换热器设计指导书1工艺设计计算换热器传热计算推荐选用软件:1.HTRI(Heat Transfer Research, Inc.)—英国传热研究公司；2.HTFS (Heat Transfer and Fluid Flow Service) 一美国传热与流体服务中心。

上述两家公司的软件，用作工艺设计计算.是被广泛认可的。

2设计引用标准摘录TSGR0004-2009 固定式压力换热器安全技术监察规程（修订版）GB150.1～4-2011 压力容器GB151-1999 钢制管壳式换热器GB50231-2009 机械设备安装工程施工及验收通用规范GB/T324-2008 焊接符号表示法GB/T985.1～4-2008 焊缝推荐坡口GB/T1031-1995 表面粗糙度参数及其数值GB/T1184-1996 形状和位置公差未注公差值GB/T1804-2000 一般公差线性尺寸的未注公差GB/T17450-1998 机械制图图线GB/T18686-2002 机械制图CAD系统用图线的表示GB9019-2001 压力换热器公称直径GB12337-1998 钢制球形储罐GB/T14689-1993 技术制图图纸幅面和格式GB/T14690-1993 技术制图比例HG21594～21604-1999 不锈钢人、手孔HG20580-2011 钢制化工容设计基础规定HG20581-2011 钢制化工容器材料选用规定HG20582-2011 钢制化工容器强度计算规定HG20583-2011 钢制化工容器结构设计规定HG20585-2011 钢制低温压力容器设计规定HG20592～20635-2009 钢制管法兰、垫片、紧固件HG/T2151～21535-2005 碳素钢、低合金钢制人和手孔标准系列JB1205-2001 塔盘技术条件JB/T4711-2003 压力容器涂敷与运输包装JB4700～4707-2000 压力容器法兰NB/T47015-2011 压力容器焊接规程JB4710-2005 钢制塔式容器GB/T17261-1998 钢制球形储罐型式与基本参数JB/T4712～4712.4-2007 容器支座NB/T47008-2010 承压设备用碳素钢和合金钢锻件NB/T47009-2010 低温承压设备用低合金钢锻件NB/T47010-2010 承压设备用不锈钢和耐热钢锻件GB/T25198-2010 压力容器封头JB/T4730.1～4730.6-2005 压力容器无损检测NB/T47003.1-2009 钢制焊接常压容器JB/T4736-2002 补强圈JB/T4731-2005 钢制卧式容器HG/T20668-2000 化工设备设计文件编制规定TCED41002-2000 化工设备图样技术要求3设计数据3.1 设计参数3.1.1设计压力：是指设定的容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为换热器的基本设计载荷条件，其值不低于工作压力。

设计压力的确定应符合以下原则。

(1).当工艺系统专业或工程设计文件数据表对换热器的设计压力有专门规定时，其设计压力应按规定执行（确定）。

(2).设计压力必须与相应的设计温度作为设计载荷条件；且应注意到换热器在运行中可能出现的各种工况，并以最苛刻的工作压力与温度的组合工况，确定换热器的设计压力。

3.1.2计算压力计算压力系指在相应设计温度下用以确定元件厚度的压力，并应考虑液柱静压力等附加载荷。

3.2设计温度换热器在正常工作情况下，设定的元件的金属温度（沿元件金属截面的温度平均值）。

设计温度与设计压力一起作为设计载荷条件。

确定换热器的设计温度可按表4选取。

3.2.1设计温度确定原则。

a.当工艺系统专业或工程设计文件对换热器的设计温度有专门规定时，设计温度按规定执行。

b.设计温度不得低于元件金属在工作状态下可能达到的最高温度。

c.对于0℃以下的金属温度，设计温度不得高于元件金属所能达到的最低温度。

d.当换热器各部分在工作情况下的金属温度不同时，可分别设定各部分的设计温度。

e.对具有不同工况的换热器，应按最苛刻的工况设计，并应在设计文件或设计图样中注明各工况下的设计压力和设计温度值。

3.2.2当金属温度无法用传热计算或实测结果确定时，设计温度按以下规定：a.换热器内壁与介质直接接触，且有外保温（或保冷）时，其换热器的设计温度按表1的规定选取。

