热交换器新标准培训

二、解读GB151-2014 设计参数
6. 温度
6.1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。
越受到业界重视。
一、变更标准名称
修改了标准名称，扩大了标准适用范围：
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。
规定了其他结构型式的热交换器所依据的标准。
一、变更标准名称
相关标准
GB/T151-2014《热交换器》
从属压力容器范畴，依托于GB150；
管壳式热交换器中通用受压元件的强
二、解读GB151-2014 设计参数
3.换热面积 A
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。 3.2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。
GB151-2014 热交换器
重 点讲解标准更新、增加等知识点
技术部-丁绍焕
目录
一、GB151修订内容 二、解读GB151-2014设计参数 三、分析热交换器材料和防腐 四、分析热交换器设计重点
前言
1、背景
压力容器作为特种设备之一，在国民经济各个领域占有十分重要 的地位。GB151-2014《热交换器》作为压力容器标准体系中最为 核心的基础标准，在行业领域内影响巨大。
的所有管壳式换热器中，是对ASME标准的补充和说明；
一、变更标准名称
代替：GB151-1999《管壳式换热器》
发布：
2014年12月05日
实施：
2015年05月01日
本次修订，将标准由《管壳式换热器》更名为《热交换器》。名称的变更标志本标 准修订的历史沿革和未来发展方向。 管壳式热交换器占在役热交换器的90%以上。热交换器既是承压设备又是单元工艺 设备，在保障安全的前提下，实现产品工艺动能，创造价值，节约能源的要求越来
元件
管板 剪切强度≥210MPa 1级，结合率100% 剪切强度≥210MPa 1级，结合率100% 剪切强度≥140MPa 1级，结合率100% 剪切强度≥100MPa 1级，结合率100% 平盖 剪切强度≥210MPa 3级，结合率≥95% 剪切强度≥210MPa 3级，结合率≥95% 剪切强度≥140MPa 3级，结合率≥95% 剪切强度≥100MPa 3级，结合率≥95%
其理论基础、安全系数、许用应力和 材料选择、通用要求等方面均与 GB150相同； 度设计计算公式已纳入GB150的，本 标准不再重复，本标准中强度设计计
算公式只针对管壳式热交换器特定的
受压元件，包括管板、浮头、钩圈等；
一、变更标准名称
以换热器为对象，提出共性通用要求，通过引用标准方式，将螺旋板式
换热器JB4751、板式换热器NB/T47004、铝制板翅式热交换器 NB/T47006、空冷式热交换器NB/T47007等其他结构型式的热交换器纳
流体（图1）。换热管壁温tt
1 t t t th t tc 2
图1
二、解读GB151-2014 设计参数
②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。
已使用的同类换热器上测定 根据介质温度并结合外部条件确定。 7. 厚度附加量 1）钢材厚度负偏差 2）腐蚀裕量的规定
二、解读GB151-2014 设计参数
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 泄露试验应符合GB150.1-2011中4.7的要求。 泄露试验的种类和要求应在图样上注明。
各元件受到的腐蚀程度不同时，可采用不同的腐蚀裕量
。
考虑两面腐蚀的元件：管板、浮头法兰、球冠形封头、分程隔板。
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。
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。
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。
GB/T28713.3《波节管》 增加镍、锆制管材标准
前言
热交换器管束级别精度提升（主要指钢制）
——Ⅰ、Ⅱ级管束精度均有不同程度的提高； ——与国际接轨，增强国际市场竞争力； ——管束精度主要影响：换热管与管板连接接头质量；对壳程流 体的无相变传热效率的影响（漏流量）； ——NB/T47019.1~8《锅炉、热交换器用管订货技术条件》 TEMA《列管式换热器制造商协会标准》用在除套管式换热器以外
二、解读GB151-2014 设计参数
4.工艺计算（标准新增加内容）
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 1）操作数据：包括流量、气相分率、温度、压力、热负荷等； 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； 3）允许阻力降； 4）其他：包括操作弹性、工况、安装要求（几何参数、管口方位）等。
二、解读GB151-2014 设计参数
5. 压力
5.1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. 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。
3、新旧标准变化
1）、名称的变化 2）、范围、参数的变化
3）、重点内容变更
前言
4、新增引用标准
新增NB/T47019.1~8《锅炉、热交换器用管订货技术条件》
引入了强化传热管的相关标准：
GB/T 24590《高效换热器用特型管》 GB/T28713.1《螺纹管》
GB/T28713.2《不锈钢波纹管》
二、解读GB151-2014 设计参数
2.公称直径
2.1 卷制、锻制、圆筒
以圆筒内直径（mm）作为换热器的公称直径。
2.2 钢管制圆筒 以钢管外径（mm）作为换热器的公称直径。
2.3 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。
二、解读GB151-2014 设计参数
4.2 选型应考虑的因素
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；
2)考虑经济性，合理选材； 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。
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）；
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）。
二、解读GB151-201标准内容
表2
根据预期的容器寿命和介质对金属材料的腐蚀速率确定。
表1
二、解读GB151-2014 设计参数
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）。
腐蚀率 毫米/年
无腐蚀 ＜0.05
轻微腐蚀 0.05～0.5
有腐蚀 0.5～1.5
严重腐蚀 ＞1.5
表1
二、解读GB151-2014 设计参数
3) 腐蚀裕量的考虑原则
三、分析热交换器材料和防腐
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。 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。
三、分析热交换器材料和防腐
（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 图2
（b）错误结构图
三、分析热交换器材料和防腐
（3）管板堆焊（低温管壳式换热器）技术要求：
①堆焊前应作堆焊工艺评定。
②基层待堆焊面及覆层加工后钻孔前的面进行表面检测，检测结果不得有裂纹，成排气孔 并应符合Ⅱ级缺陷显示。 ③堆焊覆层应在靠基层面采用超低碳的过渡层和覆层的双层堆焊，且从距表面最少2mm （一般为3 mm）的深处（按覆层厚度而定）其化学成分应符合覆层材料的要求。

2、新旧版本参数对比
标准版本 公称直径mm 设计压力与公称直径的乘积
GB151-1989
GB151-1999 GB/T151-2014
1500
2600 4000
104
1.75x104 2.7x104
前言
2.1修改了标准名称，扩大了标准适用范围： 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。 2）规定了其他结构型式的热交换器所依据的标准。
④不得采用换热管与管板焊后加wenku.baidu.com间补焊的方法进行所谓的堆焊。
三、分析热交换器材料和防腐
1.3、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。
标准 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》 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》 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》 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》
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。
二、解读GB151-2014 设计参数
6.2元件金属温度确定。
传热计算求得
① 换热管壁温tt
热流体热量通过管壁传给冷
入热交换器的框架内；
对于采用铝、钛、铜、镍、锆等其他金属材料制热交换器、受压元件，也采 用引用标准方式，凡是涉及材料内容执行相应标准要求，凡是产品制造内容 执行相应产品标准，凡是共性内容应符合本标准的通用要求。
二、解读GB151-2014 设计参数
11
1.范围
GB151-2014《热交换器》规定：
二、解读GB151-2014 设计参数
5.3 试验压力
试验压力pT=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pt＜ps时，各程分别按上述办法试压。当pt（或ps）为真空时，则ps＋ 0.1（或pt＋0.1）再乘以规定值。 2）当pt＞ps时，壳程试验压力按管程试验压力。
三、分析热交换器材料和防腐
1.1、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。 1.2、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。