رموز المعالجة الحرارية لما بعد اللحام (PWHT)

وتنص قوانين التصميم الحالية للأنابيب وأوعية الضغط على أن التسخين المسبق قبل التسخين قد يكون ضروريًا إذا تجاوزت سماكة المادة عتبة محددة، والتي عادةً ما يتم تحديدها بقياس طاقة تشاربي. بعض أنواع الفولاذ الكربوني وسبائك الفولاذ المنخفضة مؤهلة للإعفاء إذا تم استخدام دورة تسخين مسبق مناسبة.

خضعت لحامات الطوق في الأنابيب الفولاذية لتقييم أجرته شركة Mohr يشير إلى أنها قد لا تتطلب معالجة PWHT.

ما هو ASME PWHT؟

تعتبر المعالجة الحرارية لما بعد اللحام (PWHT) تقنية شائعة بشكل متزايد لتخفيف الضغوطات المتبقية للحام في أوعية الضغط ومعدات الأنابيب، وغالبًا ما يتم تحديدها في الكود على أنها مطلوبة للحامات الفولاذ الكربوني ذات عتبات سمك أعلى من عتبات سمك معينة لتقليل ميلها لبدء التشقق والكسر الهش. ولسوء الحظ، فإن إجراء المعالجة الحرارية الفائقة على الأجزاء الكبيرة يكون أحيانًا غير عملي أو مكلفًا بسبب المواقع البعيدة أو وزن المكون الكبير، وبالتالي يمكن استخدام تكوينات المعالجة الحرارية الفائقة على الأجزاء الكبيرة بدلًا من ذلك.

تستخدم هذه التكوينات عادةً نطاقات التحكم في النقع والتسخين والتدرج الحراري بحجم وموضع محددين لمنع حدوث تشوه وتشقق اللحامات المجاورة وتوليد إجهادات متبقية شديدة. ولسوء الحظ، نظرًا لتعقيد هذه التصميمات، فإن التنبؤ الدقيق باستجابتها الحرارية الميكانيكية يجعل هندستها صعبة للغاية. توفر تقنيات المحاكاة الحسابية المتقدمة المستخدمة في هذا التحقيق للمحللين وسيلة لضمان أن أي تكوينات PWHT محلية يتم تنفيذها بعد إصلاح المعدات لن تتسبب في أضرار إضافية مكلفة مثل التشويه والتشقق الذي يطيل فترة تعطل المعدات أكثر.

عادةً ما تفرض قوانين التصميم الحالية لأوعية الضغط والأنابيب استخدام المعالجة الحرارية الفائقة السُمك عندما يتجاوز سُمك اللحام مقدارًا محددًا حسب خصائص اختبار تأثير المواد Charpy، ومع ذلك تختلف المتطلبات من قانون لآخر مع وجود تباين كبير بين حدود السُمك المحددة في مختلف القوانين. كشف تحقيقنا أن اتباع نهج مماثل للنهج المستخدم في PD5500 يمكن أن يساعد في معالجة بعض هذه المواصفات المتباينة.

ما هي عتبة سُمك PWHT التي وضعتها الجمعية الأمريكية للمهندسين والميكانيكيين؟

كما هو موضح في الجدول 1، في حين أن قوانين الأنابيب وأوعية الضغط تتطلب عادةً استخدام المعالجة الحرارية الفائقة للصلابة الحرارية الفائقة حتى 19 مم للفولاذ C-Mn، فإن معايير الهندسة الإنشائية العامة مثل BS 5400 للجسور أو 2633 [25] للمباني قد تحدد عتبات إعفاء أقل من متطلبات المعالجة الحرارية الفائقة للصلابة الحرارية الفائقة للإعفاء. ترجع هذه التباينات على الأرجح إلى الاختلافات في التركيب الكيميائي للفولاذ وكذلك المتطلبات المختلفة لصلابة الكسر (كما هو موضح).

تساعد المعالجة الحرارية لما بعد اللحام على تقليل التوتر المتبقي بشكل كبير من خلال تلطيف كل من معدن اللحام والبنى المجهرية لمعدن القاعدة، وبالتالي تقليل الضغوط المتبقية في اللحام بشكل كبير، وزيادة قوته وصلابته، وتقليل مخاطر التشقق بمساعدة البيئة.

كما يمكن أن يقلل المعالجة الحرارية الحرارية الفائقة للحرارة الفائقة (PWHT) من التشوه الحراري، وهو أمر مكلف لمعدات الضغط ويطيل فترة تعطل الإصلاح اللازمة لاستعادة قابلية الخدمة. إن تحقيق المعالجة الحرارية الفائقة للحرارة الفائقة (PWHT) المناسبة من خلال تحقيق توازن مثالي بين التسخين المسبق ومعدل التبريد هو مفتاح نجاحها.

باستخدام المحاكاة المتقدمة غير الخطية غير الخطية لتقنية محاكاة المجال الفيزيائي الحراري الحراري الحراري (FEA)، يمكن تحديد التكوين الأمثل للمعالجة الحرارية الحرارية الحرارية الفائقة لإصلاح معدات الضغط. من خلال محاكاة التفاعلات الحرارية الميكانيكية الحرارية للحامات استجابةً لمختلف ظروف التسخين المسبق والتبريد، تحدد هذه الطريقة الترتيبات المثلى للمعالجة الحرارية الحرارية الفائقة الحرارية المحلية التي تقلل من التشوه وكذلك الإجهاد المتبقي.

