ASME B31.3 용접 후 열처리 요건

ASME B31.3는 산업 현장에서 화학물질, 석유 또는 가스를 수송하는 데 사용되는 공정 배관 시스템의 설계, 시공, 검사 및 유지보수를 규정합니다. 이러한 배관 시스템에는 보일러나 열교환기가 포함될 수 있습니다.

용접 후 열처리(PWHT)는 용접된 강철 부품에서 취성 파단이 발생할 가능성을 줄여주며, 제331.1.1조 및 표 331.1.1에 명시된 바와 같이 필수적으로 수행되어야 합니다.

용접 절차

파이프 용접에 사용되는 공정은 다양한 규정의 적용을 받으며, 이러한 규정은 특정 요구 사항에 따라 공정의 설계를 규정합니다. 공정 엔지니어가 승인을 위해 제출한 각 공정은 필요한 모든 기준을 충족하는지 평가하기 위해 검토를 거쳐야 합니다. 공정 엔지니어는 전문적인 판단을 바탕으로 해당 공정이 실제 용접 작업 현장에서 효과적으로 적용될 수 있는지 여부를 결정할 수 있습니다.

용접 절차서는 용접 작업 전반에 걸쳐 용접공에게 지침을 제공하는 역할을 합니다. 이 문서에는 용접 공정, 필요한 매개변수 및 용접 대상 이음부의 구체적인 특성이 기술되어 있으며, 용접 작업을 통해 고품질의 용접부를 확보하는 데 필수적인 문서입니다. 이 절차서는 절차 사양서 및 용접 자격 기록(WPQR)과 함께 고품질 용접 이음부를 확보하기 위한 초석을 이룹니다.

PWHT는 파이프를 조절 가능한 온도에서 임의의 시간 동안 가열하는 공정입니다. 정확한 시간과 온도는 파이프의 재질과 두께에 따라 달라질 수 있습니다. 다만, 냉각에 들어가기 전에 냉각 과정에서 발생하는 과도한 열 손실로부터 용접부를 보호하기 위해 단열 처리를 반드시 해야 합니다.

WPQR에는 모든 용접부에 대한 정보, 즉 용접 번호, 위치, 홈 유형 및 전극 유형은 물론, 용접 시 사용된 모든 재료 유형에 대한 완전한 재료 사양 및 등급 세부 사항이 포함되어야 합니다. 또한, 관련 규격에 따라 예열 온도 및 패스 간 온도도 명시되어야 합니다.

온도

용접 후 열처리(PWHT)는 용접 과정에서 접합된 재료를 하한 임계 상변태 온도 이하로 가열한 후, 지정된 시간 동안 그 온도를 유지하는 제어된 공정입니다. PWHT는 잔류 응력을 제거하고 미세구조 변화를 완화하는 역할을 하며, ASME 제8편 제1부(Section VIII Div. 1)를 비롯한 대부분의 규격에서 이를 요구하고 있습니다. 그러나 규격에 따라 요구 사항에 상당한 차이가 있을 수 있습니다.

규격 간 요구 사항의 차이는 주로 각 규격이 다루는 사용 조건에서 비롯됩니다. 사소한 차이는 큰 문제가 되지 않을 수 있지만, 큰 차이는 잠재적으로 심각한 안전 문제를 야기할 수 있습니다. 예를 들어, 1100degF라는 부적절한 PWHT 요구 사항은 경도와 인성의 저하를 초래할 수 있는 반면, 1200degF의 경우 유사한 결과를 낳을 수 있습니다.

배관 시스템은 가혹한 환경적 및 운영상의 응력에 노출됩니다. 안전성과 효율성을 유지하기 위해 엔지니어와 시공사는 적절한 자재 선정, 용접 기술 및 검사 관행을 바탕으로 시스템을 설계해야 할 뿐만 아니라, 체계적인 검사를 수행해야 합니다. ASME B31.3 표준은 이러한 부하를 평가하고 필요한 모든 요구 사항을 충족하기 위한 이상적인 틀을 제공합니다. 엔지니어와 시공업체 모두 이 표준을 이해함으로써, 모든 관련 안전 표준을 준수하면서도 성능이 향상된 보다 안전한 시스템을 설계할 수 있습니다.

