换热器设计汇编要点.docx
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换热器设计汇编要点
1、GB151适用参数：
（P1）
公称直径DN≤4000mm；公称压力PN≤35MPa
且公称直径（mm）和公称压力（MPa）的乘积不大于2.7×104。
2、计算换热面积：
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，m2
3、计算压力：
计算压力指在相应设计温度下。
用以确定换热器元件厚度的压力，其中包括液柱静压力。
当元件所承受的液柱静压力小于5%的设计压力时。
可忽略不计。
4、换热器Ⅰ、Ⅱ两级
Ⅰ级：
采用较高冷拔换热管，适用于无相变传热和易产生振动的场合。
Ⅱ级：
采用普通级冷拔换热管，适用于重沸、冷凝传热和无振动的一般场合
5、传热工艺流程的确定
⑴、不洁净或易于分解结垢的物料应流经易清洗的一侧，一般是管内。
⑵、具有腐蚀性的物料应走管内。
⑶、压力高的物料走管内。
⑷、温度很高或很低的物料走管内，减少热损失。
⑸、蒸汽一般走壳程，便于排液，传热系数也大。
⑹、粘度大的流体一般走壳程，便于提高流速。
⑺、传热系数小的流体如气体，应走壳程，易于提高速度。
⑻、流量小的流体走壳程，易改变流动状态。
6、腐蚀裕量C2（P7）
⑴、对有均匀腐蚀或磨损的元件，应根据预期的容器设计使用年限和介质对金属材料的腐蚀速率（及磨蚀速率）来确定腐蚀裕量。
⑵、换热器各元件受到的腐蚀程度不同时，可采用不同的腐蚀裕量。
⑶、介质为压缩空气、水蒸汽或水的碳素钢或低合金钢制热交换器，腐蚀裕量不小于1mm。
⑷、换热管不考虑腐蚀裕量。
⑸、拉杆、定距管、折流板（支持板）等非受压元件，一般不考虑腐蚀裕量。
7、换热器接头系数φ的选取（P9）
焊接接头型式
焊接接头系数φ
全部无损检测
局部无损检测
双面焊对接接头和相当于双面焊的全焊透对接接头
φ=1.00
φ=0.85
单面焊对接接头（沿焊接接头根部全长有紧贴基本金属的垫板）
φ=0.90
φ=0.80
无法进行无损检测的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，φ=0.6；
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，局部无损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、耐压试验（P109）
1）热交换器耐压试验的顺序应符合本标准的规定，耐压试验的方法及要求应符合GB150.4-2011的规定。
2）固定管板式热交换器耐压试验顺序：
a）壳程试压，同时检查管头；
b）管程试压。
3）U形管式热交换器、釜式重沸器（U形管束）及填料函式热交换器耐压试验顺序：
a）用试验压环进行壳程试验，同时检查管头；
b）管程试压。
4）浮头式热交换器、釜式重沸器（浮头式管束）耐压试验顺序：
a）用试验压环和浮头专用试压工具进行管头试压，对釜式重沸器尚应配备管头试压专用壳体；
b）管程试压；
c）壳程试压。
5）按压差设计的热交换器耐压试验顺序：
a）管头试压（按图样规定的最大试验压力差值）；
b）管程和壳程步进试压（按图样规定的试验压力和步进程序）；
c）要有相应控制压差的措施，保证整个试压期间（包括升压和降压）不超过压差。
6）当管程试验压力高于壳程试验压力时，管头试压应按图样规定，或按供需双方商定的方法进行。
9、泄漏试验（P109）
1）泄漏试验应符合GB150.4—2011中11.5的规定。
2）对于投用后无法维护修理管头的管壳式热交换器应进行泄漏试验。
3）重叠热交换器的管头耐压试验允许单台进行。
当各台热交换器管壳程间分别连通时，管程及壳程试压还应在重叠组装后进行。
4）对无法更换有缺陷换热管的热交换器，允许堵管。
堵管根数不宜超过1%且总数不超过2根；堵管应遵守下列规定：
a）换热管堵管方法应得到采购方的认可；
b）保证管束堵管后不影响设备的安全性；
c）出厂资料应标记出堵管位置，并提供给采购方。
5）热交换器耐压试验合格后，内部积水应排净、吹干。
10、公称直径
⑴、卷制圆筒的公称直径以400mm为基数，以100mm为进级档；必要
时，也可采用50mm为进级档。
⑵、公称直径DN≤400mm的圆筒，可用钢管制作。
11、封头的连接：
12、分程隔板（P20，P51）
A.分程隔板要求：
公称直径DN
隔板最小厚度
碳素钢及低合金钢
高合金钢
≤600
10
6
＞600～1200
12
10
＞1200～1800
14
11
＞1800～2600
16
12
＞2600～3200
18
14
＞3200～4000
20
16
⑴流体脉动场合，隔板的厚度可适当增加，或改变隔板的结构。
常见的分程隔板如图所示
⑵分程隔板端部的厚度应比对应的隔板槽宽度小2mm，隔板端部可按图6-14削薄；必要时，分程隔板上可开设排净孔，排净孔的直径宜为4mm～8mm.
