GB/T 27880-2011 热棒

　　ICS 93. 010 P 22

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 27880—2011

　　热 棒

　　Thermoprobe

　　2011-12-30发布 2012-06-01实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 27880—2011

　　目 次

　　前言 Ⅰ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　4 组成与分类 2

　　4. 1 组成 2

　　4. 2 分类与代号 2

　　4. 3 型号与示例 4

　　5 技术要求 5

　　5. 1 一般要求 5

　　5. 2 材料要求 5

　　5. 3 外观质量 5

　　5. 4 规格尺寸与偏差 5

　　5. 5 焊接质量 6

　　5. 6 气密性试验 6

　　5. 7 启动特性 6

　　5. 8 等温特性 6

　　6 试验方法 7

　　6. 1 一般要求 7

　　6. 2 材料要求 7

　　6. 3 外观质量 7

　　6. 4 规格尺寸 7

　　6. 5 渗透检测 7

　　6. 6 气密性试验 7

　　6. 7 启动特性 7

　　6. 8 等温特性 9

　　7 检验规则 9

　　7. 1 一般规则 9

　　7. 2 型式检验 9

　　7. 3 出厂检验 9

　　8 标志 、包装 、运输与贮存 10

　　8. 1 标志 10

　　8. 2 包装 10

　　8. 3 运输 10

　　8. 4 贮存 10

　　附录 A (资料性附录) 常用规格热棒的额定功率 11

　　GB/T 27880—2011

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1. 1—2009给出的规则起草 。

　　本标准由全国交通工程设施(公路)标准化技术委员会(SAC/TC223)提出并归 口 。

　　本标准起草单位 :江苏中圣高科技产业有限公司 、南京锅炉压力容器检验研究院 、中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 、南京工业大学 、中铁西北科学研究院有限公司 、中交第一公路勘察设计研究院有限公司 。

　　本标准主要起草人 :郭宏新 、刘丰 、业成 、吴青柏 、张红 、熊智文 、章金钊 、刘世平 、蒋俊 。

　　Ⅰ

　　GB/T 27880—2011

　　热 棒

　　1 范围

　　本标准规定了热棒的术语与定义 、组成与分类 、技术要求 、试验方法 、检验规则以及标志 、包装 、运输与贮存 。

　　本标准适用于寒区地基 、基础工程的热棒 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的 。凡是注 日期的引用文件 ,仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 。

