متطلبات المعالجة الحرارية لما بعد اللحام

تتطلب قوانين التصنيع المعالجة الحرارية لما بعد اللحام (PWHT) في بعض الهياكل لتقليل الإجهادات المتبقية في اللحام وتلطيف مناطق البنية المجهرية الصلبة التي قد تكون هشة، ولكنها عملية مكلفة.

يعرض الجدول 1 أدناه متطلبات الحد الأدنى للسماكة التي يجب أن تستخدم فوقها PWHT لمختلف معايير أوعية الضغط والأنابيب، وتستعرض هذه المقالة هذه المتطلبات مع اقتراح ترشيد محتمل لهذه المتطلبات.

1. يقلل من خطر الكسر الهش.

الكسر الهش هو نمط فشل كارثي للأوعية والصهاريج والمكونات الأخرى التي غالبًا ما تؤدي إلى خسائر كبيرة في الأرواح والممتلكات. يمكن تجنب الكسر الهش من خلال ممارسات التصميم والتصنيع والفحص المناسبة مثل تحديد الحد الأدنى من طاقات تشاربي للمواد؛ والتصميم لتجنب الضغوط العالية؛ وتخفيف الإجهاد بعد المعالجة الحرارية للأجزاء السميكة بعد اللحام؛ واعتماد طرق تصنيع وفحص تقلل من العيوب مع زيادة فرص اكتشافها؛ وإجراء اختبارات إثبات كجزء من عمليات الصيانة المنتظمة وما إلى ذلك.

يعد تشغيل المعدات والأنابيب ضمن حدودها المصممة أمرًا بالغ الأهمية، خاصةً عندما تقل درجات حرارة التشغيل عن درجة الحرارة التصميمية المنخفضة (LDT أو MDMT وفقًا لقوانين الجمعية الأمريكية للمهندسين والميكانيكيين البحريين). يجب أن تخضع المعدات الحالية المصنوعة من الصلب الكربوني لتقييم الكسر الهش على النحو المفصل في API RP 579 لياقة الخدمة الجزء 3: تقييم المعدات الحالية للكسر الهش.

يجب أن يستند هذا التقييم إلى تبرير تقني سليم بدلاً من الافتراضات، باستخدام ميكانيكا الكسر لتحديد حدود العمل الآمن لظروف درجة الحرارة والضغط للمعدات. إن النهج القائم على المخاطر أفضل بكثير من مجرد الالتزام بمعايير الحد الأدنى للسماكة التي تحددها المدونات التي تعتمد في كثير من الأحيان على الخبرة الذاتية بدلاً من التبرير الهندسي.

2. تقلل من خطر التشويه

تتطلب العديد من الأكواد والمواصفات استخدام تقنية PWHT لتقليل الإجهاد في الوصلات الملحومة، وبالتالي تقليل مخاطر الكسر مع زيادة تشويه معدات الضغط والتواءها، مما يؤثر بدوره على دقة أبعادها وسلامتها الهيكلية ويزيد من مخاطر التسريبات.

Es من الممكن التخفيف من التشويه أثناء المعالجة الحرارية من خلال توفير الدعم والتبريد المناسبين للمواد أثناء المعالجة، عادةً عن طريق ركائز مصممة خصيصًا لتناسب المكوّن ومتباعدة على فترات منتظمة حول قطره. ويعتمد عدد الركائز المطلوبة على حجمها وشكلها وسمكها.

وكحماية إضافية ضد التشوه، تأكد من أن درجة حرارة PWHT لا تتجاوز ما تم تحديده في الأصل لصلب التقسية. يمكن أن تتسبب درجات الحرارة المرتفعة في تقصف المزاج أو الإفراط في التليين وقد يؤدي ذلك إلى خفض قوته إلى ما دون المستويات الدنيا المحددة مما يؤدي إلى تشويه يقلل من قوته إلى أقل من القيمة الدنيا المحددة. ولذلك يُنصح بإجراء الاختبارات الميكانيكية بعد معالجة معدات PWHT للتأكد من الاحتفاظ بقوته.

3. تقلل من خطر الالتواء

تنطوي المعالجة الحرارية الفائقة للحرارة PWHT على تسخين المواد الملحومة إلى درجات حرارة عالية قبل إعادة تبريدها ببطء مرة أخرى، مما قد يؤدي إلى اعوجاج أو تشويه معدات الضغط، مما يؤدي إلى انخفاض السلامة الهيكلية أو التسريبات أو الأعطال وزيادة استخدام الطاقة والمساهمة في انبعاثات الاحتباس الحراري. وعلاوةً على ذلك، يتطلب استخدام كميات كبيرة من الطاقة مما يساهم في انبعاثات الاحتباس الحراري بالإضافة إلى مخاوف بيئية أخرى.

