I. Что такое стандартный теплообменник с плавающей головкой из углеродистой стали? - Тип: Кожухотрубный теплообменник с неподвижной трубной доской на одном конце и «плавающей головкой» (которая может свободно расширяться и сжиматься в осевом направлении) на другом. - Материал: Корпус, трубная коробка, трубный пучок и другие основные несущие компоненты изготовлены из стандартной углеродистой стали (например, Q235B, Q345R и т. д.), а теплообменные трубы в основном представляют собой бесшовные трубы из углеродистой стали марки 20#. - Особенности: - Эффективно устраняет разницу температур теплового расширения, предотвращая повреждения от термических напряжений; - Трубный пучок может быть извлечен целиком, что облегчает очистку и техническое обслуживание; - Подходит для условий эксплуатации с большими перепадами температур между корпусом и трубами, а также там, где среда склонна к образованию накипи.   II. Типичные конструктивные элементы В качестве примера рассмотрим стандартную трубную доску с неподвижной трубной решеткой и внешней плавающей головкой. Основные компоненты: 1. Корпус: Цилиндрический корпус, приваренный к трубной решетке и торцевым крышкам с обоих концов или соединенный фланцами. 2. Трубная решетка: - Трубная решетка с неподвижными концами: Соединяет корпус и трубную коробку; - Трубная решетка с плавающими концами: Соединяет крышку плавающей головки и может перемещаться при изменении температуры. 3. Трубный пучок: - Теплообменные трубки (обычно 20#, наружный диаметр обычно φ19, φ25 и т. д.); - Перегородки/опорные пластины; - Разделительные трубки, стяжные стержни; - Боковые перегородки трубной коробки (для многоходового режима работы). 4. Конструкция плавающей головки: - Крышка плавающей головки (фланцевое соединение или болты + прокладки); - Фланец плавающей головки и трубная решетка плавающей головки; - Уплотнительные прокладки (внутреннее кольцо, наружное кольцо). 5. Трубная коробка и торцевые заглушки: - Трубная коробка с фиксированными торцами (одно-/двухпроходные перегородки); - Входные/выходные трубы со стороны кожуха, входные/выходные трубы со стороны труб. 6. Опоры: Седловидные, проушинные и т. д., определяются в зависимости от размера и компоновки оборудования.   III. Общепринятые стандарты проектирования и изготовления (обычная углеродистая сталь) Общепринятые в отечественных проектах: - GB/T 151 «Кожухотрубные теплообменники»: основной стандарт для проектирования конструкций, прочности и жесткости. - NB/T 47015–47016 и др.: квалификация сварочных работ и экзамен сварщиков. - TSG 21 «Правила технического надзора за безопасностью стационарных сосудов под давлением»: проектирование, материалы, изготовление и контроль компонентов, работающих под давлением. - Стандарты материалов: - Q235B: GB/T 700 - Q345R: GB 713 - Стальная труба 20#: GB/T 8163, GB/T 8162 (в зависимости от условий эксплуатации) При проектировании в соответствии со стандартами ASME см.: - ASME VIII-1 / VIII-2 - ASME IX (Сварка) - Стандарты TEMA (Конструкция теплообменника и расчеты)   IV. Вопросы проектирования и выбора (обычная углеродистая сталь) 1. Диапазон температур и давлений - Обычно используется при: расчетном давлении 0,6–2,5 МПа (обычный режим), расчетной температуре приблизительно 0–350 ℃. - При температуре выше определенного значения (например, ≥400 ℃) необходимо учитывать высокотемпературную прочность и ползучесть; Обычная углеродистая сталь может оказаться непригодной. 2. Требования к рабочей среде - Рабочая среда в кожухе и трубах не является высококоррозионной, или же эту проблему можно решить добавлением ингибиторов коррозии и регулированием расхода. - Для высококоррозионных сред, таких как CO₂, H₂S и хлорид-ионы, обычная углеродистая сталь имеет ограниченный срок службы и требует футеровки или замены на нержавеющую сталь/легированную сталь. 