6.18.4 在管板計(jì)算中只有設(shè)計(jì)壓力，沒有計(jì)算壓力。 (1)同時(shí)受管、殼程壓力作用的元件(主要是管板) a)真空換熱器非真空側(cè)應(yīng)為兩側(cè)計(jì)算壓力之和。 b)非真空換熱器應(yīng)為管殼程計(jì)算壓力中較大值,c)非真空換熱器當(dāng)管、殼程的壓力較大時(shí)，為減薄受壓元件的厚度，可按壓差設(shè)計(jì)。按壓差設(shè)計(jì)的換熱器在工藝操作系統(tǒng)中必須具有保證管、殼程同時(shí)升、降壓的切實(shí)措施，設(shè)計(jì)壓差取值

7、應(yīng)不小于實(shí)際操作時(shí)規(guī)定的升、降壓過程中管、殼程的最大壓差及液壓試驗(yàn)過程中管、殼程的最大壓差，同時(shí)應(yīng)提出壓力試驗(yàn)時(shí)升、降壓的具體要求（步進(jìn)程序）。 (2)其他元件按gb150,2.最小厚度,應(yīng)考慮最小厚度的元件有： （1）管程圓筒按公稱直徑、材料和換熱器型式確定。5.3.2 （2）殼程圓筒按公稱直徑、材料和換熱器型式確定。5.3.2 （3）分程隔板按公稱直徑和材料確定。5.2.3.1,4）管板按管板與換熱管連接方式、介質(zhì)、換熱管直徑確定：5.6.2 a)與換熱管焊接時(shí)，應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造的要求，且不小于12mm； b)與換熱管脹接時(shí)，按如下規(guī)定： 1)用于易燃、易爆以及有毒介質(zhì)等場(chǎng)合，不應(yīng)小于

8、換熱管的外徑(do)； 2)用于一般場(chǎng)合時(shí)，應(yīng)符合如下要求： do25mm時(shí), min0.75 do ； 25do50mm時(shí), min0.70 do ； do50mm時(shí), min0.60 do,5）縱向隔板6mm。5.12.1 （6）折流板和支持板按公稱直徑和換熱管無支撐跨距確定。5.9.2.2 （7）防沖板碳鋼為4.5mm，不銹鋼為3mm。5.11.4,3.金屬溫度 3.12.1,金屬溫度系指受壓元件沿截面厚度的平均值。 換熱器的金屬溫度分換熱管的金屬溫度和筒體的金屬溫度，必須由傳熱公式計(jì)算確定，不能以管殼程設(shè)計(jì)溫度、環(huán)境溫度及其平均溫度替代，一般由工藝專業(yè)人員提供。具體計(jì)算可按gb151-

9、1999附錄f,4.程數(shù),1)管束分程時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： a)盡量能使各程換熱管數(shù)量大致相等，以減少流體阻力； b)分成隔板槽的形狀要簡(jiǎn)單，密封面長(zhǎng)度盡量短，以利于制造和密封； c)相鄰管程間管程流體的溫度差不宜過大，不超過20為宜，以避免產(chǎn)生過大的熱應(yīng)力和惡化密封面條件。 (2)殼程分程由于制造困難，一般設(shè)計(jì)中很少超過兩殼程,5.腐蝕裕量,主要元件的腐蝕裕量取值應(yīng)符合下列原則：3.14.1.3 a)管板、浮頭法蘭、球冠形封頭和鉤圈兩面均應(yīng)考慮； b)平蓋、凸形封頭、管箱和圓筒的內(nèi)表面應(yīng)考慮,c)管板、平蓋開隔板槽時(shí)，可把高出隔板槽底面的金屬作為腐蝕裕量，但當(dāng)腐蝕裕量大于槽深時(shí)，還應(yīng)加上兩者的

