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《热交换器概述》.pdf

《热交换器概述》

hjj3952
2012-01-06 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《《热交换器概述》pdf》,可适用于工程科技领域

热交换器概述朱巨贤全国“锅容标委”换热设备分委员会专家委员会主任压力容器设计髙级审批员电话:邮箱:ZHUJUXcom本文仅对“GB《管壳式换热器》标准释义”及“压力容器设计工程师培训教材”中有关管壳式换热器的补充说明同时对一些其他型式的换热器作了简要介绍文中有些分析意见属个人见解。编者注wwwbzfxwcom一热交换器研究及相关标准概况热交换器的研究与发展随着世界性的能源危机波及到了装备制造业及石油化工这些耗材及能耗的大户以及国家节能减排长期国策的确立作为能量回收装备热交换设备的提高传热效能及降低能耗的研究被提高到了很重要的地位。这些研究归纳为以下几个方面:)传热与流动研究:旨在提髙传热及压降计算的准确性及寻求提髙传热效率降低压降的途径这方面研究主要涉及到:物性模拟研究、分析设计研究(如温度场、流动分布的模拟研究等)、传热及流动试验和工艺计算软件的开发等。)换热设备大型化、新型热交换设备的开发及降低能耗、节水的研究。)强化传热的研究:如强化传热管研究、板管的研究(如板壳式、板空冷等)。)材料研究(相容性及经济性的结合)。)抗腐蚀及控制结垢的研究(涉及使用寿命及保持传热效率)。国内外换热器相关标准国外换热器相关标准美国)制造商协会标准:a)TEMA列管式换热器制造商协会现行标准:TEMAb)EJMA膨胀节制造商协会现行标准:EJMA)API美国石油学会:wwwbzfxwcoma)API《炼油厂通用管壳式换热器》b)API《一般炼厂用空冷器》C)API《板式换热器》)ASME(AmericalSocityofMachanicalEngineers美国机械工程师学会)锅炉及压力容器规范共有卷,与压力容器有关的有:ASMEⅧ压力容器(常规篇)有管壳式换热器的内容。ASMEⅧ压力容器(分析设计篇)有管壳式换热器的内容。日本JISC《日本工业标准调查会》管理机构但制订标准由KHK《高压气体保护协会》等机构执行。日本的压力容器标准近十几年变化较多直至年形成了目前的体系由于被法规所引用而具有强制性。)JISB《压力容器的构造一般事项》(常规篇))JISB《压力容器的构造特定标准》(分析设计篇))零部件标准:a)JISB《压力容器的管板》b)JISB《压力容器的膨胀节》c)JISB《鞍式支座支承的卧式容器》欧洲)欧盟a)EN《非直接火接触压力容器》b)PressureEquipmentDiretivePEDEC欧共体承压设备指令(贸易壁垒)wwwbzfxwcom)英国PD《受压容器规范》在这以前为:BS。非强制性标准由于有法规引用成为强制性标准有管壳式换热器的内容。)德国AD规范被国家标准TRB“压力容器技术规程”引用而成为强制性技术规范既是有关法规的基础也包含了这些法规有管壳式换热器的内容(如薄管板设计)。。ISO国际标准化组织编制了很多标准但基本上向API靠)ISODIS压力容器。)ISO《管壳式换热器》与API并号。MicroprotorV计算软件系:可完成ASMEⅧ、TEMA、EJMA、PD、EN、AD、CODAP等国际标准的强度设计(CAE)、自动绘图(CAD)、料表汇总(CAM)、设备造价预算等多阶段设计功能。