시간

ASME B31.3은 배관 시스템의 설계, 시공, 검사, 운전, 시험 및 유지보수에 대한 지침을 규정하는 산업 표준입니다. 이 규정은 해당 시스템을 사용자에게 안전하게 제공할 뿐만 아니라 환경적 및 기계적 스트레스에 대한 내성을 갖추도록 하는 것을 목표로 합니다. 또한 시스템 구축 시 사용되는 용접 기술에 대한 상세한 지침과, 시험 또는 유지보수 시 수행해야 할 시험 절차를 제시합니다.

ASME B31.3 규정을 준수하려면, 원하는 품질 및 성능 기준을 충족하면서 사고를 예방하기 위해 안전에 대한 헌신, 철저한 계획 수립, 그리고 생산의 각 단계별 품질 관리가 필요합니다. 이 표준은 특히 유해 물질이 관련된 산업 공정에서 매우 중요합니다.

ASME B31.3은 발전용 또는 공정용 배관 시스템 설치에 필요한 요건을 충족하는 데 도움을 줄 뿐만 아니라, 부적절하게 취급할 경우 위험할 수 있는 고압 시스템을 안전하게 다루는 방법도 제시합니다.

2014년판 ASME B31.3은 새로운 PWHT 요건을 반영하고, 용접 절차를 명확히 하며, 기본 허용 응력을 업데이트하고, 등재된 재료를 추가하기 위해 개정되었습니다. 또한, 저합금강의 용접부에는 각각 1.5% 크롬(Cr) 및 0.5% 몰리브덴(Mo)을 초과하여 함유해서는 안 되며, 스테인리스강 용접부의 경우 2.0% 니켈(Ni)을 초과하여 함유해서는 안 됩니다. 이러한 변경 사항은 해당 강종에서 발생할 수 있는 취성 파단 위험을 줄이기 위해 도입되었으며, 이는 향후 이와 유사한 성격의 프로젝트를 수행하는 방식에 영향을 미칠 전례 없는 발전입니다.

자료

탄소강의 용접 후 열처리(PWHT)는 용접 부위의 잔류 응력을 줄여주어 환경 유발 균열의 위험을 크게 낮추므로, 탄소강 조립체를 용접할 때 PWHT는 필수적인 공정입니다. PWHT 요건은 규격 및 재료 유형에 따라 다르며, 용접 두께가 표 331.1.1의 최대 임계값 이내인 경우 일부 용접부에는 PWHT가 필요하지 않을 수 있습니다.

PWHT는 환경적 요인에 의한 균열 발생 위험을 줄일 뿐만 아니라, 인성과 강도를 높여 용접 부위의 강도와 인성을 향상시킵니다. 이는 가혹한 환경 조건에 노출되는 모든 파이프나 압력 용기에 있어 필수적인 공정입니다. 또한, 이 공정의 적용은 비교적 간단하고 경제적입니다.

EPRI 보고서(참고문헌 1)는 PWHT 온도를 낮출 것을 권고했으나, 현행 B31.1 및 B31.3 규격에서는 이 목적에 비해 지나치게 높은 최대 PWHT 온도를 규정하고 있다. 이를 P No. 4 재료의 하한 임계 온도 이하로 낮춤으로써 추가적인 안전 여유를 확보할 수 있을 것이다.

배관 및 압력 용기에 대한 PWHT 요건은 해당 규정 및 표준에 따라 결정되며, 이러한 규정 및 표준은 일반적으로 ASNT 중앙 인증 프로그램(ACCP)과 같은 국가적 또는 국제적 중앙 인증 프로그램에서 파생된 것입니다. 이러한 프로그램에 따라 인증을 받기 위해서는 비파괴 검사(NDT) 기술자가 방사선/비방사선 검사, 자분 검사, 초음파 검사 또는 이들의 조합을 포함할 수 있는 종합적인 시험을 치러야 합니다.