换热器注意问题.docx
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换热器注意问题
换热器设计中的注意事项
一、换热器设计必备的条件
二、管箱
三、管板
四、折流板
五、拉杆的布置
六、防冲板结构设计
七、其它注意事项
换热器设计必备的条件
1、换热器类型；
2、管、壳程的操作压力、操作温度；
3、管、壳程的设计压力、设计温度；
4、设备的公称直径；
5、管壳程与管板的连接形式；
6、换热管的排列形式、根数（U型管换热器为管头数的1/2）；
7、折流板之间的间距——换热管最大无支撑跨距；
8、换热管与管板连接型式（强度焊+贴胀；强度胀+密封焊）；
9、设备支撑形式（耳座，鞍座）；
10、管壳程两侧的介质（易燃、易爆、毒性），（腐蚀裕度，容器类别，焊接接头系数，热处理，选材，焊接试件）
11、折流板的形式、切割率；
12、固定管板管热器:
壳体和管子的金属壁温
13、场地条件
14、以上述元件的材料——亦可根据相关的标准选用；
二、管箱
管箱一般由封头（平盖）、筒节、设备法兰、接管及其连接法兰、
分程隔板（多程换热器）等几部分组焊而成。
1.封头
在换热器中封头主要采用的是标准的椭圆封头，在设计过程中主要是其厚度的确定，确定封头厚度时应考虑一下几个方面的因素。
a.按GB150第5.3节（P116-117）进行计算求取-应注意标准椭圆封
头的形状系数:
内压k=1.0外压k1=0.9
b.满足GB150第437条壳体加工后不包括腐蚀余量的最小厚度（P11）
c.满足GB150第5.3.2节中要求：
Di/2hi<2的椭圆圭寸头的有效厚度应不小于内直径的0.5%,
Di/2hi>2的椭圆形封头的有效厚度应不小于封头内直径的0.30%。
该条限制主要考虑：
1）封头在内压作用下，由于周向压缩应力作用而出现弹性失稳
现象（GB150释义P120）
2）椭圆封头过渡区封头成形过程中最易减薄的区域
d.考虑开孔补强要求，提高封头厚度
封头厚度选取时，还应注意钢板厚度跨档问题。
2.筒节
1）厚度确定
a.按GB150计算求取
b.满足GB150第4.3.7条-加工成形后最小厚度的要求（不包括C2）
c.结构要求-高压焊接结构选筒节外壁与法兰外径相等
2）筒节长度的确定
按GB151第5.2.2条（P18）管箱最小内侧深度
a.轴向开口的单管程管箱，开口中心处的最小深度应不小于接管
内径的三分之一
—1L—
Lm——h
b.多程管箱的内侧深度应保证两程之间的最小流通面积不小于每
程换热管流通面积的1.3倍，当操作允许时，亦可等于每程换热
管的流通面积
一El
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c.
对于管箱筒节上有接管的，其筒节长度L取
d.对于无补强圈的接管，筒节长度L应满足接管补强宽度B的要
求，即，L>B+H
e.管箱上无接管的，当管箱法兰选用（NB/T47023）长颈对焊法兰
时，应考虑法兰对连接筒体长度的要求，
管箱长度选取，除考虑各元件之间相邻焊缝之间距离及流通面积所要求的短节长度，还应考虑管箱内件的焊接和清理，因此对多程管箱，除限制最小长度外，还应考虑最大长度限制（按换热器结构设计手册P169）选取
3）设备法兰
a.选用标准法兰JB/T47021-47023;
b.通过计算设计法兰尺寸
法兰计算设计中，各载荷的力臂都为载荷至中心圆的距离，因此
紧缩螺栓中心圆直径可有效地减小法兰力矩的力臂。
法兰实际螺栓中心圆直径一般按两个方向选取：
环向：
选用螺柱允许的最小搬手空间（GB150P193表7-3）X螺栓
个数（应为4的整数倍）
径向：
法兰内径+2X法兰大端锥颈厚度+2XLA（GB150P193
表7-3）。
螺栓圆取环向与径向之间较大者。
法兰螺栓中心圆确定时，对于壳程压力大于管程压力时，还应注意保证螺栓圆直径到壳程筒体与管板之间的焊脚外侧距离是否满足GB150表7-3规定的LA值要求。
法兰在法兰力矩作用下，其应力由组成法兰的法兰环、锥颈和圆筒三部分共同承载，承载的应力有三个方向：
1轴向应力6H
法兰轴向应力6h位于锥颈端部，根据锥颈力学特性，锥颈上的最大轴向弯曲应力可用f系数来加以判断。
f——锥颈小端轴向应力与大端轴向应力的比值。
当f>1时，最大应力在小端；
当f=1时，最大应力在两端（相等）；
当fv1时，最大应力在大端。
由上还可知，法兰的大小端为轴向应力的敏感区，计算过程中6H过大时，应调整大小端厚度，f值尽量趋近于1。
法兰轴向应力6H的强度条件6H<1.5[6]ft.