10、差值； d)容器法蘭和管法蘭的內(nèi)直徑面應(yīng)考慮； e)換熱管可不考慮； f)拉桿、定距管、折流板和支持板等非受壓元件可不考慮,6.壓力試驗(yàn),1)壓力試驗(yàn)前應(yīng)校核圓筒和封頭的應(yīng)力 3.17.2 gb150壓力試驗(yàn)前的應(yīng)力校核僅針對(duì)殼體圓筒而言，因?yàn)閴毫θ萜髦械耐埠头忸^的應(yīng)力水平相當(dāng)，有時(shí)因?yàn)榉忸^成形工藝的要求，封頭的最小厚度反而比圓筒厚，所以壓力試驗(yàn)時(shí)的安全性只用校核圓筒即可,換熱器的情況則不一樣，很多情況中換熱器殼體圓筒由于抽管束的需要等，其最小厚度比壓力容器中的圓筒大得多，當(dāng)這一因素起作用時(shí)，壓力試驗(yàn)時(shí)的最大應(yīng)力往往在封頭而不在圓筒上。再如，u形管式換熱器管程試壓時(shí)，由于短節(jié)采用整體補(bǔ)強(qiáng)，所以

11、gb151要求對(duì)圓筒和封頭都要進(jìn)行應(yīng)力校核，同時(shí)由于不同厚度材料的許用應(yīng)力可能不同，故不按圓筒和封頭的應(yīng)力值大小，而是分別滿足各自的校核條件，這樣能充分保證壓力試驗(yàn)時(shí)的安全性,2)殼程試驗(yàn)壓力低于管程試驗(yàn)壓力 3.176.18.5 此時(shí)，為檢查換熱管與管板的連接接頭的嚴(yán)密性，應(yīng)對(duì)其試驗(yàn)方法和壓力提出詳細(xì)要求。一般，殼程試驗(yàn)壓力可按以下幾種方法考慮： a) 提高殼程試驗(yàn)壓力，使其等于管程試驗(yàn)壓力，同時(shí)校核各相關(guān)元件在壓力試驗(yàn)下的應(yīng)力，其應(yīng)滿足gb150要求,b) 殼程按自身試驗(yàn)壓力試壓后，再以1.05倍殼程設(shè)計(jì)壓力的含氨體積約1%的壓縮空氣進(jìn)行氨滲透試驗(yàn)。 （見hg205841998附錄a） c

12、) 有特殊要求的換熱器，可用低壓純氨、鹵素或氦等介質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn),7.焊接接頭系數(shù),1)環(huán)向焊接接頭系數(shù) 3.16.1 固定管板式換熱器存在著無法探傷的環(huán)向焊接接頭，雖然環(huán)向焊接接頭所承受的拉伸應(yīng)力僅為縱向焊接接頭的一半，由于設(shè)計(jì)、制造的疏忽在該接頭上也有事故發(fā)生，故要求設(shè)計(jì)、制造人員應(yīng)從坡口、焊接工藝等方面保證接頭質(zhì)量，為此本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了環(huán)向焊接接頭的系數(shù)(=0.6)。 (2)有色金屬的焊接接頭系數(shù)按gb151-1999附錄d,8.管束級(jí)別,管束的級(jí)別主要依據(jù)換熱管外徑公差的等級(jí)來判定，采用符合gb151-1999的高精度換熱管的為級(jí)，普通精度換熱管的為級(jí)。我國(guó)碳鋼、低合金鋼冷拔管有較高精度和普通

13、精度之分，故、級(jí)分類僅限于碳鋼、低合金鋼換熱管,三、材料選用,1.原則 (1)鋼材按gb150第4章和附錄a，以及gb151第4條。4.1.2 (2)有色金屬按gb151，其使用范圍如下：4.1.2 a) al及其合金設(shè)計(jì)壓力不大于8mpa，設(shè)計(jì)溫度為-269200。 b)設(shè)計(jì)溫度高于65時(shí)不宜選用含mg大于3的鋁鎂合金，否則長(zhǎng)期使用下會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕,c)cu及其合金在退火狀態(tài)下使用，cu設(shè)計(jì)溫度不高于150， cu合金不高于200。 d)ti及其合金設(shè)計(jì)溫度不高于300，復(fù)合板不高于350。用于制造壓力容器殼體的ti材在退火狀態(tài)下使用,2.鋼板,1)固定管板選用鋼板制造時(shí)，尤其是較厚鋼板，應(yīng)

