化工设备机械基础（设备部分）教案

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GB151中有色金属主要用于换热管及复合板的复层，使用时有如下要求：

对于铝及铝合金，其设计压力不大于8Mpa。设计温度为-269~200℃，并且当设计温度高于65℃时，不宜选用含镁量大于3%的铝镁合金。

对于铜及铜合金，应在退火状态下使用，纯铜的设计温度不高于150℃，铜合金的设计温度不高于200℃。

对于纯钛合金，其设计温度不高于300℃。钛复合板设计温度不高于350℃。 对管板、平盖、法兰的选材要求。 4．锻件

当选用锻件制造管板、平盖和法兰时，锻件的级别不得低于JB4726和JB4728中规定的Ⅱ级。如管板与筒体采用带凸臂的对接结构时，带凸臂的管板要用锻件。当管板厚度大于60mm时，最好采用锻件。

5．复合钢板（解释该名词）

管板和平盖可以采用堆焊、轧制或爆炸复合板。管程压力不为真空时，平盖也可以采用衬层结构。复合板的选用要求如下。

不锈钢复合板可选用GB/T8165，这时管板选用Ⅰ级；也可以选用JB4733，这时管板选用BⅠ级，平盖不低于BIII级。（如管板与管子采用强度胀加密封焊结构或能保证复合板的未结合部分钻孔时去除，则可降低一级选用）。

钛-钢复合板按GB/T8547选用。管板选用B0级（如管板与管子采用强度胀加密封焊结构或能保证复合板的未结合部分钻孔时去除，则可降低一级选用），平盖不低于BI级或BRI级。

铜-钢复合板按GB/T13238选用。要求管子与管板的连接采用强度胀或强度胀加密封焊结构。

6．用于制造长颈法兰的钢板（解释长颈法兰）

当长颈法兰用钢板制造时，钢板必须同时满足以下要求：

钢板不得有分层等缺陷，并按JB4730作超声检测，不低于Ⅲ级； 法兰的周向必须为钢板的轧制方向；

将钢板弯制成法兰环的对接接头需要采用全焊透结构，并作焊后热处理，进行100%无损检测，射线检测符合JB4730的Ⅱ级，超声波检测符合JB4730Ⅰ级为合格。

7．对低温管壳式换热器的材料要求

低温管壳式换热器：对于设计温度低于等于-20℃的钢制低温管壳式换热器，由于环境温度的影响，壳体温度低于等于-20℃的管壳式换热器及虽在“低温、低应力工况”下工作但设计温度加50℃后仍低于-20℃的管壳式换热器统称为低温管壳式换热器。

低温管壳式换热器的设计、制造、检验更为严格。对其材料要求也更为严格，具体如下述。 低温管壳式换热器的受压元件必须为镇静钢。

直接与受压元件相焊的非受压元件用钢应有良好的焊接性能。如非受压元件承受较大载荷需作强度计算，则其韧性要求应与受压元件相同。

用于低温换热器壳体的钢板厚度大于20mm时，应按JB4730逐张进行超声检测，不低于Ⅲ级。 低温换热器用钢应按进行冲击试验抽样检查。冲击试验温度应低于或等于壳体或受压元件的最低温度(对于低应力工况时,低于等于最低设计温度加50℃)。冲击试验温度不应低于相应钢材的最低冲击试验温度。表7-3、表7-4、表7-5（教材P190）分别为低温换热器低合金钢钢板冲击试验温度、低温换热器碳素钢和低合金钢钢管最低冲击试验温度、低温换热器碳素钢和低合金钢锻件最低冲击试验温度的规定。

