ASME B31.3 Požadavky na tepelné zpracování po svařování trubek z uhlíkové oceli

Od vydání normy ASME B31.3 z roku 2014 jsou tlusté trubky z uhlíkové oceli vyňaty z požadavků na tepelné zpracování po svařování (PWHT), přičemž je vyžadováno pouze svařování více průchodů a není nutné předehřívání. Objevily se obavy, že takové výjimky mohou být nebezpečné.

Tento dokument, který sponzorovala společnost EPRI a jehož autory jsou členové týmu RRAC, má podpořit změny požadavků na minimální teplotu PWHT v předpisech B31.1 a B31.3, jakož i podobné změny v jiných předpisech.

Minimální teplota předehřevu

Požadavky na minimální teplotu předehřevu podle ASME B31.3 se v různých normách a předpisech výrazně liší, což pravděpodobně odráží různé provozní podmínky, kterými se jednotlivé normy nebo předpisy zabývají. Skutečné obavy vznikají, když se požadavky jednoho předpisu nebo normy zdají být z technického hlediska nadměrné - příkladem jsou požadavky na tepelné zpracování po svařování (PWHT) u materiálů z uhlíkové oceli.

Požadavek na teplotu PWHT stanovený předpisem se blíží jejich nižším kritickým teplotám pro uhlíkové oceli, což může vést k praskání svarových zón při opětovném zahřátí a výrazně oslabit jejich pevnost. Studie však ukázaly, že tvrdost a houževnatost svarů P č. 4 může být zachována i po PWHT při teplotách nižších, než jaké stanoví současné požadavky předpisu.

Ačkoli mohou existovat obavy, existuje silná podpora pro zachování současných požadavků na předehřev a PWHT pro P č. 4. Studie sponzorovaná EPRI zjistila, že PWHT lze provádět při nižších teplotách, než jaké jsou v současné době požadovány v předpisech B31.1 a B31.3, a přitom stále dosahovat přijatelných vlastností materiálu - což poskytuje větší flexibilitu návrhu, větší bezpečnostní rezervu pro spoje z různorodých materiálů a eliminuje praskání v oblastech svarů u náchylných materiálů P č. 4.

Maximální teplota předehřevu

Norma ASME B31.3 vyžaduje, aby materiály splňovaly minimální teplotu předehřevu, při které lze zahájit tepelné zpracování po svařování (PWHT). PWHT je řízený proces, při kterém se svařence zahřívají pod jejich nižší kritickou teplotu přetvoření po stanovenou dobu, aby se snížila zbytková napětí a mikrostrukturní změny způsobené svařováním; navíc může pomoci zvýšit tvrdost zvýšením kalicích procesů během PWHT úpravy.

Vydání normy ASME B31.3 z roku 2014 zavedlo několik významných změn v požadavcích na PWHT pro procesní potrubí, zejména pro svařence z uhlíkové oceli, které splňují požadavky oddílu VIII oddílu 1 ASME a které dříve vyžadovaly žíhání po svařování (PWA).

Tato změna byla provedena na základě požadavku výboru RRAC, který upozornil na to, že teploty PWHT podle norem ASME B31.1 a B31.3 se blíží nižším kritickým teplotám přeměny jejich materiálů, což vede ke zbytečným ztrátám kalicí schopnosti v důsledku přehřátí. K řešení tohoto problému zpráva doporučila změnit požadavky na PWHT v rozmezí 1200-1300 stupňů Celsia. Kromě toho by mělo být stanoveno maximum 150 stupňů nad PWHT, což by více odpovídalo požadavkům normy BS 2633.

Minimální doba držení

Tepelné zpracování potrubí z uhlíkové oceli po svařování pomocí tepelného zpracování po svařování (PWHT). Jejím účelem je zabránit vzniku trhlin ve spojích trubek z uhlíkové oceli podporovaných prostředím a také snížit zbytková napětí vzniklá při svařování a zároveň zvýšit houževnatost svarového kovu. Kromě toho PWHT pomáhá zmírnit degradaci životního prostředí a chránit před korozí.

Požadavky na PWHT se liší podle kódu a skupiny materiálů. Například norma B31.3 stanoví minimální dobu udržování 15 minut pro nízkolegované oceli a 20 minut pro oceli 2.25%Cr-1%Mo na základě maximálních úrovní uhlíku a tloušťky svaru povolených v rámci každé skupiny; tento požadavek na minimální dobu udržování platí stejně pro jednoprůchodové i víceprůchodové svary.

PWHT nemusí být vždy nutná; například v případě svařovaných ocelových nádob, jako jsou nádrže na skladování ropy. Přestože jsou navrženy tak, aby odolávaly tlaku až 5 000 psi, riziko křehkého porušení zůstává kvůli extrémním teplotním gradientům a napětí ve svarových spojích.

Procesy PWHT mohou být nákladné a nepohodlné; z tohoto důvodu některé jurisdikce poskytují výjimky pro potrubí z uhlíkové oceli. Kromě toho se požadavky řady předpisů B31.3 snaží dosáhnout účinné rovnováhy mezi bezpečností a účinností, pokud jde o požadavky na PWHT.

Maximální doba držení

ASME B31.3 je americká národní norma, která zahrnuje požadavky na potrubí používané v ropných rafineriích, chemických, farmaceutických, vodíkových, textilních, papírenských a celulózových závodech, jaderných reaktorech, závodech na výrobu polovodičů a v zařízeních na výrobu elektrické energie, v kompresorových stanicích zemního plynu a v elektrárnách. Zabývá se materiály a součástmi pro konstrukci výrobu montáž montáž inspekci kontrolu zkoušení potrubí.

Stejně jako v případě svarů je třeba teplotu předehřevu upravit podle tloušťky každého svaru. Tenké svary mohou vyžadovat nižší teploty předehřevu než silnější svary pro příslušné svary; doba potřebná pro každou fázi však zůstává konstantní.

Před revizí byly závazné limity tloušťky svaru PWHT stanoveny na základě správné technické praxe a zkušeností. Vzhledem k tomu, že lomová mechanika pokročila od doby, kdy bylo toto původní zavedení těchto limitů provedeno v souladu s dobrou inženýrskou praxí a zkušenostmi, byly od té doby revidovány s ohledem na vypočtené křivky výjimek založené na houževnatosti, které vyžadují vyšší požadavky na minimální tloušťku stěny u uhlíkových ocelí, než tomu bylo u jejich starších ekvivalentů.

Svařování PWHT nyní ve většině případů vyžaduje maximální tloušťku svaru 19 mm, což je výrazně méně než v obecných konstrukčních předpisech, jako je BS 5400 pro mosty, nebo v jiných specializovaných předpisech, jako je ASME B31.1, který upravuje tlakové nádoby, energetické potrubí, a API 650, který upravuje konstrukci velkých skladovacích nádrží.