GB151-1999《管壳式换热器》宣贯资料
第十章 管壳式换热器
第十章管壳式换热器第一节管壳式换热器基本知识【学习目标】学习GB151-1999《管壳式换热器》，了解该标准适用范围及相关定义、规定。
了解管壳式换热器型号表示方法。
一、GB151《管壳式换热器》标准适用范围GB151-1999《管壳式换热器》标准规定了非直接受火管壳式换热器（已下简称“换热器”）的设计、制造、检验和验收的要求。
GB151-1999《管壳式换热器》1 “范围”二、换热器型号表示方法GB151-1999《管壳式换热器》标准第3章“总则”中，规定了换热器型号的表示方法。
1、换热器的主要组合部件（GB151图1）图10-1 AES、BES浮头式换热器1-平盖；2-平盖管箱（部件）；3-接管法兰；4-管箱法兰；5-固定管板；6-壳体法兰；7-防冲板8-仪表接口；9-补强圈；10-壳体（部件）；11-折流板；12-旁路挡板；13-拉杆；14-定距管；15-支持板；16-双头螺柱或螺栓；17-螺母；18-外头盖垫片；19-外头盖侧法兰；20-外头盖法兰；2、换热器型号的表示方法采用碳素钢、低合金钢冷拔钢管做换热管时，其管束分为Ⅰ、Ⅱ两级：Ⅰ级管束——采用较高级、高级冷拔钢管；Ⅱ级管束——采用普通级冷拔钢管。
示例：a ）浮头式换热器平盖管箱，公称直径500mm ，管程和壳程设计压力均为1.6MPa ，公称换热面积54m 2，碳素钢较高级冷拨换热管外径25mm ，管长6m ，4管程，单壳程的浮头式换热器，其型号为：4256546.1500----AES Ⅰ b ）固定管板式换热器封头管箱，公称直径700mm ，管程设计压力2.5MPa ，壳程设计压力1.6MPa ，公称换热面积200m 2，碳素钢较高级冷拨换热管外径25mm ，管长9m ，4管程，单壳程的固定管板式换热器，其型号为：42592006.15.2700----BEM Ⅰ c ）U 形管式换热器封头管箱，公称直径500mm ，管程设计压力4.0MPa ，壳程设计压力1.6MPa ，公称换热面积75m 2，不锈钢冷拨换热管外径19mm ，管长6m ，2管程，单壳程的U 形管式换热器，其型号为：2196756.10.4500----BIU f ）填料函式换热器平盖管箱，公称直径600mm ，管程和壳程设计压力均为1.0MPa ，公称换热面积90m 2，16Mn 较高级冷拨换热管外径25mm ，管长6m ，2管程，2壳程的填料函浮头式换热器，其型号为：22256900.1600----AFP Ⅰ 三、换热器部分定义及规定GB 151标准许多定义和规定是与GB 150一致的，以下内容摘录了一部分不同于GB 150的规定。
GB151-1999《管壳式换热器》宣贯资料
三. GB151-1999《管壳式换热器》
3总则（参见GB150）
与GB150相同的内容略去，只介绍换热 器因有管、壳程而造成的特殊要求。
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三. GB151-1999《管壳式换热器》
注意 GB151《管壳式换热器》分类与GB150一样，是遵循“容 规”的规定，但因其是二腔容器（管程和壳程），故分类、 设计与制造应遵守下列规定： a) 二腔应分别按各腔的设计参数进行划类，并分别提相应 的设计、制造、检验与验收的要求； b) 换热器总类别,应以两腔中高的类别确定； c) 换热器的机械设计 按照管、壳程不同的类别分别进行设 计时，对同时受管、壳程介质作用的受压元件及用同一螺柱 连接的管、壳程法兰，应给予特别的考虑。
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三. GB151-1999《管壳式换热器》
超出适用参数范围的处理办法
超出GB151适用参数范围除可以按照 力分析法进行设计外，GB151还规定了可以 按照GB150用“验证性液压试验”和“用可 比的已投入使用的结构进行对比经验设计” 方法来进行设计，但这必须要由全国锅炉压 力容器标委会审定认可。
7
二.国内换热器及相关标准概况
换热器用管材标准
