ASME B31 3 PWHT-Anforderungen

Nach den Erkenntnissen der E2G aus ihren Sprödbruchbewertungen kann eine Reduzierung oder Abschaffung der vorgeschriebenen Druckwasserhärtung die Sprödrissbildung verstärken und gleichzeitig die positiven Auswirkungen auf den Spannungsabbau und die Erhöhung der Zähigkeit des Schweißguts verringern.

ASME B31 3 legt die Anforderungen für die Herstellung/Schweißung von Prozessrohrleitungen fest. In Tabelle 331.1 sind Ausnahmen von den vorgeschriebenen Anforderungen an die Wärmebehandlung nach dem Schweißen in Bezug auf Werkstoffgruppen, Kontrolldicke und Schweißnahtart aufgeführt.

Vorheizen

Die Ausgabe 2014 von ASME B31.3, Process Piping, führte mehrere wesentliche Änderungen in Bezug auf die Herstellungs-/Schweißverfahren für Prozessrohrleitungen ein. Eine der wichtigsten Änderungen war die Aufnahme von PWHT-Anforderungen auf der Grundlage des Rohrwerkstoffs; Klausel 331.1.1 sowie die Tabellen 331.1.1 und 331.1.2 liefern diese Informationen; darüber hinaus können Ausnahmen gelten, wenn Vorwärmtechniken in geeigneter Weise eingesetzt werden.

Die Vorwärmtemperaturen sollten sorgfältig mit Temperaturanzeigestiften, Thermoelement-Pyrometern oder anderen geeigneten Instrumenten überwacht werden, um sicherzustellen, dass sie den in Ihrer Arbeitsanweisung (WPS) angegebenen Bereich erreichen und innerhalb dieses Bereichs bleiben. Um optimale Ergebnisse zu erzielen, sollte eine Pufferzone von mindestens 25 mm (1 Zoll) über jede Kante der Schweißnaht hinausreichen.

Nach Abschluss der Schweißarbeiten sollte der Bereich gemäß Tabelle 330.1.1 wärmebehandelt werden. Diese Behandlung trägt dazu bei, nachteilige Auswirkungen, die durch hohe Schweißtemperaturen oder Temperaturgradienten und durch Umformung und Biegung verursachte Eigenspannungen verursacht werden, zu minimieren oder abzuschwächen und die Zähigkeit des Schweißguts zu erhöhen.

Um die Ausnahmeregelung für das Vorwärmen in Anspruch nehmen zu können, muss P1-Kohlenstoffstahl mit einer kontrollierten Dicke und einer Vorwärmung von 95 Grad Celsius geschweißt werden. Andernfalls müsste das Material nach dem Schweißen nachbehandelt werden, was die Kosten erhöht und die Inbetriebnahme von Rohrleitungssystemen verzögert.

Wärmebehandlung nach dem Schweißen

Die aktuellen Konstruktionsvorschriften in der Druckbehälter- und Rohrleitungsindustrie schreiben vor, dass eine Druckwasserhärtung durchgeführt werden sollte, wenn die Schweißnahtdicke einen bestimmten Wert überschreitet, der durch die Charpy-Prüfungseigenschaften des verwendeten Materials bestimmt wird. Dieser Ansatz bietet ein einfaches und direktes Mittel, um festzustellen, wann eine PWHT erforderlich ist. Er wird von der Industrie allgemein akzeptiert, aber es ist wichtig, daran zu denken, dass verschiedene Normen unterschiedliche Grenzwerte haben, die beachtet werden müssen.

Der EPRI-Bericht (Ref. 1) dokumentiert eindeutig, dass die Anforderungen der Energieversorgungsunternehmen an die PWHT-Temperaturen viel zu hoch sind; diese Temperaturen nähern sich den kritischen Grenztemperaturen von 1-1/4″ Cr-Mo-Materialien, die das Schweißgut bei Inspektions-, Reparatur- oder Wartungsarbeiten beschädigen und die Ausfallzeiten während dieser Arbeiten erheblich verlängern könnten.