国内换热器及相关标准概况产品标准)GB《管壳式换热器》)JBT《螺旋扳式换热器》)JBT《板式换热器》(即将出版改行标))JBT《板式蒸发装置》(即将出版))JBT《铝制板翅式换热器》(即将出版))JBT《空冷式换热器》(即将出版改行标))HGT《钢制管式换热器》(单套管换热器))SHT《石油化工钢制套管式换热器设计规范》(单、多套管)换热器用管材标准wwwbzfxwcom)GBT《銅及铜合金拉制管》)GBT《热交换器及冷凝器用钛及钛合金管》)GBT《冷拔或冷轧精密无缝钢管》(代替年版、、Mn可作换热管其外径允差可达到国外标准同类水平))GB《高压锅炉用无缝钢管》[版冷拔(轧)无髙精度管但其普通级外径精度已达版高级的要求])GB《化肥设备用高压无缝钢管》)GBT《铝及铝合金拉(轧)制无缝管》)GBT《输送流体用无缝钢管》)GBT《热交换器用铜合金无缝管》(无纯銅))GBT《石油裂化用无缝钢管》)GB《锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管》)GBT《流体输送用不锈钢无缝钢管》)GBT××××《锅炉、热交换器用焊接奥氏体钢管》报批中)GBT××××《髙效换热器用特型管》(含:T型槽管、波纹管、内波外螺纹管、内槽管)报批中)JBT××××《锅炉、热交换器用管订货技术条件》正在制订中零部件标准)GBT《压力容器用波形膨胀节》)JBT~《容器支座》(含鞍式、腿式、耳式、支承式))JB~《设备法兰技术、垫片、法兰》等七项标准。)JB~《管壳式换热器用非金属、缠绕、金属垫片》等三项标准(正在合并修订)。)JB《外头盖侧法兰》(正在合并修订)wwwbzfxwcom)JB《旋压封头》)JBT《补强圈》)JBT《钢制压力容器用封头》)HG~《钢制管法兰、垫片、螺柱》型式参数标准)JBT~四项《管壳式换热器型式与基本参数》标准(正在合并修订中)其中JBT《浮头式热交换器和冷凝器型式与基本参数》及JBT《U形管式热交换器型式与基本参数》己有系列标准图软件可出售标准施工图也可出售软件。)JBT《管壳式换热器用螺纹换热管基本参数和技术条件》(正在修订为:“管壳式换热器用强化传热管基本参数和技术条件”包括螺纹管、波纹管、波节管。))JBT《不可拆螺旋板换热器型式与基本参数》(正在合并修订))JBT《空冷式换热器型式与基本参数》(正在合并修订)热交换器性能测定标准属能效标准正在制订中二GB管壳式换热器适用范围适用参数的确定GB无论是年版还是年版其适用参数基本上是参照TEMA制定的但二个版本的变化是比较大的。wwwbzfxwcomTEMADi英寸(mm)Pd磅英寸(MPa)Di×PdTEMA″()()TEMA″()()GBDNmmPNMPaDN×PNGBGB×限制定Pd、Di、Pd×Di的原因:TEMA标准在其适用参数后面有如下说明:TEMA中为:“规定这些参数的目的是限定壳壁最厚约为英寸和双头螺栓直径最大为英寸的范围”TEMA版适用参数范围扩大后同时给出了修正说明:“规定这些参数的目的是限定壳壁最厚约为英尺寸(mm)和双头螺栓的直径最大为英寸(mm)”。无论是TEMA还是GB限制这些参数的目的是避免因采用常规设计趋于保守而造成过大的浪费这就是说超出这些参数范围可采用更为精确更省材料的应力分析设计方法来进行设计但分析设计及其对材料、制造、检验的高要求使得如何确定使用常规与分析设计的界限成为很大的难题一般可用经济性杠杆作评判标准。设计费用材料要求制造、检验壁厚经济性分析设计高高高薄常规设计低低低厚综合分析wwwbzfxwcom正因为经济对比要具体问题具体分析所以TEMA及GB的版本都放宽了常规设计参数的限制。采用常规设计而又觉得管板太厚时可用TEMARCB所描述的只对管板采用分析方法设计以减薄管板厚度也是允许的而GB管板计算本身就是一种详细的分析设计计算。