1)GB/T1527《銅及铜合金拉制管》 2)GB/T3625《热交换器及冷凝器用钛及钛合金管》 3)GB/T3639-2009《冷拔或冷轧精密无缝钢管》（代替2000年版，10、20、16Mn可作换 热管，其外径允差可达到国外标准同类水平） 4)GB5310《高压锅炉用无缝钢管》［2008版冷拔（轧）无髙精度管，但其普通级外径精度 已达95版高级的要求］ 5)GB6479《化肥设备用高压无缝钢管》 6)GB/T6893《铝及铝合金拉（轧）制无缝管》 7)GB/T8163《输送流体用无缝钢管》 8)GB/T8890《热交换器用铜合金无缝管》（无纯銅） 9)GB/T9948《石油裂化用无缝钢管》 10)GB13296《锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管》 11)GB/T14976《流体输送用不锈钢无缝钢管》 12)GB/T××××《锅炉、热交换器用焊接奥氏体钢管》-报批中 13）GB/T××××《髙效换热器用特型管》（含：T型槽管、波纹管、内波外螺纹管、内 槽管）-报批中 14)JB/T××××《锅炉、热交换器用管订货技术条件》正在制订中
管壳式换热器 GB151讲义
管壳式换热器 GB151-1999一.适用范围 1.型式固定——P t 、P S 大，△t 小浮头、U 形——P t 大，△t 大*一般不用于MPa P D 5.2>，易燃爆，有毒，易挥发和贵重介质。
结构型式：外填料函式、滑动管板填料函、双填料函式（径向双道） 2.参数41075.1,35,2600X PN DN MPa P mm D N N ≤⨯≤≤。
参数超出时参照执行。
D N :板卷按内径，管制按外径。
3.管束精度等级——仅对CS ，LAS 冷拔换热管Ⅰ级——采用较高级，高级精度（通常用于无相变和易产生振动的场合） Ⅱ级——采用普通级精度 （通常用于再沸，冷凝和无振动场合） 不同精度等级管束在换热器设计中涉及管板管孔，折流板管孔的加工公差。
GB13296不锈钢换热管，一种精度，相当Ⅰ级；有色金属按相应标准。
4.不适用范围受直接火焰加热、受核辐射、要求疲劳分析、已有其它行业标准（制冷、造纸等）P D ＜0.1MPa 或真空度＜0.02MPa+二．引用标准1.压力容器安全技术监察规程——监察范围，类别划分*等*按管、壳程的各自条件划类，以其中类别高的为准，制造技术可分别要求。
*壳程容积不扣除换热管占据容积计，管程容积=管箱容积+换热管内部容积。
壳程容积=内径截面积X管板内侧间长度。
2. GB150-1998《钢制压力容器》——设计界限、载荷、材料及许用应力、各受压元件的结构和强度计算。
3.有关材料标准。
管材、板材、锻件等4.有关零部件标准。
封头、法兰（容器法兰、管法兰）紧固件、垫片、膨胀节、支座等三．设计参数1.有关定义同GB1502.设计压力Mpa分别按管、壳程设计压力，并取最苛刻的压力组合（一侧为零或真空）。
管板压差设计仅适用确能保证管、壳程同时升降压，如1）自换热 2）Pt P s均较高，操作又能绝对保证同时升降压。
3．设计温度℃0℃以上，设计温度≥最高金属温度。
0℃以下，设计温度≤最低金属温度。
管壳式换热器讲义
GB151-1999 管壳式换热器GBl51―1999《管壳式换热器》规定了管壳式换热器在设计、制造、检验要求。
1 GBl51适用范围1.1 适用参数GBl51规定了标准的适用参数范围见表1.1。
表中同时列出了国外常用管壳式换热器的标准。
表1.1 适用参数范围标准DN (mm) PN (MPa) DN·PN 注GB 151 ≤2600 ≤35 ≤17500 （1）TEMA ≤2540（100”）≤20.684（3000psi）≤17500（100000）（2）ASMEⅧⅠ没有具体参数规定，主要提供了U型和固定管板的设计计算规则。
UHX篇API660ISO 16812 没有具体参数规定，体现用户对换热器的要求。
（1）GB 151中1.2：超出上述参数范围的换热器也可参照本标准进行设计与制造。
（2）TEMARCB-1.11 规定这些参数的意图是限定壳壁最厚约为3（76mm）、双头螺栓的最大直径为4″（102mm）。