Die Anforderungen an die Druckwasserhärtung für allgemeine strukturelle Anwendungen in Brücken und Gebäuden können auch zu konservativ sein. Während einige Strukturen über eine ausreichende Bruchzähigkeit verfügen, um eine Druckwasserhärtung zu vermeiden, ist bei großen Bauteilen oder Schweißverbindungen in dicken Profilen in der Regel eine umfangreiche Druckwasserhärtung mit langen Haltezeiten und langsamen Erwärmungsraten erforderlich; daher wäre es wünschenswert, wenn dieser Prozess nach Möglichkeit vermieden werden könnte.

Festigkeitstests

Ingenieure, die Druckrohrleitungssysteme konstruieren und betreiben, müssen dabei alle Anforderungen der ASME B31 kennen, z. B. Verfahren zur Dichtheitsprüfung von internen Leitungen und Ummantelungen, Überlegungen zum Vakuum, Qualifikationen für die Montage von Flanschverbindungen, Abnahmekriterien für Ultraschallprüfungen sowie alle zusätzlichen Spezifikationen, die für die Dokumentation der Konstruktion, Fertigung und Montageprüfung solcher Systeme erforderlich sind.

Die Dichtheitsprüfung von Rohrleitungssystemen wird durchgeführt, um reparaturbedürftige Stellen zu ermitteln. Während bei der Wasserdruckprüfung die Prüfflüssigkeit einen höheren Druck als den Auslegungsdruck erreichen muss, findet die pneumatische Prüfung bei einem niedrigeren Druck statt, der nicht zu einem explosiven Bruch des Rohrsystems führt.

Für den sicheren Betrieb von Rohrleitungen ist es von entscheidender Bedeutung, dass der Prüfdruck die Streckgrenze des Werkstoffs bzw. die bei der Prüftemperatur ermittelte Nennleistung nicht überschreitet. Dies ist besonders wichtig bei der Verwendung von Kohlenstoffstahl, dessen Dicke möglicherweise nicht alle Ring- oder Längsspannungen in den Bauteilen abdeckt.

Bei einem Dampferzeuger mit Zwangsdurchströmung muss das Rohrleitungssystem mit dem 1,5-fachen des Systemauslegungsdrucks geprüft werden - diese Anforderung geht über die Anforderungen der Kessel- und Druckbehältervorschriften hinaus, die strukturelle Prüfungen vor der Montage aller Komponenten vorschreiben.

Hydrotest

Die Wasserdruckprüfung, d. h. die Prüfung der Flüssigkeitsdruckbeständigkeit, ist ein wesentliches Element der Qualitätssicherung und muss mit großer Sorgfalt und Präzision durchgeführt werden.

Zu den für solche Druckprüfungen erforderlichen Geräten gehören Wasserpumpen, geeichte Manometer, Druckschreiber und Absperrventile. Außerdem sollte qualifiziertes Personal die Druckprüfungen durchführen.

Die Wasserdruckprüfung beruht auf einer Gleichung, die mehrere Faktoren berücksichtigt, darunter die Prüftemperatur und die zulässige Spannungsgrenze (berechnet aus der Streckgrenze bei einer bestimmten Temperatur). Der Hydrotestdruck sollte den Auslegungsdruck übersteigen, aber es muss darauf geachtet werden, dass die zulässige Spannungsgrenze nicht überschritten wird.

Die Wasserdruckprüfung ist ein wesentlicher Bestandteil zur Gewährleistung der Sicherheit eines jeden Rohrleitungssystems, da sie Mängel aufdeckt, die andernfalls durch andere zerstörungsfreie Prüfverfahren (NDE) unentdeckt bleiben könnten. Leider sollte die Wasserdruckprüfung nicht als erschöpfende Prüfung der Gebrauchstauglichkeit angesehen werden, da es immer noch Probleme geben kann, die durch die Wasserprüfung nicht sichtbar werden - feine Risse und Schweißnähte können durch das fließende Wasser verborgen bleiben, während größere interne Defekte, wie z. B. ein struktureller Zusammenbruch, durch die Wasserdruckprüfung allein wahrscheinlich unentdeckt bleiben.