浅析管壳式换热器对铜及铜合金管设计温度的限制

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。

1 前言

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 换热器的设计温度,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 铜及铜合金在退伙状态下使用

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（ 见表 １， 仅供参考） 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关在实际使用传热过程中的计算的温度

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 上接第 １０ 页） 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。

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、铜管（ 轻拉），管、壳程介质有一Ｔ２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。