浅析管壳式换热器对铜及铜合金管设计温度的限制

点击：2044 日期：[ 2014-04-26 22:06:23 ]

浅析管壳式换热器对铜及铜合金管设计温度的限制李敏（济南华山供水设备厂２５００１８）摘要：浅析ＧＢ１５１－１９９９标准对铜及铜合金管设计温度的限制，阐述换热器中铜管计算温度的确定。关键词：管壳式换热器铜及铜合金管设计温度计算温度１前沿ＧＢ１５１－１９９９《管壳式换热器》标准中第４部分材料第４．１．２条中ｂ款中规定：铜和铜合金应在退火状态下使用；纯铜的设计温度应不高于１５０℃，铜合金应不高于２００℃。但在设计工作中，往往对此有疑问或误解，如果我们正确理解这一条款，我们就可以对铜管换热器有了正确设计。２换热器设计温度、计算温度设计换热器时，对设计参数要有完整的表达，特别是设计温度应有管程和壳程的介质进、出口温度。在技术特性表中，管程及壳程的设计温度应分别是各介质温度，是计算管、壳程受压元件选取许用应力的依据；在换热器计算中，输入管程金属平均壁温、壳程金属平均壁温，是用来计算温差应力。在上海中心站ＳＷ６、兰州兰森的ＬＡＮＳＹＳ中对管子进行强度计算时，是按照管程和壳程介质同时作用，并取介质温度高的一测的温度作为铜管计算温度，这是最安全的。３铜及铜合金应在退火状态下的应用在《压力容器安全技术监察规程》中第１９条，要求铜和铜合金用于压力容器受压元件时，一般应为退火状态。退火，亦称焖火，是将金属件加热到一定温度以上，在此温度保持适当的时间，然后再慢慢地冷却，其目的是减低硬度，消除内应力，改善其切削性，增加延展性和韧性等。在理解了退火的定义及其目的后就不难明白铜和铜合金在退火状态下使用的原因：其一，当温度高于１５０℃（或２００℃）时，应力值急剧下降；其二，铜和铜合金在退火状态的强度值比较稳定，塑性增加。但大量实践经验证明铜和铜合金管在轻拉状态下，许用应力远高于退火状态的许用应力，且各项性能稳定，因而用轻拉铜及铜合金管得以广泛使用。４铜管的计算温度可以采用铜管在实际使用传热过称中的计算温度在ＧＢ１５１－１９９９《管壳式换热器》标准中的３．１２．１设计温度一栏中“ 对于同时受到管、壳程温度作用的元件，可按金属温度确定设计温度，也可取较高侧的设计温度 ”。也就是说，按ＧＢ１５１－１９９９《管壳式换热器》标准规定计算管板时，管子的计算温度可按壳程或管程介质的高温一侧作为计算温度。因此计算铜管换热器，管、壳侧的介质中有一侧超过１５０℃、２００℃时，计算机就不给予计算。但是实际上，管、壳程介质中有一侧超过１５０℃、２００℃时，从传热计算中可以知道，管壁温度并不超过１５０℃、２００℃。也就是说，实际上铜管还是在允许使用的范围以内。大量工程设计实践证明了这一点。从ＧＢ１５１－１９９９《管壳式换热器》标准中３．１２．１设计温度一栏中，同时受管、壳程温度作用的元件，可以取金属的温度为设计温度。例如：管内介质为水，温度从２０℃升到９０℃，壳程介质为过热蒸汽３００℃，然后再降到１８３℃饱和水蒸汽，进行热交换。为此在工程计算中，应根据实际传热过程中铜管的壁温作为计算温度，而不是按照管、壳程一侧最高介质的温度作为计算温度。可使铜管和铜合金管计算温度仍在较大范围内不超过１５０℃和２００℃。目前，上海中心站ＳＷ６，兰州兰森ＬＡＮＳＹＳ中，铜管的计算温度是按管、壳程中一侧的最高介质温度作为计算温度。我们认为应用此软件时，应将铜管的实际壁温作为计算温度，进行计算。我们做法如下：（１）对Ｔ１、Ｔ２铜管（轻拉），管、壳程介质有一侧超过２００℃时，铜管的计算温度仍没有超出２００℃，应使用实际壁温，根据ＧＢ１５１－１９９９《管壳式换热器》标准中管板计算公式用手工计算管板的厚度。（２）对Ｔ１、Ｔ２铜管（轻拉），管、壳程介质最高一侧没有超过２００℃，但是已超出１５０℃，原计算软件材料库中只有１５０℃下的数据，应重新建立数据库，扩大到２００℃，是完全有条件。实践证明，目前使用的铜管可以满足要求的。采用这种方法，表面看来铜管温度超出１５０℃，实际壁温要低得多。也就是说，实际铜管的许用应力要比计算铜管的许用应力要高得多。因此，结果安全。（３）施工图设计图纸要加备注。换热器的使用过程中，开车时，首先要低温介质先进入，然后再进入高温介质。停车时，要求高温介质停止以后再停止低温介质。５结语综上所述，我们在选用铜及铜合金材质换热管时，不能简单的仅从ＧＢ１５１－１９９９标准中第４部分材料第４．１．２条中ｂ款使用要求的字面意思，轻易决定可不可以用铜和铜合金；应全面深刻地分析国标，正确理解国标内涵；使设计更实际，使材料得到更合理的利用。

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