T/CCGA 20018-2024 液氢、液氦空温式气化器技术要求

ICS 71.100.20
CCS P 47
中国工业气体工业协会团体标准
T/CCGA 20018—2024
液氢、液氦空温式气化器技术要求
Technical requirements of air vaporizer of liquid hydrogen & liquid helium
2024 - 04 - 08发布2024 - 05 - 31实施
中国工业气体工业协会 发布

目次
前言 ................................................................................. II
1 范围 ............................................................................... 1
2 规范性引用文件 ..................................................................... 1
3 术语和定义 ......................................................................... 1
4 通用要求 ........................................................................... 3
5 材料要求 ........................................................................... 3
6 设计要求 ........................................................................... 3
7 制造要求 ........................................................................... 4
8 检验要求 ........................................................................... 4
9 出厂文件 ........................................................................... 5
10 包装和运输 ......................................................................... 5
参考文献 .............................................................................. 7
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II
前言
本文件按照GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。
本文件由中国工业气体工业协会提出并归口。
本文件起草单位：无锡特莱姆气体设备有限公司、陕西秦风气体股份有限公司、山东港华燃气集团有限公司、湖州三井低温设备有限公司、无锡市前卫化工装备有限公司、中国工业气体工业协会、中国氦产业创新发展委员会、中国氢能应用与利用百人会。
本文件主要起草人：俞斌、洑春干、苟伟伟、严肇博、李亚松、杨旭平、钱彬。
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液氢、液氦空温式气化器技术要求
1 范围
本文件规定了液氢和液氦的空温式气化器的通用要求、材料、设计、制造、检验要求、出厂文件、包装和运输。
本文件适用于最大工作压力不大于100.0MPa、内衬不锈钢管的液氢和液氦的空温气化器。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；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/T 150.1-2011 压力容器 第1部分：通用要求
GB/T 713.7 承压设备用钢板和钢带 第7部分：不锈钢和耐热钢
GB/T 13296 锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管
GB/T 13305 不锈钢中α-相面积含量金相测定法
GB/T 14976 流体输送用不锈钢无缝钢管
GB/T 15823-2009 无损检测氦泄漏检测方法
GB/T 20801.2 压力管道规范 工业管道 第2部分:材料