⑶分程隔板与管箱内壁应采用双面连续焊，最小焊脚尺寸为3/4倍的隔板厚度；
⑷必要时，隔板边缘应开坡口；允许采用与焊接连接等强度的其他连接方式。
B.纵向隔板的厚度要求：
a）与壳体之间采用密封板（垫）密封时，纵向隔板的厚度不应小于6mm；
b）与壳体之间采用焊接密封时，纵向隔板的厚度不应小于8mm，必要时可按式（7-7）进行校核。
13、分程隔板槽（P25）
⑴槽深应大于垫片厚度，且不宜小于4mm，隔板
槽密封面应与环形密封面平齐；
⑵槽宽
宜为8～14mm
⑶分程隔板槽拐角处的倒角一般为45°，倒
角宽度b宜大于分程垫片的圆角半径
。
14、壳程承压部件（P50）
a）壳程圆筒、外导流筒、凸形封头及接管等受压元件的厚度计算及开孔补强计算应符合GB150.3-2011的有关规定。
b）圆筒的最小厚度应满足表7-1的规定。
表格7-1圆筒的最小厚度
DN
碳素钢、低合金钢和复合板
高合金钢
可抽管束
不可抽管束
管制
＜100
5.0
5.0
3.2
≥100～200
6.0
6.0
3.2
＞200～400
7.5
6.0
4.8
板制
≥400～700
8
6
5
＞700～1000
10
8
7
＞1000～1500
12
10
8
＞1500～2000
14
12
10
＞2000～2600
16
14
12
＞2600～3200
16
13
＞3200～4000
18
17
注1：
碳素钢、低合金钢制圆筒的最小厚度包含1.0mm腐蚀裕量。
注2：
复合板的最小厚度指爆炸焊接复合板或内壁有堆焊层的总厚度。
注3：
对于可抽管束，当DN＞2600时，圆筒最小厚度由设计者自行确定。
15、接管（或接口）的一般要求（P45）
⑴、壳程接管宜与壳体内表面平齐，必须内伸的的接管不应妨碍管束的拆装；
⑵、应保证接管法兰面的水平或垂直；有特殊要求时应符合图样规定；
⑶、对于不能利用接管（或接口）进行放气和排液时，应在管程和壳程的最高点设置放气口，最低点设置排液口；
⑷、当设计条件提出接管外载荷时，设计应予以考虑。
；
⑸、必要时设置温度计、压力表及液位计等接口，仪表接口可设置在接管上。
16、换热管长度（P21）
1）换热管长度推荐：
1.0，1.5，2.0，2.5，3.0，4.5，6.0，7.5，9.0，12.0（m）
2）换热管可采用定尺或倍尺交货，长度允许念头应符合下述规定：
a）L≤6.0mm，偏差为0mm~4mm;
b）6.0mm＜L≤9.0mm，偏差为0mm~6mm;
c）9.0mm＜L≤12.0mm，偏差为0mm~9mm;
d）12.0mm＜L≤15.0mm，偏差为0mm~12mm;
e）L＞15.0mm，偏差为0mm~15mm;
17、常用换热管管材标准及允许偏差
1）标准：
（P10）
a）GB/T1527《铜及铜合金拉制管》
b）GB/T2882《镍及镍合金管》
c）GB/T3625《换热器及冷凝器用钛合金管》
d）GB5310《高压锅炉用无缝钢管》
e）GB6479《高压化肥设备用无缝钢管》
f）GB/T6893《铝及铝合金拉（钆）制无缝钢管》
g）GB/T8890《热交换器用铜合金无缝管》
h）GB9948《石油裂化用无缝钢管》
i）GB13296《锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管》
J）GB/T21832《奥氏体-铁素体型双相不锈钢焊接钢管》
k）GB/T21833《奥氏体-铁素体型双相不锈钢无缝钢管》
l）GB/T24593《锅炉和热交换器用奥氏体不锈钢焊接钢管》
m）GB/T26283《锆及锆合金交换器用奥氏体不锈钢焊接钢管》
n）NB/T47019.1~47019.8《锅炉、热交换器用管订货技术条件》
2）钢换热管外径的允许偏差（P21）
Ⅰ级管束换热管外径的允许偏差
外径
≤25
＞25~38
＞38~50
＞50~57
偏差
±0.10
±0.15
±0.20
±0.25
Ⅱ级管束换热管外径的允许偏差
外径
≤25
＞25~38
＞38~50
＞50~57
偏差
±0.15
±0.20
