ASME PWHT követelmények

Az energia- és feldolgozóiparban a kazánokra vonatkozó PWHT-követelmények tekintetében a szabályzatok közötti eltérésekkel kapcsolatos problémákkal kell szembenézni. Míg e különbségek némelyike indokolható, mások műszaki szempontból kevésbé tűnnek fontosnak.

A jelenlegi gyártási szabályzatok jellemzően mentesítenek bizonyos szerkezeteket a PWHT alól a Károlyi-féle törési szívósságuk miatt a minimális üzemi hőmérsékleten; ezek a kritériumok azonban gyakran szubjektívek és homályosan meghatározottak.

Mi az a PWHT?

Az acél alkatrészek hegesztés utáni hőkezelése (Post Weld Heat Treatment, PWHT) a hegesztési folyamat lényeges lépése, amely magában foglalja a hegesztés hosszabb ideig tartó, magas hőmérsékleten történő melegítését a hőtorzulás korrigálása érdekében, ami gyengíti a fém szilárdságát és szívósságát, ami a nyomástartó berendezések meghibásodására hajlamosabbá teheti azokat. A PWHT elsődleges célja ezeknek a tulajdonságoknak a helyreállítása, hogy az anyag szakító- és folyáshatárának szilárdsága helyreálljon.

A nyomástartó edények és csővezetékek jelenlegi gyártási szabványai, mint például az ASME VIII. szakasza és az ASME B31.3, előírják a PWHT-t a meghatározott vastagsági küszöbértéket meghaladó hegesztési varratok esetében. Ez a határvastagsági követelmény a vastagsági követelmény meghatározásakor általában figyelembe veszi az anyag Charpy-teszt tulajdonságait, valamint a tervezett üzemi körülményeket - ez a megközelítés azonban túlságosan konzervatívnak bizonyult, ami a PWHT-követelményekre vonatkozó különböző szabályzatokban rendellenes értékekhez vezet.

Amint az 1. táblázat mutatja, ezek a kódok különböző mentességeket biztosítanak a PWHT alól, ami az egyes kódokon belül elérhető racionalizálási lehetőségeket teszi elérhetőbbé. Nehéz lenne azonban összeegyeztetni a petrolkémiai ipar előírásait az energiatermelési ágazat előírásaival; ezért rendkívül fontos, hogy felismerjük a különbségeket, és minden hegesztési eljárás minősítését az előírásoknak megfelelően végezzük el minden hegesztési alkatrészen, és biztosítsuk a megfelelőséget.

Miért van szükség PWHT-ra?

A PWHT elengedhetetlen, mivel a hagyományos hegesztési eljárások jelentős maradó feszültségeket generálnak, amelyek elérhetik vagy meghaladhatják az alapfém vagy a hegesztési anyag folyáshatárát. A hegesztés utáni hőkezelés e maradó feszültségek mérséklésére szolgál, miközben a hegesztett fém mikroszerkezetét edzi, csökkentve a környezeti hatások által támogatott repedések kockázatát.

A nagy acélszerkezetek fűtése és hűtése azonban költséges vállalkozás, különösen, ha a nyomástartó berendezések élettartama során több ciklusra van szükség. Továbbá ez a folyamat olyan torzulást okozhat a berendezésekben, amely veszélyezteti azok méretpontosságát és szerkezeti integritását.

A költségcsökkentésre törekvő felhasználók természetesen minimalizálni akarják a berendezésük PWHT-eljárásnak való kitettségének idejét, így a kompozit anyagok életképes alternatívát jelentenek. Ennek eredményeképpen a nyomástartó berendezések javításával foglalkozó szakembereknek ismerniük kell a PWHT-kezelés ezen lehetséges megoldásait.

A különböző szabályzatokban - például a nyomástartó edényekre és csővezetékekre vonatkozó szabályzatokban (1. táblázat), valamint az általános szerkezeti szabványokban, például a PD 5500 [22] és az EEMUA 158 [23] - szereplő PWHT-mentességi követelmények áttekintése jelentős eltéréseket mutatott. A különbségek főként a tervezési feszültségkritériumok, az inherens Charpy-féle szívóssági követelmények és a megengedett hibaméretek eltéréseiből adódnak, amelyek között különbségek vannak.

