管壳式换热器标准的一些常见问题 换热器-1 GB151-1999 管壳式换热器的适用范围是什么? 答:1.适用于固定管板式、浮头式、U 形管式和填料函式换热器。 2.适用的参数为: 公称直径 DN ≤2600mm; 公称压力 PN ≤35MPa; 且公称直径(mm)和公称压力(MPa)的乘积不大于 1.75×104。 换热器-2 对于管、壳程设计压力均为内压的管壳式换热器,其受压元件在什么情况下可按 压差设计?还应考虑什么问题? 答:对于同时受管、壳程内压作用的元件,仅在能保证管、壳程同时升、降压时,才可以按 压差设计。 压差的取值还应考虑在压力试验过程中可能出现的最大压差值, 同时设计者应提 出压力试验的步进程序。 换热器-3 试述管壳式换热器中管、壳程设计温度与管壁、壳壁温度的差异及作用。 答:管、壳程设计温度分别为管程管箱和壳程壳体的设计温度,是对应于管、壳程设计压力 分别设定的管、壳程受压元件金属温度(沿元件金属横截面的温度平均值)的最高值或最低 值。用于确定元件材料的许用应力。 管壁、壳壁温度分别为沿长度平均的换热管、壳程圆筒金属温度,分别是传热过程中形成的 换热管、 壳程圆筒金属温度沿长度方向的平均值。 用于计算壳程圆筒与换热管的热膨胀差在 管板、换热管和壳程圆筒中引起的应力。 这两组温度不仅定义、性质和作用不同,而且数值上也会有较大差异,因此,在计算时一定 要注意,不可混用。 换热器-4 管壳式换热器中同时受管、壳程温度作用的元件的设计温度如何确定? 答:管壳式换热器中同时受管、壳程温度作用的元件的设计温度可按金属温度确定,也可取 较高侧的设计温度。 换热器-5 管壳式换热器主要元件腐蚀裕量的考虑原则是什么? 答:管壳式换热器主要元件腐蚀裕量的考虑原则: a)管板、浮头法兰、球冠形封头和钩圈两面均应考虑腐蚀裕量; b)平盖、凸形封头、管箱和圆筒的内表面应考虑腐蚀裕量; c)管板和平盖上开槽时,可把高出隔板槽底面的金属作为腐蚀裕量,但当腐蚀裕量大于槽 深时,还应加上两者的差值; d)压力容器法兰和管法兰的内直径面上应考虑腐蚀裕量; e)换热管不考虑腐蚀裕量; f)拉杆、定距管、折流板和支持板等非受压元件,一般不考虑腐蚀裕量。 换热器-6 对于无法进行无损检测的钢制固定管板式换热器壳程圆筒的环向焊接接头,其焊 接接头系数如何选取? 答: 对于无法进行无损检测的钢制固定管板式换热器壳程圆筒的环向焊接接头, 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时,其焊接接头系数 φ=0.6。 换热器-7 用于制造管板、平盖、法兰的钢锻件,其级别应不低于几级? 答:用于制造管板、平盖、法兰的钢锻件,其级别不得低于 JB4726 和 JB4728 规定的Ⅱ级。 换热器-8 在管板选材中,何时采用锻件? 答:a)管板本身具有凸肩并与圆筒(或封头)对接连接时,应采用锻件[如 GB151-1999 附录 G 中图 G1(d)、(e)和图 G2(b)、(c)、(d)、(f)]。 b)厚度大于 60mm 的管板,宜采用锻件。 换热器-9 符合 GB151-1999 附录 C 的奥氏体不锈钢焊接钢管用作换热管时, 其适用范围如 何? 答:其适用范围为: a)不得用于极度危害介质的工况; b)设计压力不大于 6.4MPa; c)使用温度与相应钢号的无缝管相同。 换热器-10 管壳式换热器的接管(或接口)设计与一般容器相比有什么特殊要求? 答:a)接管宜与壳体内表面平齐; b)接管应尽量沿换热器的径向或轴向设置; c)设计温度高于或等于 300℃时,应采用对焊法兰; d)必要时应设置温度计接口、压力计接口及液面计接口; e)对于不能利用接管(或接口)进行放气和排液的换热器,应在管程和壳程的最高点设置 放气口,最低点设置排液口,其最小公称直径为 20mm; f)立式换热器可设置溢流口。 换热器-11 管壳式换热器整体管板的有效厚度如何确定? 答:整体管板的有效厚度等于管程分程隔板槽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。 换热器-12 管壳式换热器复合管板的有效厚度如何确定? 