钢材在冲击试验温度下冲击功指标应符合表7-6（教材P191）的要求。

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第二节 管壳式换热器的制造、检验要求

作为压力容器管壳式换热器制造、检验及验收应符合GB150的要求，但同时也要符合换热器本身的特殊要求。

一、焊接接头分类

与一般压力容器类似，管壳式换热器也将主要受压部分的焊接接头分为A、B、C、D四类，如图7-1所示（教材P192）。

A类接头为筒体、前后管箱或膨胀节的轴向焊缝；

Ｂ类接头为筒体、前后管箱或膨胀节的周向焊缝或带径发兰与接管的对接环向焊缝； Ｃ类接头为筒体或前后管箱与无径发兰或无径发兰与接管的平焊环向焊缝； Ｄ类接头为接管与筒体或前后管箱的环向焊缝。 二、零部件制造要求 1．管箱与壳体

壳体内径允许偏差：

对于用板材卷制的壳体，起内径允许偏差可通过控制外圆周长的方式加以控制，外圆周长的允许上偏差为10mm，下偏差为零。 2．圆度：

壳体同一断面上的最大直径和最小直径之差e应符合以下要求：

对于公称直径DN（以mm为单位）不大于1200mm的壳体：e≤min（0.5%DN，5）mm；对于公称直径DN（以mm为单位）大于1200mm的壳体：e≤min（0.5%DN，7）mm。 3．直线度：

壳体沿圆周0°、90°、180°、270°四个部位（即通过中心线的水平面和垂直面处）测量的壳体直线度允许偏差应满足以下要求：

当壳体总长L≤6000mm时，直线度允许偏差≤min (L/1000，4.5) mm； 当壳体总长L＞6000mm时，直线度允许偏差≤min (L/1000，8) mm。

热处理要求`：碳钢、低合金钢制的焊有分程隔板的管箱和浮头平盖、侧向开孔超过1/3圆筒内径的管箱，焊后需作清除应力处理，有关密封面在热处理后加工。 4．其它要求：

壳体在制造中应防止出现影响管束顺利安装的变形。有碍管束装配的焊缝应磨至与母材表面平齐。接管、管接头等不应伸出管箱、壳体的内表面。 （解释圆度、直线度） 5．换热管

（1）换热管的拼接：

当换热管需拼接时其对接接头应作焊接工艺评定。对于直管，同一根换热管的对接焊缝不得超过一条；对于U形管，对接不得超过两条，拼接管段的长度不得小于300mm，U形管段及其相邻的至少50mm直管段范围内不得有拼接焊缝。

换热管拼接接头的对接错边量不超过管壁厚度的15%，且小于0.5mm，拼接后的直线度以不影响穿管为准。

对接后的换热管按表7-7选取钢球直径进行通球检查，以钢球通过为合格

换热管拼接接头应进行射线抽样检测，抽样数量应不少于接头数量的10%且不少于一条，满足JB4730中的Ⅱ级为合格，如有一条焊缝不合格，则应加倍抽样，仍出现不合格焊缝时，则应100%检查。。对接后的换热管应以2倍的设计压力为试验压力进行液压试验。

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表7-7 焊接接头通球检查

换热管外径d 钢球直径 注：di——换热管内径。

d≤25 0.75di 25＜d≤40 0.8di d＞40 0.85di

（2）U形管的弯制：

U形管一般应采用冷弯，弯管段的圆度偏差应不大于换热管名义外径的10%，弯曲半径小于2.5倍换热管外径的U形管，弯管段圆度偏差可取不大于换热管名义外径的15%。

有耐应力腐蚀要求时，对碳钢和低合金钢管的冷弯U形管弯管及与弯管相邻的至少150mm直管段进行清除应力处理。 6．管板 （1）拼接：

管板允许拼接，拼接焊缝应采用焊透的对接接头，并进行100%射线或超声波检测，射线检测不低于JB4730中的Ⅱ级为合格。拼接后的管板应作清除应力处理 （2）板的堆焊：

