Zavarivanje cijevi-na-cijevne ploče u izmjenjivačima topline: kvalifikacija i uobičajeni nedostaci - Znanje

Svaki ljuskasti-i-izmjenjivač topline živi ili umire na spoju-na-cijevni lim. Jedan neispravan zavar među stotinama - ili tisućama - krajeva cijevi može omogućiti da tekućine na strani-oklopa i na strani-cijevi prijeđu-kontaminaciju, nagrizaju susjedne spojeve ili prisile na potpuno ponovno-cijevi inače zdravog snopa. Budući da je ova geometrija spoja bitno drugačija od standardnog utornog ili kutnog zavara, kodeksi ga tretiraju drugačije: kvalifikacija nije automatski zadovoljena kvalifikacijom zavarivača ili procedure postojeće kvalifikacije utor-zavara.

Tube-to-Tubesheet Welding in Heat Exchangers

Ovaj vodič objašnjava kako ASME Odjeljak IX kvalificira zavarivanje cijevi-na-cijevni lim, prema kojim građevinskim kodeksima je ta kvalifikacija obavezna i specifične načine kvarova koje inspektori i proizvođači moraju kontrolirati kako bi izbjegli skupe prerade.

Varovi-na-cijevne ploče zahtijevaju kvalifikaciju prema ASME Odjeljku IX korištenjem demonstracijskog modela (QW-193) ili testa utora/ugaonog zavara prema QW-202, jer ograničen pristup spoju, tanka stijenka cijevi i oslanjanje na minimalni put curenja (MLP) čine ga posebnim načinom kvara od običnih utornih zavara. ASME odjeljak VIII odjeljak 2 čini QW-193 model obaveznim (prema stavku. 6.3.4); Divizija 1 ostavlja izbor. Najčešći nedostaci su nedostatak fuzije na sučelju cijevi-na-cijevni lim,-progorenje-stijenke cijevi, nepotpuno prodiranje u odnosu na zahtijevani MLP, poroznost i pukotine u zoni utjecaja topline - za sve se to provjerava vizualnim pregledom, ispitivanjem tekućim penetrantom i ispitivanjem curenja helija.

Spojevi cijevi--na-cijevnu ploču zahtijevaju posebnu kvalifikaciju jer se njihova geometrija, pristup i način kvara u osnovi razlikuju od standardnog zavara s utorom, a zavarivač ili postupak kvalificiran za kupon s ravnim utorom nije automatski dokazano sposoban proizvesti zvučni,-nepropusni spoj u ovoj konfiguraciji.

Why Does Tube-to-Tubesheet Welding Require Separate Qualification From Groove Welds

Kupon za ispitivanje zavara utorom zavaren je u otvorenim, neometanim uvjetima s potpunim pristupom objema stranama spoja. Spoj cijevi-i-cijevne ploče zavaren je u usko ograničenom prstenastom prostoru između stijenke cijevi i izbušene rupe za cijevne ploče, često sa susjednim rupama za cijevi udaljene samo milimetara, i s pristupom samo s jedne strane. Sama stijenka cijevi je tanka - često ispod 3 mm - što je čini vrlo osjetljivom na progorevanje-, dok je ploča cijevi debeli blok koji djeluje kao veliki hladnjak, stvarajući neravnomjernu raspodjelu topline po spoju.

Ovi uvjeti stvaraju defektne načine - pregorevanja-kroz, nedostatak fuzije u korijenu spoja i nedovoljnu minimalnu putanju curenja - koji se jednostavno ne pojavljuju u zavarivanju s otvorenim utorom, zbog čega ASME Odjeljak IX tretira zavarivanje cijevi-na-cijevni lim kao vlastitu kategoriju kvalifikacije, umjesto da ga savija u standardni utor ili kutni spoj pravila.

ASME Odjeljak IX nudi dvije različite rute za kvalificiranje postupaka zavarivanja cijevi-na-cijevne ploče i zavarivača: demonstracijski model prema QW-193 ili konvencionalni test utora ili kutnog zavarivanja prema QW-202, s primjenjivim građevinskim kodom koji određuje koji je put obavezan.

