1、GB 151一1999前 日毖 b本标准系根据国家质A技术监督局1993年“制修订标准项目计划”的安排对GB 151-1989进行修订。本标准依据GB 151-1989实施以来所取得的经验和国内管壳式换热器发展的需要，并参照近期国际同类标准进行了下列变动：1修订了适用参数。2由于增加了铝、铜、钦换热管，故标准名称由钢制管壳式换热器改为管壳式换热器3增加了以下内容：前言；引用标准，附录C（标准的附录）换热管用奥氏体不锈钢焊接钢管；附录D（标准的附录）有色金属设计数据，附录K（提示的附录）壳体与管束间的人口或出口面积的计算4撤消了GB 151-1989中下列内容：附录A膨胀节（补充件）；附录E螺纹
2、换热管（参考件）5修改了平盖,U形管式换热器管板和浮头式换热器浮头法兰的计算公式，给出了孔桥宽度的计算式。6由于I,I级换热器的差别只体现在管束上，将I,I级换热器修订为I,I级管束。除了上述变动外，在各章节中还进行了相应的变动。本标准从实施之日起，同时代替GB 151-1989,本标准的附录A,附录B、附录C、附录D都是标准的附录。本标准的附录E,附录F,附录G、附录H、附录J.附录K都是提示的附录本标准由全国压力容器标准化技术委员会提出，由全国压力容器标准化技术委员会换热设备分委员会归口。本标准的起草单位和起草人：原机械部兰州石油机械研究所：朱巨贤、张延丰、马小珍中国寰球化学工程公司：郑天
3、孙；中石化洛阳石化工程公司：桑培清、李明伟中石化北京石化工程公司：兰文清、李世玉；中石化兰州石油化工设计院：何勇才，中国五环化学工程公司：刘佑义，兰州石油化工机器厂：方祖踢、李晓阳；清华大学：黄克智、薛明德，天津大学：聂清德。参加本标准编制的工作单位及人员有：中石化规划院：黄秀戎、寿比南、顾振铭、王为国、叶乾惠，Gs 151一1999中国通用石化机械工程总公司：画亘I原劳动部职业安全卫生与锅炉压力容器监察局：侯明烈；原化学工业部建设协调司：梁之询；原机械部兰州石油机械研究所：邹建东、陈晓洲。本标准于1989年2月首次发布，1989年9月1日实施。于1999年2月第一次修订。本标准由全国压力容器
4、标准化技术委员会负责解释。中华人民共和国国家标准GB 151一1999管壳式换热器代替GB 151-1989Tubular heat exchangers1范围本标准规定了非直接受火管壳式换热器（以下简称“换热器，）的设计、制造、检验和验收的要求。1.，本标准适用于固定管板式、浮头式、U形管式和填料函式换热器。1.2适用的参数为公称直径DN镇2600mm ;公称压力PN应沿钢板轧制方向切割板条，经弯制对焊成圆环，并使钢板表面成为环的柱面。）圆环的对接接头应采用全焊透结构d)圆环对接接头应经焊后热处理及100射线或超声检测，按JB 4730规定的射线检测I级合格，超声检测I级合格。4.3-2.3
5、复合板GB 151一1999管板、平盖可采用堆焊、轧制或爆炸复合板。当管程压力不是真空状态时，平盖亦可采用衬层结构。复合板可按下列标准选用：a）不锈钢复合钢板按GB/T 8165和JB 4733选用。选用GB/T 8165时，管板选用I级，平盖不低于11级；选用JB 4733时，管板选用B1级，平盖不低于B3级；b)铁一钢复合板按GB/T 8547选用。管板选用BO；平盖不低于B2或BR2,。）铜一钢复合钢板按GB/T 13238选用。作为管板时，应采用强度胀或强度胀加密封焊结构。不锈钢复合钢板和钦一钢复合板制管板，当管孔与换热管采用强度胀加密封焊结构或能保证未结合部分在钻孔去除时，管板所选用
