GBT 151-2014 热交换器讲解

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。
0.05～0.5
0.5～1.5
＞1.5
6.3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。
（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；
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。
剪切强度≥140MPa
1级，结合率100%
剪切强度≥140MPa
3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≥100MPa
1级，结合率100%
剪切强度≥100MPa
3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
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）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。
9.4.5NB/T47011.1～NB/T 47011.8-2011《锅炉、热交换器用管订货技术条件》中用作换热管的规定，已和老钢管标准及GB151-1999有较大变化，除与GB150-2011中变化外，还有以下变化。
1）外径允许偏差。
换热管外径和壁厚允许偏差均比GB151-1999标准严格。
2）非合金钢和合金钢无缝换热管订货技术条件
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。
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
5.1.3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。
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。
3.术语和定义
3.1公称直径DN
3.1.1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A
9.5防腐
目前换热器防腐有如下几种措施：
9.5.1防腐涂层。一般采用非金属涂层，常用的水冷器有防腐、防垢涂料847和901，还有Ni－P镀层，但在
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。
在GB150.2-2011中5.1.4～5.1.7中规定钢管用作换热管均应选用高精度级的冷拔或冷轧钢管，同时根据 NB/T47019.1-2011《热交换器用管订货技术条件第一部分通则》中表1和表2表述，热交换器用管均为冷拔（轧）管且为高级精度，因此钢制管壳式换热器遵循GB150.2-2011规定均应设计为I级管束管板管孔直径允许偏差应均按I级管束选定。
热交换器
戴季煌
热交换器2015.01
第一部分GB151-2014
1.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）。
3.3.1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
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。
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。
2）适用有相变传热：单面或双面纵槽管、锯形翘片管、T形翘片管及表面多孔管等。
9.4.4 GB150.2对换热器的使用规定
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；
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。
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。
（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。