Usporedba kvalifikacijske rute

Ruta	Što je potrebno	Kada se primjenjuje
Demonstracijski model - QW-193	-mockup u punoj mjeri koji duplicira stvarnu konfiguraciju otvora cijevi i dizajn spoja; zavareni, zatim ispitani metodama vizualnog, tekućeg penetranta i makro-nagrizanja.	Obavezno prema ASME Odjeljku VIII Diviziji 2 (para. 6.3.4); neobavezan prema Diviziji 1.
Utorni zavar - QW-202.2 / QW-202.4	Standardni ispitni kupon za zavarivanje utora prema Odjeljku IX; kvalificira zavarivača ili WPS-a za rad s cijevi-na-cijevne ploče kada kod konstrukcije ne nalaže QW-193.	Zadana opcija prema Odjeljku VIII Diviziji 1 kada QW-193 nije pozvan od strane klijenta ili koda.
Kutni zavar - QW-202.2(c)	Standardni ispitni kupon kutnog zavara; ograničeno samo na zavare-cijevi-za zadržavanje-na-cijevne plohe-na-cijevni lim.	Dodano Odjeljku IX u izdanju iz 2021.; odnosi se samo na brtvene zavare i slične spojeve bez -čvrstoće.

Prema ASME Odjeljku IX QW-202.6 i Odjeljku VIII Odjeljku 1 UW-28(b)/UW-29 (izdanje iz 2021.); Division 2 para. 6.3.4. Bitne varijable za kvalifikaciju postupka dane su u QW-288; Bitne varijable kvalifikacije učinka zavarivača i operatera zavarivanja dane su u QW-387 i QW-388. Prije odabira kvalifikacijskog puta uvijek potvrdite zahtjeve trenutnog izdanja i bilo koja nadjačavanja specifična za klijenta.

Obje bitne-tablice varijabli primjenjuju se u kombinaciji s osnovnim tablicama{1}}procesa zavarivanja. Na primjer, postupak GTAW cijevi-na-cijevne ploče mora zadovoljiti i standardne GTAW varijable u tablici QW-256 i varijable specifične za cijevi-na-cijevne ploče u tablici QW-288.1, koje pokrivaju stavke kao što su vanjski promjer cijevi, raspon debljine cijevne ploče, stanje otvora cijevi i dizajn spoja.

Kada se koristi ruta makete QW-193, mora se proizvesti najmanje pet zavara i svaki od njih mora proći vizualni pregled, testiranje tekućim penetrantom i ispitivanje makro-presjeka - jedan neuspjeli zavar poništava cijeli model i zahtijeva kompletno ponovno zavarivanje, a ne popravak na licu mjesta.

Vizualni pregled (QW-193.1.1): izvodi se bez povećanja, provjerava se potpuno spajanje, progorjelost, poroznost i pukotine.

Ispitivanje tekućim penetrantom (QW-193.1.2): provodi kvalificirano osoblje u skladu s ASME Odjeljkom V, člankom 6, kako bi se otkrili površinski razbijeni diskontinuiteti koji nisu vidljivi golim okom.

Ispitivanje makro{0}}presjeka (QW-193.1.3): model se presječe po svom promjeru kako bi se otkrile četiri površine, zatim se ispituje pri povećanju od 10x do 20x kako bi se potvrdilo potpuno spajanje, odsutnost pukotina i - kritično - da minimalni put curenja zadovoljava zahtjeve dizajna.

Sama maketa sklopa mora u biti duplicirati konfiguraciju otvora cijevi i dizajn spoja koji će se koristiti u proizvodnji, unutar ograničenja bitnih varijabli QW-288 - što znači da promjer cijevi, debljina cijevne ploče i geometrija spoja moraju biti reprezentativni za stvarni izmjenjivač topline koji se gradi, a ne za bilo koji prikladan ispitni komad.

ASME odjeljak VIII, odjeljak 2 čini model QW-193 obaveznim za kvalifikaciju postupka zavarivanja cijevi-na cijevni lim, dok ga odjeljak VIII, odjeljak 1 ostavlja kao opciju proizvođača, a ta je razlika jedna od najkonzekventnijih i najčešće pogrešno shvaćenih točaka u planiranju izrade izmjenjivača topline.

