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上海金山石油化工设计院 Shanghai Jinshan Petrochemical Design Institute 盛昌国 换热器换热器 一、 总则一、 总则 1．．概述概述 换热器是实现物料之间热量传递过程的设备，化工、炼油和其他工业部门广 泛应用的工艺单元操作设备。 1 设计要点 a 换热效率高、满足工艺要求； b 流体阻力小； c 结构合理、成本低； d 便于制造、安装、操作及检修。 2 品种 管壳式换热器占多数，其它有板式换热器、螺旋板式换热器、热管式换热器 等。 3 材料 碳钢、低合金钢、不锈钢、铝、铜、钛等及其复合材料；玻璃钢、聚四氟乙 烯、不透性石墨等。 2．设计规范．设计规范 GB151-1999 管壳式换热器 ； GB150-1998 钢制压力容器 ； JB/T4735-1997 钢制常压容器 。 第 1 页 共 23 页 w w w . b z f x w . c o m 上海金山石油化工设计院 Shanghai Jinshan Petrochemical Design Institute 3．．适用范围适用范围 1 GB151-1999管壳式换热器 （以下简称换热器）的适用范围 [1.2][1.2] a 非直接受火的固定管板式、浮头式、U 形管式和填料函式换热器； 4 1075.1PNDN≤b 参数、mmDN2600≤MPaPN35≤； 、 c 超过上述参数范围也可参照本标准进行设计与制造； d 设计温度范围按金属材料允许的使用温度确定； e 设计压力低于及真空度低于的换热器可按 MPa1 .0MPa02.04735T/JB 及本标准 2 GB151-1999 适用的材料 碳钢、低合金钢、高合金钢、不锈钢、铝及合金、铜及合金、钛及合金。 3 美、日规范 a 直径 TEMA （） mm2540 100DN ≤ JIS B 8249 mm1500DN ≤ b 压力 TEMA （） MPa20psi3000PN ≤ JIS B 8249 （） MPa684.20 2 cm/kgf300PN ≤ PNDN c 直径和压力的乘积 TEMA 5 10PNDN≤kPain（） MPamm1075. 1 4 第 2 页 共 23 页 w w w . b z f x w . c o m 上海金山石油化工设计院 Shanghai Jinshan Petrochemical Design Institute 4．不适用范围．不适用范围 [1.4][1.4] 1 直接火焰加热的换热器及废热锅炉； 2 受核辐射的换热器； 3 要求作疲劳分析的换热器； 4 已有其他行业标准管辖的换热器。 5．公称长度．公称长度 [3.8][3.8] 1 换热管为直管时，取直管长度； 2 换热管为 U 形管时，取 U 形管的直管段长度。 6．换热面积．换热面积 [3.7] [3.7] 1 计算换热面积 [3.7.1][3.7.1] 以换热管外径为基准，扣除伸入管板内的换热管长度后，计算得到的管束外 表面积。对于 U 形管式换热器，一般不包括 U 形弯管段的面积。 2 公称换热面积 [3.7.2][3.7.2] 经圆整后的计算换热面积。 第 3 页 共 23 页 w w w . b z f x w . c o m 上海金山石油化工设计院 Shanghai Jinshan Petrochemical Design Institute 7．换热器型号表示法．换热器型号表示法 [3.10][3.10] s t s t N N d LN A p p DN−−−− 或ⅡⅠ 采用碳素钢、低合金钢冷拔钢管做换 热管时，其管束分为Ⅰ、Ⅱ两级； Ⅰ级管束采用较高级、高级冷拔 钢管； Ⅱ级管束采用普通级冷拔钢管 管 / 壳程数，单壳程时只写 t N LN换热管公称长度 （m） ，d换热管外径 （mm） ， 当采用Al、Cu、Ti换热管时，应在LN/d后面加材料 符号，如LN/dCu 公称换热面积（ 2 m） 管 / 壳程设计压力（MPa） ，压力相等时只写 t p 公称直径（mm） ，对于釜式重沸器用分数表示，分子为管箱内直径， 分母为圆筒内直径 第一个字母代表前端管箱型式 第二个字母代表壳体型式 第三个字母代表后端结构形式 4 25 9 200 6 . 