14、考慮到鋼板的質(zhì)量，一般由于容易產(chǎn)生分層、夾渣等缺陷，故不宜選用。 (2)不銹鋼復(fù)合鋼板4.3.2.3 ： 管板為b1級(jí)，平蓋不低于b3級(jí)；（jb47331996） 管板為b級(jí)，平蓋不低于b級(jí)。（gb/t81651997,3) ti-鋼復(fù)合板，管板為b0級(jí)，平蓋不低于b2或br2級(jí)。（gb85471987） 4.3.2.3 (4) ti-鋼復(fù)合板制管板，應(yīng)采用強(qiáng)度脹或強(qiáng)度脹加密封焊結(jié)構(gòu)。（gb1323891) 4.3.2.3,3.鍛件,1)平蓋、法蘭、管板鋼鍛件級(jí)別不應(yīng)低于級(jí)。4.3.1.1（管板不應(yīng)低于級(jí) 化工設(shè)備圖樣技術(shù)要求 ） (2)具有凸肩并直接與殼體（或封頭）對(duì)接焊接的管板，為避免凸肩

15、處存在夾渣、分層現(xiàn)象，以及改善凸肩處纖維受力狀況、減少加工量、節(jié)省材料，應(yīng)采用整體鍛件制管板。4.3.1.2,3)厚度大于60mm的管板采用鍛造比大于3.5的鍛件。4.3.2.3 (4)形狀復(fù)雜的管板。 因?yàn)槲覈?guó)澆鑄能力有限，切掉鑄件兩頭后軋制鋼板的軋制比較小，內(nèi)部組織較疏松，內(nèi)部與表面層力學(xué)性能差距較大,4.鋼管,1)制造換熱管圓筒的碳鋼、低合金鋼鋼管，應(yīng)為無縫鋼管。4.2.2 (2)符合gb150附錄a4.2規(guī)定的奧氏體不銹鋼焊接鋼管可用作制造換熱器圓筒，其使用范圍如下：4.2.3 a)鋼號(hào)按表4-3規(guī)定； b)設(shè)計(jì)壓力不大于6.4mpa； c)使用溫度與無縫鋼管相同； d)壁厚不大于8m

16、m ； f)許用應(yīng)力為無縫鋼管的許用應(yīng)力乘以0.85的焊接接頭系數(shù),注：gb150附錄a4.2規(guī)定的奧氏體不銹鋼焊接鋼管是采用不添加填充金屬的自動(dòng)電弧焊或電阻焊焊接方法制造的，其技術(shù)要求為： a)采用熱軋鋼板或鋼帶制造，鋼管的壁厚允許偏差為12.5； b)鋼管的彎曲度不大于1.5mm/m； c)鋼管應(yīng)逐根進(jìn)行渦流或射線(對(duì)大直徑管子)檢測(cè)，檢測(cè)方法和合格標(biāo)準(zhǔn)按jb4730規(guī)定； d)根據(jù)需方要求，鋼管應(yīng)逐根進(jìn)行水壓試驗(yàn)。水壓試驗(yàn)壓力為容器設(shè)計(jì)壓力的2倍，保壓時(shí)間為10s，試驗(yàn)后管壁無滲漏現(xiàn)象； e)應(yīng)遵循gb/t12771-2000流體輸送用于不銹鋼焊接鋼管的規(guī)定,3)符合gb151附錄c規(guī)定

17、的奧氏體不銹鋼焊接鋼管可用做換熱管，其使用范圍如下：4.4.2 a)設(shè)計(jì)壓力不大于6.4mpa； b)使用溫度與無縫鋼管相同； c)不得用于極度危害介質(zhì),4) hg20537.1-92 奧氏體不銹鋼焊接鋼管選用規(guī)定也適用于換熱器管束、容器殼體、接管和管道用奧氏體不銹鋼焊接鋼管，其使用范圍如下： a)設(shè)計(jì)壓力一般不宜大于4.0mpa； b)使用溫度為-196400； c)縱向焊接接頭系數(shù)小于1.0的焊接鋼管不應(yīng)用于極度或高度危害介質(zhì)； d)在有應(yīng)力腐蝕介質(zhì)工況下，必須經(jīng)固溶或穩(wěn)定化處理,e)免除熱處理和/或酸洗、鈍化處理(大口 徑管除外)的條件： 無毒、無爆炸危險(xiǎn)且對(duì)材料腐蝕傾向的介質(zhì)； 工作壓

