GBT151-2014年热交换器讲解

热交换器戴季煌热交换器2015.01第一部分GB151-20141. 修改了标准名称，扩大了标准适用范围：1.1提出了热交换器的通用要求，也就是适用于其他结构型式热交换器。

并对安装、使用等提出要求。

1.2规定了其他结构型式的热交换器所依据的标准。

2. 范围：GB151-201X《热交换器》规定公称直径范围（DN≤4000mm，原为2600mm）、公称压力（PN≤35MPa）及压力和直径乘积范围（PN×DN≤2.7×104，原为1.75×104）。

并且管板计算公式推导过程的许多简化假定不符合。

也给制造带来困难。

TEMA控制壳体壁厚3〞（76mm）、双头螺柱最大直径为4〞（102mm）。

3.术语和定义3.1公称直径DN3.1.1卷制、锻制、圆筒以圆筒内直径（mm）作为换热器的公称直径。

3.1.2钢管制圆筒以钢管外径（mm）作为换热器的公称直径。

3.2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 形管的直管段长度。

3.3换热面积A3.3.1计算换热面积换热面积是以换热管外径为基准，以二管板内侧的换热管长度来计算换热面积，计算得到的管束外表面积（m2）；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换热损失。

3.3.2公称换热面积公称换热面积是将计算面积经圆整后的换热面积（m2），一般取整数。

4.工艺计算（新增加）4.1设计条件（用户或设计委托方应以正式书面形式向设计单位提出工艺设计条件），内容包含4.1.1操作数据：包括流量、气相分率、温度、压力、热负荷等；4.1.2物性数据：包括介质密度、比热、粘度、导热系数或介质组成等；4.1.3允许阻力降；4.1.4其他：包括操作弹性、工况、安装要求（几何参数、管口方位）等。

4.2选型应考虑的因素4.2.1合理选择热交换器型式及基本参数，满足传热、安全可靠性及能效要求；4.2.2考虑经济性，合理选材；4.2.3满足热交换器安装、操作、维修等要求。

4.3计算热交换器工艺计算时应进行优化，提高换热效率，满足工艺设计条件要求。

需要时管壳式热交换器还应考虑流体诱发振动。

5.设计参数5.1压力5.1.1压差设计同时受管、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。

5.1.2真空设计真空侧的设计压力，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。

5.1.3试验压力试验压力p T =1.25[σ]/[σ]t ，当容器元件所用材料不同时，应取各元件材料的[σ]/[σ]t 比值中最小者。

外压容器和真空容器以内压进行压力试验。

1）当p t ＜p s 时，各程分别按上述办法试压。

当p t （或p s ）为真空时，则p s ＋0.1（或p t ＋0.1）再乘以规定值。

2）当p t ＞p s 时，壳程试验压力按管程试验压力。

5.2温度5.2.1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。

管程设计温度是指管程的管箱设计温度。

非换热管的设计温度。

对于同时受两程温度作用的元件可按金属温度确定设计温度，也可取较高侧设计温度。

在任何情况下元件金属的温度不得高于材料允许使用的温度。

5.2.2元件金属温度确定。

5.2.2.1传热计算求得 1）换热管壁温t t热流体热量通过管壁传给冷流体（图1）。

换热管壁温t t()tc th t t t t +=21（1） 2）壳体圆筒壁温t s 图1壳体圆筒壁温计算与换热管壁温相同，不同的地方圆筒外为大气温度，有保温的基本是圆筒外壁温度。

5.2.2.2已使用的同类换热器上测定5.2.2.3根据介质温度并结合外部条件确定。

6. 厚度附加量6.1钢材厚度负偏差 6.2腐蚀裕量的规定根据预期的容器寿命和介质对金属材料的腐蚀速率确定。

各元件受到的腐蚀程度不同时，可采用不同的腐蚀裕量，（表1）。

表1腐蚀率 无腐蚀 轻微腐蚀 有腐蚀 严重腐蚀 毫米/年＜0.050.05～0.50.5～1.5＞1.56.3腐蚀裕量的考虑原则6.3.1各元件受到的腐蚀程度不同时，可采用不同的腐蚀裕量。

6.3.2考虑两面腐蚀的元件：管板、浮头法兰、球冠形封头、分程隔板。

6.3.3考虑内表面腐蚀的元件：管箱平盖、凸形封头、管箱、壳体、容器法兰和管法兰的内径面上。

6.3.4管板和平盖上开槽时：当腐蚀裕量大于槽深时，要加上两者的差值。

6.3.5不考虑腐蚀裕量的元件：换热管、钩圈、浮头螺栓、拉杆、定距管、拆流板、支持板、纵向隔板。

当腐蚀裕量很大时也要考虑。

7.焊接接头分类（增加）与焊接接头系数。

对于换热管与管板连接的内孔焊，进行100%射线检测时焊接接头系数φ=1.0，局部射线检测时焊接接头系数φ=0.85，不进行射线检测时焊接接头系数φ=0.6。

8.泄露试验泄露试验的种类和要求应在图样上注明。

9.材料和防腐换热器用钢材除采用GB150.2中所规定的材料外，作为GB151换热器的零部件还需要作进一步考虑。

9.1管板、平盖管板、平盖一般情况用锻件优于用钢板，但用锻件的成本要高很多，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：1）钢板厚度δ＞60mm时，宜采用锻件。