1 5 . 2 800BEM−−−− I 例如1. 此型号表示两端均为封头管箱、4 管程、单壳程的固定管板式换热器， 公称直径为，管程设计压力为，壳程设计压力为，公称 mm800MPa5 . 2MPa6 . 1 换热面积，碳素钢较高级冷拔换热管外径，管长。 2 m200mm25m9 4Cu 22 6 1506 . 1800AEM−−−−2． 此型号表示前端均为平盖管箱、后端为封头管箱、4 管程、单壳程的固定 管板式换热器，公称直径为，管壳程设计压力均为，公称换热面 mm800MPa6 . 1 积，铜换热管外径，管长。 2 m150mm22m6 第 4 页 共 23 页 w w w . b z f x w . c o m 上海金山石油化工设计院 Shanghai Jinshan Petrochemical Design Institute 二、 设计参数二、 设计参数 1．． 设计压力设计压力 [3.11.2] [3.17] [6.18.4][3.11.2] [3.17] [6.18.4] 在管板计算中只有设计压力，没有计算压力。 （1） 同时受管、壳程压力作用的元件主要是管板 a 真空换热器非真空侧应为两侧计算压力之和。 b 非真空换热器应为管壳程计算压力中较大值。 c 非真空换热器当管、壳程的压力较大时，为减薄受压元件的厚度，可按 压差设计。 按压差设计的换热器在工艺操作系统中必须具有保证管、 壳程同时升、 降压的切实措施，设计压差取值应不小于实际操作时规定的升、降压过程中管、 壳程的最大压差及液压试验过程中管、壳程的最大压差，同时应提出压力试验时 升、降压的具体要求（步进程序） 。 （2） 其他元件按 GB150。 2．． 最小厚度最小厚度 应考虑最小厚度的元件有 （1） 管程圆筒按公称直径、材料和换热器型式确定。[5.3.2][5.3.2] （2） 壳程圆筒按公称直径、材料和换热器型式确定。[5.3.2][5.3.2] （3） 分程隔板按公称直径和材料确定。[5.2.3.1][5.2.3.1] （4） 管板按管板与换热管连接方式、介质、换热管直径确定[5.6.2][5.6.2] a 与换热管焊接时，应满足结构设计和制造的要求，且不小于 12mm； b 与换热管胀接时，按如下规定 ⑴ 用于易燃、易爆以及有毒介质等场合，不应小于换热管的外径d ； o ⑵ 用于一般场合时，应符合如下要求 第 5 页 共 23 页 上海金山石油化工设计院 Shanghai Jinshan Petrochemical Design Institute d ≤25mm时,δ omin≥0.75 d ； o 25＜d ＜50mm时,δ omin≥0.70 d ； o d ≥50mm时,δ omin≥0.60 d 。 o （5） 纵向隔板6mm。[5.12.1][5.12.1] （6） 折流板和支持板按公称直径和换热管无支撑跨距确定。[5.9.2.2][5.9.2.2] （7） 防冲板碳钢为 4.5mm，不锈钢为 3mm。[5.11.4][5.11.4] 3．． 金属壁温金属壁温 [3.12.1][3.12.1] 换热器的金属壁温分换热管的金属壁温和筒体的金属壁温， 必须由传热公式 计算确定，不能以管壳程设计温度、环境温度及其平均温度替代，一般由工艺专 业人员提供。具体计算可按 GB151-1999 附录 F。 4．． 程数程数 （1） 管束分程时应注意以下几点 a 尽量能使各程换热管数量大致相等，以减少流体阻力； b 分成隔板槽的形状要简单，密封面长度尽量短，以利于制造和密封； c 相邻管程间管程流体的温度差不宜过大， 以避免产生过大的热应力和恶化 密封面条件。 （2） 壳程分程由于制造困难，一般设计中很少超过两壳程。 5．． 