安徽省压力容器设计人员换热器技术培训讲义课件

换热器技术培训讲义合肥通用机械研究院中国机械工程学会压力容器分会2015年10月

合肥

换热器的分类换热器的分类按照是否属于压力容器分类

换热压力容器（管壳式、螺旋板式、板壳式）：特种设备制造许可和监督管理

非压力容器换热器（板式、空冷式、板翅式）：安全注册按照传热表面的结构特点分类

管式（管壳式、蛇管式、套管式、缠绕管式）：承压能力高

板式（可拆卸板式、钎焊板式、半焊板式、全焊板式、螺旋板式、板翅式、板壳式）：结构紧凑、传热效果好

其他形式按照传热过程分类间壁式：参与换热的流体不相接触直接接触式：传热传质同时发生蓄热式：蓄热体为载体，周期性地进行按照用途来分加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器按照所用材料来分

金属材料：碳素钢、低合金钢、奥氏体不锈钢、双相钢、镍及镍合金、钛及钛合金、铜及铜合金、铝及铝合金

非金属材料：石墨、陶瓷、玻璃、塑料换热器的分类管壳式换热器的分类固定管板式换热器浮头式换热器U形管式换热器填料函式换热器我国GB151-1999的规定公称直径DN≤2600mm(4000mm)公称压力PN≤35MPa且公称直径和公称压力的乘积不大于1.75×104(2.70×104)超过上述参数范围的换热器也可参照GB151进行设计和制造换热器的标准体系1.美国1)ASME-AmericanSocietyofMechanicalEngineers（美国机械工程师协会）ASME是“美国机械工程师协会”的简称，但用来表示锅炉、压力容器规范(标准)的代号，ASME由美国标准学会批准，为非强制性；当由有关法令引用时，则成为强制性标准。锅炉、压力容器规范如下：ASMEⅧ-1：锅炉及压力容器规范第Ⅷ卷第1篇《BoilerandPressureVesselCodeSectionⅷDivision1》B&PCode共有11卷,与压力容器有关的有：ASMEⅧ-1压力容器（常规篇，P≤20MPa）ASMEⅧ-2压力容器（分析设计篇，P≤70MPa）ASMEⅧ-3压力容器（高压篇，P＞70MPa）国外压力容器标准概况ASMEⅡ材料（Materials），分四篇：A篇：铁基材料（FerrousMaterials）B篇：非铁基材料（Non-FerrousMaterials）C篇：焊接材料（WeldingMaterials）D篇：性能（Properties）ASMEⅤ无损检测（NDE）ASMEⅨ焊接（Welding）2)API-美国石油协会，如压力容器标准有：a)API660-2007《炼油厂通用管壳式换热器》b)API661《一般炼厂用空冷器》C)API662《板式换热器》3)ANSI-美国国家标准学会，对压力容器来讲主要涉及管法兰及连接件标准等如：ANSI16.5、ANSI16.47等管法兰标准；ANSI16.2、ANSI16.21垫片标准等。4)制造商协会标准，涉及压力容器的有：a)TEMA列管式换热器制造商协会，现行标准：TEMA-1999；b)EJMA-膨胀节制造商协会，现行标准：EJMA-20002.日本JISC《日本工业标准调查会》-管理机构；但制订标准由KHK《高压气体保护协会》等机构执行。日本的压力容器标准近十几年变化较多，直至2003年形成了目前的体系，由于被法规所引用而具有强制性。1)JISB8265《压力容器的构造-一般事项》（常规篇）a)第1种容器P＜100MPa；b)第2种容器P＜30MPa；C)第3种容器P＜1MPa。2)JISB8266《压力容器的构造-特定标准》（分析设计篇）3)零部件标准：

a)JISB8274《压力容器的管板》；b)JISB8277《压力容器的膨胀节》；c)JISB8278《鞍式支座支承的卧式容器》；d)JISB8279《压力容器的夹套》；e)JISB8280《非圆形壳体的压力容器》；f)JISB8284《压力容器的快开式盖板结构》；g)JISB8285《压力容器的焊接工艺评定》。3.欧洲1)欧盟a)EN13445-2002《非直接火接触压力容器》b)PressureEquipmentDiretivePED97/23/EC欧共体承压设备指令（贸易壁垒）2)英国BSI-英国标准化协会，PVE-压力容器标准化委员会PD5500-2003《受压容器规范》，在这以前为：BS5500。非强制性标准；由于有法规引用成为强制性标准。3)德国-AD-2000规范被国家标准TRB“压力容器技术规程”引用而成为强制性技术规范，既是有关法规的基础，也包含了这些法规。4)法国-CODAP《非直接火受压容器》非强制性标准，但常被法规所引用，应用时通常将正式法规叠加到CODAP的规定上5)俄罗斯ΓOCT19249《压力容器规范》（前苏联规范）。4.ISO-国际标准化组织-编制了很多标准，但基本上向API靠1)ISO/DIS2694压力容器。2)ISO/16812-2007《管壳式换热器》

