关于提高换热器较低压力侧的设计压力问题

关于提高换热器较低压力侧的设计压力问题

近些年来，国外的一家工程公司在为我国设计的一个工程项目的换热器工程规定中，提出“对管、壳侧设计压力相差较大的换热器,压力较低侧的设计压力要提高到其水压试验的压力等于较高侧的设计压力(所谓2/3原则)”。自此之后，国内的一些工程公司也纷纷将其写在自己的工程规定上。

• 2/3原则来源于API 660-2003《管壳式换热器标准》的附录D(参考件—— 推荐做法)的D2.1条。D2.1条的条文为：“高压单元中换热管失效。如果换热器承受壳程和管程之间较大操作压差，应考虑换热管失效的影响。注：详细内容参考文献(4)和(5)。”

参考文献(4)为API RP 521-1997《泄压和降压系统的指南》，参考文献(5)为《石油学会—— 管壳式换热器承受换热管失效冲击的设计和安全操作》。目前，参考文献(4)我们已经找到，参考文献(5)还没有找到。

在参考文献(4)中，3.18条为换热设备故障，其中的3.18.2条的条文为：“全部管子破裂，大量高压物料流到换热器较低压力侧是极少的，但是意外事故是可能的。较小的泄漏在换热器操作期间可能很少超压，因为标准的水压试验压力是设备设计压力的150%。设备故障，换句话说，当低压侧(包括上游和下游系统)使用最小为2/3高压侧设计压力设计时，低压侧到常压的裕量损失，由管子破裂产生是不可能的。在换热器高压侧的设计压力和操作压力有实际差别时，可以考虑用最大可能的系统压力代替基于逐个工况的高压侧设计压力。

当低压侧的实际试验压力低于设计压力(指2/3原则的数据)的150%时，这个较低的压力应该用来确定是否需要超压保护。当换热器低压侧(包括上游和下游系统)是在上述2/3

原则下设计时，因管子破裂的泄压是不需要的。对新安装的，增加低压侧设计压力可以减小风险。当认为接近这个裕量时，上游和下游的管道和设备系统必须通过估算。”

要说明的一点：标准的水压试验压力是设备设计压力的150%，是1999年以前的ASME规范的规定。所谓的2/3原则，就是低压侧的设计压力的150%应大于或等于高压侧的设计压力，即低压侧的设计压力应大于或等于高压侧设计压力的100/150(2/3)。现行的ASME规范的规定已将150%改为130%，这个2/3原则也应相应地改为100/130(10/13)原则。

按我国的国家标准GB150规定，水压试验压力是设备设计压力的125%，按上述所谓的2/3原则，低压侧的设计压力应大于或等于高压侧设计压力的100/125(4/5)，这个2/3原则也应相应地改为100/125(4/5)原则。因此，如果换热器要求按ASME规范设计，低压侧的设计压力应大于或等于高压侧设计压力的100/130(10/13)；如果换热器要求按中国规范GB150设计，低压侧的设计压力应大于或等于高压侧设计压力的100/125(4/5)。(为了方便，下面叙述仍用2/3原则)

从API RP 521-1997的3.18.2条文规定来看，可以得出以下几点含意：

⑴ 当换热器的较低压力侧(包括上游和下游系统)的设计压力使用最小为高压侧设计压力的2/3设计时，换热器的较低压力侧(包括上游和下游系统)就不需考虑因管子破裂而再设置超压保护的泄压措施。

⑵ 当换热器的较低压力侧(包括上游和下游系统)的设计压力使用小于高压侧设计压力的2/3设计时，换热器的较低压力侧(包括上游和下游系统)就必须考虑因管子破裂而再设置超压保护的泄压措施。

⑶ 当热器的较低压力侧(包括上游和下游系统)已经设置超压保护的泄压措施，换热器的较低压力侧(包括上游和下游系统)的设计压力，就不必使用最小为高压侧设计压力的2/3。

基于上述几点含意，在目前我们设计的化工装置上，换热器的较低压力侧(包括上游和下游系统)是否已经设置超压保护的泄压措施，就成为问题的焦点。

如果换热器的较低压力侧(包括上游和下游系统)没有设置超压保护的泄压措施，则换热器的较低压力侧(包括上游和下游系统)的设计压力使用最小为高压侧设计压力的2/3是必需的；

如果换热器的较低压力侧(包括上游和下游系统)已经设置超压保护的泄压措施，则换热器的较低压力侧(包括上游和下游系统)的设计压力使用最小为高压侧设计压力的2/3是不必要的；

如果换热器的较低压力侧的上游和下游系统的设备和管道，已经设置了超压保护的泄压措施，但没有使用最小为高压侧设计压力的2/3设计，那末仅仅将换热器低压侧的设计压力使用最小为高压侧设计压力的2/3，除增加换热器的费用外，没有任何别的意义。

基于上述分析，在化工装置上的各种物流系统采用本身工况确定的设计压力，并已经在各自物流系统上设置了超压保护的泄压措施，就完全不需要单对换热器的较低压力侧提高设计压力。

2008年，中石化工程部组织编写的中石化工管壳式换热器工程技术规定，已经将涉及“2/3原则”的条纹删除。

2009年7月,我看收到了上面提到的国外工程公司的一位设计人员写的一个函件，其中谈到该公司当前对上述“2/3原则”的处理方法是,一般不予考虑，只有在业主强烈要求并能说出充分的理由的情况下,才按业主的要求去做。