法兰设计中可知，一般f>1，即法兰的最大轴向应力在锥颈小端。
因此设计时，法兰尽量设直边段，避免法兰小端的轴向应力分布在焊缝或焊缝影响区内。
2径向应力6R
法兰径向应力位于法兰环与锥颈的连接面内缘处，因此径向应力
6R的敏感因素为法兰厚度，所以可以调整法兰厚度来降低6R值。
法兰径向应力6R的强度条件6R<[6]ft.
3环向应力6T
法兰径向应力亦位于法兰环与锥颈的连接面内缘处，但环向应力6
T的敏感因素为锥颈尺寸，而不是法兰环的厚度，所以控制6t值可通过调整锥颈大端值来实现。
4）接管及其连接法兰接管在设计过程中，主要考虑的是接管的开孔补强。
接管开孔补强一般有如下几种形式：
a.补强圈补强；
b.加厚壳体的整体补强；
c.采用锻制凸缘接管的整体补强；
d.采用嵌入式的锻制接管的补强方式。
GB150P152规定了开孔补强的适用范围以及不另行补强的最大直径（P153）。
在下列情况下应采用整体补强的方式：
•高强度钢（Rm>540MPa）和Cr-Mo钢制压力容器；
•设计压力》4MPa;
•设计温度》350C;
•补强圈厚度大于1.5倍的被补强的壳体厚度；
•盛装介质为极度和高度危害介质的压力容器；
•承受疲劳载荷的压力容器；
•壳体厚度》38mm的压力容器；
•低温压力容器；
•补强圈结构不能够满足要求的。
接管开孔补强时，应注意以下几项：
a.实际外伸长度》接管有效外伸长度；
b.接管厚度与壳体厚度之比宜在0.5~2.0之间（整体补强）；
c.接管是否承受外载荷；
d.低温容器上的接管的最小厚度不小于5mm。
接管的连接法兰的选用应注意以下几项：
a.低温容器、高温容器、疲劳容器及第三类压力容器的接管法兰宜采用带颈对焊管法兰。
b.极度、高度毒性介质或强渗漏中度危害介质及液化石油气等应采用带颈对焊管法兰。
c.对易爆或毒性程度为中度危害的介质，管法兰公称压力不低于1.6
MPa,对毒性为极度和高度危害或强渗透介质，连接管法兰的公称压力不低于2.0MPa。
d.真空容器的真空度小于600mmHg时，连接管法兰的公称压力不低
于0.6MPa。
真空度为600~760mmHg时，管法兰的公称压力不
低于1.0MPa。
（不含按真空法兰标准选用时）
5）垫片
a.按相关标准，根据介质、温度、压力、紧固件等参数进行选
用,（HG/T20584附录A、B）。
b.压力和温度低的场合宜采用非金属软垫片和金属包覆垫片；压力和温度高的场合宜采用金属垫片和金属复合垫片或缠绕垫片；压力和温度有波动的场合宜采用回弹性好和具有一定自紧式作用的垫片。
c.介质为环氧乙烷的场合，垫片采用聚四氟乙烯。
d.介质不允许有微量纤维混入的场合（航空汽油或煤油）不应采用含纤维性垫片。
e.存在硫化氢腐蚀可能性的场合，金属垫片或非金属垫片的金属骨架和金属包皮材料宜采用含钛的不锈钢。
f.存在氢腐蚀可能的场合，金属垫片或非金属垫片的金属骨架或金属包皮材料，宜采用铬钼钢和不锈钢。
垫片设计中的注意事项：
a.在按JB/T4718~4720选管箱垫片时，对多程管箱的垫片，分程部
分的筋条宽度为10mm,而按GB151第5.2.3.1条规定，当管箱的分程隔板为6mm,8mm时，其隔板槽宽度应为8mm,10mm，按
JB/T4718~4720选用的垫片安装不上，应参照标准出图。
b.多管程垫片分程处的圆角半径R》隔板槽处的倒角宽度b。
c.对于夹持性管板，管板两侧一般选用同种类型垫片，因垫片种类不同，所需压紧力不同，为避免较软垫片过载而失效，一般选同种类垫片
6）管箱制作注意事项：
a.当管箱重量大于30Kg时均应设置吊耳。