3. Схема потока и количество проходов - Со стороны труб: обычно 1, 2 или 4 прохода, достигаемые с помощью трубных коробчатых перегородок; - Со стороны кожуха: однопроходный или раздельный поток может быть достигнут с помощью перегородок или продольных перегородок. - Большее количество проходов приводит к более высокому коэффициенту теплопередачи, но также и к большему падению давления, что требует всестороннего рассмотрения. 4. Типы перегородок - Дугообразные, дискообразные, диафрагменные и т. д.; - В обычных теплообменниках из углеродистой стали чаще всего используются дугообразные перегородки, расстояние между которыми определяется исходя из допустимого перепада давления и требований к теплопередаче. 5. Регулирование расхода - Расход со стороны труб: обычно 1,0–2,5 м/с; - Расход со стороны кожуха: регулируется расстоянием между перегородками и площадью поперечного сечения кожуха. - Слишком низкий расход легко приводит к образованию накипи, а слишком высокий – к износу и вибрации.   V. Ключевые моменты изготовления и сварки (обычная углеродистая сталь) 1. Контроль материалов - Кожух, днища, трубные доски: Q235B / Q345R, требуются сертификаты материалов, химический состав и механические свойства перепроверяются. - Трубы теплообменника: бесшовные стальные трубы 20#, проверка на прохождение шариков и вихретоковый/ультразвуковой контроль (в соответствии со стандартными требованиями). 2. Соединение трубной решетки и теплообменника - Наиболее распространенные способы: компенсатор + сварка или полная сварка. - Компенсатор: обеспечивает герметичность и вибростойкость; - Сварка: повышает прочность и герметичность, используется в условиях высокого давления или работы с опасными средами. 3. Процесс сварки - Продольные и кольцевые швы корпуса: сварка под флюсом или ручная электродуговая сварка; - Сопла и фланцы: ручная электродуговая сварка или сварка в защитной среде CO₂; - Должна выполняться в соответствии с WPS и с подтверждением PQR. 4. Термическая обработка - После сварки обычные толстостенные пластины из углеродистой стали или толстостенные цилиндры обычно требуют термообработки для снятия напряжений (SR): - Температура приблизительно 600–650 ℃, время выдержки рассчитывается исходя из толщины; - SR также следует учитывать для толстых и крупных компонентов, таких как поплавковые головки и трубные решетки. 5. Контроль и испытания - Визуальный осмотр: образование сварных швов, дефекты поверхности; - Неразрушающий контроль: рентгенография/ультразвуковая дефектоскопия/магнитоэлектрическая дефектоскопия/кондуктометрия, выполняется в соответствии с чертежами и стандартными пропорциями; - Испытание под давлением: - Гидростатическое испытание: испытательное давление обычно в 1,25–1,5 раза превышает расчетное давление; - При необходимости – проверка герметичности. - Испытание под давлением проводится отдельно со стороны труб и со стороны корпуса для обеспечения отсутствия утечек.   VI. Пункты эксплуатации и технического обслуживания 1. Предотвращение образования накипи и коррозии - Регулярная очистка: механическая очистка, химическая очистка; - Контроль качества воды, добавление ингибиторов коррозии и ингибиторов образования накипи. 2. Вибрация и шум - При возникновении вибрации отрегулируйте расстояние между перегородками, измените скорость потока или примите меры по гашению вибрации. 3. Техническое обслуживание - Преимущества плавающего типа: Трубный пучок легко снимается путем открытия крышки плавающего типа, что облегчает замену труб и очистку со стороны корпуса.   Не могли бы вы предоставить более подробную информацию о ваших конкретных потребностях, например: - Вы занимаетесь проектированием, производством, контролем качества или закупками? - Рабочая среда, температура, давление, приблизительный диапазон размеров?

