新版管壳式换热器讲稿.doc

概 述-国内外压力容器标准概况一.国外压力容器标准概况1. 美国1)ASME-Americal Socity of Machanical Engineers （美国机械工程师协会）故 ASME是“美国机械工程师协会 ”的简称，但用来表示锅炉、压力容器规范(标准)的代号，ASME由美国标准学会批准，为非强制性；当由有关法令引用时，则成为强制性标准。锅炉、压力容器规范如下：ASME -1：锅炉及压力容器规范第卷第1篇Boiler and Pressure Vessel Cade Section Divtion 1B & P Cade 共有11卷,与压力容器有关的有：ASME -1压力容器（常规篇，P20MPa）ASME -2 压力容器（ 分析设计篇，P70MPa）ASME -3 压力容器（ 高压篇，P70MPa）ASME 材料（Materials），分四篇：A篇：铁基材料（Ferrous Materials）B篇：非铁基材料（Non- Ferrous Materials）C篇：焊接材料（Welding Materials）D篇：性能（Properties）ASME 无损检测 （NDE）ASME 焊接（Welding）2).API-美国石油协会，如压力容器标准有：a) API 660-2007炼油厂通用管壳式换热器b) API 661一般炼厂用空冷器C) API 662板式换热器3) ANSI-美国国家标准学会，对压力容器来讲主要涉及管法兰及连接件标准等如：ANSI 16.5、ANSI 16.47 等管法兰标准；ANSI 16.2、ANSI 16.21垫片标准等。4)制造商协会标准，涉及压力容器的有：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-20002. 日本JIS C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)JIS B 8265 压力容器的构造- 一般事项（常规篇）a) 第1种容器 P100MPa；b) 第2种容器 P30MPa；C) 第3种容器 P1MPa。2) JIS B 8266 压力容器的构造-特定标准（分析设计篇）3) 零部件标准： a) JIS B 8274 压力容器的管板；b) JIS B 8277 压力容器的膨胀节；c) JIS B 8278 鞍式支座支承的卧式容器；d) JIS B 8279 压力容器的夹套；e) JIS B 8280 非圆形壳体的压力容器；f) JIS B 8284 压力容器的快开式盖板结构；g) JIS B 8285 压力容器的焊接工艺评定。3. 欧洲1) 欧盟a) EN13445-2002非直接火接触压力容器b) Pressure Equipment DiretivePED 97/23/EC 欧共体承压设备指令 （贸易壁垒）2) 英国BSI-英国标准化协会，PVE-压力容器标准化委员会PD 5500-2003受压容器规范，在这以前为：BS 5500。非强制性标准；由于有法规引用成为强制性标准。 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。4) 法国-CODAP非直接火受压容器非强制性标准，但常被法规所引用，应用时通常将正式法规叠加到CODAP的规定上5) 俄罗斯OCT19249 压力容器规范（前苏联规范）。4. ISO-国际标准化组织-编制了很多标准，但基本上向API靠1) ISO/DIS 2694 压力容器。2) ISO/16812-2007管壳式换热器5. Microprotor V32.6 计算软件系：可完成ASME -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。二.国内压力容器标准概况1. 基础标准1) GB150-1998钢制压力容器2) JB4732-1995钢制压力容器-分析设计标准（2005修订版）2.