我国压力容器的标准一般可分为八类：基础标准产品标准技术标准材料标准零部件标准型式参数标准包装运输标准

能效标准1.基础标准1)GB150.1~GB150.4-2011《压力容器》2)JB4732-1995《钢制压力容器-分析设计标准》（2005确认）国内压力容器标准概况1)GB151-1999《管壳式换热器》2)GB12337-1998《钢制球形储罐》（即将再版，已完成报批稿）3)NB/T47007-2010《空冷式热交换器》（JB/T4758）4)NB/T47004-2009《板式热交换器》（JB/T4752）5)NB/T47005-2009《板式蒸发装置》（JB/T4753）6）NB/T47006-2009《铝制板翅式热交换器》（JB/T4757）7)JB/T4710-2005《钢制塔式容器》8)JB/T4731-2005《钢制卧式容器》9)JB/T4734-2002《铝制焊接容器》10)JB/T4745-2002《钛制焊接容器》11)JB/T4755-2006《铜制压力容器》2.压力容器产品建造标准12)JB/T4756-2006《镍及镍合金制压力容器》13)JB/T4751-2003《螺旋板式换热器》14）NB/T47011-2010《锆制压力容器》15）NB/T47012-2010《制冷装置用压力容器》（JB/T4750）16)JB/T4781-2005《液化气体罐式集装箱》17)JB/T4782-2007《液体危险货物罐式集装箱》18)JB/T4783-2007《低温液体汽车罐车》19)JB/T4782-2007《低温液体罐式集装箱》1）NB/T47013.1~10《承压设备无损检测》（JB/T4730.1~10）2)NB/T47014-2011《承压设备焊接工艺评定》3)NB/T47015-2011《压力容器焊接规程》4)NB/T47016-2011《承压设备器产品焊接试板的力学性能试验》5）GB/T21433-2008《不锈钢压力容器晶间腐蚀敏感性检验》3.技术标准1)GB713-2008《锅炉和压力容器用钢板》2)GB3531-2008《低温压力容器用低合金钢钢板》3)GB19189-2011《压力容器用调质高强度钢板》4)GB24511-2009《承压设备用不锈钢钢板及钢带》5)GB24510-2009《低温压力容器用9%Ni钢板》6)GB/T3880《铝及铝合金轧制板材》7)GB/T3621《钛及钛合金板材》8)GB/T2040《铜及铜合金板材》9)GB/T2054《镍及镍合金板材》10）NB/T47011-2010《锆制压力容器》（附录F.2压力容器用锆及锆合金板材）11）NB/T47002.1~4-2009《压力容器用爆炸焊接复合板》（JB/T4733.1~4）12）YB/T4282-2012《压力容器用热轧不锈钢复合钢板》13)GB/T8165《不锈钢复合钢板》14)GB/T8546《钛-不锈钢复合板》15)GB/T8547《钛-钢复合板》16）JB4741《压力容器用镍铜合金热轧板材》4.材料标准-板材4.材料标准-管材1)