18、力不大于1.0mpa； 工作溫度不大于200。 f)采用保護(hù)氣氛熱處理時(shí)，可免除酸洗、鈍化處理； g)縱向焊接接頭系數(shù)按表4.1.1，其與焊接工藝、無損檢測(cè)方法有關(guān),5)我國(guó)尚無碳素鋼、低合金鋼焊接鋼管的標(biāo)準(zhǔn)，奧氏體不銹鋼焊接鋼管標(biāo)準(zhǔn)為gb/t12771流體輸送用不銹鋼焊接鋼管。但是該標(biāo)準(zhǔn)水平低于國(guó)際上用于化工裝置的不銹鋼焊管的通用標(biāo)準(zhǔn)，代表了國(guó)內(nèi)目前一般焊管生產(chǎn)廠的質(zhì)量水平，尚可符合一些無毒、無爆炸危險(xiǎn)、無腐蝕性介質(zhì)、對(duì)連續(xù)性長(zhǎng)周期運(yùn)行要求低的場(chǎng)合，不能符合化工、石化裝置的設(shè)計(jì)要求，所以應(yīng)考慮選用 hg20537.192奧氏體不銹鋼焊接鋼管選用規(guī)定及其三個(gè)技術(shù)要求標(biāo)準(zhǔn),hg20537.292

19、管殼式換熱器用奧氏體不銹鋼焊接鋼管技術(shù)要求； hg20537.392化工裝置用奧氏體不銹鋼焊接鋼管技術(shù)要求； hg20537.492化工裝置用奧氏體不銹鋼大口徑焊接鋼管技術(shù)要求,美國(guó)有各種品種的焊接鋼管標(biāo)準(zhǔn)，如sa333、 sa334 、 sa789、sa790等。但在選用時(shí)要注意該標(biāo)準(zhǔn)是用于pipe還是tube，同時(shí)應(yīng)注明選用無縫鋼管還是焊接鋼管。 sa333 低溫用無縫和焊接鋼管(p) sa334 低溫用無縫和焊接碳鋼和合金鋼管(t) sa789 一般用途無縫和焊接鐵素體 / 奧氏體不銹鋼鋼管(t) sa790 無縫和焊接鐵素體 / 奧氏體不銹鋼鋼管(p,四、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)計(jì)算,1.平蓋5

20、.1 計(jì)算平蓋厚度時(shí)，有強(qiáng)度計(jì)算和剛度計(jì)算。剛度計(jì)算僅在有分程隔板情況下才予以考慮，其公式由規(guī)定轉(zhuǎn)化而來，對(duì)平蓋的中心撓度控制量為： dn600mm： y 0.75 dn600mm： y dn/800,2.管板,由于管板與換熱管、殼體、管箱、法蘭等元件連接在一起構(gòu)成一個(gè)復(fù)雜的彈性體系，給精確的強(qiáng)度計(jì)算帶來一定的困難，而管板的合理設(shè)計(jì)對(duì)提高設(shè)備整體的安全性、降低成本具有重要意義。 (1)計(jì)算管板強(qiáng)度時(shí)應(yīng)考慮的因素： a)把管板簡(jiǎn)化為受到規(guī)則排列的管孔削弱，同時(shí)又被管子加強(qiáng)的等效彈性 基礎(chǔ)上的均質(zhì)等效圓平板； b)管板周邊部分較窄的不布管區(qū)按其面積簡(jiǎn)化為圓環(huán)型實(shí)心板,c)按照管板邊緣的連接結(jié)構(gòu)型式