±0.25
±0.40
3）铝、铜、钛、镍、锆及其合金换热管外径的允许偏差
管材
标准
精度级别
外径
允许偏差
铝
铝合金
GB/T6893-2010
高精度
＞12~18
±0.05
＞18~30
±0.06
＞30
±0.07
铜
GB/T1527-2006
高精度
10~15
±0.05
＞15~25
±0.06
铜合金
GB/T8890-2007
高精度
10~15
－0.10
＞15~25
－0.16
＞25~32
－0.20
续表
钛
钛合金
GB/T3625--2007
--
10~25
±0.10
＞25~32
±0.13
镍
镍合金
GB/T2882--2013
较高级
＞9~12
±0.04
＞12~15
±0.05
＞15~18
±0.06
＞18~20
±0.08
＞20~30
±0.11
32
±0.15
锆
锆合金
GB/T26283--2010
--
10
±0.06
＞10~25
±0.10
＞25~32
±0.12
18、U形管弯管段的弯曲半径（P18）
U形管弯管段半径R应不小于两倍的换热管外径，常用换热管的最小弯曲半径Rmin可按下表选取。
换热管外径
10
12
14
16
19
20
22
25
30
32
35
38
45
50
55
57
Rmin
20
24
30
32
40
40
45
50
60
65
70
76
90
100
110
115
19、管板最小厚度：
（P58）
⑴、管板与换热管采用胀接连接时，管板最小厚度δmin（不包括腐蚀裕量）按下规定：
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（d0）;
b、用于一般场合时，管板的最小厚度，应符合如下要求：
d0≤25时δmin≥0.75d0
25＜d0＜50时δmin≥0.70d0
d0≥50时δmin≥0.65d0
⑵、管板与换热管采用焊接时，管板的最小厚度应满足结构设计和制造要求，且不小于12mm。
20、换热管的排列形式：
（18）
21、换热管的中心距：
（P17）
a）换热管中心距宜不小于1.25倍的换热管外径，常用换热管中心距见下表：
换热管外径d
10
12
14
16
19
20
22
25
30
32
35
38
45
50
55
57
换热管中心距S
13~
14
16
19
22
25
26
28
32
38
40
44
48
57
64
70
72
分程隔板槽两侧相邻管中心距（图12）Sn
28
30
32
35
38
40
42
44
50
52
56
60
68
76
78
80
b）当管间需要机械清洗时，应采用正方形排列，且管间通道应连续直通，相邻管间的净空距离（S－d）不宜小于6mm；对于外径为10mm、12mm和14mm的换热管的中心距分别不得小于17mm、19mm和21mm;
c）外径为25mm的换热管采用转角正方形排列时，其分程隔板槽两侧相邻管中心距
可取32mm×32mm正方形的对角线长，即
=45.25。
22、换热管布管限定圆：
（P18）
换热器型式
固定管板、U形管式
浮头式
布管限定圆直径DL
圆筒内径－换热管外径－
（
≥0.25d,且不宜小于8mm）
参照GB151-2014P18页选取
23、管程分布：
（P19）
管程数一般有1、2、4、6、8、10、12等七种，布置形式如下图，并考虑：
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，密封长度较短。
24、钢换热管的管板管孔直径及允许偏差。
（P23）
⑴、Ⅰ级管束（适用于碳素钢、低合金钢和不锈钢换热管）管板管孔直径及允许偏差应符合下表规定；
外径
≤25
＞25～38
＞38～50
＞50～57
偏差
±0.10
±0.15
±0.20
±0.25
⑵、Ⅱ级管束（适用于碳素钢、低合金钢换热管）管板管孔直径及允许偏差：
外径
≤25
＞25～38
＞38～50
＞50～57
偏差
±0.15
±0.20
±0.25
±0.40
25、拉杆孔（P24）