I. Общий производственный процесс 1. Приемка материалов и повторный контроль 2. Маркировка и резка (корпус, днища, трубные доски, крышки плавающих головок и т. д.) 3. Прокатка, сварка и закругление корпуса 4. Прессование и формовка днища 5. Механическая обработка трубной доски (сверление, снятие фаски) 6. Механическая обработка и сборка конструкции торца плавающей головки 7. Предварительная сборка трубного пучка (перегородки, опорные пластины, стяжные тяги, распорные трубки, теплообменные трубки) 8. Расширительный стык/сварка трубного пучка и трубной доски 9. Сборка корпуса, трубной коробки, крышки плавающей головки и т. д. 10. Сварка и термообработка после сварки (SR) 11. Неразрушающий контроль (RT/UT/MT/PT) 12. Испытание давлением (отдельно испытания давлением со стороны корпуса и со стороны труб) 13. Окончательный контроль внешнего вида и качества Размеры, травление/покраска и маркировка 14. Приемка готовой продукции и составление заводской документации   II. Материалы и этап резки 1. Приемка материалов - Основные несущие компоненты: - Корпуса, днища: Q235B, Q345R и т. д., требуется сертификат материала; проверьте номер печи и номер партии. - Трубная доска: Обычно Q345R или кованые трубы 20#; механические свойства и твердость необходимо перепроверить. - Трубы теплообменника: бесшовные стальные трубы 20#, GB/T 8163/8162, шариковый проход по одной трубе за раз, вихретоковый/ультразвуковой контроль при необходимости. - Пункты перепроверки: химический состав, механические свойства; для толстых пластин также требуются свойства по оси Z (если это требуется по проекту). 2. Маркировка и резка - Маркировка в соответствии с развернутым чертежом и технологической картой, с учетом припуска на механическую обработку и усадки при сварке. - Методы резки: газовая резка, плазменная резка, резка на станках с ЧПУ и т. д.; Зачистка и снятие фаски после резки. - Контроль ключевых размеров: - Периметр цилиндра, разница диагоналей - Размеры головки в развернутом виде - Наружный диаметр и толщина трубной доски   III. Изготовление корпуса и днища 1. Изготовление корпуса 1) Прокатка - Холодная или горячая прокатка. После прокатки отклонение продольного шва должно составлять ≤ 10% от толщины стенки и ≤ 1,5 мм. - Овальность и округлость должны контролироваться в соответствии с GB/T 151. 2) Сварка продольного шва - Метод сварки: основной метод – дуговая сварка под флюсом (SAW), но также может использоваться ручная дуговая сварка (SMAW). - Сварочные материалы: E7018, H08MnA и др., выбираются в соответствии с квалификацией процесса. - Внутренняя и внешняя сварка: как правило, сначала выполняется внутренняя сварка, затем внешняя. При необходимости необходима очистка корня шва. 3) Скругление и выпрямление - Скругление выполняется после прокатки и сварки для обеспечения соответствия отклонения внутреннего диаметра и прямолинейности требованиям. 2. Изготовление головки - Прессование: холодное или горячее прессование. Температура и степень прессования контролируются в соответствии с технологической картой прессования. - Послеформовочный контроль: - Кривизна, уменьшение толщины - Внутренний диаметр, высота прямой кромки - Отсутствие поверхностных трещин или сильных вмятин. IV. Обработка трубной доски и конструкция торца с плавающей головкой 1. Обработка трубной доски 1) Черновая обработка - Токарная обработка наружного диаметра и торцевой поверхности с учетом припуска на чистовую обработку. - Создание установочного упора для облегчения последующей сборки. 2) Сверление - Сверление отверстий на станке с ЧПУ в соответствии с чертежом расположения труб, со строгим контролем межосевого расстояния и допусков по диаметру отверстий. - Шероховатость стенок отверстий обычно составляет Ra ≤ 3,2 мкм для обеспечения качества компенсационного соединения. - Контроль: Использование шаблона или координатно-измерительной машины для проверки точности положения отверстий. 3) Снятие фаски и обработка уплотнительной поверхности - Обработка фаски на концах соединения между трубной доской и цилиндром/торцевой головкой. - При наличии фланцевого соединения обработка уплотнительной поверхности (RF, FF и т. д.). 