GB/T3625《热交换器及冷凝器用钛及钛合金管》2）GB/T1527《铜及铜合金拉制管》3）GB/T6893《工业用铝及铝合金拉（轧）制管》4)GB/T8890-2007《热交换器用铜合金无缝管》5）GB/T2882《镍及镍合金管》6）GB5310《高压锅炉用无缝钢管》7）GB6479《高压化肥设备用无缝钢管》8)GB9948《石油裂化用无缝钢管》9)GB13296-2007《锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管》10)GB/T14976-2012《流体输送用不锈钢无缝钢管》（目前档次较低，渐渐地将退出换热领域，新的GB151不再将其作为引用标准）11）GB/T12771-2008《流体输送用不锈钢焊接钢管》12）GB/T24593-2009《锅炉、热交换器用奥氏体不锈钢焊接钢管》13)GB/T8163《输送流体用无缝钢管》（目前档次较低，渐渐地将退出换热领域，新的GB151不再将其作为引用标准）14）NB/T47011-2010《锆制压力容器》（附录F.3锆及锆合金无缝管材）15）GB/T26283《锆及锆合金无缝管材》16）GB/T21832《奥氏体-铁素体双相不锈钢焊接钢管》17）GB/T21833《奥氏体-铁素体双相不锈钢无缝钢管》18）JB4742《压力容器用镍铜合金无缝管》19）GB/T24590《高效换热器用特型管》我国换热管的标准呈现出以下几个特点：覆盖的材料较多，不同温度和腐蚀介质情况下使用的换热管基本都能找到相应的标准；换热管的标准反映了时代的变迁。有时为了特定的场合制定了相应的换热管标准，有些相同材料的换热管在不同标准中的要求不尽相同；不同形式的高效换热管将逐渐地予以规范。换热管的技术标准很多，不同的用户可以根据自身的具体使用工况选择相应的换热管标准。但这同时也增加了用户的难度，为此可通过以下“锅炉热交换器用管订货技术条件”来选择常规使用的换热管。1)NB/T47008-2010《承压设备用碳素钢和低合金钢锻件》（JB/T4726）2)NB/T47009-2010《低温承压设备用低合金锻件》（JB/T4727）3)NB/T47010-2010《承压设备用不锈钢和耐热钢锻件》（JB/T4728）4）NB/T47028-2012《压力容器用镍及镍合金锻件》5)NB/T47029-2012《压力容器用铝及铝合金锻件》6）JB4743《压力容器用镍铜合金锻件》4.材料标准-锻件4.材料标准-焊材5.零部件标准1)GB/T16749《压力容器用波形膨胀节》2)GB/T12522-2009《不锈钢波形膨胀节》3)JB/T4712.1~4-2007《容器支座》（含鞍式、腿式、耳式、支承式）4)NB/T47020-2012《压力容器法兰分类与技术条件》5）NB/T47021-2012《甲型平焊法兰》6）NB/T47022-2012《乙型平焊法兰》7）NB/T47023-2012《长颈对焊法兰》8）NB/T47024-2012《非金属软垫片》9）NB/T47025-2012《缠绕垫片》10）NB/T47026-2012《金属包垫片》11）NB/T47027-2012《压力容器法兰用紧固件》12）GB/T25198-2010《压力容器封头》13）GB/T29465-2012《浮头热交换器用外头盖侧法兰》14）GB/T29463.1-2012《管壳式换热器用垫片第1部分：金属包垫片》15）GB/T29463.2-2012《管壳式换热器用垫片第2部分：缠绕式垫片》16）GB/T29463.3-2012《管壳式换热器用垫片第3部分：非金属软垫片》17）JB4729《旋压封头》18)JB/T4736《补强圈》19)HG26592～20635《钢制管法兰、垫片、螺柱》1)GB/T28712.1-2012热交换器型式与基本参数第1部分：浮头式热交换器2）GB/T28712.2-2012热交换器型式与基本参数第2部分：固定管板式热交换器3）GB/T28712.3-2012热交换器型式与基本参数第3部分：U形管式热交换器4）GB/T28712.4-2012热交换器型式与基本参数第4部分：立式热虹吸式重沸器5)GB/T28712.5-2012热交换器型式与基本参数第5部分：螺旋板式热交换器6)GB/T28712.6-2012热交换器型式与基本参数第6部分：空冷式热交换器6.型式参数标准7.涂敷与运输包装标准JB/T4711-2003《压力容器涂敷与运输包装》8.能效标准

《固定式压力容器安全技术监察规程》第3.7条对压力容器提出了节能要求。热交换性的能效标准正在制订中。目前需要确定一个标准的管壳式换热器作为参考，采用对比的方法来确定不同换热器的换热能力指标。因此，也需要针对不同换热器制定一系列的性能测试方法。这些性能测试方法也属于能效标准范畴。热交换器标准体系框图小结我国换热器的标准已形成较为完备的体系。在换热器材料及相关零部件的选择上，应优先选择换热器专用标准。标准是最低要求；和发达国家相比，我国的实物水平往往略高于标准，而西方发达国家制造商的内控标准往往远高于标准水平。GB151-2014热交换器1973《钢制列管式换热器技术条件》1983《钢制管壳式换热器设计规定》GB151-1989《钢制管壳式换热器》GB151-1999《管壳式换热器》GB151-2014《热交换器》标准的历史沿革余热锅炉烟道式余热锅炉管壳式余热锅炉气体带压管壳式余热锅炉：压力容器常压气体管壳式余热锅炉：锅炉、压力容器常压气体在管程的管壳式余热锅炉管板计算基于拉撑平板的薄管板计算方法(GB150-1998、GB151-1999均未纳入)GB/T