超出适用参数范围的处理办法超出GB适用参数范围除可以按照应力分析法进行设计外GB还规定了可以按照GB用“验证性液压试验”和“用可比的已投入使用的结构进行对比经验设计”方法来进行设计但这必须要由全国锅炉压力容器标委会审定认可。对于大量可能出现的公称直径超范围情况GB在节规定“超出上述参数范围的换热器可参照本标准进行设计与制造。”主要是针对低压力大直径(超过DN)而给予的灵活性如果固定DN×PN≤×不变对于DN和PN的关系来说会出现下列组合:当DN=mmPN≤MPa当DN=mmPN≤MPa当DN=mmPN≤MPa所以一般直径的放开是能控制在DN×PN≤×范围之内的故应强调的是超出范围又可以参照GB进行设计主要是指DN超标而PN又较低的工况。GB这一放宽准则在TEMARCB中也有相应的条文为:“本标准所提出的准则也能用于超过上述参数的装置”。分类wwwbzfxwcomGB《管壳式换热器》分类与GB一样是遵循“容规”的规定但因其是二腔容器(管程和壳程)故分类、设计与制造应遵守下列规定:a)二腔应分别按各腔的设计参数进行划类并分别提相应的设计、制造、检验与验收的要求b)换热器总类别,应以两腔中高的类别确定c)换热器的机械设计按照管、壳程不同的类别分别进行设计时对同时受管、壳程介质作用的受压元件及用同一螺柱连接的管、壳程法兰应给予特别的考虑TEMA与GB的类别划分及比较TEMA的类别是按用途划分为R、C、B三类的二者不一样TEMA的R、C、B三类的对比及与GB的比较如下:wwwbzfxwcomTEMAR、C、B三类主要区别及与GB对比TEMAGB序号内容章节TEMAGBRCB按新“容规”分ⅠⅡⅢ类石油及有关工艺过程一般严格要求工业及一般工艺过程一般中等要求化工过程压力、介质、容积、型式、材料、移动、低温绝热范围、定义RCB非直接火的管壳式换热器设计和制造(检验与验收)碳钢腐蚀裕量″(mm)″(mm)≥mm(与GB一致)管间距和最小清洗通道管间距为≥do(管外径)最小清洗通道为″do>″(mm)时与R类相同do≤″时管间距可为do一般同R类,需要机械清洗时:DN≤″最小清洗通道为″DN>″时最小清洗通道为″管间距为≥dodo>mm时清洗通道为~mm碳钢DN浮头U型固定高合金钢~~~~壳体、管箱、封头的最小厚度δmin表含C碳钢、低合金含C=mmDN碳钢合金~″″″(~)()()~″″″(~)()()~″″″(~)~″″″DN碳钢合金~″″″(~)()()~″″″(~)()()~()()~″″″~~″″″~~wwwbzfxwcom纵向折流板厚度δmin=″()碳钢δmin=″()合金δmin=″()δmin=mm拉秆直径与最少数量DN直径数量~″″~″″~″″~″″~″″~″″DN直径数量~″″~″″~″″~″″~″″~″″相当于TEMA中R级而且按壳体直径划分更细(详见)浮头盖流通面积为管程流通面积的倍与管程流通面积相同为管程流通面积的倍外密封浮动管板(W型)介质:水、蒸汽、空气、润滑油、或类似场合)tmax≤F(oC)).压力与直径的匹配PsiKPaDN~″~″~″~″允许使用介质:水、蒸汽、空气、润滑三油、或类似场合Pmax≤psi同R类)不适用于易挥发、易燃、易爆、有毒及贵重介质)外填料函结构一般用于MPa以下垫片材料对内浮头P>psi或烃类物料的场合用金属包垫或实心金属垫片对内浮头P>psi或烃类物料的场合用金属包垫或实心金属垫片对P≤psi的场合允许使用石棉制品垫片无具体规定因设备法兰、管法兰都有专用垫片标准垫片接触面O弧面内不平度≤±″试压不漏试压不漏wwwbzfxwcom最小管板厚度δmin(胀接)δmin=do且不小于″)do≤″δmin=do)do=″δmin=”)do=″δmin=”)do=″δmin=”用于易燃、易爆及有毒场合δmin≥do用于无害的一般场合还可略薄基本同TEMA的C、B类管板孔开槽至少开两个槽Td>oCPd>psi时开二个槽同R类至少开两个槽按的开槽尺寸能开二个槽全部开二个槽胀接长度取”与管板厚度减”中较小者取倍管外径、”及管板厚减”中较小者同R类取:管板名义厚度减mm与mm中较小者管板分程隔板槽槽深”()当复合层或衬层与流体接触表面其公称厚度≥”(mm)P>psi槽深”或者用其他措施使垫片就位当使用复合层或衬层与流体接触的表面其公称厚度≥”槽深:一般不小于mm槽宽:碳钢mm不锈钢mm管螺纹接头采用psi标准接头采用psi标准接头无规定压力表接口接管≥”设”接口由用户确定接管≥”设”接口由用户确定温度计接口接管≥”设”接口由用户确定同R类由用户确定最小螺栓直径””(推荐值),用更小的螺栓时要防止螺栓过应力”本标准无规定(因压力容器法兰、管法兰都有标准仅浮头法兰要自行设计此时应注意螺栓的选择)wwwbzfxwcom管壳式换热器的主要结构型式及适用条件GB中所列举的管壳式换热器(以下简称换热器)主要有:)固定管板式换热器)浮头式换热器)U形管式换热器、)釜式重沸器)填料函式换热器。不属于这五种型式的如:双管板换热器、折流杆换热器、螺旋折流扳换热器、绕管式换热器(但管板计算的支撑条件不同)等的机械设计应参照GB进行设计。GB虽然规定了PN、DN及PN×DN值但主要的五种换热器型式,其各自的适用参数范围是不同的。固定管板换热器固定管板换热器的型式见下图:固定管板换热器的主要特点:该换热器的特点是结构简单、紧凑、没有壳程密封的问题而且往往是管板兼作法兰。其适用于:a)管、壳程温差较大但压力不高的场合(因为温差大要加膨胀图wwwbzfxwcom节而膨胀节耐压能力差b)管、壳程温差不大而压力较高的场合c)壳程无法机械清洗故要求壳程介质干净或虽会结垢但通过化学清而能去除的场合d)布管多锻件少一次性投资低但不可更换管束整台设备往往由换热管损坏而更换故设备运行周期短。使用压力和温度的限制:由于换热管、管板和壳体焊在一起故换热管与壳体间的金属壁温差引起的温差应力是其致命的弱点因为在固定管板换热器的管板温差应力计算中要校核以下三个方面的应力和力:①按有温差的各种工况算出的壳体轴向应力σc②换热管轴向应力σt③换热管与管板之间连接拉脱力q三项中有一项不能满足强度条件时就需设置膨胀节根据工程经验当壳体与换热管金属温差(注意不是介质温差)高于℃时一般应设置膨胀节而GB《压力容器用波形膨胀节》规定最高使用压力为MPa,再高要用带加强装置的Ω型膨胀节。故带膨胀节的固定管板换热器使用压力不高而且结构设计和制造也趋于复杂。在壁温差很小无需考虑温差应力时固定管板式换热器也有使用在很高压力的场合此时往往管板与管箱或管板与壳体做成整体型式或者管板、管箱(头盖)和壳体三者成为一个整体如大化肥中的高压甲铵冷凝器的管程压力为MPa但一般高压用得比较少而低压力、大直径固定管板式换热器用得很广泛。浮头式换热器wwwbzfxwcom浮头换热器的主要特点如下:a)可抽式管束当换热管为正方形或转角正方形排列时管束可抽出进行管间机械清洗适用于壳程易结焦及堵塞的工况b)一端管板夹持一端内浮头型式可自由浮动故无需考虑温差应力可用于大温差的场合c)浮头结构复杂影响排管数加之处于壳程介质内的浮头密封面操作中发生泄漏时很难采取措施d)压力试验时的试压胎具复杂。使用压力和温度的限制浮头换热器用于炼油行业中较多在乙稀工业中应用相对少点但内浮头结构限制了使用压力和温度,故一般情况其使用限制为Pmax≤MPaTmax≤℃(℃)对于大直(DN≥mm)而压力又较高时浮头端密封结构的设计和制造尤其是浮头内螺柱热松弛始终是个难题而对壳程为加热介质时更为突出。