是对换热器制造商的要求。
（3）上述各标准，均适用于固定、U形、浮头、填函式换热器。
（4）TEMA将换热器按使用场所分为三级，“R”---用于石油及一般工艺过程的严格要求场合；“C”---用于工业及一般工艺过程的中等要求场合；“B”---用于化工过程场合标准限定最大设计参数范围是为了避免过于笨重的、结构上的不合理设计。
对于超出上述参数范围的换热器，特别是工程中可能遇到的中、低压大直径(超过DN2600mm)换热器，作为设备整体在结构尺寸合理设计的前提下完全可以应用标准给出的设计原则。
对于管壳式换热器的关键零部件管板的设计计算，GB 151对管板进行了尽可能详尽的力学分析，从本质上讲可以认为就是一种分析设计方法，只是为了能够利用图表公式进行计算在公式推导过程中作了某些简化和结构参数的限定，完全可以用于更大设计参数的管板设计。
仅对管板等个别零部件进行应力分析计算并不等于对换热器进行“应力分析设计”。
GB151-1999换热器培训教材
7．换热器型号表示法 [3.10]
DN pt A LN Nt
ps
d Ns
Ⅰ或Ⅱ
采用碳素钢、低合金钢冷拔钢管做换热管时， 其管束分为Ⅰ、Ⅱ两级； Ⅰ级管束——采用较高级、高级冷拔钢管； Ⅱ级管束——采用普通级冷拔钢管
管/壳程数，单壳程时只写 Nt LN-换热管公称长度（m），d-换热管外径（mm），当采用Al、 Cu、Ti换热管时，应在 LN/d 后面加材料符号，如 LN/dCu
压力。
(1)同时受管、壳程压力作用的元件(主要 是管板)
a)真空换热器非真空侧应为两侧计算压力 之和。
b)非真空换热器应为管壳程计算压力中较 大值。
c)非真空换热器当管、壳程的压力较大 时，为减薄受压元件的厚度，可按压差 设计。按压差设计的换热器在工艺操作 系统中必须具有保证管、壳程同时升、 降压的切实措施，设计压差取值应不小 于实际操作时规定的升、降压过程中管、 壳程的最大压差及液压试验过程中管、 壳程的最大压差，同时应提出压力试验 时升、降压的具体要求（步进程序）。
4．不适用范围 [1.4]
(1)直接火焰加热的换热器及废热锅炉； (2)受核辐射的换热器； (3)要求作疲劳分析的换热器； (4)已有其他行业标准管辖的换热器。
5．公称长度 [3.8]
(1)换热管为直管时，取直管长度； (2)换热管为U形管时，取U形管的直管段 长度。
6．换热面积 [3.7]
1.6
25
此型号表示：两端均为封头管箱、4管 程、单壳程固定管板式换热器，公称直径 为800mm，管程设计压力为2.5MPa，壳程 设 计 压 力 为 1.6MPa ， 公 称 换 热 面 积 为 200mm2，碳素钢较高级冷拔换热管外径为 25mm，管长为9m。
《热交换器》标准宣贯讲义 word版
GB/T 151—2014《热交换器》简介一、修订历程GB/T151作为压力容器标准体系中的主要标准和热交换器的基础标准，应与新版《固定压力容器安全技术监察规程》（以下简称“《固容规》”）和基础标准GB 150-2011《压力容器》相协调，并体现技术进步的变化和行业发展的实际需求。
全国锅炉压力容器标准化技术委员会于2009年提出修订工作规划，并列入国家标准修订计划。
2009年7月召开了压力容器标准体系主要修订协调安排会；2010年4月18日，GB 151修订启动会召开；2011年11月召开了标准草案首次审查会；2012年6月召开征求意见稿审查会，根据审查协调意见，形成征求意见稿。
2012年7月全国锅炉压力容器标准化技术委员会在网上公开征求意见，与此同时选择了部分设计、制造、检验单位重点征求意见。
2012年9月-12月，工作组对征求意见进行梳理、处理，形成标准审查稿。
2013年4月召开了标准送审稿审查会，对关键问题进行了充分谈论审查，与会专家原则同意标准审查稿的内容，针对送审稿提出条文意见审查，标准工作组根据会议审查意见进行修改，2013年7月召开了标准报批稿审查协调会，就标准中重点问题进行讨论确认。
2013年9月，形成报批稿。
2014年9月，国家质量监督检验检疫总局与国家标准化管理委员会联合批准发布。
