المعالجة الحرارية لما بعد اللحام (PWHT) لخطوط الأنابيب

إن PWHT هي عملية تسخين وتبريد مصممة لتعزيز الخواص الميكانيكية للمواد الملحومة وتخفيف الإجهاد المتبقي مع تقليل العيوب المتعلقة باللحام.

يتزايد الطلب على معايير PWHT من قبل مختلف الصناعات، خاصةً بالنسبة للأنابيب وأوعية الضغط.

وعادةً ما يتم الانتهاء من التدفئة الحرارية المنزلية باستخدام سخانات المقاومة الكهربائية المصممة لتطبيقات التدفئة بحجم الأنبوب. توفر هذه الوحدات المعزولة ذاتيًا درجات حرارة مستهدفة ومضبوطة لتلبية متطلبات التدفئة في المجتمعات المحلية.

مقاومة التآكل

المعالجة الحرارية لما بعد اللحام (PWHT) هي عملية تسخين وتبريد خاضعة للتحكم تعزز الخواص الميكانيكية للمكونات أو الهياكل الملحومة عن طريق تخفيف الضغوط المتبقية وتقليل المخاطر وتقليل العيوب الناتجة عن اللحامات وتخفيف الضغوط المتبقية وتخفيف الضغوط المتبقية وتقليل العيوب المتعلقة باللحام. قد تكون عملية المعالجة الحرارية الفائقة للحرارة الفائقة ضرورية للأوعية وأنظمة خطوط الأنابيب التي تحتوي على أوعية الضغط وكذلك معدات محطات الطاقة النووية للامتثال للمعايير التنظيمية الصارمة.

تُعد عملية المعالجة الحرارية الفائقة (PWHT) طريقة فعالة لمنع التشقق الإجهادي البيئي الناتج عن التآكل الإجهادي البيئي، وتعمل على تقليل قابلية اللحامات للتشقق عن طريق زيادة مقاومتها للتآكل والصلابة. وعلاوةً على ذلك، تزيد هذه العملية من صلابة المادة الأم بالإضافة إلى ليونة المواد الأصلية إلى مستويات مناسبة للتصميم الإنشائي.

يمكن أن تؤدي المعالجة الحرارية الضعيفة للحام (PWHT) إلى حدوث إجهادات داخلية تؤدي إلى فشل داخل المنطقة الملحومة، مع تفاقم إجهادات الحمل التي تتجاوز حدود التصميم وتؤدي إلى فشل أو كسر هش. يمكن أن يؤدي الفشل أو الإهمال في المعالجة الحرارية للحام (PWHT) إلى فشل اللحام وما يتبعه من فشل اللحام والكسور.

وعادةً ما يتم إنجاز المعالجة بالتسخين الموضعي PWHT باستخدام التسخين الكهربائي المقاوم. ويتكون السخان المقاوم المعزول، المصمم خصيصًا ليناسب قطر الأنبوب، من لفائف يتم تسخينها بشكل فردي بتيارات عالية التردد للوصول إلى درجات الحرارة المطلوبة. ولمراقبة وتسجيل هذه العملية، يوجد أيضًا نظام تحكم مزود بمؤشرات ضوئية ومسجل بالإضافة إلى جهاز مقياس الجهد لاختيار النسبة المئوية لمدخلات الطاقة للملفات.

القوة

وقد أظهرت الخبرة المكتسبة بمرور الوقت أن مواد الأنابيب P-4 وP-5 المستخدمة في التطبيقات النووية مرضية بشكل عام، حيث تبدو النتائج معتمدة بشكل أساسي على العوامل المتعلقة بسماكة الجدار وليس قطر الأنبوب. ومع ذلك، لسوء الحظ، فإن هذه الأنابيب لا تفي بمعايير دعم حالة القيد المرن عند اللحام أو المنطقة المتأثرة بالحرارة (HAZ).

يشير تحليل قيود الكود الحالية إلى أنه يمكن التخلص من المعالجة الحرارية الفائقة بعد اللحام في العديد من جداول الأنابيب القياسية دون تكبد نتائج ضارة، مما يقلل من التكاليف وأوقات الانقطاع في هذه الأنظمة.

وقد أظهر التحليل أنه مع زيادة القطر لأي سمك جدار معين، تنخفض الضغوط المتبقية للحام تدريجيًا وكذلك منطقة تأثيرها داخل المقطع العرضي للأنبوب. ويترافق مع ذلك انخفاض مصاحب في الصلابة - مما يؤدي إلى سلوك أكثر مرونة داخل هذه المنطقة ويجعل سلوكها الميكانيكي مشابهًا لسلوك الألواح المسطحة.

