B31.3 PWHT-taulukko

B31.3-koodissa määritellään säännöt putkistojärjestelmille, joita käytetään öljynjalostamoissa, kemianteollisuudessa, paperi- ja selluteollisuudessa, puolijohteiden valmistuslaitoksissa, voimalaitoksissa ja vastaavissa käsittelylaitoksissa. Tässä asiakirjassa määritellään vaatimukset prosessiputkistojen suunnittelua, valmistusta, kokoonpanoa, asennusta, tarkastusta ja testausta varten.

EPRI:n raportissa (viite 1) suositellaan, että 1-1/4 Cr-materiaalien PWHT-lämpötilaa olisi alennettava, ja tässä raportissa tuetaan tätä muutosta B31.1- ja B31.3-koodeissa.

1. PWHT-lämpötila-alue

Paineastioita ja putkistoja koskevat eri säännöt eroavat huomattavasti toisistaan eri kysymyksissä, mukaan lukien vaaditut PWHT-lämpötilat. Useimmat erot johtuvat pikemminkin alan perinteistä kuin erityisistä metallurgisista tai rakenteellisista näkökohdista, minkä vuoksi yhtenäisten PWHT-vaatimusten saavuttaminen eri säännöissä on osoittautunut haasteelliseksi.

PWHT-vaatimukset riippuvat useista tekijöistä, kuten lämpötilasta, kestosta ja käsiteltävän materiaalin raekoon hienojakoisuusvaatimuksista, faasimuunnoksista, hitsattavuusnäkökohdat on otettava huomioon myös harkittaessa korkean lämpötilan PWHT-käsittelyä (korkean lämpötilan käsittelyt voivat aiheuttaa halkeilua ja lohkeilua); lisäksi hitsattavuus on aina otettava huolellisesti huomioon, sillä ylikuumennetut materiaalit voivat aiheuttaa huonon hitsattavuuden hitsauksen yhteydessä.

EPRI:n sponsoroimat testit (viite 1) P N:o 4 -materiaaleilla ovat osoittaneet, että niiden alemmat kriittiset lämpötilat ovat melko lähellä B31.1 ja B31.3 -standardeissa määriteltyjä lämpötiloja, mikä viittaa siihen, että PWHT:n vähimmäislämpötiloja voitaisiin mahdollisesti alentaa ilman, että se vaikuttaisi kielteisesti hitsisaumoihin, joissa niitä käytetään.

Muita tekijöitä, jotka voivat vaikuttaa PWHT-vaatimuksiin, ovat pitkälti vertailukelpoisten terästen kemiallinen koostumus, erilaiset Charpy-testin vaatimusrajat ja tarkastusstandardit; näin ollen PWHT-vaatimusten täyttäminen hiiliteräksillä niiden kemiallisesta koostumuksesta riippuen ei ole helppoa.

2. Esilämmityslämpötila

Esilämmityslämpötila on vähimmäislämpötila, joka on saavutettava ennen hitsauksen aloittamista tietyissä materiaaleissa, erityisesti paksuissa materiaaleissa, kuten Cr-Mo teräksissä ja HSLA High Speed Low Alloy Steels -teräksissä. Esilämmitys auttaa myös estämään kylmäjousituksen ja muiden jännitysten syntymisen hitsaussaumoihin ja ehkäisemään kylmäjousitusta hitsauksen aikana.

Esikuumennusvaatimukset voivat vaihdella ohjauspaksuuden ja nimellispaksuuden mukaan. Nimellispaksuus määrittää, tarvitaanko hitsauksen jälkeistä lämpökäsittelyä (PWHT) lainkaan; esimerkiksi P-3-materiaaliryhmään kuuluva hiiliteräs, jonka nimellispaksuus ylittää 25 mm, on vapautettu tällaisesta käsittelystä.

3. Esilämmitysaika

PWHT-aika on olennainen osa valmistus-/hitsausprosessin putkistoa, jota käytetään sen määrittämiseksi, tarvitaanko hitsauksen jälkeistä lämpökäsittelyä vai ei. PWHT-aikoja määritettäessä on otettava huomioon esilämmityslämpötila- ja -alue-, pitoaika- ja jäähdytysalue-eritelmät.

ASME B31.3 (2014) ottaa käyttöön taulukon, jonka mukaan hiiliteräsputket, joissa on kaikki ohjauspaksuudet ja hitsaustyyppihitsit, voidaan vapauttaa pakollisesta hitsauksen jälkeisestä lämpökäsittelystä, kun käytetään tiettyjä esilämmitysmääriä, jotka riippuvat hitsausmetallien perusryhmän vaatimuksista.

4. PWHT-aika

PWHT-aika on olennainen osa sen tehokkuutta. Kuten missä tahansa prosessissa, pidempi lämpökäsittelyn kesto lisää energiakustannuksia ja siten myös PWHT:hen liittyviä kustannuksia, joten sen keston pitäminen mahdollisimman lyhyenä on erittäin tärkeää sen onnistuneen toteuttamisen kannalta.

Putkien, painesäiliöiden ja rakenteiden hitsausosat voivat altistua koville olosuhteille, kuten korkeille lämpötiloille ja syövyttäville kemikaaleille, jotka vaativat erityistä suojausta rakenteellisen eheyden säilyttämiseksi. Tällaisessa ympäristössä PWHT-käsittely on usein olennaisen tärkeää lämpöväsymisen ja jännityskorroosiohalkeilun kaltaisten ongelmien lieventämisessä - lujat teräkset ja niukkaseosteiset materiaalit ovat erityisen alttiita niille. PWHT-käsittely tarjoaa yhden ratkaisun.

PWHT voi olla kallis prosessi pitkien pitoaikojen ja hitaiden lämmitys- ja jäähdytysnopeuksien vuoksi, puhumattakaan siitä, että PWHT:n aikana käytetyt korkeat lämpötilat voivat vahingoittaa hitsisulaa, jos niitä käsitellään väärin.

Näiden huolenaiheiden vuoksi useat teräksen käyttäjät ovat vaatineet muutoksia B31.1- ja B31.3-koodeissa esitettyihin PWHT-paksuusrajoihin. Tässä artikkelissa tutkitaan PWHT:n vapautusten samankaltaisuuksia ja vaihteluita eri valmistusstandardeissa, joita käytetään esimerkiksi EEMUA:n (petrokemianteollisuus) ja sähköntuotantoalan (energiantuotantoala) käyttämillä teollisuudenaloilla, sekä mahdollisia järkeistämisratkaisuja.