腐蚀裕量腐蚀裕量 主要元件的腐蚀裕量取值应符合下列原则[3.14.1.3][3.14.1.3] 管板、浮头法兰、球冠形封头和钩圈两面均应考虑； 平盖、凸形封头、管箱和圆筒的内表面应考虑； 管板、平盖开隔板槽时，可把高出隔板槽底面的金属作为腐蚀裕量，但当 第 6 页 共 23 页 上海金山石油化工设计院 Shanghai Jinshan Petrochemical Design Institute 腐蚀裕量大于槽深时，还应加上两者的差值； 容器法兰和管法兰的内直径面应考虑； 换热管可不考虑； 拉杆、定距管、折流板和支持板等非受压元件可不考虑。 6．． 压力试验压力试验 1 压力试验前应校核圆筒和封头的应力 [3.17.2][3.17.2] GB150 压力试验前的应力校核仅针对壳体圆筒而言，因为压力容器中的筒 和封头的应力水平相当，有时因为封头成形工艺的要求，封头的最小厚度反而比 圆筒厚，所以压力试验时的安全性只用校核圆筒即可。 换热器的情况则不一样，很多情况中换热器壳体圆筒由于抽管束的需要，其 最小厚度比压力容器中的圆筒大得多，当这一因素起作用时，压力试验时的最大 应力往往在封头而不在圆筒上，所以 GB151 要求对圆筒和封头都要进行应力校 核，同时由于不同厚度材料的许用应力可能不同，故不按圆筒和封头的应力值大 小，而是分别满足各自的校核条件，这样能充分保证压力试验时的安全性。 2 壳程试验压力低于管程试验压力 [3.17][6.18.5][3.17][6.18.5] 此时，为检查换热管与管板的连接接头的严密性，应对其试验方法和压力提 出详细要求。一般，壳程试验压力可按以下几种方法考虑 a 提高壳程试验压力，使其等于管程试验压力，同时校核各相关元件在压力 试验下的应力，其应满足 GB150 要求。 b 壳程按自身试验压力试压后，再以 1.05 倍壳程设计压力的含氨体积约 1 的压缩空气进行氨渗透试验（见 HG205841998 附录 A） 。 c 有特殊要求的换热器，可用低压纯氨、卤素或氦等介质进行试验。 第 7 页 共 23 页 上海金山石油化工设计院 Shanghai Jinshan Petrochemical Design Institute 7．． 焊接接头系数焊接接头系数 1 环向焊接接头系数 [3.16.1][3.16.1] 6 . 0φ。 本标准规定了环向焊接接头的系数 2 有色金属的焊接接头系数按 GB151-1999 附录 D。 8．． 管束级别管束级别 管束的级别主要依据换热管外径公差的等级来判定，采用符合 GB151-1999 的高精度换热管的为Ⅰ级，普通精度换热管的为Ⅱ级。我国碳钢、低合金钢冷拔 管有较高精度和普通精度之分，故Ⅰ、Ⅱ级分类仅限于碳钢、低合金钢换热管。 三、 材料选用三、 材料选用 1. 原则原则 （1） 钢材按 GB150 第 4 章和附录 A，以及 GB151 第 4 条。[4.1.2][4.1.2] （2） 有色金属按 GB151，其使用范围如下[4.1.2][4.1.2] a 及其合金设计压力不大于，设计温度为AlMPa8200269～−℃。 b 设计温度高于65℃时不宜选用含大于的MgMgAl −3合金，否则长期 使用下会产生晶间腐蚀。 c Cu及其合金在退火状态下使用，Cu设计温度不高于150℃，Cu合金不 高于℃。 200 d Ti及其合金设计温度不高于℃，Ti复合板不高于℃。用于制造 300350 压力容器壳体的Ti材在退火状态下使用。 第 8 页 共 23 页 上海金山石油化工设计院 Shanghai Jinshan Petrochemical Design Institute 2. 钢板钢板 （1） 固定管板选用钢板制造时，尤其是较厚钢板，应考虑到钢板的质量，一般 由于容易产生分层、夹渣等缺陷，故不宜选用。 （2） 不锈钢复合钢板管板为 B1 级，平盖不低于 B3 级； （JB47331996） 管板为 BⅠ级，平盖不低于 BⅢ级。 （GB/T8165 1997） [4.3.2.3][4.3.2.3] （3） Ti-钢复合板， 管板为B0级， 平盖不低于B2或BR2级。 （GB85471987） [4.3.2.3][4.3.2.3] （4） Cu-钢复合板制管板，应采用强度胀或强度胀加密封焊结构。 （GB13238 －91） [4.3.2.3][4.3.2.3] 3. 锻件锻件 （1） 平盖、法兰、管板钢锻件级别不应低于Ⅱ级。