ASME B31.1 – Anforderungen an die Wanddicke von Rohrleitungssystemen in Kraftwerken

Energieversorgungssysteme kommen in vielen Bereichen zum Einsatz, in denen zahlreiche Menschen mit Energie, Wärme und Kälte versorgt werden. Um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten, müssen diese Systeme den geltenden Vorschriften hinsichtlich Auslegung, Werkstoffen, Fertigung, Montage, Prüfung, Inspektion und Betrieb entsprechen.

ASME B31.1 legt Anforderungen an die Nacherwärmung (PWHT) fest, die je nach den jeweiligen Einsatzbedingungen variieren können; für nahtlose Rohre der Klasse Schedule 80 mit einem Außendurchmesser von 10 in. und der Güteklasse P22 gemäß ASTM A335/A335M (Dicke: 10 in. (0,594 in dick) im Allgemeinen 2 Stunden lang auf 600 degF erhitzt werden, um einen reibungslosen Betrieb der Rohrleitungssysteme zu gewährleisten.

Dicke

ASME B31.1 ist eine unverzichtbare Norm, wenn es um die Anforderungen an die Wanddicke von Prozessrohrleitungssystemen geht. Sie enthält Richtlinien, die den Anforderungen verschiedener Branchen gerecht werden und gleichzeitig flexibel genug sind, um allen gerecht zu werden. Diese Norm ist nicht nur ausreichend anpassungsfähig, sondern wird auch regelmäßig überarbeitet, um dem technologischen Fortschritt in der Industrie Rechnung zu tragen.

Die Anforderungen der Norm ASME B31.1 an die Nachwärmbehandlung (PWHT) hängen von der Zusammensetzung und der Art des zu schweißenden Stahls sowie von dem Schweißverfahren ab, mit dem die Schweißnähte hergestellt werden. Um die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu erzielen, spielt die PWHT eine wichtige Rolle beim Abbau lokaler Spannungen in Schweißnähten, die andernfalls zu Rissen führen könnten, und gewährleistet gleichzeitig eine ausreichende Festigkeit und Duktilität der während des Schweißprozesses entstandenen Verbindungen.

Obwohl die Schweißnormen der USA und Großbritanniens ähnliche Grenzwerte für die Schweißnahtdicke vorsehen, haben Unterschiede im Legierungsgehalt und in der Verwendung von kohlenstoffarmen Stählen zu erheblichen Abweichungen hinsichtlich der Anforderungen an die Nachschweißwärmebehandlung (PWHT) geführt. Insbesondere bei Schweißnähten aus den Stählen 2.15%Cr-0.5%Mo und 2.25%Cr-1.5%Mo liegt die Grenzstärke in den britischen Normen um 19 mm niedriger.

ASME B31.1 schreibt umfassende Sichtprüfungen von Schweißnähten vor und nach Druckprüfungen vor; eine radiografische Prüfung ist nur dann vorgeschrieben, wenn die Rohrleitungen brennbare Flüssigkeiten enthalten. Dennoch wird eine Sichtprüfung weiterhin empfohlen, um diese Schweißnähte auf unvollständige Durchschweißung, Korrosion oder unzureichende Wanddicke zu überprüfen. Bei weiteren Fragen zu ASME B31.1 wenden Sie sich bitte an die professionellen Schulungsleiter von PetroSync, die umfassende Schulungsprogramme anbieten, um Fachkräfte mit den erforderlichen Kompetenzen auszustatten, um die Anforderungen der Norm zu erfüllen.

Druck

Bei jedem Rohrleitungssystem ist die Durchführung von Druckprüfungen von entscheidender Bedeutung. Diese Prüfungen stellen sicher, dass die Rohrleitung höheren Drücken standhält, ohne dass es zu Leckagen oder Ausfällen kommt; in der Regel werden sie durchgeführt, indem die Rohrleitung mit Wasser oder einer anderen inkompressiblen Flüssigkeit gefüllt und auf das 1,5-Fache ihres Auslegungsdrucks unter Druck gesetzt wird.

Die Rohrleitungen sollten mindestens zwei Stunden lang dieser Prüfung unterzogen werden; sollten sie dieser Prüfung nicht standhalten, müssen sie so schnell wie möglich überarbeitet oder angepasst werden. Die Dokumentation aller Druckprüfungen ist ebenfalls von entscheidender Bedeutung.

Unterschiedliche Stahlsorten und chemische Zusammensetzungen erfordern bei gleicher Stahldicke unterschiedliche Anforderungen an die Nachwärmbehandlung (PWHT), weshalb sich die PWHT-Anforderungen verschiedener Normen für ähnliche Schweißnahtdicken unterscheiden. So gilt beispielsweise für Kohlenstoffstähle in Normen für Rohrleitungen und Druckbehälter eine maximale Schweißnahtdicke von 19 mm, während allgemeine Konstruktionsnormen wie BS 5400 für Brücken oder 2633 für Lagertanks deutlich größere Schweißnahtdicken zulassen können.