b.带隔板的管箱，隔板的密封面要与管箱法兰密封面平齐，且应略低
于法兰密圭寸面0.5mm以内。
c.碳钢、低合金钢制作的焊有分程隔板的管箱以及管箱侧面开孔超过1/3筒体内径的管箱，在组焊后应进行焊后消除应力热处理。
三、管板
1.管板厚度确定时的影响因素（除压力、温度、直径、材料---计算条件外）
a.应满足GB151第5.6.2条规定的管板最小厚度（P21）
b.计算厚度P26-42*P27
c.管程分程隔板槽—应注意隔板槽面积准确输入
d.腐蚀裕度（注意应开率双侧腐蚀）
e.壳程侧的结构开槽P143
f.拉杆孔深度
g.固定管板——与其联系的设备法兰厚度的0.6倍。
h.换热管与管板的连接方式P68-70
i.管板与壳体、管箱的连接方式（P27）P143
j.与法兰连接型式、尺寸；
k.垫片类型，密封作用圆直径;
m.折流板间距——最大无支撑跨距
n.另应注意固定管板管热器:
a正确输入壳体和管子的金属壁温
b管板与壳程筒体之间的焊接接头系数为0.6（GB151P13）
c多程换热热器隔板槽面积（正确输入）
U型管换热器:
a计算时输入的管根数=1/2管板上布孔数
b正确输入隔板槽面积——有交叉换热管的
浮头式换热器：
a浮头法兰的密封面尺寸
b浮头盖与浮头法兰的连接尺寸、且应与实际结构尺寸一致
c钩圈的形式——B型
2.管板布管的影响因素
a.布管限定圆P23
b.多程换热器程之间布管间距的限制P22
c.壳程侧的结构开槽P143
d.设备法兰堆焊时，堆焊后法兰内径小于公称直径时应注意布管限定圆直径的确定。
e.浮头式换热器，应按浮动端管板大小布管。
f.壳程设置进口的防冲挡板，内导流筒（防冲、膨胀节）
g.U型管式、浮头式换热器导轨的影响。
h.由于清洗等要求而加大换热管之间的间距。
i.换热管排列形式——正三角，转角三角形，正方形，转角正方形
（方向是垂直于折流板缺口的）
j.折流板上需开排污槽等，防震动板槽。
四、折流板
折流板设计时应注意如下事项:
a.折流板的切割高度是壳体内径的小数倍数
b.切割位置为排管中心线以下或两排孔的管桥之间
c.一般大于8mm厚度的折流板，应考虑管孔的两面要倒0.5x45°的倒角
d.第一块折流板的在满足布管进口流通面积的前提下，尽量靠近管板，对于U型管束的换热器要考虑尾部的支撑要满足GB151中的规定（P72）,否则应考虑设置防震支撑。
e.浮头式换热器中靠近浮头管板端应设置加厚的环形支撑板，内圆的直径宜使其流通面积不小于折流板的缺口面积
f.进出口侧设置的折流板，应注意折流板与靠近折流板侧接管的内边缘之间的距离应大于6mm
g.卧置换热器壳程介质为气液共存时，或液体中含有固体物料时，折流板的缺口要垂直左、右布置
h.折流板上管孔的公差不但与管束的精度等级和管子材料有关
（P72）还与管子的最大无支撑跨距有关。
五、拉杆的布置
a.当换热器的壳体直径较小，防冲挡板要求与壳体相焊时，且要求管子采用明穿工艺时，拉杆固定端应设在远离壳程介质进口的另一端管板上。
b.当换热器的壳体直径较大，防冲挡板要求与壳体相焊，且管束允许采用暗穿工艺时，拉杆固定端应设在靠近壳程介质进口一端的管板上。
c.当防冲挡板固定在管束上，或采用导流筒防冲结构时，拉杆的固定端应设在靠近壳程介质进口一端的管板上。
d.当换热器处于立时布置时，在满足组装要求的前提下，无论壳程介质进口是否设在上方还是下方，拉杆的固定端最好设在上管板上。
e.拉杆的布置应尽量靠外，不一定在布管轮廓上，但应该利于安装，每块折流板上拉杆的数量不得少于3根，拉杆尽量靠近折流板缺口处，但应满足固定螺母所需空间。
f.拉杆的直径、数量、尺寸等见GB151P75.