　　GB 150. 3—2011 压力容器 第 3部分 :设计

　　GB 536 液体无水氨

　　GB/T 710 优质碳素结构钢热轧薄钢板和钢带

　　GB/T 1804 一般公差 未注公差的线性和角度尺寸的公差

　　GB 3087 低中压锅炉用无缝钢管

　　GB/T 3280 不锈钢冷轧板和钢带

　　GB/T 6052 工业液体二氧化碳

　　GB/T 13237 优质碳素结构钢冷轧薄钢板和钢带

　　GB 13296 锅炉 、热交换器用不锈钢无缝钢管

　　GB/T 18851 (所有部分)无损检测 渗透检测

　　GB 50212 建筑防腐蚀工程施工及验收规范

　　JB 4708 钢制压力容器焊接工艺评定

　　JB/T 4709 钢制压力容器焊接规程

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件 。

　　3. 1

　　热棒 thermoprobe

　　用于寒区工程 ,工作温度在 200K~ 333K( -73℃ ~ 60 ℃)之间 ,蒸发段在下方 、冷凝段在上方 、管内凝结液依靠重力而回流的传热管 。

　　3. 2

　　基管 plain tube

　　用于制造热棒壳体的金属管 。

　　3. 3

　　工质 workingfluid

　　热棒内用于传递热量的介质 。

　　1

　　GB/T 27880—2011

　　3. 4

　　蒸发段 evaporator

　　热棒工质受热汽化的部分 。

　　3. 5

　　冷凝段 condenser

　　热棒工质放热凝结的部分 。

　　3. 6

　　绝热段 adiabaticsection

　　热棒蒸发段与冷凝段之间 、不与外界换热的部分 。

　　3. 7

　　不凝性气体 non-condensablegas

　　在工作温度和压力范围条件下,热棒管壳内不凝结的气体 。

　　3. 8

　　工作温度 operatingtemperature

　　热棒运行时的工质蒸汽温度 。

　　3. 9

　　稳定工作状态 steady operatingstate

　　设定工作条件下 ,在热棒管内或管外壁沿长度方向各点温度不随时间变化的工作状态 。

　　3. 10

　　额定功率 rated power

　　设定工作条件下,热棒所能传递的最大功率 。

　　3. 11

　　启动特性 startup

　　在一定条件下从热棒开始受热到进入稳定工作状态之前的特性 , 以时间为特性指标 。

　　3. 12

　　等温特性 isothermal

　　在一定的热负荷和工作条件下,热棒内部工质蒸汽温度沿长度方向呈现出温度均匀且相等的特征 。

　　4 组成与分类

　　4. 1 组成

　　热棒由基管 、管腔 、中心测温管和工质组成 ,基管与管腔分为蒸发段 、绝热段和冷凝段三部分 ,根据使用条件蒸发段和冷凝段可带有传热翅片(见图 1) 。

　　4. 2 分类与代号

　　4. 2. 1 热棒按形状分为直棒和弯棒两类 ,直棒用代号 Ⅰ 表示 ,弯棒(又称 L 型)用代号 Ⅱ表示 。

　　2

　　GB/T 27880—2011

　　a) Ⅰ 型 b) Ⅱ 型

　　说明 :

　　D— 基管外径 ,单位为毫米(mm) ;

　　Lc— 冷凝段长度 ,单位为米(m) ;

　　Ls— 绝热段长度 ,单位为米(m) ;

　　Le— 蒸发段长度 ,单位为米(m) ;

　　L— 热棒高度 ,单位为米(m) ;

　　S— 基管公称壁厚 ,单位为毫米(mm) ;

　　α— 弯曲角 ,单位为度(°) 。

　　图 1 热棒组成与形状

　　4. 2. 2 热棒按结构形式分为三类 :

　　a) 冷凝段有翅片 、蒸发段无翅片 ,代号为 TPA;

　　b) 冷凝段和蒸发段均无翅片 ,代号为 TPB;

　　c) 冷凝段和蒸发段均有翅片 ,代号为 TPC。

　　4. 2. 3 翅片的形状分为四种 :

　　a) 螺旋圆盘翅片[见图 2a)] ,代号为 a;

　　b) 齿型翅片[见图 2b)] ,代号为 b;

　　c) 轧制翅片[见图 2c)] ,代号为 c;

　　d) 纵向翅片[见图 2d)] ,代号为 d。

　　3

　　GB/T 27880—2011

　　a) 螺旋圆盘翅片 b) 齿型翅片

　　c) 轧制翅片 d) 纵向翅片说明 :

　　D— 基管外径 ,单位为毫米(mm) ;

　　h— 翅片高度 ,单位为毫米(mm) ;

　　hc— 齿型翅片高度 ,单位为毫米(mm) ;

　　S— 基管公称壁厚 ,单位为毫米(mm) ;

　　t— 翅片节距 ,单位为毫米(mm) ;

　　w— 齿宽 ,单位为毫米(mm) ;

　　δ— 翅片厚度 ,单位为毫米(mm) 。

　　图 2 翅片形状示意图

　　4. 3 型号与示例

　　热棒型号由八个单元组成 ,其结构如下 :

　　1单元

　　7单元

　　8单元

　　2单元

　　/

　　3单元

　　4单元 - 5单元 / 6单元

　　标准号 ;

　　材料代号 ,C— 碳钢 , S— 奥氏体不锈钢 ;

　　热棒高度 ,单位为米(m) ;

　　冷凝段长度 ,单位为米(m) ;基管外径 ,单位为毫米(mm) ;翅片形状代号 ,见 4. 2. 3;

　　热棒形状代号 ,见 4. 2. 1;

　　结构形式代号 ,见 4. 2. 2。

　　示例:热棒形状为 Ⅰ 型 ,基管外径为 76 mm ,冷凝段长度为 2 m ,热棒高度为 9 m ,材料为碳钢 ,蒸发段无翅片 ,冷凝段有螺旋圆盘翅片的热棒 ,其标记为 :TPA Ⅰ /a 76-2/9-C-GB/T 27880—2011。

　　4

　　GB/T 27880—2011

　　5 技术要求

　　5. 1 一般要求

　　热棒管壳内外壁应进行防腐处理 ,外壁按 GB 50212的要求执行 , 内壁采用化学成膜方法处理 。

　　5. 2 材料要求

　　5. 2. 1 用于制造热棒的基管应为冷拔(轧)无缝钢管 ,碳钢管应按 GB 3087的规定选用 ,奥氏体不锈钢管应按 GB 13296的规定选用 。

　　5. 2. 2 用于制造翅片的钢带应为冷轧薄钢板或钢带 。碳钢钢带应符合 GB/T 13237和 GB/T 710 的规定 ,不锈钢钢带应符合 GB/T 3280的规定 。

　　5. 2. 3 热棒工质应选用优等品级的液体无水氨(液氨)或工业液体二氧化碳 。液体无水氨(液氨) 应符合 GB 536的规定 ,工业液体二氧化碳应符合 GB/T 6052的规定 。