如采用堆焊复合钢板，在堆焊前要作堆焊焊接工艺评定。基层材料的待堆焊面和复层材料加工后钻孔前的表面，按JB4730进行表面检测，不得有裂纹和排气孔，并应符合Ⅱ级缺陷显示。不得采用在换热管和管板焊接后，再在桥间空隙堆焊的方法进行堆焊。 （3）管孔及孔桥宽度：

管板上管孔直径及允许偏差要求见第四章。

在终钻一侧管板表面，管板上相邻两孔桥宽度B及与最小孔桥宽度Bmin，对钢制Ⅰ级管束按表7-8规定；对钢制Ⅱ级管束按表7-9规定；对其它情况按式（7-1）或（7-2）计算。 B?(s?d)??1

Bmin?1(s?d)?c1 2式中：

S——相邻两管孔中心距，mm； d——管孔直径，mm；

Δ1——孔桥偏差，Δ1=22Δ2+C，mm； Δ2——钻头偏差量，Δ2=0.0016×δ，mm； δ——管板厚度，mm； C——附加量，mm；

换热管名义外径d0＜16mm时；C=0.508mm； 换热管名义外径d0≥6mm时；C=0.762mm； C1——附加量，mm；

换热管名义外径d0≤32mm时；C1=0.1mm； 换热管名义外径d0＞32mm时；C1=0mm。

换热管与管板采用胀接连接时，管孔表面不应有影响胀接紧密性的缺陷，管孔表面粗糙度Ra值不大于25μm。

（4）换热管与管板连接

换热管与管板连接前，应将连接部位的换热管与管板孔桥清理干净。如为强度焊焊接接头，施焊前应作焊接工艺评定。

换热管与管板胀接时，其胀接部位不应伸出管板背面（壳程侧），且胀接部分与非胀接部分应圆滑过渡。

7．折流板（支持板）

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折流板（支持板）的管孔要求见第四章。其外圆表面粗糙度Ra值不大于25μm,外圆表面两侧尖角倒钝.折流板(支持板)上应无任何毛刺。 8．管束

在组装过程中，应避免换热管受损伤。因此要求管束组装是拉杆上的螺母必须紧固；穿管不应强行敲打；换热管除与管板相焊外不得与其它任何零件相焊。管束在吊装时应有有效措施防止管束 9．压力试验

压力试验的目的 是为了检验压力容器在超工作压力下的宏观强度及焊缝及其他连接部位的致密性。管壳式换热器的试压要求与一般压力容器相同，按GB150规定，但其方法与其他压力容器有明显不同。 （1）固定管板式换热器的压力试验

固定管板式换热器要按如下顺序进行压力试验：

先壳程试压，检查壳程受压元件、焊缝及连接部位，同时检查换热管与管板的连接接头。再进行管程试压，检查管程受压元件、焊缝及连接部位。

（2）U形管换热器、U形管釜式重沸器及填料函式换热器的压力试验。

对这些换热器的压力试验，要按如下顺序进行：

先用试压环进行壳程试压，检查壳程受压元件、焊缝及连接部位，同时检查换热管与管板的连接接头。再进行管程试压，检查管程受压元件、焊缝及连接部位。 （3）浮头式换热器、浮头釜式重沸器的压力试验

对浮头式换热器、浮头釜式重沸器先用试压环和浮头专用试压工装对壳程进行试压（如为釜式重沸器还应配试压专用壳体），检查管板及换热管与管板的连接接头。再拆掉试压环，装上浮头盖，进行管程试压，检查管程受压元件、焊缝及连接部位。 （4）按压差设计的换热器

对于按压差设计的管壳式换热器，应按如下顺序试压： 先按图样规定的最大试验压力差进行壳程试压，检查换热器与管板的连接接头。然后装配好换热器，按图纸规定的试验压力和步进程序对管程和壳程进行步进试压，检查管程、壳程受压元件、焊缝及连接部位。