为此刚成立的CB修订组己将防浮头热应力松驰泄漏作为作为重点予以考虑:a)增大外头盖尺寸以增加螺栓压紧力b)探讨采用波齿垫或浮头螺栓增加防热应力松弛的蝶簧垫片wwwbzfxwcomc)浮头螺柱的安装因操作时无法热紧要给予特别的注意。U形管式换热器U形管式换热器的型式见图。U形管式换热器在换热器中是唯一适用于高温、高压和高温差的换热器,特点如下:a)以U形换热管尾端的自由浮动解决温差应力可用于高温差b)只有一块管板加之法兰的数量也少故结构简单而且泄漏点少c)可以进行抽芯清洗d)由于弯管Rmim的限制分程间距宽故比固定管板换热器排管略少。e)管程流速太高时将会对U形弯管段产生严重的冲蚀影响寿命尤其R小的管子。f)换热管泄漏时除外圈U形管外不能更换只能堵管。釜式重沸器釜式重沸器的型式见下图。wwwbzfxwcom釜式重沸器的管程采用U形或浮头管束(管头试压时要另配试压壳体)壳程为单(或双)斜锥具有蒸发空间的壳体一般为管程介质加热壳程介质故管程的温度和压力比壳体的高适用于:a)管、壳程温差大的场合b)一般管程压力比壳程高可采用T翅或表面多孔强化传热管c)塔底空间较小的场合d)汽化率较高的场合(–)e)重沸工艺介质的液相作为产品或分离要求高的场合f)用作蒸汽发生器对蒸汽品质要求不高安装空间受限制的场合。填料函式换热器填料函式换热器是另一种浮头式换热器它的浮动端采用填料密封浮动管板(裙)可在填料函内填料的压力下自由滑动以补偿换热管与壳体的膨胀差量。这类结构直径不能太大压力一般不高于MPa且不能用于贵重介质及危害介质当介质危害不是太大时也可以采用双填函密封加以弥补之所以有使用是因其解决温差应力的成本较低。wwwbzfxwcom固定管板式、U型管式、浮头式换热器综合对比如下:紧凑性mm经济性kgmDNKgm重量比Kgm重量比Kgm重量比价格比元吨(相同材料)固定管板式U型管式~头浮式~注:表中数据以Ф×、LNmm、PNMPa、管程、同种材科换热对器作比。双管板换热器在管壳式换热器中管与管板连接接头是分隔管、壳程介质的关键屏障但却不能保证绝对不漏即使制造时液压试验、气密性试验都合格但在操作中由于温度、压力和腐蚀的联合作用或操作不当时有可能出现部分管头失效而造成内漏。当这样的内漏会使管壳程介质混合出现严重或灾难性事故时双管板换热器便应运而生。双管板换热器一般型式为:双管板固定管板换热器、双管板U形管式换热器和釜式重沸器(U形管束)三种型式wwwbzfxwcom双管板固定管板换热器双管板U形管换热器特点:a)内管板与换热管必须采用强度胀连接所以壳程适用的压力、温度不髙b)内管板强度胀是关键换热管应采用高精度管并尽量减小管与管孔的径向间隙c)管板隔腔间可视为常压、常温外管板强度焊后一般无需贴胀d)管板数量多一倍管板刚性好U形管换热器管板都兼作法兰e)换热管有效长度减少造价略髙。换热器主要组合部件及规格型号的表达方式的说明:在GB的及“压力容器设计工程师培训教程”中换热器主要组合部件及规格型号的表达方式已有详细描述但不是说除了上述规定以外的结构就不允许使用因为GB不可能把所有内容都wwwbzfxwcom包括进来如:双管板换热器单管程立式换热器壳体内的膨胀节前端管箱中有采用焊接式平盖管箱等。这些都没有纳入GB但又都是有章可循有公式可计算的是可以使用的如果说因为GB没有这些具体结构就不准使用这是不正确的。设计参数:换热器相对于一般压力容器尤其是与储存容器有着完全不同的概念工艺设计在换热器中占有主导地位机械设计仅仅是为了保证实现工艺计算中的传热和压降的一种手段归纳如下:工艺计算设备选型施工设计工艺设计计算:传热机理简述热交换器传热是不同温度的两种介质之间相互热传递的一门学科根据能量守恒定律可概括为:高温介质传递给低温介质的热量﹢高温热介质的热损失=低温介质吸收的热量﹢低温介质的热损失热传递一般分为:传导、对流、辐射三种方式热交换器的传热是热介质通过壁传递给冷介质即热先传给壁再由壁传给冷介质这一过程既有对流又有传导传热。