PWHT-Verfahren ASME B31.3

Das PWHT-Verfahren der Asme B31.3 gilt für die Herstellung/Schweißung von Prozessrohrleitungen, die in Flüssigkeitsversorgungssystemen wie Ölraffinerien, chemischen Produktionsanlagen, pharmazeutischen Laboratorien, Wasserstoffanlagen, Papierfabriken und Energieerzeugungsanlagen verwendet werden.

EPRI hat empfohlen, in den Überarbeitungen von B31.1 und B31.3 aus dem Jahr 2014 den PWHT-Temperaturbereich für Kohlenstoffstahl in Anwendungen, die als Kategorie A oder M eingestuft sind, zu senken; dieser Bericht unterstützt diese Änderung.

Temperatur

Die Druckwasserhärtung kann bei einigen geschweißten Stahlbauteilen je nach Betriebsumgebung und Exposition gegenüber umweltbedingter Rissbildung (EAC) erforderlich sein. Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt oder niedrigeren Legierungen sind in der Regel besonders anfällig für EAC und erfordern daher PWHT-Behandlungen, um Risse in Schach zu halten.

Schweißverfahren erzeugen Eigenspannungen in den Schweißbereichen, die sich unter bestimmten Bedingungen der Streckgrenze des Materials nähern können, so dass die Baugruppen anfällig für sprödes Versagen sind. Die PWHT verringert diese Eigenspannungen erheblich und minimiert das Risiko der umweltbedingten Rissbildung.

Sowohl B31.1 als auch B31.3 stellen Anforderungen an die PWHT für verschiedene miteinander verschweißte Stahlkomponenten, wie z. B. C-Mn- und Cr-Mo-Stähle, wobei die maximale Schweißnahtdicke für diese Schweißnähte in B31.1 bzw. B31.3 auf 19 mm begrenzt ist; einige allgemeine Bauvorschriften, wie BS 2633, erlauben wesentlich dickere Schweißnahtdicken, ohne dass eine PWHT erforderlich ist. Diese Anforderungen berücksichtigen die Anforderungen an die Bruchfestigkeit der verschiedenen Strukturen.

Tests an P Nr. 4-Werkstoffen haben gezeigt, dass die meisten der nach der Druckwasserhärtung veränderten Kerbschlagzähigkeitseigenschaften vor dem Erreichen von 1300 bis 1375 Grad Celsius auftreten können, was bedeutet, dass eine größere Marge erzielt werden könnte, wenn die Temperaturen für die Druckwasserhärtung nach B31.1 und B31.3 weiter gesenkt werden könnten. Dieser Artikel soll diese Bemühungen unterstützen.

Ausrüstung

Die Wärmebehandlung nach dem Schweißen kann das Risiko eines Sprödbruches von geschweißten Bauteilen erheblich beeinflussen. Daher ist eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen für Prozessrohrleitungssysteme, bei denen Schweißarbeiten häufig vor Ort stattfinden, unerlässlich. ASME B31.3 erlaubt nun Ausnahmen von der vorgeschriebenen PWHT für Kohlenstoffstähle, die zu den P-No 1-Werkstoffgruppen gehören, wenn vor dem Schweißen eine Vorwärmtemperatur von 95 Grad Celsius angewendet wird. Es wurde eine Untersuchung der Wirksamkeit von Ausnahmekurven durchgeführt, indem ihre technische und historische Grundlage überprüft und diese Zahlen mit moderneren Bruchzähigkeitsanforderungen verglichen wurden, die durch elastisch-plastische Bruchmechanik und Masterkurvenmethoden ermittelt wurden.

Das Vorwärmen wird in der Regel eingesetzt, um die Eigenspannung in der Schweißzone zu verringern und damit das Risiko der umweltbedingten Rissbildung zu senken, aber seine Anwendung ist aufgrund der möglichen thermischen Verformung, die die Festigkeit und Zähigkeit der Schweißnähte beeinträchtigt, nicht immer angemessen. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, dass der Einsatz der Schweißnahtvorwärmung richtig geplant wird.

Der ASME B31.3-Schulungskurs von PetroSync bietet einen detaillierten Einblick in die Anforderungen des Codes für die Konstruktion von Rohrleitungssystemen, Abzweigverbindungen, die Auswahl von Flanschen und Armaturen, die Berücksichtigung von Flexibilitätsanforderungen, die Fertigung, das Schweißen, die zerstörungsfreie Prüfung und die Druckprüfung sowie die Verstärkung von Druckgeräten mit Verbundwerkstoffen.

Personal

PWHT erfordert geschultes PWHT-Personal. Die Ausrüstung muss angemessen vor Regen und Wind geschützt werden; Schweißnähte, die einer PWHT unterzogen werden, müssen angemessen abgesperrt und mit Gefahrenschildern versehen werden, die davor warnen, dass unbekannte Personen den Bereich betreten und mit elektrischen Hochspannungsanschlüssen in Berührung kommen; Personen, die an elektrischen Anschlüssen arbeiten, sollten außerdem Gummihandschuhe und Sicherheitsschuhe tragen, um zu verhindern, dass sie versehentlich mit heißen Teilen in Berührung kommen und Verbrennungen erleiden. Bei bestimmten Kohlenstoffstählen kann eine Druckwellenhärtung erforderlich sein, um die Schweißeigenspannung vor der Inbetriebnahme zu verringern, so dass die Druckwellenhärtung ein obligatorisches Verfahren ist.

Sicherheit

Die Wärmebehandlung nach dem Schweißen (Post Weld Heat Treatment, PWHT) von Schweißnähten aus Kohlenstoffstahl dient dazu, schädliche Temperaturgradienten und Eigenspannungen, die sich in Schweißnähten und insbesondere in Energie- und Prozessrohrsystemen entwickeln können, zu minimieren oder abzubauen. Die Anforderungen an die PWHT in diesen Bereichen variieren je nach Regelwerk; auch die Anforderungen an die Zähigkeit unterscheiden sich je nach Typ. In diesem Artikel untersuchen wir die aktuellen Anforderungen an die Druckwasserhärtung in verschiedenen Regelwerken (B31.1 & B313) und prüfen, ob eine Rationalisierung möglich ist.

In diesem Papier werden die Auswirkungen einer Senkung der maximalen PWHT-Temperatur für überhitzungsgefährdete P Nr. 4-Werkstoffe untersucht, und zwar entsprechend der im EPRI-Bericht empfohlenen Höchsttemperatur von 1200-1300 Grad Celsius, die niedriger ist als die in den Regelwerken für Energie- und Prozessrohrleitungen festgelegten Temperaturen. Darüber hinaus schlagen die Autoren eine innovative Master-Kurve für die Schweißnaht-Zähigkeit vor, die Änderungen der Ausnahmekurven in allen Regelwerken unterstützen könnte.

Ein ständiges Problem bei der Konstruktion von Rohrleitungen und Druckbehältern ist das Risiko von Sprödbruch. Daher ist es von größter Bedeutung, den PWHT-Prozess so effizient wie möglich zu gestalten, um dieses Risiko zu minimieren. Ein Ansatz wäre die Verwendung niedriger Vorwärmtemperaturen bei mehrlagigen Schweißverfahren - besonders wichtig, wenn dickwandige Rohre rauen Betriebsbedingungen ausgesetzt sind.