（5）管程试验压力大于壳程试验压力时的试压

当管程试验压力大于壳程试验压力时，检查换热管与管板的连接接头发生困难，通常采用如下方法处理：

提高壳程试验压力：

由于设计时壳程元件都有一定的裕量，故可提高壳程压力至管程试验压力相同，然后按正常试压顺序试压。此时必须对壳程元件按提高压的压力进行压力试验校核。 （6）用高渗透性介质进行壳程试压：

当管程压力比壳程压力大得多或无法提高壳程试验压力时，可采用高渗透性介质如氨、氟利昂等进行壳程试验，以检查换热管与管板的连接接头。据介绍，0.1MPa的氟利昂具有相当于2MPa的空气的检漏能力；0.1MPa的氨气具有16MPa的水的检漏能力。采用这种方法应由供需双方商定，在试压前对壳程进行正常水压试验并用压缩空气做气密性试验。 改变管板设计压力：

有时也可以将管板的设计改为按压差设计的方法来解决管程压力高于壳程压力的试压问题。

第三节 设计图纸应提出的要求

为保证管壳式换热器的生产质量，确保换热器的使用安全性，在管壳式换热器的设计图纸上应提出相关的技术要求。

一、管壳式换热器装配上的技术要求

在管壳式换热器的装配图上，应提出换热器制造、检验、验收的依据及接受检验的规程、焊接及其

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检验要求、压力试验与致密性试验要求、管板密封面与壳体轴线的垂直度要求、重要的装配要求、热处理要求、包装运输要求及管口支座方位等。

管壳式换热器装配图上还应有说明换热器管程与壳程设计压力、工作压力、设计温度、工作温度、介质及其特性、换热面积等特性的技术特性表；说明换热器各管口连接尺寸、标准、密封面以及管口用途的管口表。

管壳式换热器装配图技术要求、技术特性表及管口表范例可参见书后附图一。 另外，以下的特殊要求也应在技术要求中反应出来：

按压差设计的换热器压力试验时升、降压的具体要求；当管程设计压力大于壳程设计压力时，检查换热器与管板连接接头的试验方法和压力；换热管不允许拼接的要求也应在技术要求中加以说明。 二、管箱的技术要求

在管箱的技术要求中应提出焊接及其检验要求、热处理要求、密封面加工要求、管口方位要求等。 典型的管箱技术要求见书后附图二。 三、管板的技术要求

管板的技术要求中，应包括管板密封面与轴线的垂直度公差（按GB1184中的9级公差等级选取），管板钻孔后的孔桥宽度要求（按本章第二节中要求确定），螺栓孔要求（螺栓孔中心圆直径及相邻两螺栓孔弦长公差为?0.6mm，任意两螺栓孔弦长公差按表7-10） 表7-10管板任意两螺栓孔弦长公差 换热器公称直径DN，mm ＜600 600～1200 ＞1200 公差，mm ±1.0 ±1.5 ±2.0

如管板为堆焊管板，还应提出如下要求： 堆焊层表面平面度公差（≤1 mm）、堆焊层厚度均匀性要求（最厚与最薄之差≤1mm）、堆焊过度层与表层厚度要求（一般分别不少于3mm）、基层材料堆焊面及加工后的堆焊层表面要求（按本章第二节）。

如管板为锻制管板，应提出锻件要求。

如管板采用拼接结构，按本章第二节提出拼接缝的结构与检验要求。 典型的管板技术要求见附图二。 四、折流板与支持板的技术要求

折流板或支持板的技术要求中应提出板的平整度要求（平整度公差3mm），管孔中心距偏差要求（见表7-11），并应提出钻孔后除去管孔周边毛刺、板外缘两侧倒钝等要求。 表7-11折流板（支持板）管孔中心距偏差 允许4%相邻两管孔中心距管外径 mm ≤38 57 相邻两管孔中心距公差，mm 公差，mm ±0.3 ±0.5 ±0.5 ±0.7 mm ±1 ±1.2 任意两孔中心距偏差 典型折流板（支持板）技术要求见附图二。

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