Požadavky na PWHT pro tlaková zařízení a potrubí

Tepelné zpracování po svařování (PWHT) je často vyžadováno u tlakových zařízení a trubek v elektrárnách, ropných rafineriích a petrochemickém průmyslu. PWHT pomáhá zmírnit zbytková napětí vznikající při svařování a zároveň zvyšuje mechanické vlastnosti svařovaných ocelí.

Výrobní normy se liší v požadavcích na PWHT; tento článek je porovnává a srovnává pomocí přístupů lomové mechaniky, aby porovnal a srovnal mezní požadavky na tloušťku, při které by měla být provedena PWHT pro svary v různých předpisech.

Tlakové nádoby

Tlakové nádoby mohou být vysoce nebezpečná zařízení, která musí být pečlivě zkonstruována tak, aby odolala vnitřním tlakům a namáhání bez narušení jejich konstrukční integrity. Zvolené materiály musí mimo jiné splňovat jak pevnostní, tak výrobní/ svařovací/obráběcí specifikace pro konkrétní aplikace. Teplotní podmínky musí rovněž ovlivnit požadavky na tloušťku stěn a výztuhu, rozměry nádoby, včetně rozměrů otvorů, jako jsou trysky, tvary hlav nádoby, jako jsou polokulovité, eliptické nebo s přírubou a drážkou, aby vyhovovaly použití nádoby, přičemž je třeba pečlivě vybírat tak, aby se minimalizovalo namáhání svalů hlavy nebo krku.

Většina zemí nařizuje, aby všechny nádoby nad určitou velikost a tlak byly konstruovány podle oficiálního předpisu, jako je například ASME Boiler and Pressure Vessel Code v USA nebo Evropská směrnice o tlakových zařízeních v Evropě.

Obecné požadavky většiny předpisů předepisují PWHT pro materiály silnější, než je stanovená hodnota; ta se však mezi předpisy liší; například osvobození nízkolegovaných ocelí od PWHT se liší mezi americkými a britskými předpisy, stejně jako jejich limitní tloušťka pro osvobození od zkoušek PWHT; tyto rozdíly mohou zahrnovat také různé požadavky na vlastní Charpyho zkoušku nebo přípustné velikosti vad.

Tlakové potrubí

Tlakové potrubí se používá k přepravě kapalin, plynů a kalů pod vysokým tlakem. Tlakové potrubí se primárně používá v ropném a plynárenském průmyslu, ale hraje také důležitou roli v energetice - přenáší páru, vodu a další kapaliny mezi elektrárnami, aby byl zajištěn jejich efektivní provoz.

Tlakové potrubí může být značně namáháno. Jejich vnitřní tlak kolísá s měnícími se provozními podmínkami, což nutí konstruktéry potrubí počítat s různými úrovněmi tlaku a vyžadovat při jejich konstrukci vyšší návrhové bezpečnostní faktory, silnější součásti a specializované materiály.

Pro vyšší tlaky je nutné zvýšit jmenovité hodnoty přírub a ventilů, což vede ke zvýšení nákladů. Kromě toho musí mít potrubí odpovídající podpěrné a spojovací body, protože se tím zvyšuje zatížení podpěrných konstrukcí - je nezbytné, aby tyto konstrukce tuto hmotnost zvládly, aniž by byla ohrožena integrita potrubí.

Ve svarových spojích tlakových trubek mohou vznikat vysoká zbytková napětí, která se blíží hodnotě meze kluzu, což vytváří nebezpečné podmínky pro svarové spoje a potenciálně ohrožuje bezpečnost a životní prostředí. PWHT snižuje tato napětí na bezpečnou úroveň a zároveň zlepšuje integritu svaru - to je užitečné zejména při přepravě nebezpečných chemikálií nebo škodlivých výparů - pomáhá předcházet zraněním a zároveň zmírňuje škody na životním prostředí.

Obecná konstrukce

V závislosti na použitém zařízení a výrobních normách vyžadují ocelové a kovové výrobní projekty, jako jsou tlakové nádoby, potrubí, skladovací nádrže, budovy, mosty nebo konstrukce na moři, často povinné požadavky na PWHT jako součást jejich vývoje. Ošetření PWHT je obvykle nezbytné ke snížení zbytkových napětí způsobených svařováním a k zabránění kalení v tepelně ovlivněné zóně (HAZ).

PWHT (Post Weld Heat Treatment) je řízený proces, při kterém se svařovaný materiál zahřeje na požadovanou teplotu a udržuje se na ní po stanovenou dobu. Při této kritické operaci musí být dodrženy přesné specifikace, jinak by mohlo dojít k deformaci, křehnutí nebo přílišnému změknutí v důsledku nesprávné teploty ohřevu/udržování.

Jako jeden z příkladů technologie PWHT lze uvést vysokofrekvenční proudy cívek, které vytvářejí dostatek tepla pro zvýšení teploty kovu; toho lze dosáhnout pečlivou kontrolou počtu a délky cívek a automatickým záznamovým zařízením, které monitoruje teplotu v reálném čase.

V předpisech ASME jsou v článku 331.1.1 a v tabulce 331.1.1 uvedeny podrobné požadavky na teplotu tepelných ztrát za mokra (PWHT) v závislosti na materiálu potrubí. Některé tloušťky trubek však mají v těchto tabulkách specifické výjimky, které poskytují další informace.

Výjimky

Petrochemický průmysl a uživatelé z oblasti výroby elektřiny projevují enormní zájem o výjimku z PWHT, pokud je to možné, ale vzhledem k rozdílům mezi požadavky, které tito uživatelé oceli používají (prostřednictvím EEMUA a EGWP - Electricity Generators Welding Panel), a požadavky ostatních průmyslových skupin není snadné jejich požadavky sladit.

Předpoklady naznačují, že kritéria používaná různými předpisy pro vynětí PWHT chrom-molybdenových (P-4 a P-5A) svařenců používaných v jaderném provozu z PWHT mohla být vyvinuta spíše na základě dobré historické inženýrské praxe než na základě konkrétních konstrukčních výpočtů nebo experimentů. Současné požadavky se v jednotlivých předpisech liší jak z hlediska minimální mezní tloušťky svaru, tak z hlediska požadavků na mezní průměr trubky - rozdíly však mohou vznikat také v důsledku rozdílů v požadavcích na houževnatost mezi předpisy nebo v důsledku interpretace podobných zdrojů technických údajů.

Tento článek srovnává a porovnává výjimky z PWHT v několika současných předpisech a zkoumá případné podobnosti nebo nesrovnalosti, pokud jde o maximální tloušťky svarů pro stav po svařování a požadavky na houževnatost (na základě Charpyho zkoušek), jakož i pokusy o racionalizaci. Druhá část se bude zabývat lomově mechanickými posouzeními požadavků na houževnatost oceli, která ukazují, že mnohá omezení tloušťky lze zvýšit, aniž by se výrazně snížila rázová houževnatost, což poskytuje prostor pro další liberalizaci požadavků na PWHT.