PWHT hőmérsékleti tartományok

A petrolkémiai és az energiaiparban a hegesztés utáni hőkezelésre vonatkozó követelmények mindegyike egyedi, részben az alkalmazott különböző kódok miatt, de ami még fontosabb, hogy az egyes kódok hogyan kezelik az adott anyagot.

A PWHT (hegesztés utáni hőkezelés) során a hegesztési varratot az alsó kritikus átalakulási hőmérséklet alatti hőmérsékletre melegítik, és meghatározott ideig ott tartják, hogy a fém feszültségét enyhítsék és növeljék a szívósságot. A PWHT-hőmérsékletek a petrolkémiai és az energiaipari szabályzatok között eltérnek; az előbbiekben jellemzően magasabbak a kezelési hőmérsékletekre vonatkozó határértékek.

Így a PWHT-követelmények között jelentős eltérések lehetnek a különböző szabályzati szakaszokban, ami a PWHT-követelmények következetlenségéhez vezet, és biztonsági kockázatot jelent a PWHT-hőmérsékletre történő melegítés során, ami az alkatrészek torzulását eredményezi, amelyek később nehezen viselik saját súlyukat, amikor a szükséges PWHT-hőmérsékletre melegítik őket. Annak érdekében, hogy a PWHT műveletek során ne alakuljanak ki ilyen lehetséges komplikációk, a PWHT megkezdése előtt az egyes alkatrészekre szabott támasztékokat stratégiailag kell elhelyezni a szerkezetben, hogy csökkentsék az ilyen lehetséges veszélyeket.

Az EPRI vizsgálatai (1. hivatkozás), valamint Lundin és Khan (6. hivatkozás) kutatásai azt sugallják, hogy a B31.1 Code for Power Piping által használt alacsonyabb kritikus hőmérséklet (1100degF) túl alacsony lehet; ehelyett ezek a kutatók azt találták, hogy 1200degF használata PWHT-ként gyorsabb változásokat eredményezne a tulajdonságokban, megnövekedett szívóssággal és csökkent keménységgel a hegesztési HAZ-okban.

PWHT mentességek

Több szabályzati szakasz mentesíti a P-4 és P-5A króm-molibdénacél hegesztési varratok bizonyos vastagságait a kötelező hegesztés utáni hőkezelés (PWHT) alól, bár a szabályok szabályzati szakaszonként változnak és a vastagságtól függenek; az ASME BP&V VIII. szakasza lehetővé teszi, hogy az 5/8-nál vastagabb hegesztési varratoknál elkerüljék a PWHT-t; más szabályzatok más kritériumokat alkalmaznak, beleértve a hegeszthetőséget vagy a hegesztési varratok hidrogénfelvételnek való ellenállóképességét, mint a mentesség indikátorát.

A hegeszthetőséget gyakran használják egyedüli meghatározó tényezőként annak eldöntésére, hogy egy anyag PWHT kezelést igényel-e. Különösen annak hatása az alkatrészek hegesztése szempontjából, anélkül, hogy a hegesztés során vagy közvetlenül utána hibák keletkeznének (hegeszthetőség), döntő fontosságú. Ezenkívül ez a szempont a nukleáris célú hegesztések és hegesztési varratok tervezésénél is létfontosságú szerepet játszik.

A hegeszthetőség a hegesztett szerkezetek vagy hegesztési varratok azon képességére utal, hogy ellenálljanak a hegesztési folyamat maradó feszültségéből és/vagy a hegesztési varrat geometriájából eredő maradó feszültségek okozta feszültségkoncentrációknak. A hidrogén késleltetett repedés kockázatának minimalizálása érdekében a hegesztés utáni megfelelő sütés magában foglalhatja az elektromos ellenállásfűtést vagy a csapdába esett hidrogén inert gázzal, például nitrogénnel történő kiűzését. Ezeket a megfontolásokat figyelembe véve bölcs dolognak tűnik a jelenlegi szabályzati követelmények enyhítése, hogy jelentősen csökkenjen a nukleáris csőanyagokra végzett PWHT-k száma.