6、的级别可分别比a)和b）规定低一级。4.4换热管4.4.1常用换热管可按下列标准选用a) GB/T 1527铜及铜合金拉制管，b) GB/T 3625换热器及冷凝器用铁及铁合金管，。）GB/T 6893工业用铝及铝合金拉（轧）制管）ld) GB/T 8163(输送流体用无缝钢管）；e) GB/T 8890热交换器用铜合金管；f) GB 9948石m裂化用无缝钢管；g) GB 13296(锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管；h) GB/T 14976流体输送用不锈钢无缝钢管。4.4.2符合本标准附录C（标准的附录）的奥氏体不锈钢焊接钢管可用作换热管，但不得用于极度危害介质的工况。设计参数为；a)设计
7、压力不大于6. 4MPa 1.b）使用温度与相应钢号的无缝管相同。4.4.3允许使用螺纹管（整体低翅片管）和波纹管等强化传热管4.4.4当有成熟使用经验时，也可选用其他牌号或其他材料的换热管。4.5螺柱、螺栓、螺母4.5.1螺栓、螺栓用钢的标准、使用状态及许用应力按GB 150的规定。4.5.2压力容器法兰的螺柱按JB 4707选用。4.5.3螺柱、螺栓的硬度宜比螺母稍高。4.5.4螺柱、螺栓和螺母的组合可按表5选取。表5亩k,Q215-AGB/T 700 l,;35-A3.25DMn,45 GB/T 699 k4n,45:rMoA GB/T 3077 i3 fn,45 GB/T 699 k刃
8、GB 151一1999表5（完）乡-100-500-20-4257 -20-500A r -20-550-70-3501 -20-600-20-400ABC -20-6000 -253-700. -196-700-253-7005设计5.1平盖本设计只适用于螺柱连接的圆形平盖的计算。5.1.1符号Ab实际使用的螺柱总截面积，以螺纹小径计算或以无螺纹部分的最小直径计算，取小者，mm 2 ;DG垫片压紧力作用中心圆直径（按GB 150-1998第9章选取）,mm;dn-螺柱公称直径，mm ;E平盖材料在设计温度下的弹性模量，MPa ;K结构特征系数：一一1. 78WLG 操作时K=(,. 3十二于
9、长一上 ， ir.:8“一一PcD3pDc预紧时K-1. 78WLG ，一J一p.DGP.管程计算压力，MPa ;LG垫片压紧力的力臂，为螺柱中心回直径与DG之差的一半，MM;W-预紧状态或操作状态时的螺柱设计载荷（按GB 150-1998第9章计算）,N;Y平盖中心处的挠度，MM;Y值推荐如下：DN 600mm时，Y一赢，mm沪焊接接头系数；8,平盖计算厚度，MM;Ca设计温度下平盖材料的许用应力，MPa ;Cal常温下平盖材料的许用应力，MPa ;叶玉设计温度下螺柱材料的许用应力，MPa,5.1.2平盖厚度计算GB 151一19995.1.2.1管箱内无隔板时，平盖厚度按式（9)和式（10
10、）计算，取大值。操作时(J ,一Do栋（9）预紧时。一Do糯一（10）5.1.2.2管箱内有隔板时，平盖厚度按式（(9)、式（(10)、式（11）计算，取大值。一IDo f一0. 5ro1仁AL,。) 1 /3 S,=Do后备0. 0435P。+二二上二 T3（11）。气EY“了D己）J5.2管箱5.2.1管箱圆筒（短节）管箱圆筒计算按GB 150-1998第5章的有关规定。其开孔补强的计算按GB 150-1998第8章的有关规定。管箱圆筒的最小厚度按5.3.2的规定。5.2.2管箱的最小内侧深度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按管内直径的1/3;b)多程管箱的内侧深度应
11、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，也可等于每程换热管的流通面积。5.2.3分程隔板5.2.3.1分程隔板的最小厚度应不小于表6的规定表6 mm瑞布牛WifidfAf181010续鹭ro- - - 15 V /I图8图95.2-3.2必要时分程隔板应按式（12）校核。一，丫1. 5 5 a -T（12）式中：s分程隔板厚度，mm;B尺寸系数，按表7查取（中间值用内插法查），Op-隔板两侧压力差值，MPa ,，隔板设计温度下的许用应力，MPa ta,b隔板结构尺寸，mm.GB 151一1999一一，户一一一一一一一一一一一一一表7价一介川5.2-3.3结构
