Изисквания за термична обработка след заваряване (PWHT) на ASME B31.3

Действащите норми за проектиране в тръбопроводната индустрия и индустрията на съдове под налягане се различават значително в изискванията си за термична обработка след заваряване (PWHT), като някои от тях изглеждат оправдани, а други - незначителни от техническа гледна точка.

Тестовете, спонсорирани от EPRI, показват, че изискването за PWHT за материалите P № 4 трябва да бъде намалено, и този документ има за цел да подкрепи тази промяна в B31.1, B31.3 и други раздели на кодекса.

Температура за предварително загряване

Температурата на подгряване е минималната температура в основния метал на заваръчния детайл или, при многопроходни заваръчни операции, между всеки проход на заваряване. Тя трябва да остане постоянна през цялото време на операцията на разстояние, равно най-малко на дебелината на най-дебелата част; спецификациите ѝ са посочени в WPS (вж. 3.6 за ограниченията на предварително квалифицираните WPS и таблица 4.5 за ограниченията на съществените променливи).

Предварителното нагряване на обикновени въглеродни или нисколегирани стомани изисква внимателно регулиране на температурата, за да се избегне прегряване, тъй като повишаването на температурата на предварителното нагряване може да доведе до намаляване на якостта и твърдостта, а твърде ниската температура може да намали здравината и пластичността в сравнение с първоначалното състояние.

За сложните легирани стомани е от решаващо значение температурата на предварителното нагряване да бъде зададена така, че да се постигне трансформация и кристалографска ориентация в основния метал. За да се постигне това правилно, са необходими точни изчисления на температурните градиенти в зоната на заваряване.

Топлинната обработка след заваряване (PWHT) е от съществено значение за проектирането и конструирането на съдове под налягане и тръби от нисколегирана стомана, заварени заедно по време на монтажните процеси, за да се омекоти металът им, да се намалят остатъчните напрежения, да се увеличи пластичността и да се предотврати водородното напукване. Тази термична обработка има и допълнителни предимства: прави метала мек, като едновременно с това намалява остатъчните напрежения и увеличава пластичността, както и помага за избягване на водородното напукване.

Граници на дебелината

Основният кодекс предвижда широк диапазон от допустими надлъжни напрежения за тръбопроводи, както и възможност за увеличаването им при случайни натоварвания. За ограничаващ фактор служат зависещите от времето свойства на материала, свързани с пълзенето. В случай на чугун и недуктилни материали трябва да се приложи и коефициент за качество на материала.

При случайни натоварвания SL се ограничава до 90% от границата на провлачане при температура плюс коефициент за намаляване на якостта. Това позволява на проектантите да използват по-високи нива на натоварване, отколкото иначе биха били разрешени съгласно базовите норми, като същевременно се гарантира безопасност от внезапно увеличаване на натоварването вследствие на земетресения.

От друга страна, базовият кодекс предвижда коефициентите на интензивност на напрежението да бъдат ограничени до 1,33 пъти от основното допустимо напрежение за продължителни и случайни натоварвания; това обаче оставя някои въпроси, като например прилагането на тези коефициенти, за обсъждане между инженерите и програмистите на програми за анализ на напрежението.

При тръбопроводните системи с повишена температура дължината на разстоянието се определя от фактори, включващи първично надлъжно напрежение, огъващ момент и сили на срязване. Уравнението, което включва тези компоненти, ни позволява да изчислим тези граници за просто подпряни и неподвижни опори.

Изключения

Както във всяка индустрия, спазването на стандартите и документацията може да бъде предизвикателство, но спазването на изискванията и подробната документация са от решаващо значение за защитата както на служителите, така и на клиентите. Това е от особено значение в силно регулирани отрасли като електроцентрали, химическо производство или минно дело, където трябва да се поддържат строги стандарти за съответствие за безопасна работна среда.

Наскоро ASME B31.3 беше преработен, за да предостави по-точни описания на процедурите за изследване, инспекция и изпитване на технологични тръбопроводни системи. Ревизиите включват актуализиране на определенията за конструкция, обозначена партида, комбинирана заварена тръба (COW) след заваряване, зададено налягане на водородно изпичане; изяснени са изискванията за прогресивно вземане на проби, а основата за допустимите напрежения е увеличена от 0,67 пъти границата на провлачане до 0,80 пъти границата на провлачване.

Таблица 331.1.3 също така е променена, за да се освободят някои тръбопроводи от задължителните изисквания за PWHT въз основа на материала и номера на групата, контролната дебелина, вида на заварките и температурата на подгряване.

Пример: Тръба от въглеродна стомана, която е заварена по заваръчна процедура и с материал от група P-No 1, може да бъде освободена от топлинна обработка след заваряването, ако е подложена на температура на предварително нагряване от 95 градуса по Целзий или по-висока; това изключение се прилага и за заваръчен материал, класифициран като течност с повишена температура.

Време за предварително загряване

ASME B31.3 е набор от изчерпателни стандарти, обхващащи различни аспекти на технологичните тръбопроводни системи. Този документ включва информация за материалите, фитингите, техниките за изграждане на съединенията и изпитванията. ASME B31.3 се е превърнал в индустриален стандарт, използван за осигуряване на безопасността и целостта на тръбопроводните системи в много различни отрасли.

Изданието на ASME B31.3 от 2014 г. включва няколко съществени актуализации, като например преразгледани изисквания за предварително загряване, увеличаване на максималното проектно налягане за тръбопроводни системи и повече информация относно процедурите за проверка и изпитване. Освен това вече могат да се използват национални или международни програми за централно сертифициране вместо собствената програма за централно сертифициране на ASNT; в същото време бяха добавени специфични критерии за приемане на изследвания с магнитни частици и течен пенетрант с намалено налягане на хидротеста при проверка за течове, както и опростено изчисляване на налягането на хидротеста.

Този раздел от кодекса налага изисквания за минимална дебелина на стените на тръбопроводите под налягане, използвани при работа с флуиди с повишена температура, и определя максималното им допустимо напрежение, което се определя чрез умножаване на допустимото напрежение по границата на провлачане на материала. Освен това се предвиждат правила за изчисляване на надлъжните напрежения и максимално допустимите отклонения на напреженията, като се предвиждат разпоредби за определяне на свойствата на умора чрез анализ на кривата S/N или чрез по-задълбочени методи за анализ на механиката на разрушението. Накрая, след завършване на заварките и сглобяване на тръбопроводната система, тя трябва да се подложи на изпитване под налягане, като се използват или хидростатични, или перутални методи за изпитване - повече подробности в раздел 8.4.