压力容器产品建造标准国标：1)GB151-1999管壳式换热器2)GB12337 -1990钢制球形储罐（即将再版，改行标）3)GB/T15386-1994空冷式换热器（即将再版，改行标）4)GB16409-1996板式换热器（即将再版，改行标）5)GB/T19905-2005液化气体运输车行标：1)JB/T4710-2005钢制塔式容器2)JB/T4731-2005钢制卧式容器3)JB/T4734-2002铝制焊接容器4)JB/T4735-1997钢制焊接常压容器（即将改编成：钢制焊接常压容器、固体料仓二部分）5)JB/T4745-2002钛制焊接容器6)JB/T4750-2003制冷装置用压力容器7)JB/T4751-2003螺旋扳式换热器8)JB/T4755-2006铜制压力容器9)JB/T4756-2006镍及镍合金制压力容器10)JB/T4781-2005液化石油气罐式集装箱11)JB/T4782-2007液体危险物罐式集装箱12)JB/T4783-2007低温液体汽车罐车13)JB/T4782-2007低温液体罐式集装箱尚有板翅式换热器等多个产品标准在审批中。3.技术标准1)JB/T4730.16-2005承压设备无损检测2)JB4708-2000钢制压力容器焊接工艺评定3)JB/T4709-2000钢制压力容器焊接规程4)JB4744-2000钢制压力容器产品焊接试板的力学性能试验4.材料标准 4.1国标板材 1)GB/T2040铜及铜合金板材2)GB3274碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢材和钢带3)GB3280不锈钢冷轧钢板4)GB3531低温压力容器用低合金钢钢板5)GB/T3621钛及钛合金板材6)GB/T3880铝及铝合金轧制板材7)GB4237不锈钢热轧钢板8)GB4238耐热钢板9)GB6654压力容器用钢板10)GB8165不锈钢复合钢板11)GB/T8547钛-钢复合板12)GB19189压力容器用调质高强度钢板 4.2 国标管材 1)GB/T3625热交换器及冷凝器用钛及钛合金管2)GB5310高压锅炉用无缝钢管3)GB6479化肥设备用高压无缝钢管4)GB/T6893铝及铝合金拉（轧）制无缝管5)GB/T8163输送流体用无缝钢管6)GB/T8890热交换器用铜合金无缝管7)GB/T9948石油裂化用无缝钢管8)GB13296锅炉、压力容器用不锈钢无缝钢管9)GB/T14976流体输送用不锈钢无缝钢管4.3 JB标准材料1)JB4726压力容器用碳素钢和低合金钢锻件2)JB4727低温压力容器用低合金锻件3)JB4728压力容器用不锈钢锻件4)JB4733压力容器用爆炸不锈钢复合钢板，正在重新编制成JB/T4733.14-2008压力容器用爆炸焊接复合板将包括不锈钢、钛、镍、铜与钢的复合板的全部内容。5)JB4741压力容器用镍铜合金热轧板材6)JB4742 压力容器用镍铜合金无缝管7)JB4743压力容器用镍铜合金锻件8)JB/T4747压力容器用钢焊条订货技术条件9)JB/T4748压力容器用镍及镍基合金爆炸复合钢板锅炉、热交换器用管订货技术条件正在制订中5.零部件标准1)GB/T16749 压力容器用波形膨胀节2)JB/T4712.14容器支座（含鞍式、腿式、耳式、支承式）3)JB47004707设备法兰技术、垫片、法兰等七项标准。4)JB47184720管壳式换热器用非金属、缠绕、金属 垫片等三项标准。5)JB4721外头盖侧法兰6)JB4729 旋压封头7)JB/T4736 补强圈8)JB/T4746钢制压力容器用封头9)HG2659220635钢制管法兰、垫片、螺柱6.型式参数标准1)GB/T17261钢制球形储罐型式与基本参数2)JB/T47144717四项管壳式换热器型式与基本参数标准（正在合并修订中）其中JB/T4714浮头式热交换器和冷凝器型式与基本参数及JBB/T4717U形管式热交换器型式与基本参数己有系列标准图软件，可出售标准施工图，也可出售软件。3)JB4721外头盖侧法兰（正在修订中）4)JB/T4722管壳式换热器用螺纹换热管基本参数和技术条件（正在修订为：“管壳式换热器用强化传热管基本参数和技术条件”，包括螺纹管、波纹管、波节管。）5)JB/T4723不可拆螺旋板换热器型式与基本参数6)JB/T4740空冷式换热器型式与基本参数7.JB/T4711-2003压力容器涂敷与运输包装8.热交换性能测定标准-属能效标准，正在制订中GB151-1999 管 壳 式 换 热 器1. 适用范围1.1 适用参数的确定GB151无论是89年版还是1999年版，其适用参数基本上是参照TEMA制定的，但二个版本的变化是比较大的，其变化情况见表-1和表-2。