二、修订原则1、与《固容规》相协调按照特种设备法规与技术标准体系架构，TSG 80004-2009《固容规》规范压力容器安全基本要求，压力容器技术标准规范产品建造要求，本标准的修订内容应与其相协调一致。
2、与GB 150的关系GB 150《压力容器》标准作为压力容器行业的基础标准，给出压力容器建造的通用要求，包括材料、设计、制造检验与验收等内容。
GB/T 151《热交换器》从属压力容器范畴，其理论基础、安全系数、许用应力和材料选择、通用制造要求等方面与GB 150相同。
凡属于压力容器的通用内容，本标准不再赘述。
GB151-1999《管壳式换热器》第1号修改单
7
H112
>12.5~25.0 60
25 15 15 14 14 13 11 10 8
6
>25.0~80.0 55
15 10 10 10 10 9 8 7 6
5
O
60
20 13 13 13 13 12 11 10 8
6
10.0(80.0)
>4.5~6.5 85
45 21 21 20 20 18 16 13 12
钛管在下列设计温度( )下的许用应力 MPa
-269 ~
b
r0.2
40 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 20
280 170 93 93 81 75 69 62 55 48 43 38 35 31
370 250 123 123 113 105 97 89 83 77 70 62 55 51
表 D2
标准
牌号
厚度 mm
TA0 10
TA1, TA9
GB/T3621 TA2
25
TA3
10 TA10
注:
常温强度指标 MPa
钛板在下列设计温度( )下的许用应力 MPa
-269 ~
b
r0.2
40 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 20
280 170 93 93 81 75 69 62 55 48 43 38 35 31
370 250 123 123 113 105 97 89 83 77 70 62 55 51
440 320 147 147 132 121 111 100 92 83 76 69 65 60
540 410 180 180 161 148 135 122 112 102 94 85 80 74
管壳式换热器 GB151讲义
管壳式换热器 GB151-1999一.适用范围1.型式固定——P t 、P S 大，△t 小 浮头、U 形——P t 大，△t 大一般不用于MPa P D 5.2>，易燃爆，有毒，易挥发和贵重介质。
结构型式：外填料函式、滑动管板填料函、双填料函式（径向双道）2.参数41075.1,35,2600X PN DN MPa P mm D N N ≤⨯≤≤。
参数超出时参照执行。
D N :板卷按内径，管制按外径。
3.管束精度等级——仅对CS ，LAS 冷拔换热管Ⅰ级——采用较高级，高级精度（通常用于无相变和易产生振动的场合）Ⅱ级——采用普通级精度 （通常用于再沸，冷凝和无振动场合）不同精度等级管束在换热器设计中涉及管板管孔，折流板管孔的加工公差。
GB13296不锈钢换热管，一种精度，相当Ⅰ级；有色金属按相应标准。
4.不适用范围受直接火焰加热、受核辐射、要求疲劳分析、已有其它行业标准（制冷、造纸等）P D＜0.1MPa或真空度＜0.02MPa+二．引用标准1.压力容器安全技术监察规程——监察范围，类别划分*等按管、壳程的各自条件划类，以其中类别高的为准，制造技术可分别要求。
壳程容积不扣除换热管占据容积计，管程容积=管箱容积+换热管内部容积。
壳程容积=内径截面积X管板内侧间长度。
2. GB150-1998《钢制压力容器》——设计界限、载荷、材料及许用应力、各受压元件的结构和强度计算。
3.有关材料标准。
管材、板材、锻件等4.有关零部件标准。
封头、法兰（容器法兰、管法兰）紧固件、垫片、膨胀节、支座等三．设计参数1.有关定义同GB1502.设计压力Mpa分别按管、壳程设计压力，并取最苛刻的压力组合（一侧为零或真空）。