Neben Druckprüfungen erfordern Rohrleitungssysteme auch umfassende Sichtprüfungen. Diese Prüfungen ermöglichen es Ingenieuren, Probleme wie Risse, Korrosion oder fehlerhafte Schweißnähte zu erkennen, die bei hydrostatischen oder pneumatischen Prüfungen nicht ohne Weiteres sichtbar sind. Zu diesem Zweck können zerstörungsfreie Prüfverfahren wie Röntgenprüfung, Ultraschallprüfung und Magnetpulverprüfung eingesetzt werden, um die Integrität der Schweißnähte zu beurteilen, ohne die Rohrleitungsmaterialien oder Schweißnähte zu beschädigen.

Temperatur

Die Norm ASME B31.1 legt die Anforderungen an Rohrleitungssysteme in Kraftwerken fest und wird regelmäßig überarbeitet, um neuen Technologien Rechnung zu tragen. Sie legt den Schwerpunkt in erster Linie auf die Sicherheit in Hochdruckumgebungen und stellt gleichzeitig sicher, dass Rohrleitungssysteme gemäß den Branchenstandards ausgelegt, gefertigt, geprüft und dokumentiert werden. Darüber hinaus müssen alle Prüfergebnisse und Inspektionsberichte detailliert dokumentiert werden, um die Einhaltung der Branchenvorschriften nachzuweisen und als Referenz für zukünftige Wartungsarbeiten oder Inspektionen zu dienen.

ASME B31.1 legt je nach Rohrmaterial und Auslegungsbedingungen einen Bereich von PWHT-Temperaturen fest, beispielsweise bei der Erwärmung von nahtlosen Rohren der Sorte A335/A335M, Güteklasse P22, mit einem Außendurchmesser von 10 Zoll und einer Wandstärke nach Schedule 80 (0,594 Zoll) beträgt diese in der Regel 1300 °F für 4 Stunden – wobei die Temperaturen je nach weiteren projektbezogenen Faktoren leicht angepasst werden können.

Die Normen ASME B31.3 und B31 enthalten Anforderungen an die Nachschweißwärmebehandlung (PWHT), wobei ASME B31 eher für Kraftwerksrohrleitungen gilt, während die letztere Norm Prozessrohrleitungen abdeckt. Beide Normen umfassen verschiedene Prüfverfahren, um die Sicherheit und Langlebigkeit von Schweißnähten zu gewährleisten; die Anforderungen der Norm B31.1 sind jedoch in der Regel strenger.

ASME B31.1 schreibt vor, dass alle Schweißnähte einer Sichtprüfung unterzogen werden müssen; im Gegensatz dazu verlangt B31.3 lediglich eine Röntgenprüfung von 5 Prozent der Schweißnähte. Darüber hinaus schreibt ASME B31.1 eine hydrostatische Prüfung von Rohren vor – bei der diese mit Wasser oder einer inkompressiblen Flüssigkeit gefüllt und auf das 1,5-Fache ihres Betriebsdrucks unter Druck gesetzt werden, bevor der Druck auf Dichtheit überwacht wird –, bei der alle Verbindungsstellen einer Sichtprüfung unterzogen werden müssen.

Material

Energieversorgungsrohrleitungen kommen in der Stromerzeugung, bei geothermischen Heizsystemen sowie in Zentral- und Fernwärmesystemen zum Einsatz. Um ihre Funktionsfähigkeit zu gewährleisten, müssen sie extremen Belastungen und Druckbedingungen standhalten – andernfalls könnte dies schwerwiegende Folgen haben, darunter den Ausfall der Strom-, Wärme- oder Klimaversorgung. Daher ist es unerlässlich, dass diese Rohrleitungssysteme den geltenden Normen entsprechen; die Norm ASME B31.1-2024: „Power Piping Code“ enthält Vorschriften bezüglich der Auslegung, der Werkstoffauswahl, der Fertigung, der Montage, der Prüfung und der Inspektion dieser Rohrleitungssysteme.

Die Vorschriften in dieser Norm basieren auf praktischen Erfahrungen und sollen die Sicherheit der in der Rohrleitungsbranche tätigen Personen gewährleisten. So schreibt er beispielsweise vor, dass alle Schweißnähte einer Sichtprüfung auf unvollständige Durchschweißung und Fehler, die eine bestimmte Größe überschreiten, unterzogen werden müssen; seine Anforderungen sind jedoch weniger streng als die anderer Normen wie beispielsweise B31.5 für Kältetechnik-Rohrleitungen oder B31.9 für Gebäudetechnik-Rohrleitungen.

Die Anforderungen gemäß ASME B31.1 können je nach einer Vielzahl von Faktoren, darunter Werkstoff- und Druckaspekte, variieren. Beispielsweise erfordert nahtloses Rohrmaterial vom Typ ASTM A335/A335M, Güteklasse P22, mit einem Außendurchmesser von 10 Zoll und der Wandstärke „Schedule 80“ in der Regel eine Erwärmung auf etwa 1300 Grad Fahrenheit über einen Zeitraum von 4 Stunden, um die PWHT-Vorschriften zu erfüllen; dieser Wert kann sich je nach anderen auftragsspezifischen Faktoren geringfügig ändern; um Verwirrung zu vermeiden, ist es ratsam, vorab einen Experten zu konsultieren.