[4.3.1.1][4.3.1.1]（管板不应低于 Ⅲ级 [化工设备图样技术要求化工设备图样技术要求] ） （2） 具有凸肩并直接与壳体（或封头）对接焊接的管板，为避免凸肩处存在夹 渣、分层现象，以及改善凸肩处纤维受力状况、减少加工量、节省材料，应采用 整体锻件制管板。[4.3.1.2][4.3.1.2] （3） 厚度大于 60mm 的管板采用锻造比大于 3.5 的锻件。[4.3.2.3][4.3.2.3] （4） 形状复杂的管板。 因为我国浇铸能力有限，切掉铸件两头后轧制钢板的轧制比较小，内部组织 较疏松，内部与表面层力学性能差距较大。 4. 钢管钢管 1 制造换热管圆筒的碳钢、低合金钢钢管，应为无缝钢管。[4.2.2][4.2.2] 2 符合 GB150 附录 A4.2 规定的奥氏体不锈钢焊接钢管可用作制造换热器圆 第 9 页 共 23 页 上海金山石油化工设计院 Shanghai Jinshan Petrochemical Design Institute 筒，其使用范围如下[4.2.3][4.2.3] a 钢号按表 4-3 规定； b 设计压力不大于； MPa4 . 6 c 使用温度与无缝钢管相同； d 壁厚不大于； mm8 e 不得用于极度危害介质； f 许用应力为无缝钢管的许用应力乘以的焊接接头系数。 85. 0 3 符合 GB151 附录 C 规定的奥氏体不锈钢焊接钢管可用做换热管， 其使用范 围如下[4.4.2][4.4.2] a 设计压力不大于； MPa4 . 6 b 使用温度与无缝钢管相同； c 不得用于极度危害介质。 4 HG20537.1-92 奥氏体不锈钢焊接钢管选用规定也适用于换热器管束、 容器壳体、接管和管道用奥氏体不锈钢焊接钢管，其使用范围如下 a 设计压力一般不宜大于； MPa0 . 4 b 使用温度为℃； 400196～− c 纵向焊接接头系数小于的焊接钢管不应用于极度或高度危害介质； 0 . 1 d 在有应力腐蚀介质工况下，必须经固溶或稳定化处理； e 免除热处理和/或酸洗、钝化处理（大口径管除外）的条件 ⑴ 无毒、无爆炸危险且对材料无腐蚀倾向的介质； ⑵ 工作压力不大于； MPa0 . 1 ⑶ 工作温度不大于℃。 200 f 采用保护气氛热处理时，可免除酸洗、钝化处理； g 纵向焊接接头系数按表，其与焊接工艺、无损检测方法有关。 1 . 1 . 4 第 10 页 共 23 页 上海金山石油化工设计院 Shanghai Jinshan Petrochemical Design Institute 5 我国尚无碳素钢、低合金钢焊接钢管的标准，奥氏体不锈钢焊接钢管标准 为 GB/T127711991 流体输送用不锈钢焊接钢管 。但是该标准水平低于国 际上用于化工装置的不锈钢焊管的通用标准， 代表了国内目前一般焊管生产厂的 质量水平，尚可符合一些无毒、无爆炸危险、无腐蚀性介质、对连续性长周期运 行要求低的场合，不能符合化工、石化装置的设计要求，所以应考虑选用 HG20537.192奥氏体不锈钢焊接钢管选用规定及其三个技术要求标准 HG20537.292管壳式换热器用奥氏体不锈钢焊接钢管技术要求 ； HG20537.392化工装置用奥氏体不锈钢焊接钢管技术要求 ； HG20537.492化工装置用奥氏体不锈钢大口径焊接钢管技术要求 。 美国有各种品种的焊接钢管标准， 如、、、 ASME333SA334SA789SA790SA PIPE还是TUBE，同时应注明选用无缝钢 等。但在选用时要注意该标准是用于 管还是焊接钢管。 333SA 低温用无缝和焊接钢管P 334SA 低温用无缝和焊接碳钢和合金钢管T 789SA 一般用途无缝和焊接铁素体 / 奥氏体不锈钢钢管T 790SA 无缝和焊接铁素体 / 奥氏体不锈钢钢管P 四、 结构设计与设计计算四、 结构设计与设计计算 1. 平盖平盖[5.1][5.1] 计算平盖厚度时，有强度计算和刚度计算。刚度计算仅在有分程隔板情况下 才予以考虑，其公式由TEMA规定转化而来，对平盖的中心挠度控制量为 mm600DN≤ ； mm75. 0Y≤ mm600DN 。 