表-1 Di 英寸 (mm) Pd 磅/英寸2 (MPa)DiPd TEMA-198860(1524)3000(20.7)60000TEMA-1999100(2540)3000(20.7)100000表-2DN mmPN MPaDNPNGB151-1989200035104GB151-19992600351.751041.2限制定Pd 、Di 、 PdDi的原因：TEMA标准，在其适用参数后面有如下说明：TEMA-1988中为：“规定这些参数的目的是限定壳壁最厚约为2英寸和双头螺栓直径最大为3英寸的范围”TEMA-1999版适用参数范围扩大后，同时给出了修正说明：“规定这些参数的目的是限定壳壁最厚约为3英尺寸（76mm）和双头螺栓的直径最大为4英寸（102mm）”。无论是TEMA还是GB151限制这些参数的目的是避免因采用常规设计趋于保守，而造成过大的浪费；这就是说超出这些参数范围，可采用更为精确更省材料的应力分析设计方法来进行设计，但分析设计及其对材料、制造、检验的高要求，使得如何确定使用常规与分析设计的界限成为很大的难题，一般可用表-3对比的经济性杠杆作评判标准。表-3设计费用材料要求制造、检验壁厚经济性分析设计高高高薄综合分析常规设计低低低厚正因为经济对比要具体问题具体分析，所以TEMA及GB151的最新版本（1999）都放宽了常规设计参数的限制，同时TEMA限制的壳体壁厚由2放宽到3；最大双头螺栓直径由3放宽到4。1.3 超出适用参数范围的处理办法1.3.1 超出GB151适用参数范围除可以按照应力分析法进行设计外，GB151还规定了可以按照GB150用“验证性液压试验”和“用可比的已投入使用的结构进行对比经验设计”方法来进行设计，但这必须要由全国锅炉压力容器标委会审定认可。1.3.2 对于大量可能出现的超范围情况，GB151-1999在1.2节规定 “超出上述参数范围的换热器可参照本标准进行设计与制造。”主要是针对低压力大直径（超过DN2600）而给予的灵活性，如果固定DNPN1.75104不变，对于DN和PN的关系来说，会出现下列情况：当DN2600mm PN6.73MPa 当DN3000mm PN5MPa 当DN4000mm PN4.375MPa所以一般直径的放开是能控制在DNPN1.75 104范围之内的， 故应强调的是超出范围又可以参照GB151进行设计，主要是指DN超标而PN又较低的工况，而对于由PN引起的DNPN超范围虽也可参照常规标准设计，但要针对具体情况进行分析。 GB151这一放宽准则在TEMA-1999，RCB-1.11中也有相应的条文为：“本标准所提出的准则，也能用于超过上述参数的装置。”而GB151的管板计算本身就是分析设计规范，所以放宽限制条件，在管板计算中是不存在问题，更不会造成过厚的管板。2.管壳式换热器的主要结构型式及适用条件GB151中所列举的管壳式换热器(以下简称换热器)主要有：1）固定管板式换热器；2）浮头式换热器；3）U形管式换热器；、 4）釜式重沸器；5）填料函式换热器。不属于这五种型式的如：折流杆换热器、螺旋折流扳换热器、绕管式换热器等的机械设计，也应参照GB151进行设计。GB151虽然规定了PN、DN及PNDN值，但主要的五种换热器型式,其各自的适用参数范围是不同的。2.1 固定管板换热器固定管板换热器的型式见图1：图1 2.1.1 固定管板换热器的主要特点：该换热器的特点是结构简单、紧凑、没有壳程密封的问题，而且往往是管板兼作法兰。其适用于：a) 管、壳程温差不大的场合； b) 管、壳程温差较大，但压力不高的场合(因为温差大，要加膨胀节，而膨胀节耐压能力差；c) 壳程无法机械清洗，故要求壳程介质干净；或虽会结垢，但通过化学清而能去除的场合。2.1.2 使用压力和温度的限制：由于换热管、管板和壳体焊在一起，故换热管与壳体间的金属壁温差引起的温差应力是其致命的弱点，因为在固定管板换热器的管板温差应力计算中，要校核以下三个方面的应力和力： 按有温差的各种工况算出的壳体轴向应力c， 换热管轴向应力t， 换热管与管板之间连接拉脱力q三项中有一项不能满足强度条件时，就需设置膨胀节；根据工程经验，当壳体与换热管金属温差(注意不是介质温差)高于50时一般应设置膨胀节，而GB16749压力容器用波形膨胀节规定最高使用压力为6.4MPa,再高要用带加强装置的型膨胀节。故带膨胀节的固定管板换热器使用压力不高，而且结构设计和制造也趋于复杂。在壁温差很小无需考虑温差应力时，固定管板式换热器也有使用在很高压力的场合，此时往往管板与管箱或管板与壳体做成整体型式，或者管板、管箱(头盖)和壳体三者成为一个整体，如大化肥中的高压甲铵冷凝器的管程压力为15.8MPa ，但一般高压用得比较少，而低压力、大直径固定管板式换热器用得很广泛。