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锅壳锅炉系列标准（1~8）

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锅壳锅炉

第1部分：总则

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第2部分：材料

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第3部分：设计与强度计算

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第4部分：制造、检验与验收

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第5部分：安全附件和仪表

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第6部分：燃烧系统

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第7部分：安装

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第8部分：运行标准的修订内容通用要求适用参数范围管束的要求平盖隔板圆筒换热管与管板的连接方式胀度管板的修订某些制造条款热处理（讨论）标准总结GB151修订内容修改了标准名称提出了热交换器的通用技术要求规定了不同结构形式的热交换器所依据的标准通过引用标准的方式，适用于不同金属材料制热交换器特定结构形式热交换器的设计、制造、检验和验收应满足下属标准的相应要求JB/T4751《螺旋板式换热器》NB/T47004《板式热交换器》NB/T47006《铝制板翅式热交换器》NB/T47007-2010《空冷式热交换器》通用要求不同热交换器适用压力温度参数范围通用要求用户和设计委托方的职责本次修订，根据固定式压力容器安全技术监察规程和GB150的要求，首次提出“用户和设计委托方的职责”，在热交换器的整个建造过程中，明确有关各方责任，避免会向推诿。这对于保证热交换器安全可靠性是必不可少的。实际执行过程中，可能从用户的角度很难提出具体的设计条件的内容，必要时可与工程公司或设计方协商沟通后提出相关设计条件。设计单位和制造单位的职责和GB151-1999相比，对设计单位和制造单位的职责规定更加细化，设计、制造、检验文件的出具和保存等规定更加详细、明确，以保证热交换器的风险可控。工艺计算增加了热交换器工艺计算的通用基本要求，在保证设备安全的前提下，体现热交换器设备工艺性能要求、节能减排的国策。明确了热交换器工艺设计的设计条件、计算要求、计算结果。以资料性附录的形式给出管壳式热交换器无相变传热的计算内容，相应参照TEMA,给出物性数据，方便设计计算。用户和设计委托方的职责工艺计算选材原则进行了调整，与GB150.2-2011和《固容规》协调一致圆筒及封头的选材进行了调整，与GB150.2-2011协调一致带凸肩的管板、内孔焊管板和管箱平盖允许采用板材制造，并提出有关规定增加了衬层结构使用场合的限制更新了换热管引用标准，与GB150.2-2011协调一致列入了强化传热管的引用标准，并提出有关规定材料部分考虑到带凸肩的管板一般用于压力较高、易燃、易爆以及毒性程度为极度危害的场合，对管板的要求较高，管板也较厚。为避免凸肩处材料夹渣、分层危害，GB151-1999规定4.3.1.2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。4.3.1.3厚度达与60mm的管板，宜采用锻件。GB151-2014取消了“厚度达与60mm的管板，宜采用锻件”的要求，允许用板材制作带凸肩的管板；带凸肩的管板、内孔焊的管板应满足GB150.3中5.9.3的要求（提出抗层状撕裂的附加要求），厚度方向性能级别应不低于GB5313中Z25级（厚度方向性能钢板：硫含量、断面收缩率等）。在保证设备安全的前提下，降低了管板的造价。适用参数范围我国GB151-1999的规定公称直径DN≤2600mm公称压力PN≤35MPa且公称直径和公称压力的乘积不大于1.75×104

超过上述参数范围的换热器也可参照GB151进行设计和制造随着装置大型化的发展，标准也需要与时俱进。设计压力不大于35MPa公称直径不大于4000mm设计压力（MPa）和公称直径（mm）的乘积不大于2.7×104

公称直径大于4000mm的管壳式换热器也可参照GB151进行设计和制造超出1.5条范围的管壳式热交换器，可参照本标准进行建造适用参数地变化反映了工业装置大型化对热交换器大型化的需求变化，也反映了装备制造业技术进步的历程换热器的型号表示方法(GB151-1999)×××Ⅰ（或Ⅱ）换热器的型号表示方法(GB/T151-2014)GB151-1999和GB151-2014部件分类代号对比

部件分类代号（GB151-2014）取消“I”壳体结构（一侧为封头的壳体），由“E、F、J、H、K、X”型式予以体现,表示这些结构均适用U形管式；增加了穿流壳体型式；“Q”（单进单出冷凝器壳体）合并至“E”型式（单进单出换热器壳体），并修改“E”型式包含“O”型式（外导流筒）；釜式重沸器图中增加了U形管束的结构前端结构前端结构A、B均为可拆管箱结构，两者的不同之处是管箱端部结构：结构A管箱端部结构为平盖结构，采用螺栓连接结构B管箱端部结构为封头结构，采用焊接连接结构A的优点：清洗管头时不用拆卸管箱，不拆装管箱与外部管线的连接，不影响工艺管线；结构A的缺点：管箱空间小、操作条件差，对小直径、多管程的设备更为明显。前端结构C和N为管箱与管板采用焊接连接结构，减少管板与管箱、壳体的可拆密封连接，可适用于单侧或两侧高参数或高危害介质等场合，连接可靠：管箱端部可采用平盖连接，也可采用封头连接；结构C的优点：管束可拆，适用于壳程需机械清洗的场合；前端结构D是管程高压的典型结构，管箱与管板焊接连接或整体锻制，管箱端部采用高压密封结构壳体单程壳体(E)带纵向隔板的双程壳体(F)分流壳体(G)双分流壳体(H)无隔板分流壳体(J)釜式重沸器壳体(K)穿流壳体(X)

特点:与TEMA相对应，便于标准互认在壳体(E)中增加了外导流筒结构E、F、G、H、J、X中图形右侧增加了代表封头虚线，均适用于U形管式后端结构后端结构共8种第一类后端结构代表了固定管板式热交换器结构（L、M、N）第二类后端结构代表了填料函式、浮头式、U形管式热交换器结构，管束可轴向自由膨胀

后端结构（L、M、N）分别对应前端结构（A、B、N）壳程不需要机械清洗管、壳程金属壁温差异较大时，需设置膨胀节壳程高压时，应考虑设置膨胀节的风险后端结构

后端结构（S、T）为两种常见浮头式结构两者适用于管壳程需进行机械清洗的场合，布管方式采用正方形或转角正方形T形结构在不拆卸后端结构的情况下即可抽出管束在相同的布管限定圆要求前提下，浮头式换热器直径更大锻件较多，经济型较差壳程介质存在应力腐蚀倾向时，着重考虑选材S形结构的钩圈为剖分结构，结构刚度较差后端结构