管板压差设计仅适用确能保证管、壳程同时升降压，如1）自换热 2）Pt P s均较高，操作又能绝对保证同时升降压。
3．设计温度℃0℃以上，设计温度≥最高金属温度。
0℃以下，设计温度≤最低金属温度。
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二.国内换热器及相关标准概况
换热器用管材标准
1)GB/T1527《銅及铜合金拉制管》 2)GB/T3625《热交换器及冷凝器用钛及钛合金管》 3)GB/T3639-2009《冷拔或冷轧精密无缝钢管》（代替2000年版，10、20、16Mn可作换 热管，其外径允差可达到国外标准同类水平） 4)GB5310《高压锅炉用无缝钢管》［2008版冷拔（轧）无髙精度管，但其普通级外径精度 已达95版高级的要求］ 5)GB6479《化肥设备用高压无缝钢管》 6)GB/T6893《铝及铝合金拉（轧）制无缝管》 7)GB/T8163《输送流体用无缝钢管》 8)GB/T8890《热交换器用铜合金无缝管》（无纯銅） 9)GB/T9948《石油裂化用无缝钢管》 10)GB13296《锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管》 11)GB/T14976《流体输送用不锈钢无缝钢管》 12)GB/T××××《锅炉、热交换器用焊接奥氏体钢管》-报批中 13）GB/T××××《髙效换热器用特型管》（含：T型槽管、波纹管、内波外螺纹管、内 槽管）-报批中 14)JB/T××××《锅炉、热交换器用管订货技术条件》正在制订中
为此国家制定了GB151《管壳式换热器 》，对设计、制 造、检验和验收作了规定要求，使我们这些与此有关的责任 人的产品达到设计数据和设计计算正确；结构设计和技术要 求合理。
3
一.热交换器的研究与发展
随着世界性的能源危机波及到了装备制 造业及石油化工这些耗材及能耗的大户，以 及国家节能减排长期国策的确立，作为能量 回收装备—热交换设备的提高传热效能及降 低能耗的研究被提高到了很重要的地位。这 些研究归纳为以下几个方面：
2
前
言
容器设计要考虑：
一、有足够的强度 容器壳体及附件必须具有足够的强度来承受工作载荷。设计时要尽 可能地使零部件达到等强度。 二、有足够的刚度 三、有合理的设计使用寿命 四、有合理的结构 压力容器的结构，要在满足工艺要求的同时，满足制造、检验、运 输、安装、操作和检修的要求。
GB151《管壳式换热器》
浙江工程设计有限公司 童希亚
1
前
言
压力容器需要满足的基本要求：
总体要求 满足使用条件, 保证安全可靠，尽量做到经济合理。 具体要求 1. 对设备的操作条件和载荷进行正确的估计； 2. 对容器元件的的总体应力、局部应力和温差应力，以及可 能产生的失效形式等进行全面分析和评估,并采用不同的设计 方法； 3. 根据容器的操作条件和作用，正确选择材料和合理的结构 设计； 4. 必须遵守我国的有关标准、规范和制造技术条件；对于重 要容器，还应进行全面的技术经济分析。
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二.国内换热器及相关标准概况
型式参数标准 1)JB/T4714～4717四项《管壳式换热器型式与基本参数》 标准（正在合并修订中） 其中JB/T4714《浮头式热交换器和冷凝器型式与基本参数》 及JB/T4717《U形管式热交换器型式与基本参数》己有系列 标准图软件，可出售标准施工图，也可出售软件。 2)JB/T4722《管壳式换热器用螺纹换热管基本参数和技术 条件》（正在修订为：“管壳式换热器用强化传热管基本参 数和技术条件”，包括螺纹管、波纹管、波节管。） 3)JB/T4723《不可拆螺旋板换热器型式与基本参数》（正 在合并修订） 4)JB/T4740《空冷式换热器型式与基本参数》（正在合并 修订）
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二.国内换热器及相关标准概况
热交换器性能测定标
三. GB151-1999《管壳式换热器》
1.