21、，考慮各元件對(duì)管板邊緣的實(shí)際彈性約束條件； d)法蘭力矩對(duì)管板的作用； e)管子與殼程圓筒的熱膨脹差所引起的溫差應(yīng)力； f)計(jì)算帶管子的多孔板折算為等效實(shí)心板的各種等效彈性常數(shù)和強(qiáng)度參數(shù)。 u形管對(duì)管板沒有彈性基礎(chǔ)支承作用，且也不受與殼程圓筒的溫差影響。 對(duì)超出gb151計(jì)算公式使用范圍的管板，按jb4732-1995分析設(shè)計(jì)法進(jìn)行計(jì)算,2)受力分析 固定管板主要受到以下幾個(gè)方面的力的作用： a)管、殼程壓力對(duì)管板的直接作用力； b)管束對(duì)管板的彈性支承反力，其由三部分組成： 管束因管板撓度變化而產(chǎn)生的彈性反力； 管束隨殼體一起伸長(zhǎng)而引起的彈性反力； 管、殼程溫差引起的彈性反力,c)管板兼作法

22、蘭時(shí)法蘭螺栓產(chǎn)生的力矩。 u形管式中的a型管板僅受到管、殼程壓力對(duì)管板的直接作用力,3)液柱靜壓力 在管板計(jì)算中只有設(shè)計(jì)壓力，沒有計(jì)算壓力，主要是為了簡(jiǎn)化管板計(jì)算的復(fù)雜性，但對(duì)于較高的立式換熱器，如果需要考慮液柱靜壓力時(shí)，應(yīng)在設(shè)計(jì)壓力中增加液柱靜壓力。 (4)厚度 除了由強(qiáng)度計(jì)算公式確定的厚度外，還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造等方面具有必要的剛度所需要的最小厚度,5)有效厚度 5.6.1.1 管板有效厚度系指管程分程隔板糟底部的管板厚度減去下列二者厚度之和： a)管程腐蝕裕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)開槽深度二者中的較大值,6)換熱管中心距 5.6.3.2 考慮換

23、熱管中心距不小于1.25倍換熱管外徑的主要因素： a)脹管時(shí)各管孔之間的彈性變形范圍不相交； b)焊接連接時(shí)，各管端焊縫之間留有一定距離以減少相互之間的焊接應(yīng)力。 對(duì)于管孔周圍開槽焊來說，1.25倍換熱管外徑的中心距已是下限，故有條件時(shí)可取1.32倍以上,7)管孔與換熱管間隙 以19換熱管為例： gb151級(jí)管束管子外徑19，公差為0.20mm，最小間隙為0.05mm，最大間隙為0.60mm。 tema管子外徑19.05，公差為0.10mm，最小間隙為0.05mm，最大間隙為0.40mm。對(duì)于奧氏體不銹鋼，為了將加工硬化引起耐腐蝕性能下降的程度限制在最小范圍內(nèi)，規(guī)定采用特殊緊配合。 由此可見，

24、由于受國(guó)內(nèi)制造條件的限制，在公差精度和最大間隙等方面均比tema標(biāo)準(zhǔn)松得多。設(shè)計(jì)時(shí)，盡可能采用級(jí)管束；在較重要場(chǎng)合，換熱管選用gb9948標(biāo)準(zhǔn)的鋼管,8)固定管板計(jì)算公式中的k值 5.7.3 k值是表示管板周邊不布管區(qū)域的無量綱寬度。 k值小，表示管板上布管區(qū)域大，管板受到管子加強(qiáng)的范圍大，管板剛度大。 k值大，表示管板上布管區(qū)域小，管板受到管子加強(qiáng)的范圍小，管板剛度小。 gb151中固定管板的計(jì)算公式僅適用于 k1.0的情況，即管板周邊未布置管區(qū)較窄的情況。若k 1.0時(shí)，則用特殊方法計(jì)算,9)sw6固定管板計(jì)算程序中的“隔板槽面積” 5.7.1.1 “隔板槽面積”就是gb151中的“ad”