GB/T 20801.5-2020 压力管道规范 工业管道 第5部分:检验与试验
GB/T 26929 压力容器术语
GB 50177 制氢供氢工程设计标准
GB 50235 工业金属管道工程施工规范
GB 50236 现场设备、工业管道焊接工程施工规范
GB 50683 现场设备、工业管道焊接工程施工质量验收规范
JB/T 2549 铝制空气分离设备制造技术规范
JB/T 6896 空气分离设备表面清洁度
NB/T 47010 承压设备用不锈钢和耐热钢锻件
NB/T 47013 承压设备无损检测
NB/T 47014 承压设备焊接工艺评定
NB/T 47018.6 承压设备用焊接材料订货技术条件第6部分：铝及铝合金焊丝和填充丝
T/CCGA 40001 液氢
T/CCGA 70003 氦
3 术语和定义
GB/T 150.1-2011、GB/T 26929、T/CCGA 40001、T/CCGA 70003界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
空温式气化器 air vaporizer
以大气中的热量作为热源来加热液氢、液氦超低温液态气体或超低温气体，使液氢、液氦超低温液态气体或者超低温气体汽化或升温到一定温度的换热设备。
空温式气化器组成为内衬不锈钢管的铝翅片管、连接管道、支腿、吊耳、设备框架和法兰接口或螺纹接头等部分。
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本文件中的介质均为液氢、液氦超低温液态气体或超低温气体，气化器均为内衬不锈钢管的液氢、液氦空温式气化器。
3.2
设计条件 design conditions
气化器的用户或者设计选型委托方提出工艺设计条件。宜包含如下内容：
工作流体，设计流量，设计压力，设计环境温度，设计环境湿度，设计风速，设计抗震载荷，工作压力，允许压力降，运行工况，冰冻期，出口温度差。
3.3
设计压力 design pressure
设定的气化器顶部的最高压力。与相应的设计温度一起作为气化器的基本设计载荷条件，其值不低于工作压力。
3.4
最高允许工作压力 maximum allowable working pressure (MAWP)
在指定的相应温度下，气化器顶部所允许承受的最大压力。该压力是根据气化器各受压元件的有效厚度，考虑了该元件承受的所有载荷而计算得到的，且取最小值。
注：当气化器的设计文件没有给出最高允许工作压力时，则可以认为该气化器的设计压力即是最高允许工作压力。
3.5
设计温度 design temperature
气化器在正常工作情况下，设定的元件的金属温度（沿元件金属截面的温度平均值）。设计温度与设计压力一起作为设计载荷条件。
3.6
计算厚度 required thickness
按照GB/T 150.1-2011 相应公式计算得到的厚度。需要时，尚应计入其他载荷（见GB/T 150.1-2011中 4.3.2）所需厚度。
3.7
设计流量 design flow rate
满足设计要求的流量。
3.8
允许压力降 allowable pressure drop
工作压力下气化器进出口的允许最大压力差。
3.9
设计环境温度 design ambient temperature
用于计算换热面积和选择气化器材料的环境温度。
3.10
切换周期 switching time
每台或每组气化器完全融霜后连续工作时间。
3.11
气化量 vaporization capacity
气化器内介质在设计条件下的最大气化流量。
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设计条件没有说明的情况下，气化量定义为设计流体，环境温度21℃，环境相对湿度70%RH，出口温度差11℃,入口为饱和状态，表面无霜和约定连续运行时间（一般为8h）条件下的气化流量。
4 通用要求
4.1 气化器应根据供气规模、供气压力及环境条件进行设计，并应符合当地冬季气温条件下（或最严苛的）使用要求。
4.2 介质或液氦经空温式气化器后的流量和温度应能满足设计条件要求。
4.3 空温式气化器的结构强度满足设计条件要求。
4.4 空温式气化器的设计、制造应符合JB/T 2549、GB 50236的相关要求。
4.6 空温式气化器的设计寿命不应低于10年。
5 材料要求
5.1
空温式气化器与介质相接触的材料应与介质特性及超低温相容，并符合下列要求：
5.1.1
对与介质接触的受压元件用奥氏体型不锈钢钢板、钢管、钢锻件，应分别符合GB/T 713.7、GB/T 14976、GB/T 13296、NB/T 47010的规定，材料制造单位应按GB/T 13305对其进行铁素体含量测定，铁素体测量值不大于3%。与介质接触的受压元件用管件，采用冷成型加工时，其成型后使用测量仪测得的铁素体测量值应不大于5%，当超过5%时应进行固溶处理。
