管壳式换热器讲稿

管壳式换热器讲稿内容摘要：

行消除应力热处理，热处理后加工法兰和分程隔板的密封面； (2)碳钢、低合金钢 制的管箱侧向开孔超过 1/3 圆筒内径的管箱应进行消除应力热处理； (3)上述情况的奥氏体不锈钢管箱和浮头盖是否热处理，供需双方要协商解决。 8. 换热管 换热管的拼接 换热管的拼接是允许的。 如不允许拼接时，应在图样上加以规定。 换热管的拼接要求： (1)应参照 JB4708 对焊接接头作焊接工艺评定， Al、 Cu、 Ti 可参照执行； (2)直管拼接焊缝不得超过一条， U 形管不得超过两条；最短管长不应小于 300mm，包括至少 50mm 的直管段的 U 形管管段范围内不得有拼接的焊缝； (3)拼接坡口应用机械方法加工，焊前清 洗干净； (4)对口错边量不得超过壁厚的 15％，且不大于 ，直线段不得影响穿管； (5)对接后要按 GB l51 的规定进行通球检查； 32 (6)对接焊接接头进行 RT 抽查，如有一条不合格则加倍，再出现不合格时 100％检查； (7)对接后换热管应逐根按 2 倍设计压力进行液压检查。 正因为换热管的拼接要求十分严格，所以，制造厂一般不进行拼接，因为 12m 的换热管可以满足绝大多数换热器的要求，而且火车可直接发运；而大多数中小型钢管厂可以按要求供弯制好的 U 形管。 U 形管 1． GB l51 规定最小弯管半径应不小于 2 倍的管外经，并给出了 Rmin 的具体值，当 Rmin比上述规定小而又能保证椭圆度要求时，是可以使用的； 2．弯管后 U 形管段外侧会减薄，因此为了使减薄处的壁厚不小于直管段的计算壁厚，就必须计算弯管前的换热管最小壁厚； 3．当 U 形管内流速过高或有腐蚀时，应适当加厚弯管半径较小的 U 形管的壁厚； 4．当有应力腐蚀时，冷弯 U 形管的弯管段及至少包括 150mm 的直管段应进行消除应力热处理，对于奥氏体不锈钢管应考虑固溶处理，靠近加热的部分应采取保温措施以避免温度突变； 33 5．用作低温管时，冷弯的弯曲半径小于 10 倍的管子外径时， 弯后应作消除应力热处理。 经热处理供货的换热管材，在必须采用热弯或弯曲时半径小于 10 倍管子外径的冷弯，必须重新进行与原热处理相同的热处理。 9. 壳体圆筒 最小厚度 换热器壳体圆筒的最小壁厚比压力容器要厚，是因为压力容器最小壁厚仅满足制造工艺、运输和安装的要求，而管壳式换热器尚需满足经常抽装管束和重叠安装的要求，对于不需抽芯的固定管板换热器的最小壁厚可稍薄。 圆筒直径的允许偏差 对于钢板卷制的壳体， TEMA 规定，通过测定周边所算出的壳体内径与名义内径之差不得超过 1/8”()，它的特点是既规定了测量方法，又规定了偏差值，通过计算控制壳体内径的偏差，仅取决于周长的偏差 (0~10mm)，在忽略了冷卷冷校中的材料延伸后，这一偏差仅取决于下料、刨边、纵缝的收缩量，而将这三项误差累计在 10mm 的范 34 围内是完全必要的，也是可行的。 但 TEMA 是通过测量周长后还要折算成直径是不方便的，故 GB 151 规定，壳体内径的偏差通过测量圆周加以控制，实测的外圆周长与名义的外圆周长相比，控制偏差为 100mm，同时规定了同一截面处圆筒的最大直径与最小直径 差小于 %DN(GB l50 为 1%DN)和圆筒直线度，这两条同时起作用既保证了换热器能顺利穿管又能保证了圆筒与折流板的间隙能满足要求。 管制圆筒的偏差按相应的钢管标准执行。 壳体材料 （ 1）用于制造换热器的圆筒或封头的钢板应符合 GB1501998。 (2) 用于换热器的圆筒的碳素钢和低合金钢钢管应采用无缝钢管； (3) 符合 的奥氏体不锈钢钢管，可用作换热器的圆筒。 接管设计 换热器的接管设计及计算除应符合 GBl50 的要求外，还应符合如下要求： (1)壳程的 接管不允许伸人壳体的内表面； (2)接管尽量沿着径向或轴向设置； 35 (3)设计温度高于或等于 300℃时，应采用高颈对焊法兰； 178。 (4)必要时，可在接管上设置温度计、压力表接口； (5)对不能用接管排汽、放液的换热器，分别在管程和壳程的最高点及最低点设排气口和排液口 ,其最小公称直径为 20mm； (6)立式换热器可设置溢流口，壳程为冷却介质时，必须在最高点设溢流口； (7)对于高温、大口径的接管，还应考虑来自管束的推力 (三个方向的力和力矩 )，此时要校核所在的壳体元件和接管根部的应力，同时还应考虑： ①法 兰的型式、等级、接管厚度、垫片类别和螺栓等级； ② D 类焊缝应焊透，焊缝表面应圆滑过渡及渗透检测的要求； ③开孔补强、接管加筋，以增加与壳体元件的刚性和分散载荷； ④必要时提请管道专业考虑管道上设置固定支架或限位支架，设备支耳处设弹簧支架等。 10. 管板 管板厚度 36 1)．管板有效厚度 管板有效厚度指分程隔板槽底的管板厚度减去下列两者厚度之和： a)管程腐蚀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两者中的较大值。 即管板有效厚 度，等于管板实际厚度减去管板两侧的开槽深度或腐蚀裕量中的大值之和。 2)．管板的最小厚度 a)管板与换热管采用胀接连接时，管板的最小厚度 amp。 min(不包括腐蚀裕量 )按如下规定： 37 －用于易燃，易爆及有毒介质等严格场合时，管板的最小厚度应不小于换热管的外径； －用于一般场合时，管板的最小厚度应符合下列要求： d0≤ 25 时， amp。 min≥ d0。 25＜ d0＜ 50 时， amp。 min≥ d0。 d0≥ 50 时， amp。 min≥ d0 b)管板与换热管采用 焊接连接时，管板的最小厚度 amp。 min 应满足结构设计和制 造要求，且不小于 12mm. 3)．复合结构管板的最小厚度 a) 焊接连接的复合管板， 其覆层厚度应不小于 3mm，为保证耐腐蚀性能还要求距表面 2mm 的覆层的化学成分和金相组织符合覆层材料的标准要求。 b) 胀接连接的复合管板，为了保证换热管与覆层的致密性和开槽增加拉脱力，其覆层厚度应不小于 l0mm，且应保证距表面 8mm 覆层的化学成分和金相组织符合覆层材料标准要求。 一般来讲，复合管板采用胀接的形式使用不多。 4)．复合管板的有效厚度 38 当覆层允许计人管板有效厚度时，复合管板的有效 厚度按整体管板的要求计算，但覆层的计人厚度 (覆层最薄处的厚度 )还应折算成当量厚度。 布管 1)．布管型式 换热管的排列有四种型式， 39 40 2)．换热管的中心距 换热管中心距宜不小于 倍的管子外径，按 S= 的计算值，还可作如下处理： (1)换热管与管板采用强度胀时，应向上圆整； (2)换热管与管板采用强度焊时，可向下圆整； (3)需要抽芯清洗时，两管净空距离宜不小于 6mm。 3．壳程进出口对布管的影响 为得到合理的压力降，壳程 和管程进出口处流体的流通面积应不小于进出口接管面积，并使流体流经进出口处的 kg/59502 v (m178。 s)，有防冲板时，防冲板表面与壳程圆筒内壁距离不小于接管外径的 1／ 4，无防冲板时，可略小。 3)．布管限定圆 a)固定管板和 U 形换热器 布管限定圆直径 DL=Di2b3 41 b3=(一般不小于 8mm) b)浮头换热器 布管限定圆直径 DL 当换热器内径＜ 1000mm 时， b 一般不小于 3mm 当换热器内径≥ 1000mm 时， b 一般不小于 4mm 42 4)．管程分程 管程数一般有 1,2,4,6,8,10,12 等七种。 管程分程的一般原则： a）应尽可能使各管程的换热管数大致相等； b)分程隔板槽形状简单，密封面长度较段。 管孔 43 1)．精度要求的一般考虑 管孔与换热管的径向间隙的大小是影响管板与换热管连接接头 (尤其是胀接 )质量的关键性指标，而管孔的尺寸及允差又直接受控于换热管的精度。 由于国内目前没有专用的钢制换热管的标准，且大量生产的是普通级换热管，所以 GB l51 在碳钢和低合金钢管 中，不得不保留普通级钢管并允许Ⅱ级管束的存在，而对于新列入的有色金属管则从一开始就要求高精度的换热管。 