2.2 浮头式换热器图22.2.1 浮头换热器的主要特点如下：a)可抽式管束，当换热管为正方形或转角正方形排列时，管束可抽出进行管间机械清洗，适用于壳程易结焦及堵塞的工况；b)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，可用于大温差的场合；c)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漏时很难采取措施；d)压力试验时的试压胎具复杂。2.2.2使用压力和温度的限制浮头换热器用于炼油行业中较多，在乙稀工业中应用相对少点，但内浮头结构限制了使用压力和温度,故一般情况其使用限制为Pmax6.4 MPa; Tmax400，对于大直（DN1200mm），而压力又较高时，浮头端密封结构的设计和制造尤其是浮头内螺柱热松弛始终是个难题，而对壳程为加热介质时，更为突出 。为此刚成立的CB151修订组，己将防浮头热应力松驰泄漏作为作为重点予以考虑：a) 增大外头盖尺寸，以增加螺栓压紧力；b) 探讨采用波齿垫或浮头螺栓增加防热应力松弛的蝶簧垫片。2.3 U形管式换热器 U形管式换热器的型式见图3。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,特点如下：a）以U形换热管尾端的自由浮动解决温差应力，可用于高温差； 图3 b）只有一块管板，加之法兰的数量也少，故结构简单而且泄漏点少；c）可以进行抽芯清洗；d）由于弯管时Rmim的限制，分程间距宽，故比固定管板换垫器排管略少。e）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，尤其R小的管子。f）换热管泄漏时，除外圈U形管外，不能更换，只能堵管。2.4 釜式重沸器 釜式重沸器的型式见图4。图4釜式重沸器的管程采用U形或浮头管束（管头试压时，要另配试压壳体），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，适用于：a) 管、壳程温差大的场合；b) 一般管程压力比壳程高；c) 塔底空间较小的场合；d) 汽化率较高的场合(3080%)；e) 重沸工艺介质的液相作为产品或分离要求高的场合；f) 用作蒸汽发生器，对蒸汽品质要求不高而安装空间受限制的场合。2.5 填料函式换热器填料函式换热器的型式见图5。图5 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）可在填料函内填料的压力下，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2.5 MPa，且不能用于贵重介质及危害介质，当介质危害不是太大时，也可以采用双填函密封加以弥补，之所以有使用是因其解决温差应力的成本较低。2.6 固定管板式、U型管式、浮头式热交换器综合对比如下：紧 凑 性 m2/m3经 济 性 kg/m2价格比元/吨(相同材料)DN40080012004008001200Kg/m2重量比Kg/m2重量比Kg/m2重量比固定管板式455358441.00321.00311.001.0U型管式324347501.20401.17371.141.21.1浮头式374548641.45481.40401.31.41.25注：表中数据以252.5, LN 6000 mm，PN 2.5 MPa,同种材质， 2管程换热器作对比。3 换热器主要组合部件及规格型号的表达方式3.1主要组合部件GB151参照TEMA把换热器分成前端管箱、壳体型式和后端结构三大块（见图6），并用英文字母分别表达并组成一个完整的管壳式换热器的代号，各部分代号含义如下：1）前端管箱： A- 平盖管箱，检修方便；B- 封头管箱，管箱重量较轻；C- 用于可拆管束与管板制成一体的管箱；N-管板与壳体制成一体的固定管板管箱； D- 特殊高压管箱，此时壳程压力一般较低。2）中间壳体型式： E- 单程壳体，进出口一样大小，用于无相变工况；Q- 单进单出冷凝器壳体，进口管大，出口管小，用于冷凝工况；F- 具有纵向隔板的双程壳体，适用于壳程流量较小，要求流速较高的场合；G- 分流式壳体；H- 双分流壳体；I- U形管式换热器壳体；J- 无隔板分流，用于冷凝或沸腾壳体；K-釜式重沸器壳体；O- 外导流壳体，进出口压降小，排管多。