متطلبات ASME PWHT

تواجه صناعات الطاقة والصناعات التحويلية قضايا تتعلق بالاختلافات بين الرموز من حيث متطلبات PWHT للغلايات. وفي حين أن بعض هذه الاختلافات يمكن تبريرها، فإن البعض الآخر يبدو أقل أهمية من وجهة نظر فنية.

عادةً ما تعفي قوانين التصنيع الحالية بعض الهياكل من المعالجة الحرارية الفائقة للحرارة بسبب صلابة كسر تشاربي عند أدنى درجة حرارة للخدمة؛ ومع ذلك، غالبًا ما تكون هذه المعايير ذاتية ومحددة بشكل غامض.

ما هو PWHT؟

تُعد المعالجة الحرارية لما بعد اللحام (PWHT) لمكونات الصلب خطوة أساسية في عملية اللحام، والتي تتضمن تسخينها في درجات حرارة عالية لفترة طويلة لتصحيح التشوه الحراري وإضعاف قوة وصلابة المعدن، مما قد يجعل معدات أوعية الضغط أكثر عرضة للفشل. ويتمثل الهدف الأساسي من المعالجة الحرارية الحرارية الفائقة (PWHT) في استعادة هذه الخواص لاستعادة قوة الشد وقوة الخضوع للمواد.

تفرض معايير التصنيع الحالية لأوعية الضغط والأنابيب، مثل ASME القسم الثامن و ASME B31.3، معيارين لتصنيع أوعية الضغط والأنابيب، مثل ASME القسم الثامن و ASME B31.3، معيارًا للسمك المحدد للحام الذي يتجاوز عتبة سمك محددة. عادةً ما تأخذ متطلبات السُمك الحدية هذه في الاعتبار خصائص اختبار تشاربي للمادة بالإضافة إلى ظروف الخدمة المقصودة عند تحديد متطلبات السُمك - ومع ذلك من المعروف أن هذا النهج متحفظ للغاية، مما يؤدي إلى قيم شاذة عبر مختلف الرموز لمتطلبات PWHT.

وكما يشير الجدول 1، توفر هذه الرموز إعفاءات مختلفة من مواصفات اللحام في قطاع توليد الطاقة؛ مما يجعل فرص الترشيد المتاحة داخل كل رمز أكثر قابلية للتحقيق. ومع ذلك، سيكون من الصعب التوفيق بين مواصفات صناعة البتروكيماويات ومواصفات قطاع توليد الطاقة؛ لذلك من المهم للغاية إدراك الاختلافات بينهما وإجراء عمليات تأهيل إجراءات اللحام على كل لحام وفقًا للمواصفات والتأكد من مطابقتها.

ما سبب الحاجة إلى PWHT؟

تُعد المعالجة الحرارية لما بعد اللحام ضرورية بسبب عمليات اللحام التقليدية التي تولد إجهادات متبقية كبيرة يمكن أن تصل إلى قوة الخضوع للمعدن الأصلي أو مادة اللحام أو تتجاوزها. تعمل المعالجة الحرارية لما بعد اللحام على تخفيف هذه الإجهادات المتبقية مع تلطيف البنية المجهرية لمعدن اللحام، مما يقلل من خطر التشقق بمساعدة البيئة.

ومع ذلك، فإن تسخين الهياكل الفولاذية الكبيرة وتبريدها هو مسعى مكلف، خاصةً إذا كانت هناك حاجة إلى دورات متعددة على مدار دورة حياة معدات الضغط. وعلاوة على ذلك، يمكن أن تتسبب هذه العملية في تشويه المعدات مما يضر بدقة أبعادها وسلامتها الهيكلية.

سيرغب المستخدمون الذين يسعون إلى تقليل التكاليف بطبيعة الحال في تقليل الوقت الذي تتعرض فيه معداتهم لعمليات المعالجة بالحرارة الفائقة والعزل الحراري PWHT، مما يجعل المواد المركبة خيارًا بديلاً قابلاً للتطبيق. ونتيجة لذلك، يجب أن يفهم أخصائيو إصلاح معدات الضغط هذه الحلول المحتملة لمعالجة PWHT.

أظهرت مراجعة متطلبات إعفاء PWHT في مختلف الأكواد، مثل تلك الخاصة بأوعية الضغط والأنابيب (الجدول 1) وكذلك المعايير الإنشائية العامة مثل PD 5500 [22] وEEMUA 158 [23]، وجود تباين كبير فيما بينها. تنبع الاختلافات بشكل رئيسي من الاختلافات في معايير الإجهاد التصميمية ومتطلبات صلابة تشاربي المتأصلة وأحجام العيوب المسموح بها التي تختلف فيما بينها.

