การเชื่อมท่อ-ถึง-แผ่นท่อในตัวแลกเปลี่ยนความร้อน: คุณสมบัติและข้อบกพร่องทั่วไป

คู่มือนี้จะอธิบายว่า ASME มาตรา IX มีคุณสมบัติในการเชื่อมท่อ-ถึง-การเชื่อมแผ่นท่ออย่างไร ซึ่งรหัสการก่อสร้างกำหนดคุณสมบัติดังกล่าว และโหมดข้อบกพร่องเฉพาะที่ผู้ตรวจสอบและผู้แปรรูปต้องควบคุมเพื่อหลีกเลี่ยงการทำงานซ้ำที่มีค่าใช้จ่ายสูง

เหตุใดการเชื่อมแบบท่อ-ถึง-แบบ Tubesheet จึงต้องมีคุณสมบัติแยกจากการเชื่อมแบบร่อง

ข้อต่อแบบท่อ-ถึง-ต้องใช้คุณสมบัติเฉพาะเนื่องจากรูปทรง การเข้าถึง และโหมดความล้มเหลวนั้นแตกต่างโดยพื้นฐานจากการเชื่อมแบบร่องมาตรฐาน และช่างเชื่อมหรือขั้นตอนที่ผ่านการรับรองบนคูปองแบบร่องแบนไม่ได้รับการพิสูจน์โดยอัตโนมัติว่าสามารถสร้างรอยต่อที่มีเสียง-แน่นหนาในการกำหนดค่านี้

คูปองทดสอบการเชื่อมแบบร่องจะถูกเชื่อมในสภาวะเปิดที่ไม่มีสิ่งกีดขวาง โดยสามารถเข้าถึงรอยต่อทั้งสองด้านได้เต็มที่ ข้อต่อท่อ-ถึง-ถูกเชื่อมในพื้นที่วงแหวนที่จำกัดอย่างแน่นหนาระหว่างผนังท่อและรูของแผ่นท่อที่เจาะ ซึ่งมักจะมีรูท่อที่อยู่ติดกันห่างออกไปเพียงมิลลิเมตรเท่านั้น และเข้าถึงได้จากด้านเดียวเท่านั้น ผนังท่อมีความบาง - บ่อยครั้งต่ำกว่า 3 มม. - ทำให้ไวต่อการเผาไหม้สูง- ในขณะที่แผ่นท่อเป็นบล็อกหนาที่ทำหน้าที่เป็นแผงระบายความร้อนขนาดใหญ่ ทำให้เกิดการกระจายความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอทั่วทั้งข้อต่อ

สภาวะเหล่านี้สร้างโหมดข้อบกพร่อง - ไหม้- ผ่าน ขาดฟิวชั่นที่รากข้อต่อ และเส้นทางการรั่วไหลขั้นต่ำไม่เพียงพอ - ซึ่งไม่เกิดขึ้นในการเชื่อมแบบร่องเปิด ซึ่งเป็นสาเหตุที่ ASME Section IX ถือว่าการเชื่อมแบบท่อ-ถึง-แบบแผ่นท่อเป็นหมวดหมู่คุณสมบัติของตัวเอง แทนที่จะพับเป็นร่องมาตรฐานหรือกฎการเชื่อมฟิเลต์

เส้นทางการรับรองสองเส้นทางภายใต้ ASME มาตรา IX คืออะไร

ASME Section IX นำเสนอสองเส้นทางที่แตกต่างกันเพื่อให้มีคุณสมบัติในการเชื่อม-ถึง-ขั้นตอนการเชื่อมและการเชื่อมแผ่นท่อ: การจำลองการสาธิตภายใต้ QW-193 หรือการทดสอบการเชื่อมร่องหรือการเชื่อมฟิลเล็ตทั่วไปภายใต้ QW-202 โดยมีรหัสการก่อสร้างที่เกี่ยวข้องกำหนดว่าเส้นทางใดที่จำเป็น

