GB-151-1999-讲义-管壳式换热器

管壳式换热器 GB151-1999

一.适用范围 1.型式

固定——P t 、P S 大，△t 小

浮头、U 形——P t 大，△t 大

*

一般不用于MPa P D 5.2>，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

41075.1,35,2600X PN DN MPa P mm D N N ≤⨯≤≤。参数超出时参照执行。

D N :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）P D ＜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GB150

2.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）P

t P s

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⎭⎬⎫

--t t ][][σσ()()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⎪⎭

⎪

⎬⎫**-*

-S

t αα 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

c

h c

m h m t t T t αααα++=

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C 2（仅对管，壳程均匀腐蚀）

2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C 2或加差值。(槽深与C 2取大值)

不另考虑C 2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 n b =4、n s =1.5 钛及其合金 n b =3、n s =1.5

复合板结合率≥B2级，可计入复层 ][]][[2

12

211··δδδσδσ

σ

++=t t t

6.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 m 2

管束外表面积 d •πn Le O ••，L e ——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U 9.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，

⎪

⎩⎪

⎨⎧Φ≤->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2

9.0C p p s s t σσ A 法： 100%NH 3，2~3KPa

B 法： 10~30%，NH 3，0.15~1.0Mpa

C 法： 1% NH 3，1~1.05P

D 四.材料

1. CS 、LAS 、SS 按GB150

2.有色金属按GB151附录D

1) 铝和铝合金≤8Mpa ，-269～200℃，对>65℃不宜用含Mg>3%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（Mg 2Al 3, Mg 8Al 5）,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≥3

1d i

b) 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