后端结构（P、W）为填料函式结构P形结构只密封壳程介质，W形结构分隔密封管、壳程介质，填料密封为外密封结构，因此填料函式适用于壳程低参数、壳程介质泄漏对环境无危害的场合

后端结构U为U形管式结构设备只有一块管板，适用于管壳程温差较大的场合管板可与管箱、壳体法兰连接或焊接连接尤其适合管程高压的场合不适合于管程需要进行机械清洗的场合或需要考虑管程介质对弯管段的冲蚀腐蚀的场合对于小直径设备，堵管对设备的工艺性影响较大平盖管箱，公称直径500mm，管程和壳程设计压力均为1.6MPa，公称换热面积54m2，碳素钢换热管符合NB/T47019的规定,外径25mm，管长6m，4管程，单壳程的钩圈式浮头换热器，其型号为AES500-1.6-54-6/25-4Ⅰ封头管箱，公称直径700mm，管程设计压力为2.5MPa，壳程设计压力均1.6MPa，公称换热面积200m2，碳素钢换热管符合NB/T47019的规定,外径25mm，管长9m，4管程，单壳程的固定管板式头换热器，其型号为

BEM700-2.5/1.6-200-9/25-4Ⅰ换热器的型号表示方法封头管箱，公称直径500mm，管程设计压力为4.0MPa，壳程设计压力为1.6MPa，公称换热面积75m2，不锈钢换热管符合GB13296的规定,外径19mm，管长6m，2管程，单壳程的U形管式换热器，其型号为

BIU500-4.0/1.6-75-6/19–2Ⅰ平盖管箱，公称直径600mm，管程和壳程设计压力均为1.0MPa，公称换热面积90m2，低合金钢换热管符合NB/T47019的规定,外径25mm，管长6m，2管程，双壳程的填料函浮头换热器，其型号为

AFP600-1.0-90-6/25–2/2Ⅰ换热器的型号表示方法换热器的型号表示方法平盖管箱，管箱内直径600mm，圆筒内直径1200mm，管程设计压力2.5MPa，壳程设计压力1.0MPa，公称换热面积90m2，碳素钢换热管符合GB9948高级的规定,外径25mm，管长6m，2管程的可抽式釜式重沸器，其型号为AKT600/1200-2.5/1.0-90-6/25–2Ⅱ封头管箱，公称直径1200mm，管程设计压力为2.5MPa，壳程设计压力均为1.0MPa，公称换热面积610m2，碳素钢换热管符合GB9948高级的规定,外径25mm，管长9m，4管程，无隔板分流壳体的钩圈式浮头冷凝器，其型号为BJS1200-2.5/1.0-610-9/25-4Ⅱ封头管箱，公称直径800mm，管程和壳程设计压力均为0.6MPa，公称换热面积150m2，较高级H68A铜换热管符合GB/T1527的规定，外径22mm，管长6m，4管程，单壳程固定管板式换热器，其型号为BEM800-0.6-150-6/22Cu-4b3≥0.25d管壳式热交换器壳程流体的无相变传热效率、引发流体诱导振动的成因及换热管与管板强度胀的质量核心在于换热管的精度等级及与其匹配的折流板（支持板）管孔和管板管孔的精度。Ⅰ级管束换热管精度符合NB/T47019.1~NB/T47019.8中热交换器用管的要求。Ⅱ级管束GB5310、GB9948中的冷拔（轧）高级钢管新版151Ⅰ级管束的换热管与管板管孔的配合精度达到TEMA技术要求；Ⅱ级管束达到GB151-1999Ⅰ级管束的要求。管束要求换热管

