ASME B31.3 Изисквания за термична обработка след заваряване за тръби от въглеродна стомана

От изданието на ASME B31.3 от 2014 г. дебелите тръби от въглеродна стомана са освободени от изискванията за термична обработка след заваряване (PWHT), като се изисква само многопроходно заваряване и не е необходимо предварително нагряване. Изразена е загриженост, че подобни освобождавания могат да бъдат опасни.

Този документ, спонсориран от EPRI и написан от членовете на екипа на RRAC, има за цел да подкрепи промените в изискванията за минимална температура на PWHT в кодексите B31.1 и B31.3, както и подобни промени в други кодекси.

Минимална температура на загряване

Изискванията за минимална температура на подгряване в ASME B31.3 се различават значително в различните кодекси и стандарти, което вероятно отразява различните условия на работа, разглеждани от всеки стандарт или кодекс. Истинска загриженост възниква, когато изискванията на един кодекс или стандарт изглеждат прекомерни от техническа гледна точка - пример за това са изискванията за термична обработка след заваряване (PWHT) за материали от въглеродна стомана.

Изискването за температурата на PWHT, установено от кодекса, е близо до техните по-ниски критични температури за въглеродни стомани, което може да доведе до напукване при прегряване на заваръчните зони и да отслаби значително тяхната якост. Проучванията обаче разкриват, че твърдостта и издръжливостта на заварките P № 4 могат да се запазят и след PWHT при температури, по-ниски от тези, които са определени от настоящите изисквания на кодекса.

Въпреки че е възможно да има опасения, съществува силна подкрепа за запазване на настоящите изисквания за предварително загряване и PWHT за P № 4. Проучване, спонсорирано от EPRI, установи, че PWHT може да се извършва при температури, по-ниски от тези, които понастоящем се изискват в кодексите B31.1 и B31.3, като същевременно се постигат приемливи свойства на материала - осигурява се по-голяма гъвкавост при проектирането, по-голям запас от безопасност за съединения от разнородни материали и се елиминира напукването в зоните на заварките при чувствителни материали P No 4.

Максимална температура на загряване

В ASME B31.3 се изисква материалите да отговарят на минимална температура на предварително нагряване, при която може да започне топлинна обработка след заваряване (PWHT). PWHT е контролиран процес, при който заваръчните съединения се нагряват под долната им критична температура на трансформация за определено време, за да се намалят остатъчните напрежения и микроструктурните промени, причинени от заваряването; освен това може да помогне за увеличаване на твърдостта чрез увеличаване на процесите на закаляване по време на обработката PWHT.

В изданието на ASME B31.3 от 2014 г. бяха въведени няколко съществени промени в изискванията за PWHT за технологични тръбопроводи, особено заваръчни шевове от въглеродна стомана, които отговарят на изискванията на раздел VIII, подразделение 1 на ASME и за които преди беше необходимо отгряване след заваряване (PWA).

Тази промяна беше въведена след искане от страна на RRAC, които подчертаха, че температурите на ASME B31.1 и B31.3 PWHT са близки до по-ниските критични температури на трансформация на техните материали, което води до ненужни загуби на капацитет за закаляване поради прегряване. За да се реши този проблем, в доклада се препоръчва да се променят изискванията за PWHT между 1200 и 1300 градуса по Целзий. Освен това 150 градуса трябва да се определят като максимална стойност над PWHT, което е в по-голямо съответствие с изискванията на BS 2633.

Минимално време за задържане

Термична обработка след заваряване на тръбопроводи от въглеродна стомана чрез термична обработка след заваряване (PWHT). Целта на това е да се избегне подпомаганото от околната среда напукване на съединенията на тръбите от въглеродна стомана, а също и да се намалят остатъчните напрежения, създадени при заваряването, като същевременно се повиши здравината на заваръчния метал. Освен това PWHT спомага за смекчаване на влошаването на околната среда и за защита от корозия.

Изискванията за PWHT варират в зависимост от кода и групата материали. Например B31.3 определя минимално време на задържане от 15 минути за нисколегирани стомани и 20 минути за стомани 2.25%Cr-1%Mo съответно въз основа на максималните нива на въглерод и дебелини на заваръчния шев, разрешени във всяка група; това изискване за минимално време на задържане се прилага еднакво както за еднопроходни, така и за многопроходни заварки.

PWHT може да не е винаги необходима; например в случай на заварени стоманени съдове като резервоари за съхранение на нефт. Въпреки че са проектирани да издържат на налягане до 5000 psi, рискът от крехко разрушаване остава поради екстремните температурни градиенти и напреженията в заваръчните съединения.

Процесите на PWHT могат да бъдат скъпи и неудобни; по тази причина някои юрисдикции предвиждат изключения за тръбопроводи от въглеродна стомана. Освен това, изискванията на серията кодове B31.3 имат за цел да постигнат ефективен баланс между безопасност и ефективност, когато става въпрос за изискванията за PWHT.

Максимално време за задържане

ASME B31.3 е американски национален стандарт, който обхваща изискванията към тръбопроводите, използвани в петролни рафинерии; химически, фармацевтични, водородни, текстилни, хартиени и целулозни заводи, ядрени реактори, заводи за полупроводници, както и съоръжения за производство на електроенергия; компресорни станции за природен газ, както и електроцентрали. В него се разглеждат материалите и компонентите за проектиране, изработване, сглобяване, монтаж, проверка, изпитване на тръбопроводи.

Както и при заварките, температурата на предварително нагряване трябва да се регулира в зависимост от дебелината на всяка заварка. Тънките заварки могат да изискват по-ниски температури на предварително нагряване от тези на по-дебелите за съответните заварки; въпреки това времето, необходимо за всеки етап, остава постоянно.

Преди ревизията задължителните граници на дебелината на заваръчните шевове при PWHT бяха установени въз основа на добрата инженерна практика и опит. Тъй като механиката на разрушението е напреднала, след като първоначалното въвеждане на тези граници е било направено в съответствие с добрата инженерна практика и опит; след това те са били преразгледани в светлината на изчислените криви на освобождаване, основани на издръжливостта, които изискват по-високи изисквания за минимална дебелина на стените при въглеродните стомани, отколкото техните по-стари еквиваленти.

В повечето случаи PWHT заваряването изисква максимална дебелина на заваръчния шев 19 мм - значително по-малка от общите конструктивни норми, като BS 5400 за мостове, или други специализирани норми, като ASME B31.1, която регулира съдовете под налягане, енергийните тръбопроводи, и API 650, която регулира изграждането на големи резервоари за съхранение.