⑴焊接连接的拉杆孔见下图a，拉杆孔深
宜大于拉杆孔直径
.拉杆孔直径按下式确定：
d1=
+1.0
式中：
拉杆直径mm；
d1拉杆孔直径mm
⑵拉杆与管板螺纹连接的拉杆螺纹结构见下图b，螺纹深度
应大于拉杆螺蚊长度
。
26、换热管与管板的焊接（P27）
1、强度焊接可用于本标准规定的设计压力，但不适用于有较大振动及有间隙腐蚀倾向的场合。
2、强度焊接的焊脚高度l不应小于
强度焊接的焊缝形式如下图：
换热管规格
10×1.0
12×1.0
14×1.5
16×1.5
19×2
25×2
32×2.5
38×3
45×3
57×3.5
换热管最小伸出长度
l1
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
l2
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
最小坡口深度l3
1.0
2
2.5
1、当工艺要求管端伸出长度小于表列值（如立式换热器要求平齐或稍低）时，可适当加大管板坡口深度或改变结构型式。
2、当换热管直径和壁厚与列值不同时，l1l2l3可适当调整。
3、图C用于压力较高的工况。
27、折流板和支持板（P30）
⑴管孔
a、Ⅰ级管束（适用于碳素钢、低合金钢和不锈钢换热管）折流板和支持板管孔直径及允许偏差应符合下表：
换热管外径d或最大无支撑跨距l
d≤32且l＞900
d＞32或l≤900
管孔直径
d+0.40
d+0.70
允许偏差
+0.30
0
b、Ⅱ级管束（适用于碳素钢、低合金钢）折流板和支持板管孔直径及允许偏差应符合下表
换热管外径d或最大无支撑跨距l
d≤32且l＞900
d＞32或l≤900
管孔直径
d+0.50
d+0.70
允许偏差
+0.40
0
⑵折流板和支持板的最小厚度符合下表规定：
公称直径
DN
换热管无支撑跨距l
≤300
＞300~600
＞600~900
＞900~1200
＞1200~1500
＞1500
折流板或支持板最小厚度
＜400
3
4
5
8
10
10
400~700
4
5
6
10
10
12
＞700~900
5
6
8
10
12
16
＞900~1500
6
8
10
12
16
16
＞1500~2000
--
10
12
16
20
20
＞2000~2600
~
12
14
18
22
24
＞2600~3200
--
14
18
22
24
26
＞3200~4000
--
--
20
24
26
28
⑶折流板和支持板外直径及允许偏差应符合下表：
（P31）
公称直径
DN
＜400
400~
＜500
500~
＜900
900~
＜1300
1300~
＜1700
1700~
＜2100
2100~
＜2300
2300~≤2600
2600~≤3200
3200~≤4000
折流板名以外直径
DN－2.5
DN－3.5
DN－4.5
DN－6
DN
－7
DN－8.5
DN
－12
DN
－14
DN
－16
DN
－18
折流板外直径允许偏差
0
－0.5
0
－0.8
0
－1.0
0
－1.4
0
－1.6
0
－1.8
0
－2.0
1、用DN≤400mm管材作圆筒时，折流板名义外直径为管材实测内径减2mm。
2、对传热影响不大时，折流板外径的允许偏差可比表中值大1倍。
3、换热器采用内导流结构时，折流板的名义外径可适当放大。
4、对于浮头式热交换器，折流板和支持板的名义外径不得小于浮动管板外径。
⑷折流板的布置：
a、折流板一般应按等间距布置，管束两端的折流板尽可能靠近壳程进、出接管。
b、卧式换热器的壳程为单相清洁流体时，折流板缺口应水平上下布置，若气体中含有少量液体时，则应在缺口朝上的折流板的最低处开通液口，如下（a）；若液体中含有少量气体时，则应在缺口朝下的折流板最高处开通气口，如下图（b）。
c、卧式换热器、冷凝器和重沸器的壳程介质为气、液相共存或液体中含有固体颗粒时，折流板缺口应垂直左右布置；气、液相共存时，应在折流板最低处和最高处开通液口和通气口，液体中含固体颗粒时，应在折流板最低处开通液口。