12、a)承受脉动流体或隔板两侧压差很大时，隔板的厚度应适当增厚，或改变隔板的结构；b)大直径换热器隔板应设计成如图8所示的双层结构，C)必要时，分程隔板上可开设排净孔，排净孔的直径宜为6mm ;d)厚度大于l Omm的分程隔板，密封面处应按图9削边至l Omm ,5.3圆筒5.3.1圆筒公称直径a)卷制圆筒的公称直径以400mm为基数，以l OOmm为进级档，必要时，也可采用50mm为进级档；b)公称直径DN700-1 000-G1 500 1 500-2 000-2 600a 5t , U T 8 10 12 14 16.A*f)立式换热器可设置溢流口。5.5换热管5.5.，换热管的长度推荐采用
13、：1.0,1.5,2.0,2.5,3.0,4.5,6.0,7.5,9.0,12.Om,Gs 151一19995.5.2换热管的规格和尺寸偏差常用换热管的规格和尺寸偏差见表100奥氏体不锈钢焊接钢管的规格和尺寸偏差见附录c（标准的附录）。5.5.3 U形管5.5.3.1 U形管弯管段的弯曲半径u形管弯管段的弯曲半径R（见图10）应不小于两倍的换热管外径，常用换热管的最小弯曲半径R.可按表11选取。在图10表10厂GB 151一1999表11 mm一进Rm,卡12 1424 130一：升刽20 22 2540 45 150米35 38 45 50 55 5770 I 76 I 90 1100 11
14、10 11155.5.3.2 U形弯管段弯曲前的最小壁厚按式（13）计算：d、 民=8, (1十于认）(13)一a一，、“4R式中：d换热管外径，MM;R-弯管段的弯曲半径（见图10),mm;氏弯曲前换热管的最小壁厚，MM;8,直管段的计算壁厚,mm,5.5.4换热管的拼接换热管拼接时应符合6.3.3的要求，如不允许拼接时，应在图样中注明。5.5.5螺纹管（整体低翅片管）典型的螺纹管参数和技术要求按JB/T 4722的规定。56管板结构设计5.6，管板有效厚度5.6.1.1整体管板的有效厚度管板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：。）管程腐蚀裕量超出管程隔板槽深度的部
15、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。5.6.1.2复合管板的有效厚度复层与基层的结合要求符合4. 12. 3中对复合管板的规定时，其复层厚度可计人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人复合板的有效厚度中，复层当量厚度按式（14)计算：Cal。 氏笋带8(14)“亡一Qe式中：次复层当量厚度，MM;，Ji设计温度下复层材料的许用应力，MPa ;巨；设计温度下基层材料的许用应力，MPa ;8,复层最簿处的厚度，mm,5.6.2管板最小厚度5.6.2.，管板与换热管采用胀接连接时，管板的最小厚度16.1.（不包括腐蚀裕量）按如下规定：a
16、)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（do);b）用于一般场合时，管板的最小厚度，应符合如下要求：d.O. 75d,2550时Smm妻0. 65d,5.6-2.2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的要求，且不小于12mm,5.6-2.3复合管板复层最小厚度及相应要求a)管板与换热管焊接连接的复合管板，其复层的厚度应不小于3mm。对有耐腐蚀要求的复层，还应保证距复层表面深度不小于2mm的复层化学成分和金相组织符合复层材料标准的要求，GB 151一1999b)采用胀接连接的复合管板，其复层最小厚度应不小于l Omm，并应保证距复层表