　　5. 3 外观质量

　　用热镀锌做防腐处理的热棒外表面应具有金属光泽 ,无裂纹 、凹坑及毛刺缺陷 ,焊缝平整光滑 。用油漆做防腐处理的热棒外表面应成膜均匀 、无裂纹及结疤 ,翅片间无镶入物 。

　　5. 4 规格尺寸与偏差

　　5. 4. 1 热棒规格尺寸

　　热棒规格尺寸见表 1。为了方便设计计算 、选型 ,常用规格热棒的额定功率列于表 A. 1 。

　　表 1 热棒规格尺寸

　　D/mm

　　S/mm

　　L/m

　　Lc/m

　　Ls/m

　　α/ (°)

　　30~ 45

　　2. 5~ 3. 5

　　≤6

　　≤2

　　≤1

　　≤90

　　45~ 60

　　3. 5~ 4. 5

　　≤9

　　≤3

　　≤1

　　≤90

　　60~ 80

　　4. 0~ 5. 5

　　≤12

　　≤4

　　≤2

　　≤90

　　80~ 100

　　5. 0~ 6. 5

　　≤20

　　≤5

　　≤2

　　≤90

　　90~ 110

　　5. 0~ 7. 5

　　≤30

　　≤6

　　≤3

　　≤90

　　110~ 130

　　6. 0~ 8. 5

　　≤40

　　≤8

　　≤4

　　≤90

　　5. 4. 2 翅片及开齿

　　翅片及开齿规格尺寸应符合表 2 的规定 。

　　表 2 翅片及开齿规格尺寸 单位为毫米

　　D

　　h

　　δ

　　t

　　hc

　　w

　　30~ 45

　　≤25

　　≤2

　　5~ 20

　　5~ 20

　　2~ 8

　　45~ 60

　　≤25

　　≤2

　　5~ 20

　　5~ 20

　　2~ 10

　　60~ 80

　　≤30

　　≤2

　　5~ 25

　　10~ 25

　　2~ 10

　　5

　　GB/T 27880—2011

　　表 2 (续) 单位为毫米

　　D

　　h

　　δ

　　t

　　hc

　　w

　　80~ 100

　　≤40

　　≤2

　　5~ 25

　　15~ 35

　　2~ 12

　　100~ 120

　　≤50

　　≤2

　　5~ 30

　　20~ 40

　　2~ 12

　　5. 4. 3 尺寸偏差

　　热棒及翅片 、开齿规格尺寸偏差应符合 GB/T 1804中 c级规定 。

　　5. 4. 4 弯曲度

　　热棒管壳直线段的弯曲度应不大于 1. 5 mm/m 。

　　5. 5 焊接质量

　　5. 5. 1 管壳的焊接按 JB 4708和 JB/T 4709的规定执行 ,接头和坡 口 的型式及尺寸满足 GB 150. 3— 2011附录 D 的规定 。

　　5. 5. 2 管 壳 的 焊 接 焊 缝 的 外 表 面 应 进 行 渗 透 检 测 , 渗 透 检 测 结 果 应 达 到 GB/T 18851 中 I 级 合 格要求 。

　　5. 6 气密性试验

　　5. 6. 1 热棒在冲装工质前应进行气密性试验 ,不应出现冒泡泄漏现象 。

　　5. 6. 2 热棒充装工质后对充液管封口进行检漏 ,不应出现任何工质泄漏 。

　　5. 7 启动特性

　　热棒的启动特应符合表 3 的规定 。

　　表 3 启动特性

　　热棒长度

　　m

　　从加热开始至稳定工作状态所需时间

　　min

　　≤4

　　≤3

　　≤6

　　≤4

　　≤8

　　≤5

　　≤10

　　≤5. 5

　　≤12

　　≤6

　　≤16

　　≤6. 5

　　≤20

　　≤8

　　≤30

　　≤8. 5

　　≤40

　　≤9

　　5. 8 等温特性

　　热棒的等温特性应符合表 4 的规定 。

　　6

　　GB/T 27880—2011

　　表 4 等温特性

　　热棒长度

　　m

　　冷凝段沿长度方向温度差

　　℃

　　≤8

　　≤2

　　≤12

　　≤2. 5

　　≤20

　　≤3

　　≤30

　　≤3. 5

　　≤40

　　≤4

　　6 试验方法

　　6. 1 一般要求

　　对管壳外壁按 GB 50212 的规定执行 。

　　6. 2 材料要求

　　主要核查原材料的材质证明单是否齐全有效 ,必要时对原材料的主要性能指标(如 ,力学性能进行检验) 。

　　6. 3 外观质量

　　在充分照明条件下逐根目视检查 。 当目视判断不清时 ,应用放大镜检查 。

　　6. 4 规格尺寸

　　用分辨力 0. 5 mm、精度 A级的钢卷尺进行长度测量 ;用分辨力 0. 02 mm、精度 0. 02 mm 的游标卡尺进行直径测量 ;用分辨力 0. 01 mm、精度 0. 01 mm 的板厚千分尺进行厚度测量 ;用精度一级的刀 口尺和塞尺进行弯曲度测量 。