2）带凸肩的管板、内孔焊管板和管箱平盖采用轧制板材直接加工制造时，碳素钢、低合金钢厚度方向性能级别不应低于GB/T5313-2010（厚度方向性能管板）中的Z35级，并在设计文件上提出附件检验要求。

3）采用钢板作管板和平盖时，厚度大于50mm的Q245R、Q345R，应在正火状态下使用。

9.2复合结构的管板、平盖管板、平盖可采用堆焊或爆炸复合结构，当管程压力不是真空状态时，平盖亦可采用衬层结构。

9.2.1堆焊结构用堆焊制作的管板与平盖，其覆层与基层的结合是最好的，但堆焊的加工难度大，中间检验、最终检验及热处理的要求高，堆焊一般有手工堆焊和带极堆焊两种方法。

（1）管板堆焊结构：其覆层完全可计入管板的有效厚度（以许用应力比值折算），与换热管连接采用强度焊时，有充分的能力来承受换热管的轴向剪切载荷。

（2）常用带分程隔板槽管板堆焊结构见图2。

单管程不带分程隔板槽的管板堆焊层大于或等于8mm。

（a）正确结构图（b）错误结构图图2（3）管板堆焊技术要求：9.2.2爆炸、轧制复合板管板和平盖采用的复合板等级要求见表2。

表2标准元件管板平盖NB/T47002.1-2010《压力容器用爆炸焊接复合板第1部分：不锈钢—钢复合板》剪切强度≥210MPa1级，结合率100%剪切强度≥210MPa3级，结合率≥95%NB/T47002.2-2010《压力容器用爆炸焊接复合板第2部分：镍—钢复合板》剪切强度≥210MPa1级，结合率100%剪切强度≥210MPa3级，结合率≥95%NB/T47002.3-2010《压力容器用爆炸焊接复合板第3部分：钛─钢复合板》剪切强度≥140MPa1级，结合率100%剪切强度≥140MPa3级，结合率≥95%NB/T47002.4-2010《压力容器用爆炸焊接复合板第4部分：铜—钢复合板》剪切强度≥100MPa1级，结合率100%剪切强度≥100MPa3级，结合率≥95%9.2.3规定了不得使用的衬层复合结构：9.2.4管板复合结构的评价堆焊复合：其覆层完全可计入管板的有效厚度（以许用应力比值折算），与换热管连接采用强度焊时，有充分的能力来承受换热管的轴向剪切载荷。

爆炸复合：采用标准中1级的复合钢板时，覆层是否计入管板有效厚度由设计者自行决定（钛、铜覆层不能计入管板有效厚度内），但管板覆层与换热管的强度焊，可以承受换热管的轴向剪切载荷。

9.3有色金属9.3.1铝及铝合金（1）设计参数：p≤16MPa，含镁量大于或等于3%的铝和铝合金，-269℃≤t≤65℃，其他牌号的铝和铝合金，-269℃≤t≤200℃；（2）在低温下，具有良好的塑性和韧性；（3）有良好的成型及焊接性能；（4）铝和空气中的氧迅速生成Al2O3薄膜，故在空气和许多化工介质中有着良好的耐蚀性。

9.3.2铜和铜合金（1）设计参数：p≤35MPa；（2）纯铜：t≤200℃；铜合金：一般的铜合金在200℃，但铁白铜管的性能稳定，可用到400℃。

（3）具有良好的导热性能及低温性能；（4）具有良好的成型性能，但焊接性能稍差。

9.3.3钛和钛合金（1）设计参数：p≤35MPa，t≤315℃，钛—钢复合板t≤350℃；（2）密度小（4510kg/m3），强度高（相当于Q245R）；（3）有良好的低温性能，可用到-269℃；（4）钛－钢不能焊，且铁离子对钛污染后会使耐腐蚀性能下降；（5）表面光滑，粘附力小，且表面具有不湿润性，特别适用于冷凝；（6）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。

（7）用于制造压力容器壳体时，应在退火状态下使用。

9.3.4镍和镍合金（1）设计参数：p≤35MPa；（2）有良好的低温性能，可用到-269℃；（3）具有良好的耐腐蚀性能；（4）具有良好的成型性能。

（5）用于制造压力容器受压元件时，应在退火或者固溶状态下使用。

9.3.5锆及锆合金（1）设计参数：p≤35MPa；（2）有良好的低温性能，可用到-269℃；（3）具有良好的耐腐蚀性能；（4）具有良好的成型性能。

9.4换热器材料9.4.1钢制无缝管提高了管壳式热交换器管束的尺寸精度要求，规定为Ⅰ级、Ⅱ级管束。

按GB150规定。

9.4.2奥氏体不锈钢焊管9.4.2.1 p≤10MPa（国外无此限制）。

9.4.2.2不得用于极度危害或高度介质。

9.4.2.3钢管应逐根进行涡流检测，对比样管人工缺陷应符合GB/T 7735 中验收等级B 的规定。

9.4.2.4奥氏体不锈钢焊管的焊缝系数φ＝0.85。

9.4.3强化传热管实践证明在蒸发、冷凝、冷却及无相变传热过程中，采用适当的强化传热管，将会起到显著的强化传热的效果，但如果选择不当，反而会适得其反。

一般的强化传热管有螺纹管（整体低翘片管）、波纹管、波节管（GB/T28713.1～.3），以及特型管（GB/T24590）。

此外应用较多的还有：1）用于无相变传热：螺旋槽管、横槽管、缩放管、内翘片管及内插入管等。