六、防冲板结构设计
a.防冲板的安装位置，如果防冲板焊在壳体上，则应设置在拉杆的螺母侧，否则应焊在定距管上
b.防冲板下表面到壳体内表面的距离不小于GB151P147h值，粗略计算h>1/4do（进口接管）防冲板尺寸为do+50mm,应注意防冲板的两侧的流通面积不小于接管的进口面积。
c.外导流筒的结构可以采用锥段过渡结构，亦可以采用两端为环板
的夹套结构GB150p309图D23a>b>这种结构适用低压设备。
七、其他注意事项
a.壳程放空和排污管，如果采用半管与管板的焊接结构，接管中心线到管板端面的距离应》5mm。
b.多程换热器的管板上的隔板槽的布置要与相应的管箱内隔板的布置对应，对于非对称布管的管板与折流板，出图时应注意视图方向，以免出错。
c.管子与管板的强度焊的条件：
1）、焊角高度》1.4t（管子厚度）p104B3.2b）
2）、焊接必须是填丝的氩弧焊，以上两个条件必须同时满足
d.换热管与管板密封焊的条件是：
焊角高度可以v1.4t，但要》1.0t
e.强度胀的换热管要伸出管板表面至少3mm,另外，要注意采用不
同的胀接方法，管板上的开槽宽度不一样，GB151中的开槽尺寸适用于机械胀接方法,对于柔性胀接方法,其开槽的宽度不小于
1.1~1.3Vdt（d管子平均直径，t管子壁厚）
f.抽出管束的滑到（板式）应与管板焊接。
g.釜式换热器的壳程应设置限位设施导轨。
h.顶丝一般设在管箱法兰一侧。
i.U型管板上的放松支耳的开槽一侧应面向管箱。
j.当固定管板换热器带膨胀节,且膨胀节上带有导流筒时,导流筒的内径要与壳体内径一致,否则应注意折流板外径的大小。
k.当采用DN<426的无缝钢管做圆筒时，折流板的名义外径为无缝钢管的实际内径减去2mm,或按GB151释义（P38）,在图中注明
此尺寸由制造厂在购买管子后最终确定折流板的外径，另外作圆
筒的钢管应按HG/T20581第6.3.9条进行复验（P57）。
l.管箱与管板之间连接用的螺柱，应选用JB/T47027中B型螺柱。
m.对于U型换热器的管箱比较重时，应考虑在管箱侧设置耳座。
n.重叠式换热器支座底板到设备中心的距离应比接管密封面到设备中心线的距离至少小5mm。
o.重叠式换热器上层换热器的两个鞍式支座都应采用带长圆孔的滑动型支座，其原因是上层换热器与下层换热器有管法兰相连，接管法兰相当于固定支座。
下层换热器鞍式支座的地脚螺栓孔应考虑选择比正常推荐的直径大一些对于重叠式换热器，风载荷是一种不容忽视的经常性
载荷，在停车状态下，仅靠自重往往不能平衡风载荷引起的弯矩，另外，最底层的两个鞍座有一个为活动鞍座，该处螺母往往与底板之间有一定的间隙，故当重叠式换热器因迎风面的载荷而有倾斜趋势，实际上仅有一个（固定端）地脚螺栓受力，重叠式换热器之间的支座设置调整高度用垫板。
P,换热器上鞍式支座的设置见GB151第5.20.1条P87
应注意鞍式支座的底板边缘与邻近接管法兰外缘有足够的距离，以保证有足够的基础空间。
R,换热器上耳式支座的布置原则按GB151第5.20.2条P87注意：
对于有膨胀节的立置换热器，当采用耳式支座支撑时，膨胀节应设置在支座的下方，以避免膨胀节承受由换热器的自重产
生的附加轴向力。
在条件允许下，设备的重心应尽量使其位于支座之承平面之下以提高设备的稳定性。
S,容器上备用口应配置法兰盖。
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