3）后端结构（所括管束）：L- 与A相似的固定管板结构；M- 与 B相似的固定管板结构；N- 与前端管箱N相似的固定管板结构； P- 填料函式浮头；S- 钩圈式浮头；T- 可抽式浮头；U- U形管束；W- 带套环填料函式浮头。在编制这部分内容时，GB151针对国内的具体情况对TEMA中间壳体的型式进行了较多的增删：a）增加了U形管换热器壳体（I）；b）增加了外导流壳体（O）；c）增加了单进单出冷凝器壳体（Q）；d）在釜式重沸器（K）中增加了双管束型式；e）取消了穿流式壳体（TEMA中X型）。GB151以图1图6表达了换热器的主要型式，并用三个英文字表达管壳式换热器的具体型式，但不是说除了上述规定以外的结构就不允许使用，因为GB151不可能把所有内容都包括进来如：单管程立式换热器壳体内的膨胀节； 前端管箱中有采用焊接式平盖管箱等 。这些都没有纳入GB151，但又都是有规可循，有公式可计算的，是可以使用的，如果说因为GB151没有这些具体结构就不准使用，这是不正确的。3.2 规格的表达方式规格的表达始于20世纪70年代编制的“钢制管壳式换热器设计规定”。它与表达换热器型式的三个英文字母配在一起，完整地表达了管壳式换热器，因为管壳式换热器在现场往往要加外保温。而打在产品铭牌又在外保温层外的型式与规格表达式却可以使现场人员不用查图纸，就可以知道换热器的全貌。所以在GB151，3.10节把管壳式换热器型式与规格编在一起称为“型号”并规定了具体的表示方法，是我国管壳式换热器标准表达方式的一个突破。GB151换热器型号的表示方法 本表示方法适用于卧式和立式换热器。 （或） 示例： a) 浮头式换热器 平盖管箱，公称直径500mm，管程和壳程设计压力均为1.6MPa，公称换热面积54m2，碳素钢较高级冷拔换热管外径25mm，管长6m，4管程，单壳程的浮头式换热器，其型号为： AES b) 固定管板式换热器 封头管箱，公称直径700mm，管程设计压力2.5MPa，壳程设计压力1.6MPa，公称换热面积200m2，碳素钢较高级冷拔换热管外径25mm，管长9m，4管程，单壳程的固定管板式换热器，其型号为： BEM c) U形管式换热器 封头管箱，公称直径500mm，管程设计压力4.0MPa，壳程设计压力1.6MPa，公称换热面积75m2，不锈钢冷拔换热管外径19mm，管长6m，2管程，单壳程的U形管式换热器，其型号为： BIU d) 釜式重沸器 平盖管箱，管箱内直径600mm，圆筒内直径1200mm，管程设计压力2.5MPa，壳程设计压力1.0MPa，公称换热面积90m2，碳素钢普通级冷拔换热管外径25mm，管长6m，2管程的釜式重沸器，其型号为： AKT3.3 换热器的类别a）分别以管、壳程的设计参数，按照现行压力容器安全技术监察规程进行分类；b）换热器可按管、壳程不同的类别进行设计与制造，但总类别取管、壳程的高者；c）换热器的机械设计 按照管、壳程不同的类别分别进行设计时，对同时受管、壳程介质作用的受压元件及用同一螺柱连接的管、壳程法兰，应给予特别的考虑； d）压力容器分类原则按压力容器安全技术监察规程规定，也可参照表-4进行简便的划分。表-4 压力容器分类表压 力MPa容 器 类 型非易燃或介质毒性轻度（）易燃或介质 毒性中度（）介质毒性高度（）或极度（）低 压（L）0.1P1.6S - 分离器E - 换热器一 类PV0.2二 类PV0.2三 类 C - 储存容器R - 反应器搪玻璃容器管壳式余热锅炉二 类中 压（M） 1.6P10S - 分离器E - 换热器二 类三 类C - 储存容器 二 类PV10 三 类R - 反应器PV0.5 三 类搪玻璃容器管壳式余热锅炉三 类高 压（H） 10P100所有压力容器三 类1. 高压三类；2. 其它条件三类容规1999版，新增四项：a. Rm540MPa（下限）的压力容器；b. 移动式压力容器、铁路罐车（液化气体、低温液体）、罐式汽车、c. V50m3球形容器；d. V5m3的低温绝热压力容器；注： a. PV单位 MPam3b. 介质毒性：、 、 级、级：氟、氢氰酸、光气、氟化氢、碳酸氟、氯等； 级：二氧化硫、氨、一氧化碳、氯乙烯、甲醇、氧化乙炔、硫化氢等； 级：氢氧化钠、四氯乙烯、丙酮等。