表 1 换热器的设计温度选取（℃）b.换热器内的介质是蒸汽直接加热时，设计温度可取介质的最高工作温度。

c.换热器的受压元件两侧与不同温度介质直接接触时，应以较苛刻一侧的工作温度（如高温或低温）为基准确定该元件的设计温度。

3.2.3管壳式换热器的设计温度a.管程设计温度是指管箱的设计温度（不是换热管的设计温度）。

b.壳程设计温度是指壳程壳体的设计温度。

c.管板和换热管两侧与不同温度介质直接接触时，应以较苛刻一侧的工作温度（如高温或低温）为基准确定该元件的设计温度3.3 钢板、钢管、锻件和螺栓材料在不同温度下的许用应力按GB150.2-2011的规定选取。

3.4换热器设计温度低于20℃时，取材料20℃时的许用应力。

3.5 焊接接头系数Φ3.5.1 双面焊对接接头和相当于双面焊的全焊透对接接头，100﹪无损检测Φ=1；局部无损检测Φ=0.85.3.5.2单面焊对接接头,带垫板,100﹪无损检测Φ=0.9，局部无损检测Φ=0.8。

3.6厚度附加量（钢材负偏差C1和腐蚀裕量C2）。

3.6.1 钢板或钢管厚度负偏差C1按钢材标准的规定选取，有供需协议要求的按实际取值;无供需协议要求时，GB713-2008《锅炉和压力换热器用钢板》、GB24511-2009《承压设备用不锈钢钢板和钢带》取C1=0.3；无缝钢管参照表2，表3选取。

表3 无缝钢管壁厚负负偏差C1（㎜）3.6.2腐蚀裕量C2取值原则按GB150.1-2011中4.3.3.2条规定,工艺系统专业或工程设计文件中对换热器的腐蚀量有专门规定或已有实际使用经验时，其值按相应选取；除此外可下表4～表5选取.表4 炼油设备腐蚀裕量C2（㎜）表5 石油化工设备的腐蚀裕量C2（㎜）注：1.对不锈钢及有可靠耐腐蚀衬里时，C2一般取零；2.介质为压缩空气、水蒸气或水的碳钢或低合金钢制换热器，取值C2≥1.0㎜.3.对强腐蚀介质，当C2值超过6㎜时应考虑采用更耐腐蚀的材料，如复合钢板、堆焊层或衬里层。

3.7设计寿命设计寿命是指换热器预期达到的使用寿命，设计寿命不等同于实际使用寿命。

换热器设计寿命按用户或设计委托方给出的设计条件中的预期使用年限确定，推荐的换热器设计使用寿命：一般换热器、换热器为10年。

3.8换热器类别划分按TSG R0004-2009《固定式压力换热器安全技术监察规程》 (以下简称“容规”)的规定,将所管范围的压力换热器划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类,详见《容规》附录A中规定.《容规》不监管的压力换热器,总图上不划分类别。

3.8 焊接接头无损检测3.8.1 凡符合下列情况之一的换热器焊接接头应进行100%无损检测:a) GB150.4-2011中第10.3.1条款规定的;b)《容规》中第4.5.3.2条规定的；c) 设备引用的其他标准有规定的。

3.8.2焊接接头无损伤检测方法的选择按GB150.4-2011中第10. 1条及《容规》中第4.5.3.1条规定。

3.9焊后消除应力热处理按GB150.4-2011中第8.2.2条规定。

3.10耐压试验和泄漏试验GB150.4-2011中第11条规定4材料选择4.1材料选用的一般原则4.1.1选择换热器用钢材，应考虑设备的操作条件（如设计压力、设计温度是、介质特性等）。