Zakon o gradnji	Zahtjevi za model QW-193	Praktična implikacija
Odjeljak VIII, odjeljak 1	Izborno (UW-28(b), izdanje 2021.) - proizvođač može odabrati rute QW-193, zavarivanja utorom (QW-202.2/202.4) ili kutnog zavarivanja (QW-202.2(c)).	Većina izmjenjivača Divizije 1 kvalificira zavarivanje cijevi-na-cijevni lim putem standardnih testova zavarivanja utora, izbjegavajući troškove modela i utjecaj na raspored.
Odjeljak VIII, odjeljak 2	Obavezno (para. 6.3.4) - Potrebna je kvalifikacija za maketu QW-193; nije prihvaćena sama kvalifikacija utornog zavara.	Proizvođači moraju od samog početka uključiti materijale za makete, vrijeme zavarivanja i NDE u tri-faze u raspored projekta.
Sekcija I (električni kotlovi)	Upravlja se PFT-12 konfiguracijama zglobova; kvalifikacijski pristup treba potvrditi prema odabranom specifičnom spojnom detalju.	Djelomični -zavari za pričvršćivanje cijevi po PFT-12 imaju vlastite kriterije dubine-fuzije koji se razlikuju od prakse Odjeljka VIII.

Prema ASME odjeljak VIII odjeljak 1 UW-28/UW-29 (izdanje od 2021. dalje), odjeljak VIII odjeljak 2 paragraf. 6.3.4 i odjeljak I PFT-12. Tehničke specifikacije klijenata često nameću QW-193 čak i tamo gdje to osnovni kod ne zahtijeva - uvijek provjerite narudžbenicu i specifikaciju projekta zavarivanja prije dovršetka kvalifikacijskog plana.

Defekti koji najčešće ugrožavaju spojeve cijevi-i-cijevne ploče su nedostatak fuzije na sučelju cijevi-na-cijevne ploče, progorenost-stijenke cijevi-kroz, nedovoljan minimalni put curenja, poroznost i toplina-pogođena-zona pucanja - i zato što svaki cijevni spoj zavaren pojedinačno ručno ili s orbitalnom glavom, stope grešaka imaju tendenciju porasta sa zamorom, nedosljednim spajanjem spojeva-i neadekvatnom pripremom površine u velikom broju cijevi.

What Are the Most Common Defects in Tube-to-Tubesheet Welds

kvar	Tipičan uzrok	Metoda otkrivanja	Posljedica ako se propusti
Nedostatak fuzije	Onečišćena ili oksidirana površina cijevi/rupe; nedovoljan unos topline; loše pristajanje zglobova-	Makro{0}}odjeljak (mockup); tekući penetrant i ispitivanje curenja helija (proizvodnja)	Put curenja preko spoja; unakrsna-kontaminacija tekućina u cijevima
Cijev-zid progori-kroz	Prekomjerni unos topline na stijenku tanke cijevi; nedosljedna brzina kretanja na orbitalnim zavarima	Vizualni pregled; radiografija u odabranim slučajevima	Trenutačno curenje kroz-zid; lokalizirani gubitak cijevi
Nedovoljan minimalni put curenja (MLP)	Prema{0}}dubina zavara u odnosu na proračun proračuna; dizajn zgloba nije usklađen s proizvodnjom	Pregled makro{0}}presjeka pri povećanju od 10x–20x	Spoj ne zadovoljava proračunsku osnovu čvrstoće/{0}}nepropusnosti projektiranja
Poroznost	Zarobljena vlaga, ulje ili smjesa za crtanje; neadekvatna pokrivenost zaštitnim plinom	Vizualni i tekućinski penetrantski pregled	Smanjeni efektivni presjek-zavara; potencijalno mjesto početka curenja
ZUT pucanje	Ograničenje od debele ploče hladnjaka; osjetljiva osnovna kemija ili metal za punjenje	Ispitivanje tekućim penetrantom; makro-odjeljak; uzorkovanje broda na sumnjivim spojevima	Progresivni razvoj curenja, često nakon ponovljenih toplinskih ciklusa tijekom rada

Načini kvarova i metode otkrivanja u skladu sa zahtjevima ASME Odjeljak IX QW-193.1 i iskustvom u industriji na izradi i popravku izmjenjivača topline s -ljuskama i cijevima.