25、，即在布管區(qū)范圍內(nèi)，因設(shè)置隔板槽和拉桿結(jié)構(gòu)的需要，而未能被換熱管支承的面積。雙管程管板的隔板槽區(qū)域內(nèi)未能被換熱管支承的面積(未包括拉桿區(qū)域)： 對(duì)于三角形排列 ad =ns(sn -0.866s) 對(duì)于正方形排列 ad =ns(sn - s) 對(duì)于轉(zhuǎn)角三角形排列 ad =0.866ns(2sn - s) 對(duì)于轉(zhuǎn)角正方形排列 ad =ns(1.414sn - s) 注意：多管程管板，其值應(yīng)為管板上所有隔板槽區(qū)域內(nèi)未能被換熱管支承的面積,9)管孔表面粗糙度 6.4.6 a)換熱管與管板焊接時(shí)， ra25m ； b)換熱管與管板脹接時(shí)， ra12.5m,3.管箱,1)固定端管箱結(jié)構(gòu)型式 a)封頭管箱

26、 受力均勻，封頭受力好，大直徑高壓時(shí)省料，適用于直徑大、壓力高的場(chǎng)合，但檢查和清洗管程時(shí)必須拆下管箱及其接管法蘭。 b)平蓋管箱 檢查和清洗管程時(shí)，僅拆下平蓋，但平板應(yīng)力大，有分程隔板時(shí)平蓋要有足夠的剛度，以保證分程隔板端部密封，避免介質(zhì)短路。必要時(shí)需采用鍛件，造價(jià)高，故適用于直徑不大、壓力不高、維修時(shí)需要經(jīng)常拆卸的場(chǎng)合,2)熱處理 6.8 a)焊有分程隔板的碳鋼、低合金鋼制管箱和浮頭蓋需要進(jìn)行焊后消除應(yīng)力熱處理。 b)側(cè)向開孔超過圓筒內(nèi)徑的碳鋼、低合金鋼制管箱需要進(jìn)行焊后消除應(yīng)力熱處理,c)奧氏體不銹鋼制管箱和浮頭蓋一般不作焊后消除應(yīng)力熱處理，但是對(duì)變形有較高要求時(shí)，可進(jìn)行低溫（427）的焊

27、后消除應(yīng)力熱處理，但效果低于碳鋼。當(dāng)有較高抗腐蝕要求或在高溫下使用時(shí)，應(yīng)保持奧氏體組織、防止敏化、防止管箱變形，此時(shí)可進(jìn)行固溶處理，由此所形成的殘余應(yīng)力以及焊接殘余應(yīng)力可由低溫退火處理來消除。 注意：管箱和浮頭蓋的法蘭密封面應(yīng)在熱處理后加工,3)分程隔板 5.2.3.3 a)必要時(shí)，開設(shè)6mm排凈孔； b)必要時(shí)，直立隔板頂、底部開設(shè)半圓形的排氣(液)孔r=510mm； c)與管板連接處的端部15mm范圍內(nèi)，隔板厚度不大于10mm,4.接管 5.4.2,1)端部應(yīng)與殼體內(nèi)表面平齊，尤其是u形管式和浮頭式的殼程接管。 (2) 設(shè)計(jì)溫度高于或等于300時(shí)，應(yīng)采用對(duì)焊法蘭。 (3)不能利用接管進(jìn)行放

28、氣和排液時(shí)，應(yīng)設(shè)置公稱直徑不小于20mm的放氣口和排液口，最大限度地排除氣、液。 (4)立式換熱器的殼程必須設(shè)置放氣口和排液口，其形式有多種： a)管板側(cè)面開“” 形孔，連通殼程內(nèi)腔，用螺紋或接管對(duì)外連接； b)緊挨管板設(shè)置接管，接管縱向開口與管板相焊； c)接管不緊挨管板時(shí)，采用內(nèi)伸彎管的接管，內(nèi)伸彎管的管口距管板表面約5mm,5.換熱管,1)品種 有無縫光管、螺紋管、波紋管和焊接管等。 (2)拼接 6.3.3 a 3.6 a)直管對(duì)接焊縫為一條，且最短管長(zhǎng)不應(yīng)小于300mm； b)u形管對(duì)接焊縫不得超過二條，且最短管長(zhǎng)不應(yīng)小于300mm，彎管段加上至少50mm的直管段范圍內(nèi)不得有拼接焊縫,