يتم استخدام عمليات المعالجة الحرارية الفائقة للحرارة الفائقة (PWHT) تقليديًا لتوفير تخفيف الإجهاد وتعديل البنية المجهرية للحام ونشر الهيدروجين لمقاومة التآكل والأكسدة. ومع ذلك، كشفت الدراسات أنه يمكن أيضًا تحقيق فوائد مماثلة في درجات حرارة أقل من المستخدمة عادةً.

على الرغم من أن PWHT يمكن أن يوفر العديد من المزايا، إلا أن الرموز الحالية تختلف اختلافًا كبيرًا في متطلبات الإعفاء من PWHT. ينبع هذا الاختلاف غالبًا من الممارسات الهندسية والخبرة في الصناعات المختلفة وليس من اعتبارات معدنية أو هيكلية محددة؛ وبالتالي، يمكن أن يكون هناك ارتباك وتضارب بين متطلبات الكود فيما يتعلق بالإعفاء من PWHT للحام الأنابيب باستخدام مواد P-4 وP-5A عبر مختلف الكودات.

4. يقلل من مخاطر التسريبات

تتطلب PWHT دعم المعدات أثناء تعرضها لدرجات حرارة عالية من أجل منعها من التشوه بشكل مفرط، وغالبًا ما يكون ذلك عن طريق دعامات مصممة لتناسب شكلها وحجمها وسمكها. كجزء من هذه العملية، يتم تسخين المادة إلى درجات حرارة عالية قبل أن تبرد تدريجيًا مرة أخرى على فترات منتظمة حول محيطها من أجل إعادة توزيع الضغوط داخلها والتسبب في تكوين ضعف قد يقلل من قوة اللحام أو حتى يؤدي إلى حدوث تسربات داخل هياكلها.

وتفرض الرموز المختلفة متطلبات مختلفة للمعالجة الحرارية الفائقة الحرارة، مع بعض المواصفات التي تعفي بعض المواد أو اللحامات منها تمامًا بسبب عوامل مثل السُمك. ومن المحتمل أن تكون هذه الاختلافات في المتطلبات نتيجة لتباين الممارسات الهندسية والخبرة التطبيقية وليس نتيجة لاختلاف التفسيرات المختلفة للبيانات الفنية أو التجارب؛ وينصح بأنه إذا كانت المادة أو اللحام سيتم استخدامها في الخدمة النووية يتم تخفيض معايير الإعفاء إلى الصفر بغض النظر عن السُمك.

5. يقلل من خطر التآكل

يمكن أن يؤدي التآكل إلى تلف المعدات، وتلويث التربة وإمدادات المياه، وإطلاق السموم الضارة في الهواء، وإضعاف الهياكل مثل الخزانات والأنابيب التي من المرجح أن تتعطل وزيادة المخاطر على المعدات والأفراد. من خلال اتخاذ تدابير استباقية ضد التآكل، يمكنك تقليل هذه المخاطر على المعدات والأفراد.

يحدث التآكل في الغلاف الجوي عندما تتعرض الأجسام المعدنية لظروف الأكسجين والرطوبة، ويُعرف أيضاً بالتآكل المنتظم أو العام حيث تحدث العملية في جميع أنحاء الجسم بأكمله. يمكن أن تكون أشكال التآكل الأخرى مثل التآكل النقر والشقوق والتآكل الإجهادي أكثر صعوبة في التنبؤ بها لأنها تتشكل في بقع محددة على جسم معدني.

تعتمد الحماية من التآكل على كل من التركيب المعدني وطرق الحماية المستخدمة. وتتضمن الحماية الكاثودية طلاء المعدن بعناصر أكثر نشاطاً، مثل الزنك، الذي سيتآكل ويتأكسد أثناء تفاعله مع محيطه لحماية التركيب المعدني الأساسي من الصدأ. قد تشمل طرق الوقاية الأخرى التحكم في مستويات المواد الكيميائية في الهواء أو مصادر المياه أو استخدام مواد توفر مقاومة أكبر للتآكل مثل استخدام الطلاءات والدهانات المضادة للتآكل.