Iskustvo na terenu u primjenama oporabe sumpora, rafiniranja i hlađenja procesa pokazuje da ponavljajuća curenja cijevi-na-cijevne ploče često potiču od nedostatka prodiranja i nedostatka fuzije unesenih tijekom izvorne izrade - defekata koje je teško otkriti samo proizvodnim NDE-om i koji se obično otkriju tek nakon ponovljenog termičkog ciklusa koji uzrokuje širenje pukotina iz nezaraslog korijena.

Minimalna putanja curenja najkraća je udaljenost, u bilo kojem smjeru, od korijena cijevi-do-zavara cijevne ploče do najbliže slobodne površine, a važna je jer je to dimenzija koja određuje može li čvrstoća-zavarenog spoja zapravo izdržati pritisak i spriječiti unakrsnu-kontaminaciju - premali MLP može proći površnu vizualnu provjeru, ali još uvijek ne zadovoljava zahtjeve spoja osnova dizajna.

MLP se provjerava presjecanjem kvalifikacijskog modela kroz njegov promjer, izlaganjem poprečnog-presjeka zavara i mjerenjem staze spoja pri povećanju od 10x do 20x u odnosu na izračunati minimum iz projektne osnove.

Maksimalna pripisana MLP vrijednost ograničena je na debljinu stijenke cijevi, bez obzira na to koliko je dodatnog metala za zavarivanje naneseno izvan te dimenzije.

Uzdužne ogrebotine na vanjskoj površini cijevi ili provrtu rupe u cijevnoj ploči tretiraju se kao povećani rizik tijekom evaluacije modela, jer ogrebotina koja ide paralelno sa spojem može stvoriti put curenja koji u potpunosti zaobilazi zonu fuzije zavara.

Budući da se MLP može destruktivno potvrditi samo - rezanjem reprezentativnog modela -, provjerava se tijekom kvalifikacije postupka, a ne na svakom proizvodnom spoju. Upravo je to razlog zašto je disciplinirana, ponovljiva kontrola procesa tijekom proizvodnog zavarivanja tako važna: nakon što je WPS kvalificiran s dokazanim MLP-om, proizvodni zavari moraju se izvoditi unutar iste bitne-varijable omotnice kako bi ostali valjani.

Redoslijed slojevitog pregleda - vizualni pregled, ispitivanje tekućim penetrantom i ispitivanje curenja helijem - hvata veliku većinu defekata od-na-cijevne ploče prije nego što se snop izmjenjivača topline zatvori i pusti u rad, pri čemu ispitivanje curenja helijem nudi najveću osjetljivost za propuštanje kroz-zid od bilo koje metode koja se obično primjenjuje na ovu vrstu spoja.

Which Inspection Methods Catch Tube-to-Tubesheet Defects Before Startup

Vizualni pregled se provodi na svakom proizvodnom zavaru kao prvi{0}}prosjek za progorevanje, nepotpuno stapanje i površinsku poroznost.

Ispitivanje tekućim penetrantom, koje se izvodi prema ASME Odjeljku V, članku 6, otkriva površinske-pukotine i poroznost koja nije vidljiva golim okom, a obično se primjenjuje i na korijen i na završni prolaz.

Ispitivanje curenja helija stvara tlak u izmjenjivaču s 5-10 psi helija i koristi spektrometar mase za otkrivanje stope curenja daleko manje od one koju hidrostatsko ispitivanje može riješiti, jer je atom helija dovoljno malen da prođe kroz diskontinuitete koji ne bi propustili vodu. Ovo ispitivanje se obično izvodi nakon svih zavarivanja krajeva cijevi-, ali prije širenja cijevi, tako da se ocjenjuje samo zavar - ne mehaničko širenje -.