800/DNY≤ 第 11 页 共 23 页 上海金山石油化工设计院 Shanghai Jinshan Petrochemical Design Institute 2. 管板管板 由于管板与换热管、壳体、管箱、法兰等元件连接在一起构成一个复杂的弹 性体系，给精确的强度计算带来一定的困难，而管板的合理设计对提高设备整体 的安全性、降低成本具有重要意义。 1 计算管板强度时应考虑的因素 a 把管板简化为受到规则排列的管孔削弱，同时又被管子加强的等效弹性 基础上的均质等效圆平板； b 管板周边部分较窄的不布管区按其面积简化为圆环型实心板； c 按照管板边缘的连接结构型式， 考虑各元件对管板边缘的实际弹性约束条 件； d 法兰力矩对管板的作用； e 管子与壳程圆筒的热膨胀差所引起的温差应力； f 计算带管子的多孔板折算为等效实心板的各种等效弹性常数和强度参数。 U 形管对管板没有弹性基础支承作用，且也不受与壳程圆筒的温差影响。 对超出 GB151 计算公式使用范围的管板， 按 JB4732-1995 分析设计法进行 计算。 2 受力分析 固定管板主要受到以下几个方面的力的作用 a 管、壳程压力对管板的直接作用力； b 管束对管板的弹性支承反力，其由三部分组成 ⑴ 管束因管板挠度变化而产生的弹性反力； ⑵ 管束随壳体一起伸长而引起的弹性反力； ⑶ 管、壳程温差引起的弹性反力； 第 12 页 共 23 页 上海金山石油化工设计院 Shanghai Jinshan Petrochemical Design Institute c 管板兼作法兰时法兰螺栓产生的力矩。 U 形管板仅受到管、壳程压力对管板的直接作用力。 3 液柱静压力 在管板计算中只有设计压力，没有计算压力，主要是为了简化管板计算的复 杂性，但对于较高的立式换热器，如果需要考虑液柱静压力时，应在设计压力中 增加液柱静压力。 4 厚度 除了由强度计算公式确定的厚度外， 还应考虑结构设计和制造等方面具有必 要的刚度所需要的最小厚度。 5 有效厚度 [5.6.1.1][5.6.1.1] 管板有效厚度系指管程分程隔板底部的管板厚度减去下列二者厚度之和 a 管程腐蚀裕量超出管程隔板槽深度的部分； b 壳程腐蚀裕量与管板在壳程侧的结构开槽深度二者中的较大值。 6 换热管中心距 [5.6.3.2][5.6.3.2] 考虑换热管中心距不小于 1.25 倍换热管外径的主要因素 a 胀管时各管孔之间的弹性变形范围不相交； b 焊接连接时，各管端焊缝之间留有一定距离以减少相互之间的焊接应力。 对于管孔周围开槽焊来说，1.25 倍换热管外径的中心距已是下限，故有条 件时可取 1.32 倍以上。 7 管孔与换热管间隙 以φ19 换热管为例 GB151 Ⅰ级管束管子外径φ19，公差为0.20mm，最小间隙为 0.05mm， 最大间隙为 0.60mm。 TEMA 管子外径φ19.05，公差为0.10mm，最小间隙为 0.05mm，最大间 第 13 页 共 23 页 上海金山石油化工设计院 Shanghai Jinshan Petrochemical Design Institute 隙为 0.40mm。对于奥氏体不锈钢，为了将加工硬化引起耐腐蚀性能下降的程度 限制在最小范围内，规定采用特殊紧配合。 由此可见，由于受国内制造条件的限制，在公差精度和最大间隙等方面均比 TEMA 标准松得多。设计时，尽可能采用Ⅰ级管束；在较重要场合，换热管选用 GB9948 标准的钢管。 8 固定管板计算公式中的 k 值 [5.7.3] [5.7.3] k 值是表示管板周边不布管区域的无量纲宽度。 k 值小，表示管板上布管区域大，管板受到管子加强的范围大，管板刚度大。 k 值大，表示管板上布管区域小，管板受到管子加强的范围小，管板刚度小。 GB151 中固定管板计算公式仅适用于 k ＜1.0 的情况，即管板周边未布置 管区较窄的情况。若 k ＞1.0 时，则用特殊方法计算。 9 SW6 固定管板计算程序中的“隔板槽面积” [5.7.1.1] [5.7.1.1] “隔板槽面积”就是GB151 中的“A ” ，即在布管区范围内，因设置隔板 d 槽和拉杆结构的需要，而未能被换热管支承的面积。双管程管板的隔板槽区域内 未能被换热管支承的面积 SSSnA nd 866. 