答:复层与基层的结合要求符合 GB151-1999 中 4.3.2.3 条规定的复合管板,其复层厚度可 计入复合管板的有效厚度中。 当复层材料的强度低于基层材料时, 应以复层当量厚度计入复 合管板的有效厚度中,复层当量厚度按下式计算: 式中: ──复层当量厚度,mm; ──设计温度下基层材料的许用应力,MPa; ──设计温度下复层材料的许用应力,MPa; ──复层最薄处的厚度,mm。 换热器-13 GB151-1999 中对管板最小厚度是如何规定的? 答:1.管板与换热管采用胀接连接时,管板的最小厚度 (不包括腐蚀裕量)按如下规定: a) 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 (d o) ; b)用于一般场合时,管板的最小厚度应符合如下要求: d o≤25 时 ≥0.75d o 252230kg/(m?s2)者; b)其它液体,包括沸点下的液体: >740kg/(m?s2)者。 ②有腐蚀或有磨蚀的气体、蒸汽及汽液混合物,应设置防冲板。 换热器-27 在什么情况下,管壳式换热器壳程进出口处应设置导流筒? 答:当壳程进出口距管板较远,流体停滞区过大时,应设置导流筒,以减小流体停滞区,增 加换热管的有效换热长度。 换热器-28 管壳式换热器壳程进口处的防冲板表面距圆筒内壁的距离与防冲板的直径或边 长各为多少? 答:防冲板外表面到圆筒内壁的距离,应不小于接管外径的 1/4。 防冲板的直径或边长,应大于接管外径 50mm。 换热器-29 管壳式换热器壳程进出口处的导流筒有几种形式, 其结构尺寸在设计中应如何考 虑? 答:一般有内导流筒和外导流筒两种形式。 a)内导流筒 导流筒外表面到壳体圆筒内壁的距离宜不小于接管外径的 1/3;导流筒端 部至管板的距离,应使该处的流通面积不小于导流筒的外侧流通面积。 b)外导流筒 内衬筒内表面到外导流筒的内表面间距为: 接管外径 d ≤200mm 时,间距不小于 50mm; d >200mm 时,间距不小于 75mm。 立式外导流换热器,应在内衬筒下端开泪孔。 换热器-30 管壳式换热器双壳程结构的纵向隔板的设计中,应考虑些什么问题? 答:在管壳式换热器中,双壳程结构的纵向隔板的设计应考虑以下几点: 1.纵向隔板的最小厚度为 6mm。当壳程压力降较大时,隔板应适当加厚。 2.纵向隔板与管板的连接可采用焊接或可拆卸连接。纵向隔板回流端的改向流通面积应大 于折流板的缺口面积。 3.需要抽出管束的换热器,应在隔板的两侧与壳体的间隙处设置二壳程之间的密封结构。 固定管板式换热器的纵向隔板可直接与圆筒焊接或插入导向槽中。 换热器-31 填料函式换热器,不适用于什么介质? 答:填料函式换热器不适用于易挥发、易燃、易爆、有毒及贵重介质。 换热器-32 填料函式换热器的结构型式有哪几种?收集泄漏的介质时应选用哪种型式? 答: 填料函式换热器的结构型式有外填料函浮头式、 单填料函滑动管板式和双填料函滑动管 板式三种。收集泄漏的介质时应选用双填料函滑动管板结构型式。 换热器-33 填料函式换热器的填料可以采用哪几种? 答:填料函式换热器的填料应根据管、壳程介质、操作温度、操作压力等确定,可以采用油 浸石棉填料、橡胶石棉填料、聚四氟乙烯浸石棉填料和柔性石墨填料。 换热器-34 重叠式换热器的支座设计,应考虑什么要求? 答:重叠式换热器的支座设计,应考虑以下要求: (1)重叠式换热器之间的支座应设置调整高度用的垫板; (2)重叠式换热器之间的支座底板到设备中心线的距离应比接管法兰密封面到设备中心 线的距离至少小 5mm; (3)重叠式换热器支座除按 JB/T4712 选用外,必要时应对支座和壳体进行校核; (4)当重叠换热器质量较大时,可增设一组重叠支座。 换热器-35 管壳式换热器的管箱、 浮头盖在什么情况下应在施焊后作消除应力的热处理?设 备法兰密封面应在何时加工? 答:a)碳钢、低合金钢的焊有分程隔板的管箱和浮头盖以及管箱的侧向开孔超过 1/3 圆筒 内径的管箱,应在施焊后作消除应力的热处理,设备法兰密封面应在热处理后加工。 b)除图样另有规定外,奥氏体不锈钢制管箱、浮头盖可不进行热处理[注]。 [注]对变形有较高要求时,可以进行低温(t<427℃)或不需考虑防止材料敏化导致的晶间 腐蚀时进行高温(t>427℃)消除应力热处理。但其消除应力的效果低于碳钢和低合金钢。 当有较高抗腐蚀要求或在高温下使用时, 应保持奥氏体, 防止敏化且防止管箱、 浮头盖变形。 因此,可进行固溶处理(恢复奥氏体),由此所形成的残余应力以及焊接管箱时所形成的残 余应力,可由低温退火来消除,然后再进行设备法兰密封面的加工。 换热器-36 设计有抗应力腐蚀要求的管壳式换热器时应如何处理? 答:1.对管壳式换热器壳程圆筒、管箱及换热管的处理方法为: a)进行消除局部应力(焊接残余应力、冷作产生的应力等)热处理; b)采用耐应力腐蚀的材料; c)避免产生过高的拉应力。 2.对换热管与管板之间的连接接头采用焊接,不能采用胀接。胀接会引起大的局部应力, 对于易引起加工硬化的材料更甚,这个应力如被消除,则胀接也就失去意义,故对具有应力 腐蚀的场合,连接接头不能采用胀接;焊接连接虽也会引起局部应力,但由于管壁薄,拘束 度低,此局部应力不会太大,故一般不作消除应力热处理。 换热器-37 与一般容器相比, 设计者提出管壳式换热器压力试验要求时应作哪些特殊考虑? 答:1.按压差设计的换热器应提出压力试验时升压和降压的具体要求。 2.对于管程和壳程设计压力之一为负压的换热器, 其正压侧的试验压力应取为按正压侧设计 压力确定的试验压力与负压侧设计压力的绝对值之和。 3.对于管程设计压力大于壳程设计压力的换热器, 应对换热管与管板连接接头的试验方法和 试验压力提出详细要求。 4.确定试验压力后,除对圆筒进行试验压力下的应力校核外,还要对封头进行校核。 换热器-38 固定管板式换热器压力试验顺序如何? 答:固定管板式换热器压力试验顺序: a)壳程试压,同时检查换热管与管板连接接头; b)管程试压。 换热器-39 浮头式换热器压力试验顺序如何? 答:浮头式换热器压力试验顺序: (1)用试验压环和浮头专用试压工具进行换热管与管板连接接头试压; (2)管程试压; (3)壳程试压。 换热器-40 釜式重沸器因管束型式不同其压力试验顺序有什么不同? 答:釜式重沸器的管束型式有 U 形管束和浮头式管束。 当管束为 U 形管束时,其压力试验顺序为: (1)用试验压环进行壳程试压,同时检查换热管与管板连接接头; (2)管程试压。 当管束为浮头式管束时,其压力试验顺序为: (1)用试验压环和浮头专用试压工具, 以及管头试压专用壳体进行换热管与管板连接接头 试压; (2)管程试压; (3)壳程试压。 换热器-41 对于管程设计压力大于壳程设计压力的管壳式换热器,设计者应对换热管与管板 连接接头提出怎样的试验方法和要求? 答: 对于管程设计压力大于壳程设计压力的管壳式换热器, 为了检查换热管与管板连接接头 的严密性,可根据实际情况提出下列试验方法和要求: 1.提高壳程试验压力等于管程试验压力,此时必须校核壳程圆筒、接管、法兰在该试验压 力下的应力,并能满足压力试验时的强度要求。 2.若经上述校核不能满足压力试验时的强度要求时,则壳程按本腔试验压力试压后,再: ①以 1.0 倍壳程设计压力的含氨体积浓度约为 1%的压缩空气进行氨渗漏试验;②对有特殊 要求的换热器,如高压换热器等可用低压纯氨进行试漏或采用卤素检漏等方法试验。 换热器-42 除一般容器要求的情况外,什么情况下的管壳式换热器应进行气密性试验? 答:当管壳式换热器管、壳程介质互漏会产生严重危害时,应在压力试验合格后进行气密性 试验。 换热器-43 设计温度低于-40℃时,换热器的垫片应如何选用? 答:设计温度低于-40℃时的垫片应采用奥氏体不锈钢、铜、铝包的金属包垫片或用上述金 属带制成的缠绕式垫片、金属垫。 换热器-44 GB151 标准中换热器壳体最小厚度由哪些因素决定? 答:换热器壳体最小厚度的确定主要是考虑使壳体具有足够的刚性,减小变形,以利于管板 和管束的安装。尤其是浮头式和 U 形管式换热器的壳体,因无管板的支持作用又需要拆卸, 故保证一定的厚度更为必要。 此外对在叠摞状态使用的卧式换热器, 其鞍座及接管都会对壳 程圆筒产生较大的局部应力, 为此也须适当增加壳体的最小厚度。 适当增大壳程圆筒的最小 厚度,也有利于对管程设计压力较高的换热器在壳程进行管接头的泄漏试验。