热交换器的传热计算方法比较复杂可分为无相变传热和有相变传热两大类有相变传热又分为冷凝传热和沸腾传热两种传热计算应根据介质和结构的特点选择不同的计算公式计算出合理的、经济wwwbzfxwcom的传热面积和可以接受的压降。热交换器传热计算方法理论是从热传递量化发展起来的目前传热计算方法通常采用柯恩法(Kem)和贝尔法(Bell)两种。Kem法是上世纪五十年代发展起来的主耍是把热交换器作为一个整体处理除了传热外同时将流动、温度分布、污垢及结构等问题一并在计算方法中考虑同时还将两相流理论包括到计算方法中。Bell法是上世纪六十年代初期在大量试验基础上引入流路校正系数而发展起来的一种传热计算方法是一种半分析方法Bell更精确地解决了热交换器壳程的传热计算。两种计算方法都较为常用但Bell法使用更广泛些而此后流路分析法的出现使得壳程流路的流量分配能够进行计算并能给出各流路条件发生变化时壳程结构和压降的关系工艺计算软件世纪年代以前我国的工艺计算往往限于自编程序和手工计算但在这以后国内一些设计院所开始直接采用国际先进的传热软件进行工艺设计如:a)HTRI(HeatTransferResearchInc)–美国传热公司采用会员制只要交会费会员便可以获得全部工艺设计资料及软件。也可参加其组织的会议及学术交流活动。b)HTFS(HeatTransferandFluidFlowservice)–英国传热与流动服务中心采用了更为灵活的办法既可是会员也可单独购买其软件。上述两家公司的软件用作投标文件时是被广泛认可的。机械设计参数wwwbzfxwcom机械设计参数是指用以确定换热器施工设计及制造、验收的参数与GB相同的内容略去只介绍换热器因有管、壳程而造成的特殊要求。公称直径DNa)DN≥mm卷制圆筒以圆筒内直径(mm)作为换热器的公称直径。b)DN≤mm以钢管外径(mm)作为换热器的公称直径在以钢管作壳程圆筒时应特别注意:①钢管壁厚的差异所造成的折流板外圆与钢管内径径向间隙的超差对传热效率的影响。②标准设备法兰的配置防止与钢管对接B类坡口的超差。c)DN=~mm时有可能出现卷制和采用钢管两种情况此时可按a)、b)两种情况分别表示公称长度LN(m)以换热管的长度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。为了避免大量的锯管及铣管头控制管长允差是十分必要的。换热面积A(m)计算换热面积–以换热管外径为基准扣除深入管板内的换热管长度后计算得到的面积对于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影响。温度wwwbzfxwcom同时受管、壳程温度作用的元件应按金属温度确定设计温度但由于确定金属温度比较复杂所以在工艺没有给出金属温度或工艺参数不全无法进行金属温度计算时一般采用较苛刻的介质温度作为设计温度。压力a)对于同时受管、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。一般只有在管板很厚时才采用压差设计以减薄管板但会给制造、操作、维修带来麻烦。按压差设计的换热器其管头的试压还应考虑特殊措施b)真空换热器真空侧的设计压力应按GB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。腐蚀裕量:新“容规”设计参数中包括寿命因此C很重要腐蚀裕量的取值腐蚀裕量与介质对材料的腐蚀速率B(mmy)及确定的使用年限(y)有关其关系式为:C=B×y,mm如设备取年寿命时C的取值见表。