不清楚的介质，可查HG20660-2000压力容器有机化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类4 设计参数：换热器比一般压力容器尤其是与储存容器有着完全不同的概念，换热器可以这样理介：工艺设计在换热器中占有主导地位，机械设计是为了保证实现工艺计算中的传热和压降的一种手段。4.1 工艺设计计算：4.1.1传热机理简述热交换器传热计算方法理论是从热传递量化发展起来的，目前传热计算方法通常采用柯恩法（Kem）和贝尔法（Bell）两种。两种计算方法都较为常用，但Bell法使用更广泛些，而此后流路分析法的出现，使得壳程流路的流量分配能够进行计算，并能给出各流路条件发生变化时，壳程结构和压降的关系4.1.2 工艺计算软件 20世纪70年代以前，我国的工艺计算往往限于自编程序和手工计算，但在这以后，国内一些设计院所开始直接采用国际先进的传热软件进行工艺设计如：a）HTRI（Heat Transfer Research. Inc.） 美国传热公司，采用会员制，只要交会费，会员便可以获得全部工艺设计资料及软件。也可参加其组织的会议及学术交流活动。b）HTFS（Heat Transfer and Fluid Flow service） 英国传热与流动服务中心，采用了更为灵活的办法，既可是会员，也可单独购买其软件（北京办事处电。上述两家公司的软件，用作投标文件时，是被广泛认可的。4.2 机械设计参数机械设计参数是指用以确定换热器施工设计及制造、验收的参数，与GB150相同的内容略去，只介绍换热器因有管、壳程而造成的特殊要求。4.2.1 公称直径DNa）DN500mm， 卷制圆筒，以圆筒内直径（mm）作为换热器的公称直径。b）DN400mm，以钢管外径（mm）作为换热器的公称直径；在以钢管作壳程圆筒时，应特别注意：钢管壁厚的差异，所造成的折流板外圆与钢管内径径向间隙的超差，对传热效率的影响。标准设备法兰的配置，防止与钢管对接B类坡口的超差。c) DN=450mm时，有可能出现卷制和采用钢管两种情况，此时可按a)、.b).两种情况分别表示，d）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。4.2.2 公称长度LN（m）以换热管的长度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。4.2.3 换热面积A（m2）a）计算换热面积 以换热管外径为基准，扣除深入管板内的换热管长度后计算得到的面积 ；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影响。b）公称换热面积 经圆整后的换热面积（m2），以5、10为基准。4.2.4 温度a）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，设计温度应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。b) 在任何情况下，元件金属的表面温度不得高于材料允许使用的温度。这与设计温度中的元件金属温度（截面平均值）是完全不同的两个概念；前者是材料最高使用温度的限制，而后者是设计温度的确定方法。c） 同时受管、壳程温度作用的元件，应按金属温度确定设计温度，但由于确定金属温度比较复杂，所以在工艺没有给出金属温度或工艺参数不全无法进行金属温度计算时，也可采用较苛刻的介质温度作为设计温度。d）试验温度 指压力试验时，管箱和壳体的金属温度。4.2.5 压力a）设计压力P d 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在和条件，其值不得低于工作压力； b) 计算压力Pc 指在相应的设计温度下，用以确定换热器元件厚度的压力，其中包括液柱静压力，此时， PC Pd；当元件承受的液柱静压力小于5%的设计压力时，可忽略不计，此时，Pc = Pd 。c）对于同时受管、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。一般只有在管板很厚时，才采用压差设计以减薄管板， 但会给制造、操作、维修带来麻烦。按压差设计的换热器，其管头的试压还应考虑特殊措施。d）真空换热器真空侧的设计压力，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。e）试验压力PT 指在压力试验时，换热器管、壳程顶部的压力。