因此，材料应有良好的机械性能、化学成分及金相组织。

4.1.2钢材要有良好的冷热加工性能，可焊性能和热处理性能。

4.1.3考虑材料的使用寿命及经济合理性：a）所需钢板厚度小于8mm时，尽量采用碳素钢板；b）在以刚度或结构设计为主的场合，应尽量选用碳素结构钢，在以强度设计为主的场合应根据压力、温度、介质等使用限制，受压元件依次选用Q245R、Q345R、Q370R等钢板，非受压元件根据操作条件，碳素钢及低合金钢板依次选用Q235-B、Q245R、Q345R、Q370R等钢板；c）所需不锈钢板厚度大于12mm时，应采用衬里或复合板，堆焊等结构形式；d）不锈钢尽量不用作设计温度≤500℃的耐热钢。

4.2常用钢材的标准及使用范围4.2.1常用钢板的标准及适用范围可参考表6选取表6 常用钢板的标准及使用范围注：选材要求详见GB150.2标准、《容规》有关规定。

4.2.2常用钢管的标准及使用范围可参考表7选取表7 常用钢管的标准即使用范围表注：GB/T8163中的10、20、Q345D钢管不得用于换热管；设计压力不大于4.0MPa；不得用于毒性程度为极度或高度危害的介质。

4.2.3常用锻钢件的标准及使用范围可参考表8选取表8 常用锻件的标准及使用范围表注：使用温度按要求做冲击试验合格。

4.2.4螺栓材料的选用标准，详见GB150.2-2011表12。

4.5 手工电弧焊焊条选用4.5.1 焊接材料应根据母材的化学成分和机械性能，焊接接头的抗裂性、抗脆性和焊后是否热处理以及耐高温、耐低温、耐腐蚀等使用条件综合考虑确定；a）保证焊缝金属的性能不低于相焊的基本金属的性能；b）对铬钼钢、不锈钢，一般选用与基本金属化学成分相近的焊条。

4.5.2 异种钢焊接a）强度等级不同的碳素钢与低合金钢之间的焊接时。

应按强度低的一侧母材选用焊条； b）若从化学成分考虑，应按化学成分低的一侧的母材选用焊条；c）不锈钢与碳素钢、低合金钢之间的焊接选用化学成分高于不锈钢母材的焊条，以保证铬镍成分的含量。

4.5.3 常用手工电弧焊焊接材料可参照表9选取。

表9 常用钢号手工电弧焊推荐选用焊条型号注：焊接材料的选取详见HG20581-2011和NB/T47015-2011标准的有关规定。

5强度设计5.1计算（包括内外压圆筒、封头、球壳和开口补强、法兰、裙座等）按GB150、GB151、GB12337、JB4710、JB/T4735、JB/T4731、JB/T4732的有关章节规定进行。

5.2异型零部件及特殊结构件的强度计算，可参见HG20582。

6结构设计6.1筒体和封头6.1.1换热器的公称直径按GB9019选取。

6.1.2各种类型的封头按GB/T25198选用。

6.1.3 封头直径DN≤4000mm时。

优先选用标准椭圆形封头，DN＞4000mm时，一般选用半球形封头，半球形封头的公称直径按GB/T17261选取。

6.2 开孔补强6.2.1 开孔补强的设计方法a）等面积法（GB150推荐方法）、分析法、压力面积法；b）补强圈补强：在规范允许范围内，采用标准补强圈对开孔进行补强，标准补强圈系列与尺寸件JB/T4736，采用补强圈补强时就符合下列规定（1）低合金钢的标准抗拉强度下限值Rm＜540MPa；（2）补强圈的厚度不超过补强件壁厚的1.5倍；（3）换热器的壁厚（名义厚度）δn≤38mm；6.2.2 整体补强的结构形式a）整体增加圆筒或封头的壁厚；b）采用厚壁接管与壳体连接为全焊透结构；c）采用整体补强锻件与筒体或封头焊接；d）将接管与壳体连接部分联通补强部分做成一个整体锻件，再与接管和壳体焊接在一起。