不允许采用流体输送用钢管作为换热管（GB/T8163、GB/T14976、GB/T12771）增加了镍、锆及其合金允许采用焊接管、高效换热管对钢制管束换热管的精度要求重新进行Ⅰ、Ⅱ级分类。原来GB151是有一个矛盾的地方，在表10中没有直径55mm的换热管，但在表11中又出现了直径55mm的换热管。标准中Φ19换热管外径公差及与管板配合精度的对比管孔的配合原则钢制Ⅰ级管束按NB/T47019.1~NB/T47019.8《锅炉、热交换器用管订货技术条件》和TEMA的标准配合钢制Ⅱ级管束采用国内钢管标准高精度级，相当于GB151-1999钢制Ⅰ级管束配合要求铝换热管得外径偏差基本和高精度级钢管相同，而铝管和管板以胀接连接为主，所以管子与管板孔的配合上采用了钢制Ⅰ级管束的配合。由于铝比铝合金相对软一些，胀接难度较大，管板折流板管孔的允许偏差稍严。ＧＢ／Ｔ８８９０－２００７铜合金管全部为负偏差，铜合金换热管与管板基本上采用胀接，为避免过胀，管板孔的名义尺寸及允许偏差比钢制Ⅰ级管束更小。钛换热管与管板一般采用焊接加贴胀。在保证采用钢制Ⅰ级管束配合间隙的前提下给出了与钛管配合的管板孔和折流板孔的名义尺寸和允许偏差。镍、锆及其合金换热管与管板的配合间隙与钛管基本相当。Ⅰ级管束管板的管孔公称直径及允许偏差GB151-2014Ⅰ级管束管板的管孔公称直径及允许偏差GB151-1999Ⅱ级管束管板的管孔公称直径及允许偏差GB151-2014Ⅱ级管束管板的管孔公称直径及允许偏差GB151-1999铝和铝合金换热管的管板管孔直径及允许偏差GB151-2014铝换热管的管板管孔直径及允许偏差GB151-1999铝合金换热管的管板管孔直径及允许偏差GB151-1999铜和铜合金换热管的管板管孔直径及允许偏差GB151-1999铜合金换热管的管板管孔直径及允许偏差GB151-2014铜换热管的管板管孔直径及允许偏差GB151-2014钛和钛合金换热管的管板管孔直径及允许偏差GB151-1999钛和钛合金换热管的管板管孔直径及允许偏差GB151-2014镍和镍合金换热管的管板管孔直径及允许偏差GB151-2014锆和锆合金换热管的管板管孔直径及允许偏差GB151-2014管板孔与换热管间隙对比折流板孔与换热管间隙对比GB151-2014关于管孔GB151-2014关于折流板管孔和支持板管孔GB151-1999关于特种材料折流板管孔管箱平盖厚度计算无分程隔板时的管箱平盖厚度计算公式操作时：预紧时：有分程隔板时的管箱平盖厚度计算公式挠度校核y≤[Y]DN≤600mm，[Y]=0.8mm；DN>600mm，[Y]=DN/800mm，且不大于2.0mm。GB151-1999DN≤600mm，Y=0.75mm；DN>600mm，Y=DN/800mm。GB151-1999GB151-1999用挠度的推荐值直接代入，新版标准改成公式计算；对于大直径的管壳式换热器，提高了要求。最小厚度（包括了圆筒、凸形封头）GB151-1999碳素钢、低合金钢制圆筒的最小厚度高合金钢制圆筒的最小厚度在GB151-2014中考虑了分程隔板双面处于介质的腐蚀环境，双面腐蚀减薄的危害毋庸置疑。分程隔板的名义厚度应不小于下表的规定。GB151-1999管箱分程隔板的最小厚度GB151-2014管箱分程隔板的最小名义厚度GB151-1999管箱分程隔板GB151-20146结构设计7设计计算换热管与管板的连接方式采用以下型式或其组合：强度胀接贴胀全强度焊接部分强度焊接密封焊接内孔焊接全强度焊接接头限定焊角高不得小于换热管壁厚的1.4倍；部分强度焊接接头限定焊角高不得小于换热管壁厚的1.0倍；强度胀接强度焊接胀焊并用内孔焊规定了胀度的要求k----胀度（管壁减薄率），%；d1----换热管胀前内直径，mm；d2----换热管胀后内直径，mm；δ----换热管壁厚，mm；b----换热管与管板管孔的径向间隙（管孔直径减换热管的外径），mm；GB151-1999GB/T151-2014内孔焊适用于换热管轴向载荷较大及避免间隙腐蚀的场合对接接头应为全焊透的结构型式对接接头的拉伸许用应力应不小于换热管和管板材料许用应力较小值的0.85倍强度焊接及内孔焊接接头应按NB/T47014（JB/T4708）进行焊接工艺评定GB151-2014GB151-1999管板的设计管板的修订内容管板厚度影响管板应力的因素管板设计中的几个重要参数管板的连接方式U形管换热器管板计算浮头式和填函式换热器管板计算GB151中带膨胀节固定式换热器管板计算方法的改进GB151固定式换热器管板应力计