4.2.6 腐蚀裕量：4.2.6.1 腐蚀裕量的取值腐蚀裕量与介质对材料的腐蚀速率B（mm/y），及确定的使用年限（y）有关，其关系式为：C2=By,mm；如设备取10年寿命时，C2的取值见表-5。表-5级 别1234腐蚀顺序 无腐蚀轻微腐蚀腐 蚀严 重腐蚀速率 mm/y0.050.050.100.100.50.5腐蚀裕量 mm01254.2.6.2 换热器腐蚀裕量考虑的原则：a）平盖、凸形封头和管箱、壳体、圆筒的内表面以及设备法兰、管法兰的内径面应考虑腐蚀裕量。b) 管板、浮头法兰、球冠形封头和钩圈两面均应考虑腐蚀裕量。c）管板和平盖上开槽（隔板槽、焊接结构槽）时，可把高出槽底面的金属作为腐蚀裕量，当腐蚀裕量大于槽深时，还应加上两者的差值。d）换热管、拉杆、定距管、折流板和支持板不考虑腐蚀裕量。4.2.7 焊接接头系数a）GB151的焊接接头系数：系指用于设计计算中A类焊接接头的系数。b) 对于无法进行无损检测的固定管板换热器壳程圆筒的环向焊接接头，当采用氩弧焊打底或沿焊接接头根部全长有紧贴基本金属的垫板时，取=0.6的原因为：a) 为了在计算固定管板换热器壳程圆筒轴向应力c 后，确定和值用；b) 此类焊接接头因无法进行无损检测，给出=0.6是要求焊接应按焊接工艺施焊，避免随意性。4.2.8 压力试验换热器管、壳程压力试验的方法，试验压力应区别管、壳程不同的工况按GB151中3.17节的有关规定。4.3 换热器的设计参数表(参照API660)表-6 换热器设计参数表（设计单位名称）项目名称业主名称合同号图号制造商安装方式立式 卧式 换热面积 m2型号规格工艺设计数据机械设计数据壳程管程壳体内径/外径 mm/ mm介质 换热管型式光管 翅片管 螺纹管 总流量 kg/h规格型号mm / 根气体 m3/h,kg/h长度，管间距L= mm S= mm液体 kg/h排列三角形 转角三角形 正方形 转角正方形 水蒸汽换热管与管板连接强度胀 强度焊 强度焊+贴胀 强度胀+密封焊不凝气折流板横向水平 垂直 型式；单弓形 双弓形 进口 / 出口进口 / 出口切口 %； 数量： 块 密度 kg/m3间距： mm; 第一块折流板距管板： mm粘度 cp纵向双程 / 单程 ； 分流式 比热 kJ/kg支撑（持）板型式 数量 块导热系数 w/m2浮头封头 带填料箱 带波纹管箱 气体分子量套管外管 mm；内管 mm操作压力 MPa(G)程壳程管程程壳程管程操作温度 设计压力MPa(G)焊接接头系数压力降 MPa试验压力 MPa(G)程数流速 m/s设计温度 壁温污垢系数 m2oC/W 腐蚀裕量 mm类别类类冷凝/蒸发温度保温材料 ： 厚度 mm 容重 kg/m3总热负荷 KW主体材料 平均温度（校正）换热管浮头传热系数 W/m2管板设备法兰计算换热面积 m2管箱管法兰实际换热面积 m2壳体主螺栓膨胀节 接管表 (可附另页)简图 （可附另页）符号DNPN法兰面标 准用 途abcd设备净重kg设备充水总重kg充水重kg安装/运输重kg版次说 明设计日期校核日期审核日期5 材料钢铁材料除采用GB150-1998第四章外，作为GB151换热器还规定如下：5.1 管板、平盖5.1.1 单层管板、平盖 管板、平盖一般用锻件优于用钢板，但用锻件的成本要高的多，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：a）厚度大于60mm时，宜采用锻件。因厚钢板会有分层、夹杂等缺陷及性能指标波动大等问题。b）管板以凸肩形式与圆筒相对接时，必须采用锻件。c) 一般工况可采用钢板作管板和平盖，但厚度大于50mm的20R、16MnR应在正火状态下使用。5.2 复合结构的管板、平盖管板、平盖可采用堆焊、轧制或爆炸复合结构，当管程压力不是真空状态时，平盖亦可采用衬层结构。5.3 奥氏体铁素体双相型不锈钢 双相不锈钢是由于成分特点，使其具有 铁素体和 奥氏体双相组织，从而具有独特的耐腐蚀性能和较好的力学性能的一种不锈钢。双相不锈钢的主要成分为：Cr、Ni、Mo和N,其中Cr和Mo是铁素体形成元素，而Ni和N为稳定元素，N同时又是一个主要固溶强化元素。这类钢具有可靠的耐氯化物应力腐蚀及髙的耐点蚀性能。Cr、Mo和N对提高双相钢的耐点蚀性能具有重要的作用。 因此，现代双相不锈钢是一种强度高、韧性好、焊接性能好的优质材料。为保证其良好的性能相和相的配比要合适，相过高会引起脆化，相过高会降低耐应力腐蚀性能，理想的配比为各占50%，但一般都为相略多。5.4有色金属GB151-1999管壳式换热器加入了有色金属，取消了“钢制”。