29、c)低溫用不宜拼接； d)拼接后的換熱管應(yīng)進(jìn)行通球檢查； e)拼接接頭應(yīng)按jb4730進(jìn)行射線檢查，抽查的數(shù)量不應(yīng)小于接頭總數(shù)的10，且至少為一條(低溫用換熱管為100)，級(jí)合格(低溫用換熱管級(jí)合格)； f)拼接后的換熱管應(yīng)逐根進(jìn)行壓力為2倍設(shè)計(jì)壓力的液壓試驗(yàn),3)u形管的彎制 6.3.4 a 4.2.3 a)不宜熱彎，尤其是低溫用u形換熱管必須冷彎； b)當(dāng)有耐應(yīng)力腐蝕要求時(shí)，冷彎u形管的彎管段加上至少150mm的直管段應(yīng)進(jìn)行：碳鋼、低合金鋼鋼管進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理；奧氏體不銹鋼鋼管按協(xié)議進(jìn)行熱處理。 (4)除了可與管板焊接外，其他任何零件均不得與換熱管相焊。6.7,6.圓筒 5.2.1 5.

30、3.2,圓筒的厚度除了按強(qiáng)度計(jì)算確定外，還應(yīng)考慮最小厚度要求，其主要原因?yàn)椋?a)增加剛性，減小變形，以利于管束的安裝。 b)重疊式換熱器，接管或鞍座對(duì)殼體的局部應(yīng)力和接管對(duì)管箱的局部應(yīng)力加大。 c)有利于殼程設(shè)計(jì)壓力小于管程設(shè)計(jì)壓力時(shí)，為了在試壓時(shí)檢查換熱管與管板連接接頭的致密性，而提高殼程試驗(yàn)壓力的應(yīng)力校核,7.換熱管與管板的連接 5.8,1)脹接 利用脹管器，使伸到管板中的管子端部直徑擴(kuò)大產(chǎn)生塑性變形而管板只達(dá)到彈性變形，因而脹管后管板與管子間就產(chǎn)生一定的擠壓力，使管子和管板緊緊地貼在一起，達(dá)到密封緊固連接的目的。 為保證脹接質(zhì)量，要求管板的硬度值高于換熱管的硬度值，這樣可免除脹接時(shí)管孔

31、產(chǎn)生塑性變形，影響脹接的緊密性。達(dá)不到此要求時(shí)，可將管端進(jìn)行退火處理，降低硬度后進(jìn)行脹接。奧氏體不銹鋼屬加工硬化傾向性較大的材料，為獲得可靠的脹接以及降低應(yīng)力腐蝕的可能性，應(yīng)減少在脹管時(shí)的變形量，可采用提高管子外徑尺寸精度和管孔精度的較緊配合方法,脹接會(huì)引起較大的局部應(yīng)力，對(duì)于易引起加工硬化的材料更甚。但是，如果消除應(yīng)力，則脹接也就失效，所以具有應(yīng)力腐蝕的場(chǎng)合，不宜采用脹接。 脹接型式有兩種： a)強(qiáng)度脹接為保證換熱管與管板連接的密封性能及抗拉脫強(qiáng)度的脹接； b)貼脹為消除換熱管與管孔之間縫隙的輕度脹接，其與強(qiáng)度焊同時(shí)實(shí)施。當(dāng)介質(zhì)具有縫隙腐蝕傾向或不允許有所積聚時(shí)，在強(qiáng)度焊接后必須進(jìn)行貼脹,2

32、)焊接 由于氬弧焊的特點(diǎn)是溶透性好、焊肉無夾渣、底部成形好、焊縫強(qiáng)度高以及焊接成功率高，所以對(duì)換熱管與管板間連接要求高的換熱器，如設(shè)計(jì)壓力大、設(shè)計(jì)溫度高、有過大的溫度變化以及承受交變載荷的換熱器、薄管板換熱器、鈦和鎳等特殊材料的換熱器等，宜采用氬弧焊。對(duì)于質(zhì)量要求較高的換熱器也應(yīng)采用氬弧焊。 氬弧焊的焊接方法分手工氬弧焊和自動(dòng)氬弧焊，自動(dòng)焊的焊縫內(nèi)在質(zhì)量好而穩(wěn)定，外形非常漂亮。對(duì)于重要換熱器，如有條件應(yīng)注明焊接方法。自動(dòng)焊的焊接結(jié)構(gòu)形狀和管子伸出長(zhǎng)度按不同焊機(jī)的要求確定，一般換熱管的伸出長(zhǎng)度為35mm,焊接結(jié)構(gòu)也會(huì)引起局部應(yīng)力，但由于管壁較薄，拘束度低，局部應(yīng)力不會(huì)太大，故一般情況下無需進(jìn)行消