算与校核方法的改进固定式换热器管板计算双管板计算波纹管换热器管板计算拉撑管板计算挠性管板计算管板的修订管板计算的编写方法重新进行了调整将管板的最小厚度、管板有效厚度纳入；增加了不同管子排列方式的隔板槽面积Ad计算公式；调整了换热管轴向许用压缩应力的安全系数；改变了U形管换热器的计算参数：由1/ρt改为ρt；明确了填料函式换热器的计算方法仅适用于P型后端结构形式；对浮头式、填料函式换热器的计算用GWE曲线进行了重新计算、绘制；对于固定管板换热器，考虑了膨胀节内壳体压力的轴向作用载荷对管板等各元件应力的影响，修改了计算公式；管板的修订增加了固定管板换热器设计条件的危险组合工况：壳程、管程压力同时作用下的两种组合工况；对于固定管板换热器的计算方法，为使管板应力计算更符合实际情况，调整了其适用参数范围及管板最大应力计算内容：——以计算公式替代了C′、C″、ω′、ω″曲线图——以全新的fr曲线图替代了Gli、Gle曲线图相应调整了计算表格的内容更新了全部曲线图增加了双管板设计要求增加了换热管为波纹管时管板的设计计算a型：管板通过螺柱、垫片与壳体法兰和管箱法兰连接b型：管板直接与壳程圆筒和管箱圆筒形成整体结构c型：管板与壳程圆筒连为整体，其延长部分形成凸缘被夹持在活套环与管箱法兰之间d型：管板与管箱圆筒连为整体，其延长部分形成凸缘被夹持在活套环与壳体法兰之间e型：管板与壳程圆筒连为整体，其延长部分兼作法兰，用螺柱、垫片与管箱连接f型：管板与管箱圆筒连为整体，其延长部分兼作法兰，用螺柱、垫片与壳体法兰连接管板的连接形式管板的最小厚度管板与换热管采用胀接连接时，管板的最小厚度δmin（不包括腐蚀裕量）按如下规定：易爆及毒性程度为极度危害、高度危害的介质场合，管板的最小厚度应不小于换热管外径d；其他场合的管板最小厚度d≤25时，δmin≥0.75d；25<d<50时，δmin≥0.70d；d≥50时，δmin≥0.65d。管板与换热管采用焊接连接时，管板的最小厚度应满足结构设计和制造要求，且不小于12mm。复合钢板覆层最小厚度及相应要求管板与换热管焊接连接的复合钢板，其覆层的厚度应不小于3mm。对有耐腐蚀要求的覆层，还应保证距覆层表面深度不小于2mm的覆层化学成分和金相组织符合覆层材料标准的要求；采用胀接连接的复合钢板，其覆层的厚度应不小于10mm，并应保证距覆层表面深度不小于8mm的覆层化学成分和金相组织符合覆层材料标准的要求。管板有效厚度整体管板的有效厚度管板的有效厚度系指管程分程隔板槽底部的管板厚度减去下列二者厚度之和：管程腐蚀裕量超过管程隔板槽深度的部分；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者。复合管板的有效厚度覆层与基层的结合要求符合标准规定时（堆焊或爆炸复合），其覆层厚度可计入复合管板的有效厚度中，当覆层材料的强度低于基层材料时，应以覆层当量厚度计入复合管板的有效厚度中。当量厚度为影响管板设计（应力）的实际因素管束对管板的支撑作用；管孔对管板的削弱作用；管板周边不布管区的折算方法；法兰变形时，其横截面的形状不变，而只是环绕截面形心的转动；壳壁的轴向位移和管束、管板系统的轴向位移应在管板周边处协调一致；管板周边的转角，应受壳体、法兰、管箱、螺栓、垫片系统的约束，其转角在连接部位处应协调一致；当管板兼作法兰时，考虑了法兰力矩的作用对管板应力的影响。为了保证密封，对于延长部分兼作法兰的管板，还须校核法兰应力，此时计算法兰力矩时考虑了管板和法兰共同承受外加力矩，因而法兰所承受的力矩将有所折减；压力和法兰力矩引起的管板应力为一次弯曲应力，壳体与管子的温度膨胀差引起的管板应力为二次应力。管板设计中的几个重要参数金属温度：对于换热器的圆筒和换热管沿轴向是变化的，一般只能取圆筒和换热管沿轴向金属温度的平均值。主要取决于环境、流体温度以及各侧的换热系数，通过传热计算确定。沿长度平均的壳程圆筒金属温度和换热管金属温度对于固定管板式换热器的设计具有重要的影响，他们与壳程圆筒和换热管材料的热膨胀系数一起决定了圆筒和换热管之间的热膨胀差大小，从而影响了管板的计算应力和厚度、圆筒和换热管的轴向应力、管板与换热管的连接拉脱力等。管板布管区当量直径：布管区是一个不规则多边形，用一个当量圆形布管区去代替不规则多边形布管区，当量直径的取值应使管子对管板的支承作用面积相等。每根管子对管板的支承作用面积：三角形排列时，以管孔圆心为中心、以中心距S为其内切圆直径的正六边形面积，0.866S2；正方形排列时，以管孔圆心为中心、以中心距S为边长的正方形面积，S2

