Трубная решетка теплообменника

Если говорить о сердцевине кожухотрубного теплообменника, то это, без сомнения, трубная решетка. Многие в спецификациях гонятся за маркой стали, а потом удивляются, почему на стенде или уже в работе пошли трещины по сварным швам или коробление. Материал — это лишь часть уравнения. Гораздо чаще проблемы кроются в геометрии отверстий, качестве обработки кромок и — что критично — в самой заготовке. Неоднородность металла, скрытые раковины в толще — вот что убивает дорогостоящий узел. Я видел, как решетка, сделанная из якобы правильной нержавейки, пошла ?винтом? после первого же гидроиспытания, потому что поковка была некачественной, с внутренними напряжениями. И здесь уже не спасает ни точный станок, ни красивый чертеж.

От заготовки до отверстия: где рождается надежность

Исходник — это всё. Можно взять прокат, но для ответственных аппаратов, работающих под давлением или в агрессивных средах, это лотерея. Волокна металла в прокате идут в одном направлении, и при сверлении массива отверстий структура нарушается, могут появиться зоны с непредсказуемым поведением под нагрузкой. Поэтому для серьезных вещей всегда ищем кованые заготовки. Поковка дает мелкозернистую, изотропную структуру. Металл становится ?равноценным? во всех направлениях, что резко снижает риск коробления при механической обработке и дальнейшей эксплуатации.

Вот, к примеру, когда мы работали над одним проектом для химического комбината, заказчик изначально требовал решетки из листового проката 16ГС. Уговорили на поковку. Разница в цене была, но после того как их технадзор увидел ультразвуковой контроль нашей заготовки и сравнил с дефектоскопией проката от другого поставщика — вопросов не осталось. Ковка показала равномерную структуру без расслоений. А у листа нашли включения. Это прямая экономия на будущих ремонтах и простое.

Кстати, о поставщиках заготовок. Не все кузнечные производства могут обеспечить нужное качество для таких деталей. Нужен контроль на всех этапах: и химия сплава, и режимы ковки, и термообработка. В последнее время неплохие поковки для ответственных узлов, включая трубные решетки, поставляет компания ООО Шаньси Чжунли Фланцы. Они позиционируют себя как высокотехнологичное предприятие, специализирующееся на производстве поковок из различных сплавов и конструкционных компонентов оборудования. В их случае важно не просто название, а то, что они работают с прессовым оборудованием, а не с молотами, что для ответственных деталей часто предпочтительнее — меньше внутренних напряжений. Но это уже детали, которые проверяются в каждом конкретном заказе.

Тонкости разметки и сверления: не все дырки одинаковы

Казалось бы, что сложного — насверлить дырок в плите по разметке? Но здесь каждый микрон имеет значение. Радиальный шаг отверстий, их соосность в двух решетках (передней и задней) — это основа для сборки пучка. Если будет перекос, трубки при монтаже будут заходить с усилием, деформироваться, или, наоборот, останется недопустимый зазор для развальцовки или сварки.

Основная ошибка цехов — пытаться сверлить все отверстия за один проход, особенно в толстых решетках. Металл греется, сверло ?уводит?, и к концу процесса накапливается ошибка. Правильнее — предварительное сверление меньшим диаметром с последующей калибровкой. И да, охлаждающая жидкость — не формальность, а необходимость. Видел, как из-за экономии на СОЖ режущая кромка инструмента ?садилась? уже после десятка отверстий в нержавейке, и размер начинал ?плыть?.

Особый разговор — обработка кромок отверстий. После сверления обязательно нужна зенковка или снятие фаски. Острая кромка — это концентратор напряжений и потенциальное место для начала трещины. Кроме того, при развальцовке труб острый край может ее прорезать. Это кажется мелочью, но такие мелочи и отличают работающий десятилетиями аппарат от того, который даст течь на первом же теплосмене.