33、除應(yīng)力熱處理。 焊接型式有兩種： a)強(qiáng)度焊為保證換熱管與管板連接的密封性能及抗拉脫強(qiáng)度的焊接； b)密封焊為保證換熱管與管板連接的密封性能的焊接,3)適用范圍 a)強(qiáng)度脹接 5.8.2.1 設(shè)計(jì)壓力小于等于4mpa； 設(shè)計(jì)溫度小于等于300； 操作中無劇烈的振動(dòng)，無過大的溫度變化及無明顯的應(yīng)力腐蝕。 b)強(qiáng)度焊 5.8.3.1 設(shè)計(jì)壓力小于等于35mpa； 不適用與有較大的振動(dòng)及縫隙腐蝕的場(chǎng)合,c)脹焊并用 5.8.4.1 密封性能要求較高的場(chǎng)合； 承受振動(dòng)或疲勞載荷的場(chǎng)合; 有縫隙腐蝕的場(chǎng)合； 采用復(fù)合管板的場(chǎng)合,8.管板與殼體的連接 g 1,在選用管板與殼程殼體的焊接接頭結(jié)構(gòu)型式時(shí)，應(yīng)充

34、分考慮到該連接處具有高邊緣應(yīng)力區(qū)與焊縫重疊及溫差應(yīng)力大的特點(diǎn)。對(duì)用于易燃?xì)怏w，極度或高度危害介質(zhì)、液化氣、設(shè)計(jì)壓力大、設(shè)計(jì)溫度高以及低溫容器、疲勞容器和有縫隙腐蝕的容器，應(yīng)采用對(duì)接焊接接頭結(jié)構(gòu)、全焊透和不存在縫隙的結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用或盡可能采用的結(jié)構(gòu)為： a)相焊的殼體與管板突出部分等厚，以利對(duì)接，使其可承受較大應(yīng)力。 b)焊縫雙面成形且能進(jìn)行射線檢測(cè)。 c)必要時(shí)，應(yīng)設(shè)短節(jié)(見gb151-1999 圖g2-e)，以便進(jìn)行雙面焊和消除縫隙。 d)在焊縫根部不宜使用墊板或類似墊板的結(jié)構(gòu)，因?yàn)閴|板與殼體內(nèi)徑不可能很好配合，總是有縫隙,9.折流板,折流板的形式、布置和間距等必須符合工藝設(shè)計(jì)條件的要求

35、。 (1)折流板形式 折流板型式有弓形、雙弓形、圓環(huán)圓盤形等，其中常用的是弓形折流板另外，還有折流桿形。 (2)折流板布置 5.9.5.1 折流板一般應(yīng)按等間距布置，管束兩端的折流板應(yīng)盡可能靠近殼程進(jìn)、出口接管,3)折流板最小間距 5.9.5.2 折流板最小間距一般不應(yīng)小于圓筒內(nèi)直徑的五分之一，且不小于50mm。 (4)折流板最大間距 5.9.5.3 gb151對(duì)折流板最大間距未作規(guī)定，但一般不大于筒體的內(nèi)直徑。gb151僅對(duì)換熱管的最大無支撐跨距作出規(guī)定，其與換熱管的材料和外直徑有關(guān),5)臥式換熱器的弓型折流板 5.9.5.1 a)缺口布置 殼程介質(zhì)為單相清潔流體時(shí)，應(yīng)水平上下布置。 殼程介質(zhì)為氣、液相共存或中含有固體物料時(shí)，應(yīng)垂直左右布置。 b)折流板水平上下布置時(shí)的通液口、通氣口 殼程介質(zhì)為含有