级别腐蚀顺序无腐蚀轻微腐蚀腐蚀严重腐蚀速率mmy≤~~>腐蚀裕量mm≥≥≥换热器腐蚀裕量考虑的原则:wwwbzfxwcoma)平盖、凸形封头和管箱、壳体、圆筒的内表面以及设备法兰、管法兰的内径面应考虑腐蚀裕量b)管板、球冠形封头、浮头法兰及钩圈两面均应考虑腐蚀裕量c)管板和平盖上开槽(隔板槽、焊接结构槽)时可把高出槽底面的金属作为腐蚀裕量当腐蚀裕量大于槽深时还应加上两者的差值d)换热管、拉杆、定距管、折流板和支持板不考虑腐蚀裕量。焊接接头系数a)GB的焊接接头系数取自GB:b)对于无法进行无损检测的固定管板换热器壳程圆筒的环向接头当采用氩弧焊打底或沿焊接接头根部全长有紧贴基本金属的垫板焊接接头的系数取φ=(注意这是B类焊接接头不能作为筒体壁厚计算用)其原因为:○取φ=是为了在计算固定管板换热器壳程圆筒轴向应力σc时确定tcσφ和tcσφ值用○此类焊接接头因无法进行无损检测给出φ=是要求焊接应按焊接工艺施焊避免随意性。压力试验换热器管、壳程压力试验的方法试验压力应区别管、壳程不同的工况按GB中节的有关规定而管头的试压是最关键的。换热器的设计参数表(参照API附录A)wwwbzfxwcom材料项目名称业主名称合同号图号制造商安装方式立式□卧式□换热面积m(设计单位名称)型号规格工艺设计数据机械设计数据壳程管程壳体内径外径mmmm介质型式光管□翅片管□螺纹管□总流量kgh规格型号φ×δmm根气体mh,kgh长度管间距L=mmS=mm液体kgh换热管排列三角形□转角三角形□正方形□转角正方形√水蒸汽换热管与管板连接强度胀□强度焊□强度焊贴胀□强度胀密封焊□不凝气水平□垂直□型式单弓形□双弓形□进口出口进口出口切口数量:块密度kgm横向间距:mm第一块折流板距管板:mm粘度cp折流板纵向双程□单程□分流式□比热kJkg•℃支撑(持)板型式数量块导热系数wm•℃浮头封头□带填料箱□带波纹管箱□气体分子量套管外管φmm内管φmm操作压力MPa(G)程壳程管程程壳程管程操作温度℃设计压力MPa(G)焊接接头系数压力降MPa试验压力MPa(G)程数流速ms设计温度℃壁温污垢系数m·oCW腐蚀裕量mm类别类类冷凝蒸发温度保温材料:厚度mm容重kgm总热负荷KW主体材料平均温度(校正)换热管浮头传热系数Wm•℃管板设备法兰计算换热面积m管箱管法兰实际换热面积m壳体主螺栓膨胀节接管表(可附另页)符号DNPN法兰面标准用途abcd设备净重kg设备充水总重kg充水重kg安装运输重kg简图(可附另页)版次说明设计日期校核日期审核日期wwwbzfxwcom有色金属GB《管壳式换热器》加入了有色金属取消了“钢制”。铝及铝合金a)铝与空气中的氧迅速生成的AlO薄膜故在空气和许多化工介质中有着良好的耐蚀性使用及限制条件如下:①铝镁合金在潮湿大气、海水、硝酸溶液和碱性溶液中有良好的耐蚀性但镁含量应不大使用温度不大于℃②铝硅合金能很好的耐海水腐蚀但其冷塑性差故用于铸锻件多③工业纯铝常用在t<℃硝酸、醋酸中④工业纯铝的焊缝在高温浓硝酸中铝合金在海水、中性盐溶液中都有可能产生晶间腐蚀⑤工业纯铝在活性离子(尤其是氯离子)中会产生点蚀⑥铝及铝合金在湿HS、含H硫化物、海水中会产生应力腐蚀b)在低温下具有良好的塑性和韧性c)有良好的成型及焊接性能d)设计参数:P≤MPa℃≤T≤℃。铜及铜合金a)铜及铜合金的耐蚀性能如下:①铜在没有氧化剂的水及氧化性酸中是稳定的当有氧化剂时铜会加速腐蚀②铜中含氧时会形成CuO降低了耐蚀性与工艺性在含有H或CO等还原性的气氛中加热H或CO会渗入铜中并与氧反应产生微裂纹称之为“氢病”wwwbzfxwcom③纯铜在大气中会形成CuCOCu(OH)保护层具有一定的稳定性因而在大气、淡水、冷凝水中有着优良的耐蚀性但在氨、铵盐、氯化物、碳酸盐、硝酸、浓硫酸等介质中不耐蚀④黄铜耐蚀性并不好在潮湿的含有氨或二氧化硫的大气中易产生腐蚀开裂一般作为抗锈材料⑤锡青铜在大气中形成致密的SnO薄膜在大气、淡水、海水、蒸汽、稀硫酸、有机酸及碱性水溶液中耐蚀性良好但在氨水、盐酸中不耐腐蚀⑥铝青铜的表面会形成致密且稳定的ALO薄膜在海水、氯化物溶液和一些酸中耐蚀性很好⑦白铜在海水、有机酸和各种盐溶液中有着较高的耐蚀性用作海水冷却的换热管经常采用含或的Ni白铜。