Niti jedna metoda ne hvata svaki oblik kvara: vizualni i tekući penetrantski testovi učinkoviti su za površinske-povezane diskontinuitete, ali ispodpovršinski nedostatak fuzije ili premali MLP može se potvrditi samo destruktivnim makro-presjecima tijekom kvalifikacije. Zbog toga su kvalifikacijsko testiranje i proizvodni NDE komplementarni, a ne redundantni - kvalifikacija dokazuje da je postupak sposoban proizvesti dobar spoj, a proizvodni NDE potvrđuje da je sposobnost dosljedno izvršena na cijelom broju cijevi.

Strogost kvalifikacije cijevi-na-cijevne ploče važnija je nego za obične zavare cijevi jer jedan sustavni nedostatak otkriven nakon izrade može zahtijevati ponovno-cijevni snop, i zato što svaki izmjenjivač može sadržavati stotine do tisuće pojedinačnih spojeva zavarenih pod istim postupkom - što znači da marginalni WPS ili nedovoljno-kvalificirani zavarivač ne proizvodi niti jedan loš zavariti, proizvodi mnogo.

Defekt obodnog zavara cijevi obično je izolirani popravak. Način defekta cijevi-na-cijevne ploče vođen manjkavim postupkom ili nekvalificiranom tehnikom, nasuprot tome, sustavan je: ako je dizajn spoja, unos topline ili korak pripreme površine koji je uzrokovao jedan kvar dosljedno primijenjen na cijelom snopu, svaki spoj zavaren pod tim uvjetima je sumnjiv.

Ulaganje u pravilno kvalificirani WPS, adekvatno obučene i testirane zavarivače i discipliniran slijed inspekcije proizvodnje niži je-put troškova u usporedbi s otkrivanjem - nakon pokretanja ili još gore, nakon nekoliko godina toplinskog ciklusa u radu - da se veliki dio snopa cijevi mora zamijeniti.

Q: Zahtijeva li ASME odjeljak VIII odjeljak 1 kvalifikaciju modela QW-193 za zavare cijevi-i cijevne ploče?

A: Br. Division 1 ostavlja QW-193 kao opciju proizvođača; test zavarivanja utorom prema QW-202.2 i QW-202.4 prihvatljiva je alternativa osim ako tehnička specifikacija klijenta ne zahtijeva rutu modela.

Q: Koliko se cijevi mora zavariti i testirati da bi se kvalificirao postupak od cijevi-na-cijevne ploče pomoću modela?

A: Mora se proizvesti najmanje pet maketa zavara i svih pet mora proći pregled vizualnog, tekućeg penetranta i makro-presjeka po QW-193.2. Bilo koji pojedinačni kvar poništava cijeli model, zahtijevajući potpuno ponovno zavarivanje.

Q: Što je minimalni put curenja i zašto je ograničen na debljinu stijenke cijevi?

A: Minimalni put curenja je najkraća udaljenost spoja od korijena zavara do najbliže slobodne površine. Ograničen je na debljinu stijenke cijevi jer je to fizička granica nepropusnog-nepropusnog-presjeka spoja, bez obzira na to koliko je dodatnog metala za zavarivanje naneseno.

Q: Može li zavarivač kvalificiran za kupon zavarivanje utora-na-spojeve cijevi pod WPS-om kvalificiran prema modelu QW-193?

A: Da, kada primjenjivi građevinski kodeks sam po sebi ne zahtijeva QW-193 za kvalifikaciju izvedbe. Kvalifikacija postupka i kvalifikacija izvedbe tretiraju se kao međusobno isključivi zahtjevi prema ASME odjeljku IX.

Q: Zašto je ispitivanje curenja helijem bolje od hidrostatskog ispitivanja za varove cijevi-na-cijevni lim?

A: Mala atomska veličina helija omogućuje mu da prođe kroz diskontinuitete koje hidrostatsko (vodeno) ispitivanje ne bi otkrilo, dajući ispitivanju curenja helija znatno veću osjetljivost za prepoznavanje rubnih ili djelomično spojenih spojeva cijevi-na-cijevne ploče prije pokretanja.