ما هي عتبة التسخين المسبق PWHT من الجمعية الأمريكية للمهندسين والميكانيكيين؟

تنص قوانين التصميم الحالية لمعدات الضغط والأنابيب على أنه لا يجب إجراء المعالجة الحرارية الفائقة للسمك في حالة تجاوز سُمك اللحام حدًا معينًا، وعادةً ما يتم تحديده من خلال خصائص اختبار تاربي للمواد أو متطلبات الحد الأدنى لدرجة حرارة الخدمة. لطالما استخدمت الصناعة هذا النهج المحدد للسمك منذ فترة طويلة، كما يتضح من نجاحه في حماية المعدات من الكسر الهش.

ولكن استخدام تقنية المعالجة الحرارية الفائقة للحرارة الفائقة تستهلك طاقة كبيرة وتساهم في انبعاثات غازات الاحتباس الحراري وغيرها من المخاوف البيئية، مما يضيف تكاليف إضافية مرتبطة بتشغيلها وصيانتها. وعلاوة على ذلك، قد يكون من الضروري إجراء دورات متعددة للمعالجة الحرارية الفائقة للحرارة الفائقة على مدى عمر المعدات - مما يضيف تكاليف إضافية مرتبطة بصيانتها وإدارتها.

وعلى هذا النحو، كان هناك الكثير من الحماس الذي يحيط بالجهود المبذولة لتقليل الحاجة إلى المعالجة الحرارية الفائقة الحرارة من خلال خلق خصائص مواد أكثر تسامحًا. وهذا من شأنه تمكين المعدات التي تستخدم فولاذًا كربونيًا أقوى مع تقليل استخدام الطاقة والمخاطر المرتبطة بعمليات التكسير بمساعدة البيئة.

وقد تم ابتكار طرق للوصول إلى هذا الهدف، مثل استخدام درجات حرارة التسخين المسبق واللحامات متعددة الممرات. في عام 2014، تم تعديل كود ASME B31.3 "أنابيب الطاقة" مع جدول إعفاءات من التسخين المسبق الإلزامي للحامات في الفولاذ الكربوني المطابق لمجموعة المواد P-No 1؛ وبموجب هذه الاستثناءات يجب أن يتلقى CS بسماكة أكبر من 25 مم (1 بوصة) تسخينًا مسبقًا بدرجة حرارة 95 درجة مئوية (200 درجة فهرنهايت) قبل اللحام مع استخدام اللحامات متعددة الممرات.

ما هو الإعفاء من سمك PWHT ASME؟

عادةً ما تنص قوانين التصنيع الحالية لأوعية الضغط والأنابيب على أن المعالجة الحرارية الفائقة للسمك الحراري الحراري قد تكون ضرورية إذا تجاوز سمك اللحام قيمة معينة، وعادةً ما يتم تحديد هذا الحد باستخدام خصائص اختبار تاربي للمواد. ومع ذلك، تختلف المتطلبات بين الكودات؛ فبعضها قد يكون أكثر تحفظًا من البعض الآخر.

يسمح الآن ASME B31.3 (2014) للمعيار ASME B31.3 (2014) بالإعفاء من المعالجة الحرارية المسبقة PWHT الإلزامية لمواد الصلب الكربوني من مجموعة المواد P1 مع تطبيق درجة حرارة تسخين مسبق 95 درجة مئوية قبل اللحام، مما يمثل تحولًا مهمًا في الممارسة الهندسية الجيدة. يمثل هذا الحكم الجديد تغييرًا جوهريًا في الممارسات الهندسية الجيدة.

تُعد المعالجة الحرارية الفائقة للحرارة الفائقة عملية كثيفة الاستهلاك للطاقة ذات آثار بيئية كبيرة، بما في ذلك انبعاثات غازات الاحتباس الحراري. وعلاوة على ذلك، قد تتسبب الدورات المتعددة للمعالجة الحرارية الفائقة الحرارة على مدى عمر المعدات في حدوث اعوجاج أو تشوه يستلزم إصلاحات واسعة النطاق؛ وتوفر الإصلاحات المركبة بديلاً للمعالجة الحرارية الفائقة الحرارة لإصلاح أجزاء معدات الضغط التالفة.

توفر الإصلاحات المركبة العديد من المزايا البيئية مقارنةً بنظيراتها المعدنية. فهي لا تحسن فقط من السلامة الهيكلية وتقلل من مخاطر التسرب، ولكن بفضل المواد عالية الأداء التي تجمع بينها، فإن الإصلاحات المركبة هي إصلاحات متينة للغاية تقاوم التأثيرات المرتبطة بالعمر مثل التعب. وعلى هذا النحو فهي تساعد على ضمان التشغيل الآمن للمعدات لفترة طويلة بعد اكتمال أعمال الإصلاح والترميم الأصلية.