0−对于三角形排列 SSSnA nd − 对于正方形排列 SSSnA nd −2866. 0对于转角三角形排列 SSSnA nd −414. 1对于转角正方形排列 注意多管程管板，其值应为管板上所有隔板槽区域内未能被换热管支承的 面积。 10 管孔表面粗糙度 [6.4.6][6.4.6] a R 第 14 页 共 23 页 上海金山石油化工设计院 Shanghai Jinshan Petrochemical Design Institute mRaμ25≤a 换热管与管板焊接时，； mRaμ 5 . 12b 换热管与管板胀接时，。 3. 管箱管箱 （1） 固定端管箱结构型式 a 封头管箱 受力均匀， 封头受力好， 大直径高压时省料， 适用于直径大、 压力高的场合， 但检查和清洗管程时必须拆下管箱及其接管法兰。 b 平盖管箱 检查和清洗管程时，仅拆下平盖，但平板应力大，有分程隔板时平盖要有足 够的刚度，以保证分程隔板端部密封，避免介质短路。必要时需采用锻件，造价 高，故适用于直径不大、压力不高、维修时需要经常拆卸的场合。 （2） 热处理 [6.8][6.8] a 焊有分程隔板的碳钢、低合金钢制管箱和浮头盖需要进行焊后消除应力 热处理。 b 侧向开孔超过圆筒内径的碳钢、低合金钢制管箱需要进行焊后消除 3/1 应力热处理。 c 奥氏体不锈钢制管箱和浮头盖一般不作焊后消除应力热处理，但是对变 427 要求或在高温下使用时，应保持奥氏体组织、防止敏化、防止管箱变形，此时可 进行固溶处理， 由此所形成的残余应力以及焊接残余应力可由低温退火处理来消 除。 注意管箱和浮头盖的法兰密封面应在热处理后加工。 第 15 页 共 23 页 上海金山石油化工设计院 Shanghai Jinshan Petrochemical Design Institute （3） 分程隔板 [5.2.3.3][5.2.3.3] a 必要时，开设φ6mm 排净孔； b 必要时，直立隔板顶、底部开设半圆形的排气（液）孔 R 5 ～10mm； c 与管板连接处的端部 15mm 范围内，隔板厚度不大于 10mm。 4. 接管接管 [5.4.2][5.4.2] （1） 端部应与壳体内表面平齐，尤其是 U 形管式和浮头式的壳程接管。 （2） 设计温度高于或等于 300℃时，应采用对焊法兰。 （3） 不能利用接管进行放气和排液时，应设置公称直径不小于 20mm 的放气 口和排液口，最大限度地排除气、液。 （4） 立式换热器的壳程必须设置放气口和排液口，其形式有多种 a 管板侧面开“┍” 形孔，连通壳程内腔，用螺纹或接管对外连接； b 紧挨管板设置接管，接管纵向开口与管板相焊； c 接管不紧挨管板时， 采用内伸弯管的接管， 内伸弯管的管口距管板表面约 5mm。 5. 换热管换热管 （1） 品种 有无缝光管、螺纹管、波纹管和焊接管等。 （2） 拼接 [6.3.3] [A 3.6][6.3.3] [A 3.6] a 直管对接焊缝为一条，且最短管长不应小于 300mm； b U 形管对接焊缝不得超过二条， 且最短管长不应小于 300mm， 弯管段加 上至少 50mm 的直管段范围内不得有拼接焊缝； c 低温用不宜拼接； d 拼接后的换热管应进行通球检查； 第 16 页 共 23 页 上海金山石油化工设计院 Shanghai Jinshan Petrochemical Design Institute e 拼接接头应按 JB4730 进行射线检查，抽查的数量不应小于接头总数的 10％，且至少为一条（低温用换热管为 100％） ，Ⅲ级合格（低温用换热管Ⅱ级 合格） ； f 拼接后的换热管应逐根进行压力为 2 倍设计压力的液压试验。 （3） U 形管的弯制 [6.3.4] [A 4.2.3][6.3.4] [A 4.2.3] a 不宜热弯，尤其是低温用 U 形换热管必须冷弯； b 当有耐应力腐蚀要求时，冷弯 U 形管的弯管段加上至少 150mm 的直管 段应进行碳钢、低合金钢钢管进行消除应力热处理；奥氏体不锈钢钢管按协议 进行热处理。 （4） 除了可与管板焊接外，其他任何零件均不得与换热管相焊。[6.7][6.7] 6. 