5.1.2
与介质接触的受压部件以及受压管路（公称直径＞25mm）的奥氏体型不锈钢钢板、钢管、钢锻件进行化学成分（按炉号）、力学性能（按炉批号）的验证性复验，复验结果经确认合格后再投料使用）。
5.2
空温式气化器材料使用条件还应符合下列要求：
5.2.1
材料的压力-温度等级应符合GB/T 20801.2、GB/T 150.1-2011的规定。
5.2.2
翅片管内衬管宜为无缝不锈钢光亮管，其材质宜为奥氏体不锈钢材料，如S31608、S31603等。
5.3
翅片管材质宜为铝合金材料如3A21、6063等。铝合金翅片管、无缝管管道最小壁厚不应低于2.5mm，翅片厚度还应符合下列要求：
——气化量不大于3000m3/h的空温式气化器主翅片厚度不低于2.1mm、辅翅片厚度不低于1.9mm；
——气化量大于3000m3/h的空温式气化器主翅片厚度不低于2.4mm、辅翅片厚度不低于2.0mm。
5.4
翅片管直径不应超过Φ200mm，且单根翅片管上翅片数量不应超过12片。
5.5
设计温度（范围）高于65℃时，翅片管不应采用含镁量大于或等于3%的铝合金。
5.6
管道法兰宜为奥氏体不锈钢材料，如S31608、S31603等，垫片宜为奥氏体不锈钢和石墨缠绕垫片，紧固件宜为S30408材质。
5.7
管道采用螺纹连接时，螺纹连接处应采用聚四氟乙烯薄膜作为填料。根据GB 50177的要求，螺纹接头宜为奥氏体不锈钢材料，如S31608，S31603等。
5.8
框架结构材质宜为高强度铝合金材料，如6061等。
5.9
其它相关材料也应结合设计条件和使用需求进行设计选型。
6 设计要求
6.1
气化器的设计温度不应高于-269℃。
6.2
气化器的设计压力不应小于工作压力的1.2倍。气化器的换热面积不得小于设计条件下所需换热面积的1.2倍。
6.3
气化器的最大压降应符合设计条件要求，通常宜为设计压力的5%～10%。
6.4
气化器出口的最低工作温度根据设计条件确定。
6.5
气化器内介质流速符合下列要求：
——液相流速不宜超过1.5m/s；
——气相工作压力为0.1MPa～3.0MPa，允许最大流速25m/s；
——气相工作压力为＞3.0MPa～＜100.0MPa，流速不宜超过10m/s。
6.6
气化器弯管连接部分以及翅片管与翅片管之间均应采取有效补偿措施，确保运行过程中所产生的热胀冷缩应力能够获得应力补偿。
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6.7
气化器的支腿高度应考虑设计条件下，运行掉落的冰霜不影响设备正常使用，同时基础需要考虑抗冻能力。
6.8
气化器翅片管与框架宜采用不锈钢螺栓固定牢固，不宜采用焊接工艺。
6.9
管道支座和管托应采用耐超低温材料制作，管托长度应满足位移量的要求。
6.10
气化器的设计选型和数量应根据设计条件进行。若是连续供气项目，宜配置两组气化器，切换周期不小于气化器融霜时间，宜为8h。
6.11
空温式气化器布局之间的水平净间距不小于气化器投影的边长为宜。
7 制造要求
7.1 一般要求
7.1.1
翅片管和不锈钢受压部件尺寸应符合设计图样的要求，表面应光洁，无明显的缺陷。
7.1.2
弯管制作应在常温下采用机械弯制方法。管子弯制后，应将内外表面彻底清理干净，并不得有裂纹、皱褶明显缺陷，椭圆度不得大于0.75D（D为管子外径）；管子弯制后的最小厚度不得小于直管的设计厚度。
7.1.3
Π形弯管的平面度允许偏差和两平行管段的平行度允许偏差，均不得大于2mm。
7.2 焊接
7.2.1
气化器的材料选择应保证适配性和可焊性。焊材须有生产厂质量合格证及质量证明文件，应符合GB/T 150.1-2011等有关标准的规定要求。
7.2.2
气化器焊前应按NB/T 47014进行焊接工艺评定，焊接应按GB 50236的规定执行。
7.2.3
施焊前焊口应采用化学方法或机械方法除去氧化膜，表面清洁度应符合JB/T 6896的规定。
7.2.4
铝合金部分的焊丝应符合NB/T 47018.6的规定。
7.2.5
对接焊和角焊缝，外观略高母材，焊缝宽度一致，焊缝表面应无裂纹、气孔、夹渣及未焊透等缺陷，焊缝外观质量应符合GB 50683中焊缝检查等级要求。
7.2.6
焊缝经检验不合格应进行返修或换管后重新施焊。
8 检验要求
8.1 外观
8.1.1
气化器装配应正确、牢固、不得有松脱现象，外观应光洁平整，无毛刺、裂纹和凹痕、无明显的变形等缺陷。
8.1.2
翅片管应分布均匀、布局合理，外形美观，支撑框架应固定牢固，裸管部分应无凹痕、无鼓包擦伤、无磨损等缺陷。
8.1.3
翅片管内衬不锈钢管外表面与铝翅片管内表面间应无油污和污垢等，应相互贴合紧密，以免影响传热效率。内衬不锈钢管在贴合过程中，内表面不允许有任何划伤、起毛现象。