17、面深度不小于8mm的复层化学成分和金相组织符合复层材料标准的要求。5.6.3布管5.6.3.，换热管的排列形式换热管标准排列形式见图11,-0-！Glc- C. I 一丫好一声广、 C夕1二！、岔1个、乡声胭1 交夕趁夕UT“一(a）正三角形排列一一(b)转角正三角形排列！硬I、1 1/11 m招I一万让奋狡一Ik一一TT- 1 I r l 1 r、CI、一、一、v、召I(c）正方形排列一(a）转角正方形排列注：流向垂直于折流板缺口图115.6-3.2换热管中心距换热管中心距宜不小于1.25倍的换热管外径，常用的换热管中心距见表12,表12 mm一A 1!4t 4h * db）外径为25mm的
18、换热管，当用转角正方形排列时，其分程隔板槽两侧相邻的管中心距应为32mm X 32mm正方形的对角线长即S.=32沂丁mm o于,_ En图125.6-3.3布管恨定圆GB 151一1999布管限定圆按表13确定。表中：b见图13，其值按表14选取，MM;b,见图13，其值按表15选取，MM;b2见图13, b2= b+1.5,mm;b3固定管板换热器或U形管换热器管束最外层换热管外表面至壳体内壁的最短距离（见图14),b3=0.25d，一般不小于8mm;b垫片宽度，其值按表15选取，MM;DL布管限定圆直径，MM;D，圆筒内直径，MM;d换热管外径，mm.表13 mm一AA0MAIffifI
19、RMWAO DL一IfflZIMA,U fltAD, - 26,一?I A- AD,-2(b,+b2+b)州鬃,-,F .oA aD 63图13图14表14 mm卜二D,井二片二 b13井幸川5.6-3.4管程分1R管程数一般有1,2,4,6,8,10,12等七种，常用的管程布置形式可参照图15，并应考虑：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，密封面长度较短。5.6-3.5壳程进出口处的布管壳程进出口处的布管，应考虑壳体内壁与管束之间的流通面积和介质进出口管处的流通面积相当，详见5.11.3,GB 151一1999杯图155.6.4管孔5.6.4.1钢换热管的管板管孔
20、直径及允许偏差。a) 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表16的规定；表16 mm卜AlAW OMNAARIt VTAA一川十3838.40+0.200书b) 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应符合表17的规定。GB 151一1999表17 mm卜AlAWARIMAaR 1q:VAA井16三 19 25一 32 38 4516.40 19.40 25.40 32.50 38.50 45.50+0.20 +0.30 I +00 0 0洲5.6.4.2铝和铝合金换热管。）铝合金换热管的管板管孔直径及允许偏差应符合表18的规定
21、；表18 mm卜R 1FA A卞16 18 22 25 30 32 38 45 5516.25 18.25 22.25 25.25 30.30 32.35 38.38 45.40 55.45+0.15 +0.17 I0 0b)铝换热管的管板管孔直径及允许偏差应符合表19的规定。表19 mm一A A,W3h! 14 16 18二 22 25 30 32 38 45 55fAA 14.25 16.25 18.25 22.25 25.25 30.30 32.35 38.38 45.40 55.45+0.08 I +0.100 05.6-4.3铜和铜合金换热管的管板管孔直径及允许偏差应符合表20的规定