管板设计中的几个重要参数布管区范围内未能被换热管支承的面积管子加强系数（固定管板换热器）管束模数——反映了管束作为弹性基础对管板的加强作用管板周边不布管区无量纲宽度ρt管板布管区的当量直径和直径2R之比浮头、填料函固定管板增加了转角三角形和转角正方形两种排列方式下隔板槽面积的计算方法隔板槽面积——因设置隔板槽和拉杆结构的需要，而未能被换热管支承的面积。

U形管换热器管板的计算方法U形管换热器管板的计算方法（a型）ρt代替了1/ρtρt——管板布管区当量直径Dt与直径2R之比GB151-2014GB151-1999U形管换热器管板的计算方法（b、c、d型）壳程圆筒壳常数管箱圆筒壳常数壳程圆筒与法兰的旋转刚度参数管箱圆筒与法兰的旋转刚度参数管板边缘旋转刚度参数旋转刚度无量纲参数开孔前的抗弯刚度U形管换热器管板的计算方法（b、c、d型）由和ρt查得Cc、Ce、CM确定管板设计压力计算管板中心处、布管区周边处、管板边缘处的径向应力计算换热管轴向应力U形管换热器管板的计算方法（e、f型）对于e型连接方式对于f型连接方式由和ρt查得Cc、Ce、CM计算管板中心处、布管区周边处、管板边缘处的径向应力

基本法兰力矩

按照GB150.3-2011第7章确定操作工况下

的法兰力矩

计算不同工况下法兰的预紧力矩Mfo三种作用工况计算法兰预紧力矩Mfo引起的在管板中心处、布管区周边处、管板边缘处的径向应力计算不同工况下法兰的设计力矩Mws计算管板延长部分的法兰应力GB151-2014表7-8GB151-2014表7-9GB151-2014表7-10浮头式与填函式换热器的管板计算浮头式与填函式换热器的管板计算管板布管区开孔后的面积管束模数管束无量纲刚度确定管板设计压力对于浮头式换热器(S、T型后端结构)对于填函式换热器(P型后端结构)计算无量纲压力浮头式换热器管板计算仅适用于a型管板；b、c、d型管板按JB4732管板计算厚度对于浮头式换热器(S、T型后端结构)对于填函式换热器(P型后端结构)换热管与管板连接拉脱力对于W型后端结构型式填函式换热器管板，不必进行本节设计应力校核浮头式与填函式换热器的管板计算固定管板式热交换器管板计算方法固定管板式换热器管板计算固定管板式换热器管板计算的适用范围b、c型连接方式的不带法兰的管板；e型连接方式的延长部分兼作法兰的管板；管板周边不布管区较窄，参数范围：

K<2.0时，k≤1.0且ρt≥0.7；

K≥2.0时，k≤1.0且ρt≥0.8。设计条件的危险组合固定管板式换热器管板计算确定管板布管方式和各元件结构尺寸计算下列参数壳程圆筒内直径横截面积管板开孔后的面积圆筒壳壁金属横截面积管束模数壳体不带波形膨胀节时，换热管束与圆筒的刚度比固定管板式换热器管板计算延长部分兼作法兰的管板计算下列参数壳体法兰或管箱法兰的宽度管束周边不布管区无量纲宽度换热管加强系数壳程圆筒壳常数管箱圆筒壳常数固定管板式换热器管板计算壳程圆筒与法兰的旋转刚度参数管箱圆筒与法兰的旋转刚度参数旋转刚度参数旋转刚度无量纲参数查图（管板第一弯矩系数）计算GB151-2014图7-12GB151-2014图7-13固定管板式换热器管板计算查图得出m2或者m2/Qex

对于延长部分兼作法兰的管板，查图计算法兰力矩折减系数法兰力矩变化系数管板边缘力矩变化系数计算（管板第二弯矩系数）GB151-2014图7-14a）GB151-2014图7-14b）固定管板式换热器管板计算换热管与壳程圆筒的热膨胀变形差当量压力组合有效压力组合边界效应压力组合边界效应压力组合系数基本法兰力矩系数管程压力操作工况下的法兰力矩系数管板边缘力矩系数固定管板式换热器管板计算1）m≥0.9，计算frb2）0.3≤m<0.9（即K<1.5时，m>0.2，K≥1.5时，m>0.3），确定fri、frb管板边缘剪切系数管板周边总弯矩系数确定fr3）-3≤m<0.34）m<-3（管板径向弯矩系数）（管板布管区周边的径向弯矩系数）管板布管区内部的最大径向弯矩系数固定管板式换热器管板计算确定G1值管板最大径向应力系数管板径向应力系数管板最大径向应力管板布管区周边剪切应力系数管板布管区周边剪切应力壳程圆筒轴向应力换热管轴向应力（位于管束周边处换热管轴向应力）换热管与管板连接的拉脱力固定管板式换热器管板计算对于延长部分兼作法兰的管板，还应校核延长部分的法兰应力壳体法兰力矩系数接受准则1）管板布管区内部的最大径向弯矩系数1≤K≤6时，查图获得fri当K超过曲线范围，K<1时，K>6时，2）边缘弯矩折减系数当ρt<0.8则以ρt=0.8计算k和管板布管区周边的径向弯矩系数固定管板式换热器管板计算fri、frb的确定固定管板式换热器管板计算fri、frb的确定换热管稳定许用压应力[σ]cr的计算壳程圆筒分段时的管板计算端部壳程圆筒与中部壳程圆筒材料的弹性模量的差别在工程允许范围内端部壳程圆筒与中部壳程圆筒的中面重合在壳程压力作用下，由于壳程端部与中部圆筒厚度差在连接处会产生边缘效应，但其所引起的壳程圆筒轴向位移与相应的轴拉力引起的轴向位移相比可以略去