نطاقات درجة حرارة PWHT

لكل من صناعات البتروكيماويات والطاقة متطلبات فريدة من نوعها للمعالجة الحرارية بعد اللحام، ويرجع ذلك جزئيًا إلى اختلاف الرموز المستخدمة؛ ولكن الأهم من ذلك يرجع إلى كيفية تعامل كل رمز مع المواد المعنية.

تتضمن المعالجة الحرارية لما بعد اللحام (PWHT) تسخين اللحام إلى درجات حرارة أقل من درجة حرارة التحول الحرجة الدنيا وإبقائه هناك لفترة زمنية محددة، من أجل تخفيف إجهاد المعدن وزيادة المتانة. وتختلف درجات حرارة المعالجة الحرارية لما بعد اللحام (PWHT) بين رموز صناعة البتروكيماويات وصناعة الطاقة؛ حيث إن تلك الموجودة في الأولى عادةً ما يكون لها حدود أعلى لدرجات حرارة المعالجة.

على هذا النحو، يمكن أن يكون هناك تباين كبير في متطلبات المعالجة الحرارية الفائقة للحرارة في حالة التسخين إلى درجات حرارة المعالجة الحرارية الفائقة للحرارة PWHT عبر أقسام الكود المختلفة، مما يؤدي إلى عدم اتساق متطلبات المعالجة الحرارية الفائقة للحرارة في حالة التسخين إلى درجات حرارة المعالجة الحرارية الفائقة للحرارة PWHT، مما يؤدي إلى تشويه المكونات التي تكافح لاحقًا لتحمل وزنها عند تسخينها إلى درجات الحرارة المطلوبة للمعالجة الحرارية الفائقة للحرارة في حالة التسخين. ولمنع حدوث مثل هذه المضاعفات المحتملة أثناء عمليات المعالجة الحرارية الفائقة الحرارة، يجب وضع الدعامات المصممة خصيصًا لكل مكون بشكل استراتيجي في جميع أنحاء الهيكل قبل بدء المعالجة الحرارية الفائقة الحرارة، وذلك لتخفيف هذه المخاطر المحتملة.

يشير اختبار EPRI (المرجع 1) والبحث الذي أجراه لوندن وخان (المرجع 6) إلى أن درجة الحرارة الحرجة المنخفضة المستخدمة في كود B31.1 لأنابيب الطاقة البالغة 1100 درجة فهرنهايت قد تكون منخفضة للغاية؛ وبدلاً من ذلك، وجد هؤلاء الباحثون أن استخدام 1200 درجة فهرنهايت كدرجة حرارة حرجة منخفضة للغاية سيؤدي إلى تغييرات أسرع في الخصائص، مع زيادة الصلابة وانخفاض صلابة مناطق اللحام HAZ.

إعفاءات PWHT

تعفي العديد من أقسام المدونة بعض سمك فولاذ الكروم والموليبدينوم P-4 وP-5A من المعالجة الحرارية الإلزامية بعد اللحام (PWHT)، على الرغم من أن القواعد تختلف من مدونة إلى أخرى وتعتمد على السُمك؛ يسمح القسم الثامن من ASME BP&V بسمك أكثر من 5/8 في اللحامات لتجنب المعالجة الحرارية بعد اللحام؛ تستخدم مدونات أخرى معايير أخرى، بما في ذلك قابلية اللحام أو قدرة اللحام على مقاومة امتصاص الهيدروجين كمؤشرات للإعفاء.

غالبًا ما تُستخدم قابلية اللحام كمحدد وحيد لما إذا كانت المادة تتطلب معالجة PWHT. وعلى وجه الخصوص، فإن تأثيرها من حيث لحام المكونات دون حدوث عيوب أثناء اللحام أو بعد اللحام مباشرةً (قابلية اللحام) أمر بالغ الأهمية. وعلاوة على ذلك، يلعب هذا الجانب أيضًا دورًا حيويًا عند تصميم لحامات الخدمة النووية واللحامات.

تشير قابلية اللحام إلى قدرة الهياكل أو اللحامات الملحومة على مقاومة تركيزات الإجهاد الناجمة عن الضغوط المتبقية من الضغوط المتبقية لعملية اللحام و/أو هندسة اللحام. ولتقليل مخاطر التشقق المتأخر للهيدروجين إلى الحد الأدنى، قد تتضمن عملية الخبز المناسبة بعد اللحام التسخين بالمقاومة الكهربائية أو طرد أي هيدروجين محتجز بغاز خامل مثل النيتروجين. وبالنظر إلى هذه الاعتبارات، يبدو من الحكمة تخفيف متطلبات الكود الحالية من أجل تقليل عمليات التسخين الهيدروجيني بعد اللحام لمواد الأنابيب النووية.