اشتراطات PWHT لمعدات الضغط والأنابيب

غالبًا ما تكون المعالجة الحرارية لما بعد اللحام (PWHT) مطلوبة لمعدات الضغط والأنابيب في محطات توليد الطاقة ومصافي النفط والصناعات البتروكيماوية. تساعد المعالجة الحرارية لما بعد اللحام (PWHT) على تخفيف الضغوط المتبقية الناتجة عن اللحام مع زيادة الخواص الميكانيكية للفولاذ الملحوم.

تختلف معايير التصنيع في متطلبات PWHT؛ تقارن هذه المقالة وتقارن بينها باستخدام مناهج ميكانيكا الكسر، لمقارنة ومقارنة متطلبات السماكة المحددة التي يجب عندها إجراء PWHT للحامات في الرموز المختلفة.

أوعية الضغط

يمكن أن تكون أوعية الضغط أجهزة شديدة الخطورة يجب بناؤها بعناية من أجل تحمل الضغوط والإجهادات الداخلية دون المساس بسلامتها الهيكلية. يجب أن تفي المواد المختارة بمواصفات القوة وقابلية التصنيع/قابلة اللحام/القابلية للآلة لتطبيقات محددة، من بين عوامل أخرى. كما يجب أن تؤثر ظروف درجة الحرارة أيضًا على سمك الجدار ومتطلبات التعزيز، وأبعاد الوعاء، بما في ذلك أبعاد الفتحات مثل الفوهات، وأشكال رؤوس الحاويات مثل نصف كروية أو بيضاوية الشكل أو ذات الحواف أو ذات الحواف والمفرغة لتلبية استخدامات الوعاء، مع الاختيار بعناية من أجل تقليل الضغط على عضلات الرأس أو الرقبة.

تفرض معظم البلدان أن يتم بناء جميع الأوعية التي تزيد عن حجم وضغط معين وفقًا لكود رسمي، مثل كود ASME كود الغلايات وأوعية الضغط في الولايات المتحدة أو التوجيه الأوروبي لمعدات الضغط في أوروبا.

تفرض المتطلبات العامة لمعظم الكودات إعفاء اختبار PWHT للمواد التي يزيد سمكها عن قيمة محددة؛ ومع ذلك، يختلف ذلك بين الكودات؛ على سبيل المثال، يختلف إعفاء الفولاذ منخفض السبائك من اختبار PWHT بين الكودات الأمريكية والبريطانية وكذلك حد السمك للإعفاء من اختبار PWHT؛ يمكن أن تشمل هذه الاختلافات أيضًا متطلبات اختبار تشاربي الكامنة المختلفة أو أحجام العيوب المسموح بها.

أنابيب الضغط

تُستخدم أنابيب الضغط لنقل السوائل والغازات والملاط تحت ضغط عالٍ. وفي حين أن استخدامها الرئيسي يكمن في صناعات النفط والغاز، فإن أنابيب الضغط تلعب أيضًا دورًا حيويًا في صناعات توليد الطاقة - حيث ترسل البخار والماء والسوائل الأخرى بين محطات توليد الطاقة لضمان تشغيل عملياتها بكفاءة.

يمكن لأنابيب الضغط أن تتحمل ضغطًا كبيرًا. يتذبذب ضغطها الداخلي مع تغير ظروف التشغيل المتغيرة، مما يجبر مصمم الأنابيب على مراعاة مستويات مختلفة من الضغط ويتطلب عوامل أمان تصميمية أعلى ومكونات أكثر سمكًا ومواد متخصصة في تصميمها.

يجب زيادة معدلات الشفة والصمامات لاستيعاب مستويات الضغط الأعلى، مما يؤدي إلى زيادة التكلفة. وعلاوة على ذلك، يجب أن تحتوي الأنابيب على نقاط دعم وربط كافية لأن هذا يزيد من الحمل على هياكل الدعم - من الضروري أن تتمكن هذه الهياكل من إدارة هذا الوزن دون تعريض سلامة الأنابيب للخطر.

يمكن أن تولد وصلات لحام أنابيب الضغط مستويات عالية من الإجهادات المتبقية التي تقترب من قوة الخضوع، مما يخلق ظروفًا غير آمنة لمفاصل اللحام وقد يعرض السلامة والبيئة للخطر. يقلل PWHT من هذه الإجهادات إلى مستويات آمنة مع تحسين سلامة اللحام - وهذا مفيد بشكل خاص عند نقل المواد الكيميائية الخطرة أو الأبخرة الضارة - مما يساعد على منع الإصابات مع تخفيف الأضرار البيئية.