2. Крышка плавающей головки и фланец плавающей головки - Крышка плавающей головки в основном изготавливается методом ковки или механической обработки из толстой пластины, с проточенной на внутренней поверхности уплотнительной канавкой для установки прокладки. - Соединение между фланцем плавающей головки и крышкой плавающей головки/трубной решеткой требует контроля плоскостности и перпендикулярности.   V. Процесс изготовления трубного пучка 1. Обработка перегородок и опорных пластин - Вырубка → Пробивка → Удаление заусенцев. - Расположение отверстий точно соответствует отверстиям в трубной доске. Диаметр отверстия немного больше внешнего диаметра труб теплообменника. Зазор соответствует стандарту GB/T 151. - Положение и размер дугообразного выреза в перегородке обрабатываются в соответствии с проектными требованиями. 2. Сборка стяжных стержней и распорных трубок - Стяжные стержни вставляются в перегородки и опорные пластины. Распорные трубки используются для регулирования расстояния между пластинами. - Оба конца затягиваются гайками для обеспечения точного позиционирования перегородок и общей жесткости. 3. Установка труб теплообменника - Установите раму трубного пучка (стяжные стержни + перегородки + опорные пластины) на специальную инструментальную раму. - Установка труб осуществляется вручную или механически. Примечание: - Трубы нельзя сильно тянуть, чтобы избежать царапин или деформации. - Длина выступающего за пределы трубной доски конца трубы определяется технологическим процессом (обычно 2–4 мм).   VI. Процесс соединения трубной доски и теплообменника Два распространенных метода — это компенсация и сварка, или их комбинация. 1. Компенсация (механическая или гидравлическая) - Применимо к: применению при относительно низком давлении и слабых средах. - Ключевые моменты процесса: - Перед расширением необходимо провести пробное расширение для определения степени расширения, обычно 1–3%. - Контроль после расширения: - Отсутствие явных трещин или выпуклостей на концах труб. - Хорошее прилегание стенки отверстия трубной доски к трубе (толщину стенки можно проверить после расширения). 2. Сварка (угловой шов трубной доски и теплообменника) - Метод сварки: корневой шов TIG (GTAW), при необходимости — защитный шов SMAW. - Сварочные материалы: Как правило, выбираются сварочные проволоки/электроды из углеродистой стали, соответствующие трубам теплообменника, например, E6013 или ER70S-6. - Контроль процесса: - Умеренный ток для предотвращения прожогов и подрезов. - Равномерное формирование сварного шва и хорошее проплавление корня. 3. Комбинированная сварка с расширением (рекомендуется для сосудов под давлением) - Расширение перед сваркой: - Расширение перед сваркой обеспечивает герметичность и вибростойкость; - Последующая сварка улучшает прочность и герметичность. - Или сначала сварка, затем расширение: в зависимости от результатов квалификации процесса. VII. Процесс окончательной сборки 1. Сборка кожуха и трубной доски - Приварите трубную доску с неподвижными концами к кожуху, контролируя соосность и перпендикулярность торцевой поверхности. - Сварка: круговая сварка, внутренняя и внешняя сварка, при необходимости очистка корневого шва. - Послесварочный контроль: несоосность, избыточная высота, внешний вид. 2. Сборка плавающей головки - Последовательно соберите трубную доску плавающей головки, фланец плавающей головки и крышку плавающей головки. - Установите внутренние и наружные кольцевые прокладки и отрегулируйте предварительную затяжку болтов. - Убедитесь, что плавающая головка имеет достаточный осевой зазор внутри кожуха для компенсации теплового расширения. 3. Сборка трубной коробки - Соедините трубную коробку с трубной доской с неподвижными концами (сварной или фланцевой). - Установите перегородки со стороны труб для образования одно/двух/многоходовых каналов потока. - Проверьте положение перегородок и соответствие уплотнительной поверхности.   