Изисквания за PWHT за оборудване под налягане и тръби

Често се изисква термична обработка след заваряване (PWHT) на оборудване под налягане и тръби в електроцентрали, нефтени рафинерии и нефтохимическа промишленост. PWHT спомага за намаляване на остатъчните напрежения в резултат на заваряването, като същевременно повишава механичните свойства на заварените стомани.

Стандартите за производство се различават по своите изисквания за PWHT; тази статия ги сравнява и съпоставя, като използва подходи на механиката на разрушението, за да сравни и съпостави изискванията за гранична дебелина, при която трябва да се извършва PWHT за заварките в различните кодове.

Съдове под налягане

Съдовете под налягане могат да бъдат изключително опасни устройства, които трябва да бъдат внимателно конструирани, за да издържат на вътрешно налягане и натоварване, без да се нарушава структурната им цялост. Избраните материали трябва да отговарят на спецификациите за якост и заваряемост/обработваемост за конкретни приложения, наред с други фактори. Температурните условия също трябва да влияят върху дебелината на стените и изискванията за армиране, размерите на съдовете, включително размерите на отворите, като например дюзи, формите на главите на контейнерите, като полусферични, елипсовидни или с фланци и дискове, за да отговарят на употребите на съдовете, като същевременно се подбират внимателно, за да се сведе до минимум натоварването на мускулите на главата или врата.

Повечето страни изискват всички съдове над определен размер и налягане да бъдат конструирани в съответствие с официален кодекс, като например Кодекса на ASME за котлите и съдовете под налягане в САЩ или Европейската директива за съоръженията под налягане в Европа.

Общите изисквания на повечето кодекси налагат провеждане на PWHT за материали с дебелина над определена стойност; това обаче е различно в различните кодекси; например освобождаването на нисколегираната стомана от PWHT се различава в американските и британските кодекси, както и границата на дебелината за освобождаване от PWHT изпитване; тези разлики могат да включват и различни изисквания за изпитване по Шарпи или допустими размери на дефектите.

Тръбопроводи под налягане

Тръбопроводите под налягане се използват за транспортиране на течности, газове и суспензии под високо налягане. Макар че основното им приложение е в нефтената и газовата промишленост, тръбите под налягане играят важна роля и в енергетиката - те изпращат пара, вода и други флуиди между електроцентралите, за да осигурят ефективното им функциониране.

Тръбите под налягане могат да бъдат подложени на значителни натоварвания. Тяхното вътрешно налягане се променя при променящите се условия на работа, което принуждава проектанта на тръбите да отчита различни нива на налягане и да изисква по-високи коефициенти на сигурност, по-дебели компоненти и специализирани материали при проектирането им.

Номиналните стойности на фланците и клапаните трябва да се увеличат, за да се приспособят към по-високите нива на налягане, което води до увеличаване на разходите. Освен това тръбите трябва да имат адекватни точки на опора и свързване, тъй като това увеличава натоварването на опорните конструкции - от решаващо значение е тези конструкции да могат да се справят с това тегло, без да застрашават целостта на тръбопровода.

Заваръчните съединения на тръбите под налягане могат да генерират високи нива на остатъчни напрежения, които се доближават до границата на провлачане, създавайки опасни условия за заваръчните съединения и потенциално застрашавайки безопасността и околната среда. PWHT намалява тези напрежения до безопасни нива, като същевременно подобрява целостта на заваръчните шевове - това е особено полезно при транспортиране на опасни химикали или вредни изпарения - помага за предотвратяване на наранявания, като същевременно намалява щетите за околната среда.

Обща структура

В зависимост от оборудването и стандартите за производство, проектите за производство на стомана и метал често изискват задължителни изисквания за PWHT като част от тяхното разработване, като например съдове под налягане, тръбопроводи, резервоари за съхранение, сгради, мостове или офшорни структури. Обработката чрез PWHT обикновено е необходима, за да се намалят остатъчните напрежения, причинени от заваряването, както и да се предотврати втвърдяването в зоната на термично въздействие (ЗТВ).

PWHT (топлинна обработка след заваряване) е контролиран процес, при който материалът, който е бил заварен, се нагрява до желаната температура и се задържа на нея за определен период от време. Тази критична операция трябва да се придържа към точни спецификации; в противен случай може да възникне изкривяване, крехкост на материала или прекомерно омекване поради неправилно нагряване/задържане на температурата.

Като пример за технологията PWHT, високочестотните токове на намотките генерират достатъчно топлина, за да повишат температурата на метала; това може да се постигне чрез внимателен контрол на броя и дължината на намотките, както и чрез автоматично записващо оборудване, което следи температурата в реално време.

Кодексите на ASME съдържат подробни изисквания за температурата на мокрите топлинни загуби на тръбите (PWHT), в зависимост от материалите, съответно в клауза 331.1.1 и таблица 331.1.1. За някои дебелини на тръбите обаче има специфични изключения в тези таблици, които дават допълнителна информация.

Изключения

Потребителите от нефтохимическата промишленост и производството на електроенергия проявяват огромен интерес към намирането на освобождаване от PWHT, когато това е възможно, но поради различията между изискванията, използвани от тези потребители на стомана (чрез EEMUA и EGWP - Electricity Generators Welding Panel), и тези на други промишлени групи, не съществува лесно съгласуване между техните изисквания.

Предположенията сочат, че критериите, използвани от различните кодове за освобождаване от ШИХТ на хром-молибденови (P-4 и P-5A) заваръчни съединения, използвани в ядрената енергетика, може да са разработени по-скоро с помощта на добра историческа инженерна практика, отколкото с помощта на специфични проектни изчисления или експерименти. Настоящите изисквания се различават между кодексите както по отношение на минималната гранична дебелина на заваръчния шев, така и по отношение на граничните изисквания за диаметъра на тръбата, въпреки че разликите могат да се дължат и на различия в изискванията за якост между кодексите или на тълкуването на сходни източници на технически данни.

В тази статия се сравняват и съпоставят изключенията от PWHT в няколко действащи кодекса, като се разглеждат всички прилики или несъответствия по отношение на максималните дебелини на заваръчните шевове за условията на заваряване, както и изискванията за якост (въз основа на изпитванията на Шарпи), а също и опитите за рационализация. Във втората част ще бъдат разгледани оценките на механиката на разрушението на изискванията за якост на стоманата, които показват, че много от ограниченията за дебелината могат да бъдат увеличени, без да се намали значително ударната якост, което дава възможност за по-нататъшно либерализиране на изискванията за PWHT.