。
⑸折流板缺口高度：
a、缺口高h，宜取0.20~0.45倍的
圆筒内直径，通常为0.25倍
b、弓形折流板的缺口处宜使剩余管
孔弓形高小于或等于d/2，
或切于两排管孔的孔桥之间。
⑹折流板间距
a）折流板最小间距一般不小于圆筒内直径的五分之一，且不小于50mm；特殊情况也可取较小的间距。
b）换热管的无支撑跟踪不应大于表6-31（P33）的规定。
流动脉动场合，无支撑跨距尽可能减小，或改变流动方式防止管束振动。
28、拉杆（P39）
⑴拉杆的直径、数量按下表选用
换热管外径d
10≤d≤14
14＜d＜25
25≤d≤57
拉杆直径dn
10
12
16
公称直径
拉杆直径
＜400
≥400~
＜700
≥700~
＜900
≥900~
＜1300
≥1300~
＜1500
≥1500~
＜1800
≥1800~
＜2000
≥2000~
＜2300
≥2300~
＜2600
10
4
6
10
12
16
18
24
32
40
12
4
4
8
10
12
14
18
24
28
16
4
4
6
6
8
10
12
14
16
拉杆直径
/mm
热交换器公称直径DN/mm
2600~
＜2800
2800~
＜3000
3000~
＜3200
3200~
＜3400
3400~
＜3600
3600~
＜3800
3800~
＜4000
10
48
56
64
72
80
88
98
12
32
40
44
52
56
64
68
16
20
24
26
28
32
36
40
在保证大于或等于表中所给定的拉杆总截面积的前提下，拉杆直径和数量可以变动，但其直径不得小于10mm，数量不少于4根
拉杆直径d
拉杆螺纹公称直径dn
La
Lb
b
10
10
13
≥40
1.5
12
12
16
≥50
2.0
16
16
22
≥60
2.0
29、支座（P46）
卧式热交换器鞍式支座的布置应按下列原则确定:
a）L≤3000mm时，取
=（0.4～0.6）L；
b）L＞3000mm时，取
=（0.5～0.7）L；
c）宜使
和
相近。
d）必要时应对支座和壳体进行强度和稳定性校核。
30、设置防冲挡板的条件：
（P29）
1）设置防冲板或导流筒的场合
符合下列场合之一时，应在壳程进口管处设置防冲板或导流筒：
a）非磨蚀的单相流体，
b）有磨蚀的液体，包括沸点下的液体，
c）有磨蚀的气体、蒸汽（气）及气液混合物。
注：
--壳程进口管的流体密度，
---壳程进口管的流体速度
2）防冲结构
a）防冲板的直径或边长，应大于接管内径50mm.
b）防冲板的最小厚度确定如下：
（1）碳素钢和低合金钢为4.5mm;
（2）不锈钢为3mm.
c）防冲板可采用下列方式固定：
（1）两侧焊在定距管或拉杆上，也可同时焊在相邻的折流板或支持板上；
（2）焊接在筒体上，但不应阻碍管束的拆装。
d）需要时，也可采用防冲杆结构。
防冲杆的直径和中心距应与换热管相同，正方形排列时防冲杆最少布置1排，其他排列时防冲杆最少布置2排。
3）导流筒
a）必要时，靠近管板的进、出口接管距管板较远时，可设置导流筒。
b）导流筒设置应符合下列要求：
（1）内导流筒外表面到壳程圆筒内壁的距离不宜小于接管内径的1/3.确定导流筒端部到管板的距离时，应使该处的流通面积不小于导流筒的外侧流通面积。
（2）外导流的内衬筒外壁面到外导流筒体的内壁面间距为：
①接管内径
≤200mm时，间距不宜小于50mm;
②接管内径
＞200mm时，间距不宜小于75mm;
（3）外导流热交换器的导流筒内，凡不能通过接管放气或排液者，应在最高或最低点设置放气或排液口（或孔）。
31、换热管拼接要求：
（P102）
换热管直管或直管段长度大于6000mm时允许拼接；且应符合以下要求：
a、对接焊缝应作焊接工艺评定。
试件的数量、尺寸、试验方法应符合NB/T47014（JB/T4708）的规定；
b、直管换热管
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