8.1.4
内衬不锈钢管内衬部分不能拼接，且表面粗糙度Ra值不大于0.8μm。
8.1.5
翅片管的尺寸偏差不大于长度L的1‰，且当L≤6000mm时，不大于4.5mm。
8.1.6
弯管制作应在常温下采用机械弯制方法, 管子弯制后的最小厚度不得小于直管的设计厚度且符合下列要求：
a) 弯曲半径大于或等于2.5倍换热管名义外径时，圆度偏差不应大于换热管名义外径10%；
b) 弯曲半径大于或等于2.5倍换热管名义外径时，圆度偏差不应大于换热管名义外径15%。
8.1.7
U形弯管的平面度允许偏差和两平行管段的平行度允许偏差，不大于5mm。
8.1.8
连接管与集合管焊接时，连接管插入集合管内伸长度不超过1mm。
8.2 无损检测
8.2.1
焊缝无损检测应按NB/T 47013的规定，所有对接焊缝应进行100%射线检测，检测技术等级不低于AB级，质量等级不低于Ⅱ级，所有角焊缝和T型焊缝应进行100%渗透检测，质量等级不低于Ⅰ级。
8.2.2
焊缝无损检测应符合GB/T 20801.5-2020中6.3的要求，并出具报告。
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8.3 耐压试验与泄漏试验
8.3.1
耐压试验和泄漏试验应在无损检测合格后进行。
8.3.2
耐压试验和泄漏试验时，压力表的量程宜为试验压力的2倍。压力表的精度不得低于1.6级。
8.3.3
耐压试验可采用气压试验或水压试验。水压试验时，水中的氯离子含量不得超过25mg/L；气压试验所用气体应为干燥洁净的空气、氮气或其它惰性气体。
8.3.4
试验介质和试验压力，一般按表1条件并出具报告。
表
1 试验介质和试验压力
管道设计压力（MPa）
强度试验
试验介质
试验压力（MPa）
＜0.1
氮气
0.1
0.1～3.0
1.15P
＞3.0
水
1.5P
注：本表中P指设计压力。
8.3.5
以氮气为试压介质时，应在水池中采用全浸没方式进行鼓泡试验，且应制定相关安全措施。
8.3.6
耐压试验和泄漏试验必须有安全措施，试验单位的安全管理部门应当派人进行现场监督。
8.3.7
水压试验程序和步骤
a) 水压试验时，气化器内气体应当排净并充满液体，试验过程中，应保持气化器观察表面干燥；
b) 缓慢升压至规定试验压力的10%，保压5min,并且对所有焊接接头和连接部位进行初次检查；确认无泄漏后，再继续升压至规定试验压力的50%；如无异常现象，其后按规定试验压力的10%逐级升压，达到试验压力后，保压10min；然后降至设计压力。保压足够时间进行检查，试验期间压力应保持不变。
8.3.8
耐压试验的合格标准为试验过程中无渗漏、无可见的变形和异常声响。
8.3.9
试验过程中，如有泄漏，应在修补后重新进行试验。
8.3.10
试验合格后，应用不含油的氮气，以不小于20m/s的流速进行吹扫，直至出口无铁锈、杂质、尘土及其他脏物为合格。
8.3.11
泄漏试验应参照GB/T 15823-2009 附录C的护罩技术进行检验并出具报告。
8.4 脱脂处理
介质接触的表面需根据设计文件的要求，宜按JB/T 6896的规定进行脱脂，油脂残留率应≤125mg/m2，并出具书面脱脂定量报告。
9 出厂文件
9.1 设备竣工图。
9.2 设备安装、使用、维护及保养说明书。
9.3 产品质量证书应包含下列内容：
a) 产品合格证；
b) 外观检测报告；
c) 耐压试验和泄漏试验报告；
d) 无损检测报告；
e) 含油量检测报告。
9.4 装箱清单。
10 包装和运输
10.1 铭牌
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铭牌应固定于明显的位置，不宜安装在可拆部件上，铭牌的材料应耐大气腐蚀，应至少标明下列内容：
a)
制造单位名称和/或商标；
b)
介质类型；
c)
产品型号和名称；
d)
产品编号或批号；
e)
本文件名称及编号；
f)
设计压力，MPa；
g)
最大允许工作压力，MPa；
h)
气化量，m3/h；
i)
工作温度范围，℃；
j)
制造日期；
k)
设备重量，kg。
10.2 包装和运输
10.2.1 设备必须在检验和试验合格后，吹扫清洁后管口做防护包扎或封堵。
10.2.2 应对设备、法兰、螺纹接口等采取相应的保护措施，防止运输过程中的损坏。
10.2.3 应根据结构尺寸、重量、运输特点选用适宜的包装。
10.2.4 零配件、备品备件及专用工具等宜单独包装或装箱。
10.2.5 气化器在运输中应防止污染、剧烈震动、碰撞，搬运时应轻放，避免损伤等。
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参考文献
[1] 中国工业气体工业协会. 中国工业气体大全：第三册. 大连：大连理工大学出版社，2008.