b)具有良好的导热性能及低温性能c)具有良好的成型性能但焊接性能稍差d)设计参数:纯铜:T≤℃℃~℃许用应力衰减快铜合金:T≤℃一般的铜合金在℃~℃的许用应力衰减快但铁白铜的性能稳定可用到℃但新编制的铜容器标准列出了更高温度下的许用应力值必要时也可以选用。e)有GBT《热交换器用铜合金无缝管》由沈阳、上海铜加工厂编制但缺少常用的纯铜管但比版扩大了管径、增加了壁厚及HA牌号的管材。f)中美铜材牌号对照如下表wwwbzfxwcom序名称中国牌号美国牌号优质黄铜HA(参照)优质黄铜H、HAC锡黄铜HSnC铝黄铜HAlC铁白铜BFeC,铁白铜BFeC纯铜TC纯铜TC钛和钛合金a)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其耐蚀性能如下:①钛在氧化性、中性介质中具有优异的耐蚀性能如各种温度、浓度的硝酸和醋酸的耐蚀性极好但在发烟硝酸和含酸酐的浓硫酸中必须含有足够的水使钛保持完全钝化才不会出现爆炸和严重的均匀腐蚀或点腐蚀。②钛在含氯离子中性介质中具有优良的耐蚀性但在干氯气中会剧烈反应而着火所以钛在氯气中含水要超过才能维持钝化。③钛在海水中有优异的耐蚀性和耐冲蚀性。(可允许海水的流速υ≥ms)④钛耐大多数无机盐溶液腐蚀。⑤Ti–PdTi–Mo–Ni在硫酸和盐酸中比工业纯钛耐蚀性能好Ti–Pd在的氯化钠溶液中可用到℃不产生缝隙腐蚀。wwwbzfxwcomTi–Mo–Ni在中性盐水中可用到℃不产生缝隙腐蚀和点蚀。在PH=的酸性溶液中可用到℃。Ti–Mo可用于沸腾的盐酸和的硫酸中。⑥钛不耐氢氟酸、氟硅酸腐蚀不宜用于℃以上的浓碱溶液。⑦钛在含盐酸的甲醇、乙醇及熔融氯化钠中会产生应力腐蚀。b)密度小(kgm)强度高(相当于R)c)有良好的低温性能可用到℃d)钛钢不能焊且铁离子对钛污染后会使耐蚀性能下降e)表面光滑粘附力小且表面具有不湿润性特别适用于冷凝f)设计参数:P≤MPaT≤℃g)有GB《换热器及冷凝器用钛及钛合金管》,GBT《钛及钛合金板材》等标准h)价格高综合指数价格比:(密度小ф管可用到δ=mm或mm壁厚)约为不锈钢的~倍若延长寿命倍以上则钛和钛合金管是最佳耐腐蚀用管但一次性的投资大。换热管GB换热管主要材料、标准、管子规格、外经及壁厚偏差见下表:wwwbzfxwcom换热管管子规格mm高精度、较高精度普通精度标准外径厚度外径偏差mm壁厚偏差mm外径偏差mm壁厚偏差mm碳钢GBT≥~~±±低合金钢GB>~~±±±%±%±%GB≥~>~±不锈钢GB>~±GBT±%铝≤±铝合金GBT~~±>~±铜GBT~~~~>~铜合金GB>~~±>~钛~±δ=±钛合金GBT>~~±δ=±>~±δ>±%材料+%-%+%-%+%>~+%-%δ≤±δ=±δ=±δ=±δ≤±δ=±δ=±δ=±a)使用普通级换热管制造Ⅱ级管束的仅限于碳钢和低合金钢不锈钢和有色金属采用高精度、较高精度换热管因此全部为Ⅰ级管束。b)由于换热管精度的影响GB称为Ⅰ级换热器和Ⅱ级换热器因换热管的全部影响都在管束中故GB改称为Ⅰ级管束和Ⅱ级管束同时取消了Ⅰ、Ⅱ级使用场合的推荐以免产生误解。c)同为高精度换热管在外径和壁厚等方面也与国外标准存在差距对比见下表:

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