22、。表20 mm卜蒸洲12 14 16 19 22 25 30 32 3512.25 14.25 16.25 19.25 22.25 25.25 30.30 32.35 35.40+0.10 +0.120 05.6.4.4铁和铁合金换热管的管板管孔直径及允许偏差应符合表21的规定。表21 mm卜AfA*-RWAA9RA0P-二2 14 1618 14. 30 I 16. 30 2+0.100州3535.40士洲5.6.5拉杆孔5.6.5.1拉杆与管板焊接连接的拉杆孔结构见图16 (a)，拉杆孔深度L；等于拉杆孔直径d,拉杆孔直径按式（15)确定。d,=d+1. 0.(15)式中：d拉杆直径，MM
23、;d,拉杆孔直径，mm,5.6.5.2拉杆与管板螺纹连接的拉杆螺纹结构见图16(b),螺纹深度按式（16）确定。1Z“1. 5d.(16)式中：12螺孔深度，mm;d.拉杆螺孔公称直径，mm.GB 151一1999d,d。哗 1 X 450 1 X45II(a)焊接连接的拉杆孔（b）螺纹连接的拉杆孔图165.6.6管板密封面5.6.6.1管板与法兰连接的结构尺寸及制造、检验要求等，按JB 4700-4703的规定。5.6.62分w隔板槽a)槽深宜不小于4mm ;b）分程隔板槽的宽度为：碳钢12mm,不锈钢11mm;。）分程隔板槽拐角处的倒角一般为450，倒角宽度b近似等于分程垫片的圆角半径R，
24、见图17,垫片宽度二侧！I I川I！认I翻Iq！卜II a上I川II久IIlRVA- lp图175.了管板计算本计算方法适用于U形管式、浮头式、填函式和固定管板式换热器的管板及其相关元件（如换热管、壳体等）的强度校核和设计计算。管板与壳程圆筒、管箱圆筒之间可以有不同的连接方式，如图18所示。a aa型b型图18管板与壳体、管箱的连接方式Gs 151一1999一一一，a,瓢斗丰嚎 s;T矍c型d型a; s;一万一 s; a;持绷黔辉土坏辫黔乳书钊I嘱 I I Ia ae型f型图18（完）a型：管板通过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；。型：管板与壳程圆
25、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，与管箱用螺柱、垫片连接；f型：管板与管箱圆筒连为整体，其延长部分兼作法兰，与壳体法兰用螺柱、垫片连接。本计算方法不适用于结构特殊（如与法兰搭焊连接的固定管板及圆环形管板等）以及布管或载荷条件反常的管板（如具有非同一管径换热管或非轴对称布管及部分布管的管板）。管板厚度应不小于下列三者之和：a）管板的计算厚度或5.6.2规定的最小厚度，取大者；b）壳程腐蚀裕量或结构开槽深度，取大者；。）管程腐蚀裕量或分程隔板槽深
26、度，取大者；5.7.1 U形管式换热器管板本计算适用于图18中所示各种连接方式的u形管式换热器管板的计算。5.7.1.，符号Ad在布管区范围内，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，mm2；例如双管程管板，对于三角形排列：Ad =nS(S。一0.8665)GB 151一1999才靡薰蘸 y娜I QN-x人y口乙权丫众今父捧御今1、y六笋J口吟气卜剑笋心丫人yj二权卜砚洲！v臀 vSIS一对于正方形排列Ad二n S (S。一S)才囊蘸巍 e娜I IvI、译2IN4尹I-%小产I、42I-%小214/I、斗产I,%小产IU I 训Sn s二一式中：S换热管中心距，MM;S.-隔板槽两侧相邻管中心距，mm ;n -沿隔板槽一侧的排管根数。A,管板布管区面积,mm Z ;三角形排列A,=1. 732nSZ+Ad正方形排列A,=2nSZ+Ada一根换热管管壁金属的横截面积，mm Z ;h管板延长部分形成的凸缘（。型,d型）或法兰（(e型,f型）的宽度，MM;C系数，按K；和1/p，查图19;C,系数，按K,和1/p：查图20;CM系数，按K和1/p：查图21;D管板开孔前的抗弯刚度，N“mm;E.8 D=天-V-一12(1一，2)Dc,垫片压紧力作用中心圆直径，按GB 150-1998第9章，mm;D。壳程圆筒和管箱圆筒内直径，mm,D,管板布管区当量直径，MM;