GB l51 中关于管孔尺寸及允差的六个表，是根据如下原则确定的： (1)碳钢、低合金钢换热管所选配的管孔，允许使用两种精度管，所以给出了两种精度的管孔； (2)由于不锈钢管标准仅有较高精度以上等级，所以不锈钢换热管与管孔采用了 I 级管束的高精度配合； (3)铝管外径的偏差与高精度钢管相同，而铝管又以胀接为主，所以采用了钢管 I 级的配合，又由于铝比铝合金相对软一些，胀接困难，故铝管管孔的 上偏差稍严一些 (小于0． 07mm)； 44 (4)GB／ T 88901998 铜换热管都呈负偏差，这是比较特殊的，加之铜管基本采用胀接 (或加密封焊 )，故为防止过胀，管孔的名义尺寸及允许偏差比钢的 I 级更小； (5)由于钛材贵，换热管壁厚薄，所以钛管与管板基本上采用焊接或加贴胀，同时 GB／ T3625 钛管外径、壁厚偏差都比高精度钢管小，所以钛材管孔与管的间隙比 I 级钢管的要小。 2)．管孔直径及偏差 GB 151 即使采用了国内换热管的高精度等级管，但与 TEMA 采用的换热管以及管孔直径在 精度要求上仍然存在差距。 19 的碳钢和低合金管对比见表 ： 45 表 mm 管外径及偏差 管孔直径 管孔直径偏差 最小径向间隙 最大径向间隙 96% 4% GB 151 (GB/T8613) I 19177。 + 0 + 0 II 19177。 + 0 + 0 0 TEMA 177。 + + （ 1）对比表说明：同为高精度管，国内标准仍然存在差距； （ 2）两个标准的管孔直径偏差同样有 4%允许有较大的偏差，这主要是从经济性考虑，不是所有的管孔都用最高级的加工手段来加工； （ 3）当冷作硬化会产生应力腐蚀的工况，或换热管与管板无法使其存在要求的硬度差时，适当地减少径向间隙是必要的，也是允许的。 因为标准是最低要求，工程需要（图 46 样）可以比其要求高。 3)．孔桥宽度 B、 Bmin 查表法： GB 151 给出了 I、 II 级管束对应不同管板厚度的孔桥宽度表，在管板厚度不大于 160mm 时，可直接或用插入法找出 B、 Bmin。 计算法：当管板厚度大于 160mm 时，可用标准中给出的公式进行计算。 B、 Bmin 值主要是针对管板采用强度胀时的要求。 当换热管与管板为强度焊、焊接接头承受热管的轴向剪切载荷时， B 和 Bmin的数值可以适当放宽，同时管孔直径和偏差也可适当的放宽。 在 中规定为“强度焊连接：当用焊接连接去随管子的轴向载荷时，可考虑修正 至 各节的要求”。 在 GB 151 的 中规定为：“当 I 级钢制管束和铝、钛、铜换热管采用强度焊或强度焊加贴胀，换热管与管板的焊接接头承受换热管轴向载荷时， 中管孔直径及偏差及 中桥宽偏差可参照碳素钢、低合金钢 II 级管束的管孔和桥宽尺寸予以适当放宽。 关于 B 的检查及控制要求如下： 47 （ 1） GB 151 规定，对管板中心任意一个 60176。 扇面进行抽查，当 B 合格率低于 96%（或Bmin 超过 4%）时，应进行全管板的检查； （ 2） B 及 Bmin应在管板出钻面检查。 管板的拼接和堆焊 1)．管板拼接 （ 1）拼接管板的对接接头 应进行 100%的射线或超声检测，按 JB/T 4730 射线不低于 II级、超声不低于 I 级合格； (2)除不锈钢外，拼接管板应作消除应力热处理。 2)．管板堆焊 （ 1）堆焊前应作堆焊工艺评定； （ 2）基层待堆焊面及覆层加工钻孔前的面应按 JB/T 4730 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（在工程实践中多控制在 3mm）的深处（按覆层厚度而定）其化学成分应符合覆层 48 材料的要求； （ 4）不得采用换热管与管板 焊后加桥间补焊的方法进行所谓的堆焊。 双管板 当换热器管程、壳程介质严格禁混合时，宜采用双管板结构，并需考虑如下设计原则： （ 1）较苛刻的介质一般在管程，换热管与管侧管板采用强度焊或强度胀； （ 2）壳侧管板采用强度胀； （ 3）封闭的间距内应设置集液口或排气口； 双管板结构一般有如下三种形式 : 11 折流板和支持板等内件 折流板既用来支撑换热管，又使其产生理想的壳程流速，还可以减少换热管无支撑跨 49 距避免流体诱导振动，因此折。