　　6. 5 渗透检测

　　管壳外表面渗透检测应按 GB/T 18851的规定执行 。

　　6. 6 气密性试验

　　6. 6. 1 充装工质前的气密性检验方法 :将管壳内充满 0. 6 MPa的空气后 ,完全浸没入水中 ,稳压时间应不少于 10 s,观察是否出现冒泡泄漏现象 。

　　6. 6. 2 氨的检漏试验可用氦质谱检漏仪进行检漏 ,也可用酚酞试纸进行 。

　　6. 6. 2. 1 氦质谱检漏仪法 :将氦质谱检漏仪靠在充液管的封口处 ,观察氦质谱检漏仪的告警情况 。

　　6. 6. 2. 2 酚酞试纸法 :将潮湿的酚酞试纸敷在充液管的封口处 ,检查是否有氨泄露 ,若有微量泄漏 , 酚酞试纸颜色会发生变化 ,若无泄漏酚酞试纸颜色不发生变化 。

　　6. 6. 3 二氧化碳的检漏试验 ,按照环境中二氧化碳浓度测定检测方法 ,用红外线二氧化碳分析器进行检测 。

　　6. 7 启动特性

　　6. 7. 1 试验条件

　　a) 试验环境温度 :20 ℃ ±5 ℃ 。

　　7

　　GB/T 27880—2011

　　b) 试验加热段 、保温段和冷凝段长度 :

　　— 热棒蒸发段长度不大于 9 m 时 ,其蒸发段长度的 1/2为加热段 ,且不大于 3 m ,其余蒸发段的长度与绝热段长度之和为绝热保温段长度 ,试验冷凝段长度为热棒冷凝段全长 ;

　　— 热棒蒸发段长度大于 9 m 时 ,其蒸发段长度的 1/3为加热段 ,且不大于 5 m ,其余蒸发段的长度与绝热段长度和冷凝段的 1/2长度之和为绝热保温段长度 ,试验冷凝段长度为热棒冷凝段的 1/2长度 。

　　c) 倾斜角 :试验时热棒与水平方向夹角应大于 15°。

　　d) 冷凝条件 :试验冷凝段在试验环境温度条件下 、无风自然冷却 。

　　e) 气密性试验结束 72 h。

　　6. 7. 2 试验装置包括热电偶和计时秒表 :

　　a) 中心测温管一般由直径 8 mm 的不锈钢管制成 ,在热棒管腔内的有效长度不小于 500 mm(见图 1 和图 3) ;

　　b) 热电偶测温范围为 -50 ℃ ~ +100 ℃ ,分辨率为 0. 1 ℃ ,精度为 ±0. 1 ℃ ;

　　c) 试验使用三个热电偶 ,布置方法如图 3所示 ;

　　d) 秒表使用前应检查并清零 。

　　6. 7. 3 试验步骤 :

　　a) 安装热电偶 :将三个热电偶按图 3 给定的间距 ,紧贴在中心测温管内壁上 。

　　b) 加热试验蒸发段 :蒸发段加热方法应选用以下两种方法 :

　　— 恒温水浴加热,水温高于环境温度 20 ℃ ±5 ℃ ;

　　— 低温电加热炉加热或其他方法加热,冷凝段的平均壁温高于环境温度 20 ℃ ±5 ℃ 。

　　6. 7. 4 结果处理 :

　　a) 对试验蒸发段加热的同时 ,启动计时秒表 。仔细观察三个热电偶的示值变化情况 ,直到三个示值不再随时间增加而上升为止 ,停止计时 ,读取秒表示值为第一次启动时间试验 ;

　　b) 将热棒从加热装置中取出 , 待中心测温管温度冷却到室温 , 将热棒再次装入加热装置 , 重 复

　　6. 7. 3b)和 6. 7. 4a)进行第二次 、第三次试验 。取三次的平均值为检测结果 。

　　单位为毫米

　　8

　　说明 :

　　a— 顶压盖 ;

　　b — 中心测温管 ;

　　

　　c— 翅片 ;

　　①②③— 热电偶测点 。

　　图 3 中心测温管示意图

　　GB/T 27880—2011

　　6. 8 等温特性

　　6. 8. 1 试验条件 、装置和步骤同 6. 7。

　　6. 8. 2 测量结果 : 当中心测温管测点 ①②③温度达到稳定工作状态后 ,将热棒冷凝段均分成四段 ,用红外测温仪分别在 1/4、2/4、3/4处进行三次温度测量 ,计算三点间温度差 ,取最大值为测量结果 。