5.4.1 铝及铝合金a）铝与空气中的氧迅速生成的Al2O3 薄膜，故在空气和许多化工介质中有着良好的耐蚀性；b）在低温下，具有良好的塑性和韧性；c） 有良好的成型及焊接性能；d）设计参数：P8MPa，-269T200。5.4.2 铜及铜合金a）铜及铜合金具有较好的耐蚀性能 ；b）具有良好的导热性能及低温性能；c）具有良好的成型性能，但焊接性能稍差；d）设计参数： 纯铜： T150，150200许用应力衰减快； 铜合金：T200，一般的铜合金在200250的许用应力衰减快，但铁白铜的性能稳定，可用到250； 但新编制的铜容器标准列出了更高温度下的许用应力值，必要时也可以选用。e）有GB/T8890-1998热交换器用铜合金无缝管由沈阳、上海铜加工厂编制，但缺少常用的纯铜管，但比88版扩大了管径、增加了壁厚及H85A牌号的管材。5.4.3 钛和钛合金a）钛是具有强钝化倾向的金属，在空气或氧化性和中性水溶液中迅速生成一层稳定的氧化性保护膜，因而具有优异的耐蚀性能：b）密度小（4510 kg/m3），强度高（相当于20R）；c）有良好的低温性能，可用到-269；d）钛-钢不能焊，且铁离子对钛污染后会使耐蚀性能下降；e）表面光滑，粘附力小，且表面具有不湿润性，特别适用于冷凝；f）设计参数：P35MPa，T300；g）有GB6325-1995换热器及冷凝器用钛及钛合金管,GB/T3621钛及钛合金板材等标准；h）价格高，比一般钢材贵20倍，综合指数价格比：（密度小，25管可用到=1mm或1.5mm壁厚）约为不锈钢的68倍，若加长寿命为8年，则钛和钛合金管是最佳耐腐蚀用管，但一次性的投资大。5.5许用应力：5.5.1安全系数nb GB151-1999编制时，国外标准的情况见表-8：表-8ASME-12004AD- 2000CODAP-90OCT 容 规（1999）GB151-1999Alnb3.5-3.03.5* *, 2.44.04.0ns1.51.51.61.51.51.5Cunb3.52.5*4.0*3.5* *, 2.44.04.0ns1.5-1.51.51.5Tinb3.5-3.03.03.03.0ns1.5-1.51.5注：1. *- 虽有安全系数，但标准中没有列出相应牌号的材料。 2. * - 前苏联标准，当没有持久强度数据时，取nb=3.5。3.* - 试验压力下的安全系数。4.OCT标准中无Ti，表中数据为OCT26-01-279-79钛制容器和构件的强度计算规范中的安全系数。 5. JIS B 8270-93的系数为第二种容器(30MPa)和第三种容器(1MPa)的值。 6.在ASME -1 中Al 、Cu 、Ti统称为“非铁基金属”材料，考虑到Ti强度高，且价格贵，故参照法国、前苏联取nb=3.0；Al 、Cu则按ASME -1和JIS B 8270-93的规定。目前“容 规”正在修订中，铁基金属的nb有可能降到2.7。5.5.2高温机械性能和许用应力：Al、Ti按当时已报批的“铝容器”和“钛容器”取值，但2002年出版的“JB/T4733铝制焊接容器”和“JB/T4745钛制焊接容器”改变了相关的数据，故GB151-1999出了一号修改通知，但关于Al 、Ti性能数据以2002年的Al 、Ti制焊接版本取值为好。Cu：国内无高温性能数据，但因中国Cu牌号全部来自美国标准，加之安全体系有完全相同，故取了美国标准中的相关数据。中、美Cu牌号对比见表-9。 由于国内很多手册仍然在用老牌号所以GB151-1999中国铜牌号，没有用GB8063规定的牌号（如H70应为CuZn30）表-9序号名 称中 国 牌 号美 国 牌 号1优质黄铜H68A2302锡 黄 铜HSn70-14433铝 黄 铜HAl77-26874铁 白 铜BFe30-1-1C71500, 7155铁 白 铜BFe10-1-17066纯 铜T2C 110007纯 铜 T3C 125005.6 换热管5.6.1 GB151-1999换热管主要材料、标准、管子规格、外经及壁厚偏差见表-10：表-10 a）使用普通级换热管制造级管束的，仅限于碳钢和低合金钢；不锈钢和有色金属采用高精度、较高精度换热管，因此全部为级管束。b）由于换热管精度的影响，GB151-89称为级换热器和级换热器，因换热管全部影响都在管束中，故GB151-1999改称为级管束和级管束，同时取消了、级使用场合的推荐，以免产生误解。c）同为高精度换热管，在外径和壁厚等方面