การเปรียบเทียบเส้นทางการรับรอง

ตาม ASME Section IX QW-202.6 และ Section VIII Division 1 UW-28(b)/UW-29 (ฉบับปี 2021); ส่วนที่ 2 ย่อหน้า. 6.3.4. ตัวแปรสำคัญสำหรับคุณสมบัติของขั้นตอนระบุไว้ใน QW-288; ตัวแปรสำคัญในคุณสมบัติของช่างเชื่อมและผู้ปฏิบัติงานเชื่อมมีระบุไว้ใน QW-387 และ QW-388 ยืนยันข้อกำหนดรุ่นปัจจุบันและการแทนที่เฉพาะลูกค้าทุกครั้งก่อนเลือกเส้นทางการรับรอง

ตารางตัวแปร-ที่จำเป็นทั้งสองใช้ร่วมกับตารางกระบวนการเชื่อมฐาน- ตัวอย่างเช่น ขั้นตอน GTAW ของท่อ-ถึง-ต้องเป็นไปตามตัวแปร GTAW มาตรฐานในตาราง QW-256 และตัวแปรเฉพาะของท่อ-ถึง-ในตาราง QW-288.1 ซึ่งครอบคลุมรายการต่างๆ เช่น เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของท่อ ช่วงความหนาของแผ่นท่อ สภาพรูของท่อ และการออกแบบข้อต่อ

ต้องมีการเชื่อมจำลองกี่อัน และต้องผ่านอะไรบ้าง?

เมื่อใช้เส้นทางจำลอง QW-193 จะต้องสร้างรอยเชื่อมอย่างน้อยห้ารอย และทุกรอยเชื่อมต้องผ่านการทดสอบด้วยสายตา การทดสอบการแทรกซึมของของเหลว และ-การตรวจสอบส่วนมาโคร - การเชื่อมที่ล้มเหลวเพียงครั้งเดียวจะทำให้การจำลองทั้งหมดเป็นโมฆะ และต้องมีการเชื่อมใหม่ทั้งหมด ไม่ใช่การซ่อมแซมเฉพาะจุด

การตรวจด้วยสายตา (QW-193.1.1): ดำเนินการโดยไม่ใช้กำลังขยาย ตรวจดูการหลอมเหลวที่สมบูรณ์ การไหม้ทะลุ ความพรุน และการแตกร้าว

การตรวจสอบการแทรกซึมของของเหลว (QW-193.1.2): ดำเนินการตาม ASME หมวด V, บทความ 6 โดยบุคลากรที่มีคุณสมบัติ เพื่อตรวจจับความไม่ต่อเนื่องของการทำลายพื้นผิวที่ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า

การตรวจสอบส่วนมาโคร- (QW-193.1.3): แบบจำลองจะถูกแบ่งส่วนผ่านเส้นผ่านศูนย์กลางเพื่อให้เห็นพื้นผิวทั้งสี่ จากนั้นตรวจสอบที่กำลังขยาย 10x ถึง 20x เพื่อตรวจสอบฟิวชั่นที่สมบูรณ์ ไม่มีรอยแตกร้าว และ - ในวิกฤต - ว่าเส้นทางการรั่วไหลขั้นต่ำตรงตามข้อกำหนดการออกแบบ

ตัวจำลองจะต้องจำลองการกำหนดค่ารูท่อและการออกแบบข้อต่อที่จะใช้ในการผลิต ภายในขีดจำกัดของตัวแปรสำคัญ QW-288 ตัว ซึ่งหมายความว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อ ความหนาของแผ่นท่อ และรูปทรงของข้อต่อ ล้วนต้องเป็นตัวแทนของตัวแลกเปลี่ยนความร้อนจริงที่ถูกสร้างขึ้น ไม่ใช่แค่ชิ้นทดสอบที่สะดวกใดๆ