تعتمد معدلات نمو التشققات الناتجة عن الإجهاد على كل من الأحمال المطبقة وخصائص المواد؛ لذلك من الصعب تحديد فائدة محددة واحدة من PWHT على أداء الإجهاد. ومع ذلك، يمكن أن يقلل PWHT من ذروة الإجهادات المتبقية بالقرب من اللحامات بشكل كبير وبالتالي يؤثر بشكل كبير على نسبة الإجهاد وبالتالي معدل نمو التشققات الناتجة عن التعب.

المتانة

تستهلك المعالجة الحرارية الفائقة للحرارة الفائقة (PWHT) قدرًا كبيرًا من الطاقة، مما يساهم في انبعاثات غازات الاحتباس الحراري والمخاوف البيئية. يمكن أيضًا أن تؤدي الدورات المتعددة للمعالجة الحرارية الفائقة PWHT إلى إضعاف مواد الأنابيب بشكل كبير مما يقلل من موثوقية المعدات وعمر الخدمة، مما يخلق مشكلة معقدة أخرى تحتاج إلى دراسة متأنية قبل اتخاذ أي قرار.

المعالجة الحرارية لما بعد اللحام (PWHT) هي عملية مصممة لتعزيز الخواص الميكانيكية للمكونات والهياكل الملحومة من خلال زيادة القوة والصلابة والمرونة ضد العيوب المتعلقة باللحام مثل التشقق الإجهادي الناتج عن التآكل الإجهادي. وعلاوة على ذلك، تساعد المعالجة الحرارية بعد اللحام على تقليل الضغوط المتبقية الناتجة أثناء عمليات اللحام.

وترد متطلبات PWHT في أقسام مختلفة من المدونة وتركز عادةً على التركيب الهيكلي الدقيق وحدود السماكة. وقد حددت مبادرة معهد EPRI أن تخفيف هذه المعايير يمكن أن يؤدي إلى وفورات كبيرة في التكاليف للمرافق من الناحيتين المالية والتشغيلية.

تنص قواعد الكود الحالية على أن المواد الخاضعة للمعالجة الحرارية الفائقة الإلزامية PWHT يجب أن يكون سمك جدارها يتجاوز حدًا معينًا؛ ومع ذلك، يكشف التحليل أن الإجهادات المتبقية للحام تؤثر على المقاطع العرضية للأنابيب بشكل أقل مع زيادة القطر لأي سمك جدار معين، مما يشير إلى إمكانية تقليل متطلبات المعالجة الحرارية الفائقة PWHT دون التأثير سلبًا على أنظمة أنابيب التطبيقات النووية.

الموثوقية

تتطلب خطوط الأنابيب في صناعة النفط والغاز ومحطات الطاقة النووية وغيرها من تطبيقات الأنابيب معايير موثوقية صارمة. ويضمن PWHT قدرة الوصلات الملحومة على تحمل الضغوط العالية والبيئات الناتجة عن التآكل والإجهاد الحراري - العديد من معايير الصناعة مثل القسم الثامن من ASME تفرضه على مواد معينة من أجل تلبية هذه المعايير الصارمة.

يغير PWHT البنية المجهرية للحامات، مما يؤدي إلى تليين بنيتها وتخفيف الإجهاد. وهذا يمكن أن يقلل من الإجهادات المتبقية بالقرب من اللحامات أو غيرها من الانقطاعات التي قد تساهم في فشل اللحام أو التشقق أثناء الخدمة، مع إبطاء نمو التشقق الناتج عن التعب في نفس الوقت عن طريق خفض مستويات الإجهاد المتبقي القصوى أو تغيير نسب الإجهاد.

تعتمد مقاومة إجهاد القوالب للمواد على قوتها ومقاومتها للتآكل والليونة والمتانة - وهي صفات يمكن أن يزيدها PWHT بشكل كبير. على الرغم من اختلاف رموز الأنابيب المختلفة فيما يتعلق بالقطر أو سمك الجدار المستثنى من متطلبات PWHT، يبدو أن هذه التناقضات ترجع إلى الممارسات النموذجية والتفسيرات المختلفة للبيانات الفنية أكثر من كونها اختلافات في اعتبارات التصميم (12).