Сварка и коробление: как не испортить готовую деталь

Часто решетка — это не просто плита с дырками. К ней привариваются патрубки, камеры, крепежные элементы. И вот здесь многих накрывает. Казалось бы, деталь обработана, отверстия в идеальном положении. Начинают приваривать массивный патрубок — и решетку ведет. Отверстия из круглых становятся овальными, плоскость искривляется.

Причина — все те же внутренние напряжения, которые высвобождаются от локального нагрева. Бороться с этим можно только правильной технологией сварки: предварительный подогрев всей детали, сварка малыми участками (каскадом или обратноступенчатым методом), симметричное расположение швов, если это возможно, и обязательная последующая термообработка для снятия напряжений. Иногда, для очень ответственных узлов, имеет смысл проводить черновую механическую обработку, затем сварку, термообработку, и только потом — чистовую обработку отверстий и плоскостей. Это дороже, но гарантирует результат.

У нас был печальный опыт с решеткой для теплообменника высокого давления. Сварщик, чтобы быстрее сделать работу, проварил обечайку за два прохода с одной стороны. Деталь выгнулась ?лодочкой? на 5 мм. Пришлось резать шов, отжигать и варить заново по правильной технологии. Время и деньги на ветер. С тех пор техпроцесс строго регламентирован, и контроль за температурой на каждом этапе — обязателен.

Материал: не только ?нержавейка? или ?углеродистая?

Выбор сплава — это всегда компромисс между средой, давлением, температурой и стоимостью. Для морской воды часто нужны медно-никелевые сплавы типа куниаль или монель. Для сероводородсодержащих сред — стали с повышенным сопротивлением сероводородному растрескиванию. Часто для экономии делают биметаллические решетки: основа из углеродистой стали, а слой, контактирующий с агрессивной средой, из коррозионностойкого сплава.

Но и здесь есть подводные камни. Качество наплавки или взрывного плакирования — ключевой фактор. Если слой неравномерный или имеет непровары, то коррозия быстро ?подточит? основу. Контроль здесь — ультразвуковой, по всей плоскости. Нельзя просто поверить сертификату на биметаллический лист. Нужно проверять сам готовый узел.

Иногда заказчики требуют экзотику вроде титана или дуплексных сталей. С титаном своя история — он ?липкий? при обработке, требует специального инструмента и низких скоростей резания, иначе будет наклеп и перегрев. А дуплексные стали требуют строгого контроля температуры при сварке, чтобы не нарушить баланс фаз. Для каждой марки — свой технологический паспорт. Универсальных решений нет.

Контроль и приемка: во что стоит заглянуть перед отгрузкой

Готовая трубная решетка — это не только проверка размеров штангенциркулем. Первое — визуальный осмотр на отсутствие задиров, трещин, раковин. Потом — контроль плоскостности на поверочной плите. Даже небольшой прогиб может создать проблемы при стыковке с кожухом.

Самый важный этап — проверка отверстий. Каждое отверстие должно пройти калибр-пробку (калиброванный штифт) определенного диаметра. Это гарантия, что трубка пройдет свободно, но с необходимым для развальцовки зазором. Часто этим пренебрегают, проверяя выборочно. Мы проверяем все. Бывали случаи, когда стружка или окалина прилипали в одном из сотен отверстий и не были замечены. На сборке трубку в это отверстие не смогли установить, пришлось снимать решетку и рассверливать на месте, что в полевых условиях — то еще удовольствие.

И конечно, документация. Паспорт с указанием марки материала, результатов УЗК заготовки, протоколы термообработки, акт проверки размеров. Это не бюрократия, а инструмент. Когда через несколько лет на этом же аппарате нужно будет заменить пучок, новая решетка должна идеально совпасть со старой. Имея на руках точные данные, можно ее изготовить без проблем. Без этого — снова подгонка по месту, лишние простои и затраты. В итоге, качественная трубная решетка теплообменника — это не просто деталь, это результат соблюдения целой цепочки технологических дисциплин: от выбора и контроля заготовки, через грамотную механическую обработку и сварку, до тщательного финального контроля. Пропустишь один шаг — и вся работа может пойти насмарку.