ส่วนที่ VIII ส่วนที่ 1 กับส่วนที่ 2: QW-193 มีผลบังคับใช้เมื่อใด

ASME ส่วนที่ VIII ส่วนที่ 2 กำหนดให้จำลอง QW-193 สำหรับคุณสมบัติขั้นตอนการเชื่อมแบบท่อ-ถึงแผ่นท่อ ในขณะที่ส่วนที่ VIII ส่วนที่ 1 ปล่อยให้เป็นตัวเลือกของผู้ผลิต และความแตกต่างนี้เป็นหนึ่งในประเด็นที่เป็นผลสืบเนื่องมากที่สุดและมักถูกเข้าใจผิดบ่อยที่สุดในการวางแผนการผลิตเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน

ตาม ASME ส่วนที่ VIII ส่วนที่ 1 UW-28/UW-29 (ฉบับปี 2021 เป็นต้นไป), ส่วนที่ VIII ส่วนที่ 2 พารา. 6.3.4 และส่วนที่ I PFT-12 ข้อกำหนดทางเทคนิคของลูกค้ามักกำหนด QW-193 แม้ว่ารหัสพื้นฐานจะไม่ต้องการก็ตาม - ให้ตรวจสอบใบสั่งซื้อและข้อกำหนดการเชื่อมของโครงการทุกครั้งก่อนที่จะสรุปแผนคุณสมบัติ

อะไรคือข้อบกพร่องที่พบบ่อยที่สุดในการเชื่อมท่อ-ถึง-การเชื่อม Tubesheet

ข้อบกพร่องที่มักทำให้ข้อต่อของท่อ-ถึง-เสียหายได้บ่อยที่สุดคือ การขาดฟิวชันที่ส่วนต่อของท่อ-ถึง-ของแผ่นท่อ -ผนังท่อไหม้- ทะลุ เส้นทางการรั่วไหลขั้นต่ำที่ไม่เพียงพอ ความพรุน และความร้อน-ได้รับผลกระทบ-การแตกร้าวของโซน - และเนื่องจากข้อต่อของท่อแต่ละข้อถูกเชื่อมแยกกันด้วยมือหรือด้วยส่วนหัวของวงโคจร อัตราข้อบกพร่องมักจะเพิ่มขึ้นตามความล้า ข้อต่อไม่สอดคล้องกัน- และการเตรียมพื้นผิวไม่เพียงพอสำหรับจำนวนท่อขนาดใหญ่

โหมดความล้มเหลวและวิธีการตรวจจับที่สอดคล้องกับข้อกำหนด ASME Section IX QW-193.1 และประสบการณ์ภาคสนามในอุตสาหกรรม-การผลิตและซ่อมแซมเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและแบบท่อ

ประสบการณ์ภาคสนามเกี่ยวกับการนำกำมะถันกลับคืนมา การกลั่น และการทำความเย็นในกระบวนการแสดงให้เห็นว่าการรั่วไหลของแผ่นท่อที่เกิดขึ้นซ้ำๆ-ถึง-แผ่นท่อมักจะย้อนกลับไปถึงการขาดการเจาะและการขาดฟิวชั่นที่เกิดขึ้นในระหว่างการผลิตดั้งเดิม - ข้อบกพร่องที่ยากต่อการตรวจจับด้วย NDE การผลิตเพียงอย่างเดียว และมีแนวโน้มที่จะเปิดเผยตัวเองเฉพาะหลังจากการหมุนเวียนด้วยความร้อนซ้ำแล้วซ้ำเล่าทำให้เกิดรอยแตกกระจายจากรากที่ไม่ถูกหลอม