圆筒圆筒 [5.2.1] [5.3.2][5.2.1] [5.3.2] 圆筒的厚度除了按强度计算确定外， 还应考虑最小厚度要求， 其主要原因为 a 增加刚性，减小变形，以利于管束的安装。 b 重叠式换热器，接管或鞍座对壳体的局部应力和接管对管箱的局部应力 加大。 c 有利于壳程设计压力小于管程设计压力时，为了在试压时检查换热管与 管板连接接头的致密性，而提高壳程试验压力的应力校核。 7. 换热管与管板的连接换热管与管板的连接 [5.8][5.8] （1） 胀接 利用胀管器， 使伸到管板中的管子端部直径扩大产生塑性变形而管板只达到 弹性变形，因而胀管后管板与管子间就产生一定的挤压力，使管子和管板紧紧地 贴在一起，达到密封紧固连接的目的。 第 17 页 共 23 页 上海金山石油化工设计院 Shanghai Jinshan Petrochemical Design Institute 为保证胀接质量，要求管板的硬度值高于换热管的硬度值，这样可免除胀接 时管孔产生塑性变形，影响胀接的紧密性。达不到此要求时，可将管端进行退火 处理，降低硬度后进行胀接。奥氏体不锈钢属加工硬化倾向性较大的材料，为获 得可靠的胀接以及降低应力腐蚀的可能性，应减少在胀管时的变形量，可采用提 高管子外径尺寸精度和管孔精度的较紧配合方法。 胀接会引起较大的局部应力，对于易引起加工硬化的材料更甚。但是，如 果消除应力，则胀接也就失效，所以具有应力腐蚀的场合，不宜采用胀接。 胀接型式有两种 a 强度胀接为保证换热管与管板连接的密封性能及抗拉脱强度的胀 接； b 贴胀为消除换热管与管孔之间缝隙的轻度胀接， 其与强度焊同时实 施。 当介质具有缝隙腐蚀倾向或不允许有所积聚时， 在强度焊接后必须进行贴胀。 （2） 焊接 由于氩弧焊的特点是溶透性好、焊肉无夹渣、底部成形好、焊缝强度高以 及焊接成功率高，所以对换热管与管板间连接要求高的换热器，如设计压力大、 设计温度高、有过大的温度变化以及承受交变载荷的换热器、薄管板换热器、钛 和镍等特殊材料的换热器等，宜采用氩弧焊。对于质量要求较高的换热器也应采 用氩弧焊。 氩弧焊的焊接方法分手工氩弧焊和自动氩弧焊， 自动焊的焊缝内在质量好而 稳定，外形非常漂亮。对于重要换热器，如有条件应注明焊接方法。自动焊的焊 接结构形状和管子伸出长度按不同焊机的要求确定，一般换热管的伸出长度为 3～5mm。 焊接结构也会引起局部应力，但由于管壁较薄，拘束度低，局部应力不会太 大，故一般情况下无需进行消除应力热处理。 第 18 页 共 23 页 上海金山石油化工设计院 Shanghai Jinshan Petrochemical Design Institute 焊接型式有两种 a 强度焊为保证换热管与管板连接的密封性能及抗拉脱强度的焊接； b 密封焊为保证换热管与管板连接的密封性能的焊接 （3） 适用范围 a 强度胀接 [5.8.2.1][5.8.2.1] ⑴ 设计压力小于等于 4MPa； ⑵ 设计温度小于等于 300℃； ⑶ 操作中无剧烈的振动，无过大的温度变化及无明显的应力腐蚀。 b 强度焊 [5.8.3.1][5.8.3.1] ⑴ 设计压力小于等于 35MPa； ⑵ 不适用与有较大的振动及缝隙腐蚀的场合。 c 胀焊并用 [5.8.4.1][5.8.4.1] ⑴ 密封性能要求较高的场合； ⑵ 承受振动或疲劳载荷的场合; ⑶ 有缝隙腐蚀的场合； ⑷ 采用复合管板的场合。 8. 管板与壳体的连接管板与壳体的连接 [G 1][G 1] 在选用管板与壳程壳体的焊接接头结构型式时， 应充分考虑到该连接处具有 高边缘应力区与焊缝重叠及温差应力大的特点。对用于易燃气体，极度或高度危 害介质、液化气、设计压力大、设计温度高以及低温容器、疲劳容器和有缝隙腐 蚀的容器，应采用对接焊接接头结构、全焊透和不存在缝隙的结构。 设计时应采用或尽可能采用的结构为 a 相焊的壳体与管板突出部分等厚，以利对接，使其可承受较大应力。 第 19 页 共 23 页 上海金山石油化工设计院 Shanghai Jinshan Petrochemical Design Institute b 焊缝双面成形且能进行射线检测。 