الهيكلية العامة

اعتمادًا على المعدات ومعايير التصنيع المعنية، غالبًا ما تستلزم مشاريع تصنيع الصلب والمعادن متطلبات إلزامية للمعالجة الحرارية الفائقة PWHT كجزء من تطويرها، مثل أوعية الضغط والأنابيب وصهاريج التخزين والمباني والجسور أو الهياكل البحرية. وعادةً ما تكون المعالجة الحرارية الفائقة PWHT ضرورية لتقليل الإجهادات المتبقية الناتجة عن اللحام وكذلك منع التصلب في المنطقة المتأثرة بالحرارة (HAZ).

PWHT (المعالجة الحرارية لما بعد اللحام) هي عملية محكومة حيث يتم تسخين المواد التي تم لحامها مرة أخرى إلى درجة الحرارة المطلوبة وتثبيتها في درجة الحرارة المطلوبة للفترة الزمنية المحددة. يجب أن تلتزم هذه العملية الحرجة بالمواصفات الدقيقة؛ وإلا فقد يحدث تشويه أو تقصف في المزاج أو تليين زائد من درجات حرارة التسخين/الاحتفاظ غير الصحيحة.

وكمثال واحد على تقنية PWHT، تولد تيارات اللفائف عالية التردد حرارة كافية لرفع درجات حرارة المعادن؛ ويمكن تحقيق ذلك من خلال التحكم الدقيق في عدد الملفات وطولها بالإضافة إلى معدات التسجيل الآلي التي تراقب درجة الحرارة في الوقت الحقيقي.

تحتوي رموز ASME على متطلبات مفصلة لدرجة حرارة فقدان الحرارة الرطبة للأنابيب (PWHT)، اعتمادًا على موادها، في البند 331.1.1 والجدول 331.1.1.1 على التوالي. ومع ذلك، فإن بعض سماكات الأنابيب لها استثناءات محددة ضمن هذه الجداول التي توفر مزيدًا من التبصر.

الإعفاءات

يبدي مستخدمو صناعة البتروكيماويات ومستخدمو توليد الطاقة اهتمامًا كبيرًا بإيجاد إعفاء من PWHT حيثما أمكن، ولكن نظرًا للاختلافات بين المتطلبات التي يستخدمها مستخدمو الصلب هؤلاء (من خلال EEMUA و EGWP - لجنة لحام مولدات الكهرباء) ومتطلبات المجموعات الصناعية الأخرى، لا يوجد توفيق سهل بين متطلباتهم.

تشير الافتراضات إلى أن المعايير التي تستخدمها المدونات المختلفة لإعفاء المعالجة الحرارية الفائقة للكروم والموليبدينوم (P-4 وP-5A) اللحامات المستخدمة في الخدمة النووية من المعالجة الحرارية الفائقة للكروم والموليبدينوم (P-4 وP-5A) ربما تكون قد وضعت باستخدام ممارسات هندسية تاريخية جيدة بدلاً من حسابات أو تجارب تصميمية محددة. تختلف المتطلبات الحالية بين المدونات من حيث الحد الأدنى لسُمك اللحام المحدد ومتطلبات الحد الأقصى لقطر الأنبوب - على الرغم من أن الاختلافات قد تنشأ أيضًا بسبب الاختلافات في متطلبات الصلابة بين المدونات أو تفسير مصادر البيانات الفنية المتشابهة.

تقارن هذه المقالة وتقارن بين الاستثناءات من PWHT في العديد من المدونات الحالية، وتدرس أي أوجه تشابه أو تباين من حيث الحد الأقصى لسماكات اللحام لظروف اللحام كما هو ملحوم وكذلك متطلبات المتانة (بناءً على اختبارات تشاربي) وكذلك محاولات الترشيد. سوف يستكشف الجزء الثاني تقييمات ميكانيكا الكسر لمتطلبات صلابة الفولاذ التي توضح إمكانية زيادة العديد من قيود السماكة دون التقليل من صلابة الصدمات بشكل كبير، مما يوفر مجالًا لمزيد من التحرير لمتطلبات PWHT.