เส้นทางการรั่วไหลขั้นต่ำ (MLP) ได้รับการตรวจสอบอย่างไร และเหตุใดจึงมีความสำคัญ

เส้นทางการรั่วไหลขั้นต่ำคือระยะทางที่สั้นที่สุดในทิศทางใดก็ได้ จากรากของท่อ-ถึง-แผ่นท่อที่เชื่อมกับพื้นผิวอิสระที่ใกล้ที่สุด และเป็นสิ่งสำคัญเนื่องจากเป็นมิติที่ควบคุมว่าข้อต่อที่มีความแข็งแรง-จะรับแรงกดได้จริงและป้องกันการปนเปื้อนข้าม- - MLP ขนาดเล็กสามารถผ่านการตรวจสอบด้วยสายตาเพียงผิวเผินในขณะที่ยังคงไม่เป็นไปตามพื้นฐานการออกแบบของข้อต่อ

MLP ได้รับการตรวจสอบโดยการแบ่งส่วนจำลองคุณสมบัติผ่านเส้นผ่านศูนย์กลาง เปิดให้เห็นหน้าตัดของการเชื่อม- และวัดเส้นทางหลอมละลายที่กำลังขยาย 10x ถึง 20x เทียบกับค่าขั้นต่ำที่คำนวณได้จากพื้นฐานการออกแบบ

ค่า MLP ที่เครดิตสูงสุดจะถูกจำกัดไว้ที่ความหนาของผนังท่อ โดยไม่คำนึงว่าโลหะเชื่อมจะสะสมเกินขนาดดังกล่าวมากน้อยเพียงใด

รอยขีดข่วนตามยาวบนพื้นผิวด้านนอกของท่อหรือรูเจาะของแผ่นท่อถือเป็นความเสี่ยงที่เพิ่มขึ้นในระหว่างการประเมินจำลอง เนื่องจากรอยขีดข่วนที่เกิดขึ้นขนานกับข้อต่อสามารถสร้างเส้นทางรั่วที่เลี่ยงโซนการเชื่อมฟิวชันโดยสิ้นเชิง

เนื่องจาก MLP สามารถยืนยันแบบทำลายล้างได้เท่านั้น - โดยการตัดการเปิดแบบจำลองตัวแทน - จึงมีการตรวจสอบในระหว่างคุณสมบัติของขั้นตอน แทนที่จะตรวจสอบในทุกข้อต่อการผลิต นี่เป็นเหตุผลว่าทำไมการควบคุมกระบวนการที่มีระเบียบวินัยและทำซ้ำได้ในระหว่างการเชื่อมการผลิตจึงมีความสำคัญ: เมื่อ WPS ผ่านการรับรองด้วย MLP ที่แสดงให้เห็นแล้ว การเชื่อมการผลิตจะต้องดำเนินการภายใน-ขอบเขตตัวแปรที่จำเป็นเดียวกันเพื่อให้ยังคงใช้งานได้

วิธีการตรวจสอบใดที่ตรวจจับ Tube-ถึง-ข้อบกพร่องของ Tubesheet ก่อนเริ่มต้นระบบ

ลำดับการตรวจสอบแบบเป็นชั้น - การตรวจสอบด้วยภาพ การทดสอบการแทรกซึมของของเหลว และการทดสอบการรั่วของฮีเลียม - จับข้อบกพร่องส่วนใหญ่ของท่อ-ถึง-แผ่นท่อก่อนที่ชุดอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนจะถูกปิดและนำไปใช้งาน โดยการทดสอบการรั่วของฮีเลียมให้ความไวสูงสุดสำหรับการรั่วไหลผ่าน-ผนังของวิธีการใดๆ ก็ตามที่ใช้โดยทั่วไปกับข้อต่อประเภทนี้

การตรวจสอบด้วยสายตาจะดำเนินการในทุกรอยเชื่อมการผลิตโดยเป็น-การกรองผ่านครั้งแรก- สำหรับการเบิร์นทรู การเชื่อมที่ไม่สมบูรณ์ และความพรุนที่พื้นผิว

การทดสอบการแทรกซึมของของเหลว ดำเนินการตาม ASME มาตรา V ข้อ 6 ตรวจจับ-รอยแตกร้าวและความพรุนที่พื้นผิวซึ่งไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า และโดยทั่วไปจะใช้กับทั้งรากและทะลุขั้นสุดท้าย