适用范围
GB151-1999，其适用参数基本上是参 照TEMA制定的:
12
三. GB151-1999《管壳式换热器》
限制定Pd
、Di 、 Pd×Di的原因：
TEMA标准在其适用参数后面有如下说明： “规定这 些参数的目的是限定壳壁最厚约为3英尺寸（76mm）和双 头螺栓的直径最大为4英寸（102mm）”。 无论是TEMA还是GB151限制这些参数的目的是避免 因采用常规设计趋于保守，而造成过大的浪费；这就是说超 出这些参数范围，可采用更为精确更省材料的应力分析设计 方法来进行设计，但分析设计及其对材料、制造、检验的高 要求，使得如何确定使用常规与分析设计的界限成为很大的 难题，一般可用经济性杠杆作评判标准。
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一.热交换器的研究与发展
1.传热与流动研究：目的——提髙传热及压
降计算的准确性及寻求提髙传热效率，降低 压降的途径。这方面研究主要涉及到：物性 模拟研究、分析设计研究（如温度场、流动 分布的模拟研究等）、传热及流动试验和工 艺计算软件的开发等。
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一.热交换器的研究与发展
2. 换热设备大型化 、新型热交换设备的开发及降 低能耗、节水的研究。 3. 强化传热的研究：如强化传热管研究、板管的 研究（如板壳式、板空冷等）。 4. 材料研究（相容性及经济性的结合）。 5. 抗腐蚀及控制结垢的研究（涉及使用寿命及保 持传热效率）。
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二.国内换热器及相关标准概况
零部件标准
1)GB/T16749 《压力容器用波形膨胀节》 2)JB/T4712.1～4《容器支座》（含鞍式、腿式、耳式、支承式） 3)JB4700～4707《设备法兰技术、垫片、法兰》等七项标准。 4)JB4718～4720《管壳式换热器用非金属、缠绕、金属 垫片》等三项 标准（正在合并修订） 5)JB4721《外头盖侧法兰》（正在合并修订） 6)JB4729 《旋压封头》 7)JB/T4736 《补强圈》 8)JB/T4746《钢制压力容器用封头》 9)HG26592～20635《钢制管法兰、垫片、螺柱》
6
二.国内换热器及相关标准概况
产品标准
1)GB151-1999《管壳式换热器》 2)JB/T4751《螺旋扳式换热器》 3)NB/T 47004-2009 (JB/T4752)《板式换热器》 4)NB/T 47005-2009 (JB/T4753)《板式蒸发装置》 5)NB/T 47006-2009 (JB/T4757)《铝制板翅式换热器》 6)JB/T4758《空冷式换热器》（即将出版，改行标） 7)HG/T2650《钢制管式换热器》（单套管换热器） 8)SH/T3119《石油化工钢制套管式换热器设计规范》（单、 多套管）