VIII. Сварка и термообработка после сварки 1. Процесс сварки - Все сварные швы под давлением должны выполняться в соответствии с WPS/PQR. - Распространенные методы сварки: - Продольные сварные швы, кольцевые сварные швы: SAW / SMAW - Сопла, фланцы: SMAW / GMAW - Трубная решетка – трубки теплообменников: GTAW / SMAW - Контрольные параметры: температура предварительного нагрева, температура между проходами, линейная энергия, последующий нагрев и т. д. 2. Термообработка после сварки (SR) - Применимые ситуации: - Толщина оболочки и головки превышает стандартные спецификации (например, Q345R ≥ 30 мм и т. д.). - Проектная документация явно требует проведения термообработки после сварки. - Параметры процесса: - Температура: обычно 600–650 ℃ - Контроль скорости нагрева и охлаждения; Время выдержки рассчитывается исходя из толщины (например, 1 час на каждые 10 мм). - Твердость следует измерять после термообработки, чтобы избежать превышения пределов твердости.   IX. Неразрушающий контроль (НК) Выбор метода контроля: рентгенография/ультразвуковой контроль/магнитоэлектрический контроль/кондуктометрический контроль в соответствии с проектными и стандартными требованиями: - Рентгенография/ультразвуковой контроль: используется для стыковых сварных швов (продольные сварные швы, кольцевые сварные швы, сварные швы стыков трубных досок и т. д.). - Магнитоэлектрический контроль/кондуктометрический контроль: используется для угловых сварных швов и подозрительных участков поверхности для проверки на наличие трещин, пористости, шлаковых включений и т. д. - Доля: - Как правило, ≥ 20% для сварных швов класса А и В; 100% для важного оборудования (в соответствии с проектом/специкалью). - Испытание давлением может быть выполнено только после успешного прохождения НК.   X. Испытание давлением и проверка на герметичность 1. Гидростатические испытания - Среда: чистая вода, при необходимости с добавлением ингибитора коррозии. - Испытательное давление: - Обычно в 1,25–1,5 раза выше расчетного давления.

Кожухотрубный теплообменник состоит из корпуса, пучка теплообменных труб, трубной доски, перегородок (отражательных плит) и камеры распределения и других компонентов. Корпус в основном цилиндрический, внутри установлен пучок труб, оба конца пучка труб закреплены на трубных досках. Два вида жидкости, холодная и горячая, осуществляющие теплообмен, один вид течет внутри труб, называется жидкостью трубного пространства; другой вид течет снаружи труб, называется жидкостью межтрубного пространства. Для повышения коэффициента теплопередачи жидкости снаружи труб обычно внутри корпуса устанавливают некоторое количество отражательных плит. Отражательные плиты могут повысить скорость жидкости в межтрубном пространстве, вынуждая жидкость многократно проходить поперек пучка труб по заданному пути, усиливая степень турбулентности жидкости. Теплообменные трубы на трубной доске могут быть расположены по равностороннему треугольнику или квадрату. Расположение по равностороннему треугольнику более компактное, степень турбулентности жидкости снаружи труб высокая, коэффициент теплопередачи большой; расположение по квадрату обеспечивает удобство очистки снаружи труб, подходит для жидкостей, склонных к образованию накипи. Основные контрольные параметры кожухотрубного теплообменника: площадь нагрева, расход горячей воды, количество теплопередачи, параметры теплоносителя и другие. Каждый проход жидкости через трубный пучок называется одним трубным ходом; каждый проход через корпус называется одним корпусным ходом. На рисунке показан теплообменник с простейшей конструкцией - с одним корпусным ходом и одним трубным ходом, сокращенно называемый теплообменник типа 1-1. Для повышения скорости жидкости внутри труб, в камерах на обоих концах могут быть установлены разделительные плиты, разделяющие все трубы на несколько групп равномерно. Таким образом, жидкость каждый раз проходит только через часть труб, вследствие чего многократно движется вперед и назад в трубном пучке, это называется многотрубным ходом. Аналогично, для повышения скорости потока жидкости снаружи труб, также в корпусе могут быть установлены продольные отражательные плиты, вынуждая жидкость многократно проходить через пространство корпуса, называется многокорпусным ходом. Многотрубный ход и многокорпусный ход могут находиться в комбинированном применении.