การทดสอบการรั่วไหลของฮีเลียมจะสร้างแรงกดดันให้กับตัวแลกเปลี่ยนด้วยฮีเลียม 5–10 psi และใช้แมสสเปกโตรมิเตอร์เพื่อตรวจจับอัตราการรั่วไหลที่น้อยกว่าการทดสอบอุทกสถิตที่สามารถแก้ไขได้ เนื่องจากอะตอมของฮีเลียมมีขนาดเล็กพอที่จะผ่านความไม่ต่อเนื่องซึ่งจะไม่ผ่านน้ำ โดยปกติการทดสอบนี้จะดำเนินการหลังจากการเชื่อมปลายท่อทั้งหมด- แต่ก่อนการขยายตัวของท่อ ดังนั้นจึงมีการประเมินเฉพาะการเชื่อม - ไม่ใช่การขยายตัวทางกล -

ไม่มีวิธีใดที่จะจับทุกโหมดข้อบกพร่อง: การทดสอบการแทรกซึมด้วยภาพและของเหลวมีประสิทธิภาพสำหรับ-ความไม่ต่อเนื่องที่เชื่อมต่อกันที่พื้นผิว แต่การขาดฟิวชันใต้พื้นผิวหรือ MLP ที่ต่ำกว่าขนาดสามารถยืนยันได้โดยการแบ่งส่วนมาโครแบบทำลายล้าง- ในระหว่างการตรวจสอบเท่านั้น นี่คือเหตุผลที่การทดสอบคุณสมบัติและ NDE การผลิตเป็นการเสริมกันมากกว่าคุณสมบัติ - ที่ซ้ำซ้อน พิสูจน์ว่าขั้นตอนสามารถสร้างข้อต่อที่ดีได้ และ NDE การผลิตยืนยันว่ามีการดำเนินการความสามารถอย่างสม่ำเสมอตลอดจำนวนหลอดทั้งหมด

เหตุใดความเข้มงวดในการรับรองจึงมีความสำคัญมากกว่าสำหรับข้อต่อท่อ-ถึง-แผ่นท่อมากกว่าการเชื่อมท่อธรรมดา

ความเข้มงวดในการรับรองคุณสมบัติของแผ่นท่อ-ถึง-มีความสำคัญมากกว่าการเชื่อมท่อแบบธรรมดา เนื่องจากข้อบกพร่องเชิงระบบเดียวที่ค้นพบหลังการผลิตอาจต้อง-วางท่อใหม่ทั้งมัด และเนื่องจากตัวแลกเปลี่ยนแต่ละรายอาจมีข้อต่อหลายร้อยถึงหลายพันข้อต่อที่เชื่อมภายใต้ขั้นตอนเดียวกัน - หมายความว่า WPS ขอบหรือช่างเชื่อมที่ผ่านการฝึกอบรมภายใต้-ไม่ได้สร้างรอยเชื่อมที่ไม่ดีแม้แต่จุดเดียว แต่ทำให้เกิดรอยเชื่อมจำนวนมาก

ข้อบกพร่องในการเชื่อมเส้นรอบวงของท่อโดยทั่วไปจะเป็นการซ่อมแซมแบบแยกส่วน ในทางตรงกันข้าม โหมดข้อบกพร่องของแผ่นท่อ-ถึง-ซึ่งขับเคลื่อนด้วยขั้นตอนที่มีข้อบกพร่องหรือเทคนิคที่ไม่ผ่านการรับรองนั้นถือเป็นระบบ: หากการออกแบบข้อต่อ การป้อนความร้อน หรือขั้นตอนการเตรียมพื้นผิวที่ทำให้เกิดความล้มเหลวครั้งหนึ่งถูกนำไปใช้อย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งมัด จะต้องสงสัยว่าข้อต่อทุกรอยที่เชื่อมภายใต้เงื่อนไขเหล่านั้น

