GBT 151热交换器讲解.docx
- 文档编号:3255925
- 上传时间:2022-11-21
- 格式:DOCX
- 页数:78
- 大小:446.17KB
GBT 151热交换器讲解.docx
《GBT 151热交换器讲解.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《GBT 151热交换器讲解.docx(78页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
GBT151热交换器讲解
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.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
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
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。
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tt
热流体热量通过管壁传给冷流体(图1)。
换热管壁温tt
(1)
2)壳体圆筒壁温ts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
<0.05
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。
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≥210MPa
1级,结合率100%
剪切强度≥210MPa
3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≥210MPa
1级,结合率100%
剪切强度≥210MPa
3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≥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
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
9.4.2.1p≤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/T7735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。
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。
9.4.4GB150.2对换热器的使用规定
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
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- GBT 151热交换器讲解 151 热交换器 讲解