c 必要时，应设短节（见 GB151-1999 图 G2-e） ，以便进行双面焊和消除 缝隙。 d 在焊缝根部不宜使用垫板或类似垫板的结构， 因为垫板与壳体内径不可 能很好配合，总是有缝隙。 9. 折流板折流板 折流板的形式、布置和间距等必须符合工艺设计条件的要求。 （1） 折流板形式 折流板型式有弓形、双弓形、圆环圆盘形等，其中常用的是弓形折流板, 另外，还有折流杆形。 （2） 折流板布置 [5.9.5.1][5.9.5.1] 折流板一般应按等间距布置，管束两端的折流板应尽可能靠近壳程进、出口 接管。 （3） 折流板最小间距 [5.9.5.2][5.9.5.2] 折流板最小间距一般不应小于圆筒内直径的五分之一，且不小于50mm。 （4） 折流板最大间距 [5.9.5.3][5.9.5.3] GB151 对折流板最大间距未作规定，但一般不大于筒体的内直径。GB151 仅 对换热管的最大无支撑跨距作出规定，其与换热管的材料和外直径有关。 （5） 卧式换热器的弓型折流板 [5.9.5.1][5.9.5.1] a 缺口布置 ⑴ 壳程介质为单相清洁流体时，应水平上下布置。 ⑵ 壳程介质为气、液相共存或中含有固体物料时，应垂直左右布置。 b 折流板水平上下布置时的通液口、通气口 ⑴ 壳程介质为含有少量液体的气体时， 应在缺口朝上的折流板的最低处 开设通液口。 ⑵ 壳程介质为含有少量气体的液体时， 应在缺口朝下的折流板的最高处 开设通气口。 第 20 页 共 23 页 上海金山石油化工设计院 Shanghai Jinshan Petrochemical Design Institute c 折流板垂直左右布置时的通液口 应在折流板的最低处开设通液口。 10. 防冲板防冲板 [5.11.4][5.11.4] （1） 基本要求 a 防冲板外表面到圆筒内壁的距离，不应小于接管外直径的 1/4； b 防冲板的直径或边长，应大于接管外直径 50mm； c 最小厚度碳钢为 4.5mm，不锈钢为3mm。 （2） 固定形式 a 防冲板的两侧焊在定距管或拉杆上， 也可焊在靠近管板的第一块折流板 上； b 防冲板焊在圆筒上； c 用 U 形螺栓将防冲板固定在换热管上。 11. 防短路结构防短路结构 （1） 旁路挡板 [5.13.1][5.13.1] a 固定形式 旁路挡板与折流板焊接。 b 厚度 旁路挡板厚度与折流板厚度相同。 c 数量 ⑴ 时，一对； mmDN500≤ ⑵ 时，二对； mmDNmm1000500＜＜ ⑶ 时，不少于三对。 mmDN1000≥ （2） 挡管 [5.13.2][5.13.2] a 形式 挡管为两端堵死的换热管，伸出首尾折流板或支持板的长度不应大于 50mm。挡管也可用拉杆代替。 b 固定形式 第 21 页 共 23 页 上海金山石油化工设计院 Shanghai Jinshan Petrochemical Design Institute 挡管与折流板焊接。 c 位置 挡管设置在分程隔板槽的背面。 d 规格 挡管规格与换热管的规格相同。 e 数量 挡管应每隔3～4排换热管设置一根。 （3） 中间挡板 [5.13.3][5.13.3] a 固定形式 中间挡板与折流板焊接。 b 位置 中间挡板设置在U形管束的中间通道处。 c 厚度 中间挡板厚度可与折流板厚度相同。 d 数量 ⑴ 时，一对； mmDN500≤ ⑵ 时，二对； mmDNmm1000500＜＜ ⑶ 时，不少于三对。 mmDN1000≥ 12. 滑道滑道 滑道的结构型式有滑板、滚轮和滑条。 （1） 滑板 [5.17.1][5.17.1] a 滑板位于折流板和支持板底部，与折流板垂直中心线夹角为 2515 ～ 处。 b 滑板焊在折流板和支持板的槽内，在折流板的直径方向高出折流板 。 mm15 . 0 ～ c 滑板的底部应平滑，直角处应打磨圆滑，两端底部应有角度为的 斜边。 15～ （2） 滚轮 [5.17.2][5.17.2] 第 22 页 共 23 页 上海金山石油化工设计院 Shanghai Jinshan Petroche
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