การลงทุนใน WPS ที่ผ่านการรับรองอย่างเหมาะสม ช่างเชื่อมที่ได้รับการฝึกอบรมและทดสอบอย่างเพียงพอ และลำดับการตรวจสอบการผลิตที่มีระเบียบวินัยเป็นเส้นทางต้นทุนที่ต่ำกว่า-ด้วยอัตรากำไรขั้นต้นที่กว้าง เมื่อเทียบกับการค้นพบ - หลังจากเริ่มต้น หรือแย่กว่านั้น หลังจากใช้งานวงจรความร้อนหลายปีในการให้บริการ - ที่ต้องเปลี่ยนมัดท่อส่วนใหญ่

คำถามที่พบบ่อย

Q: ASME Section VIII Division 1 จำเป็นต้องมีคุณสมบัติจำลอง QW-193 สำหรับการเชื่อมท่อ-ถึงแผ่นท่อหรือไม่

A: ลำดับที่ 1 ปล่อยให้ QW-193 เป็นตัวเลือกของผู้ผลิต การทดสอบการเชื่อมร่องตาม QW-202.2 และ QW-202.4 เป็นทางเลือกที่ได้รับการยอมรับ เว้นแต่ข้อกำหนดทางเทคนิคของลูกค้าจำเป็นต้องใช้เส้นทางจำลอง

Q: ต้องมีการเชื่อมและทดสอบท่อจำนวนเท่าใดจึงจะมีคุณสมบัติ-ถึง-ขั้นตอนของแผ่นท่อโดยการจำลอง

A: ต้องมีรอยเชื่อมจำลองอย่างน้อยห้ารอย และทั้งห้าต้องผ่านการตรวจด้วยสายตา การแทรกซึมของของเหลว และ-การตรวจสอบส่วนมาโครต่อ QW-193.2 ความล้มเหลวเพียงครั้งเดียวจะทำให้การจำลองทั้งหมดเป็นโมฆะ โดยต้องมีการเชื่อมใหม่ทั้งหมด

Q: เส้นทางการรั่วไหลขั้นต่ำคืออะไร และเหตุใดจึงปิดทับที่ความหนาของผนังท่อ

A: เส้นทางการรั่วไหลขั้นต่ำคือระยะทางหลอมรวมที่สั้นที่สุดจากรากเชื่อมไปยังพื้นผิวอิสระที่ใกล้ที่สุด มันถูกปิดไว้ที่ความหนาของผนังท่อเนื่องจากนั่นคือขีดจำกัดทางกายภาพของ-หน้าตัดที่แน่นหนา-ของรอยรั่ว โดยไม่คำนึงถึงจำนวนโลหะเชื่อมที่สะสมไว้เพิ่มเติม

Q: ช่างเชื่อมสามารถผ่านการรับรองจากท่อเชื่อมคูปองสำหรับการเชื่อมแบบร่อง-ถึง-ข้อต่อแผ่นท่อภายใต้ WPS ที่ผ่านการรับรองโดยการจำลอง QW-193 ได้หรือไม่

A: ใช่ เมื่อรหัสการก่อสร้างที่บังคับใช้ไม่จำเป็นต้องใช้ QW-193 สำหรับคุณสมบัติด้านประสิทธิภาพ คุณสมบัติขั้นตอนและคุณสมบัติการปฏิบัติงานถือเป็นข้อกำหนดพิเศษร่วมกันภายใต้ ASME มาตรา IX

Q: เหตุใดการทดสอบการรั่วของฮีเลียมจึงดีกว่าการทดสอบแบบไฮโดรสแตติกสำหรับการเชื่อมท่อ-ถึง-การเชื่อมแผ่นท่อ

A: ขนาดอะตอมที่เล็กของฮีเลียมช่วยให้สามารถผ่านความไม่ต่อเนื่องที่การทดสอบอุทกสถิต (น้ำ) ไม่สามารถตรวจพบได้ ทำให้การทดสอบการรั่วของฮีเลียมมีความไวสูงขึ้นอย่างมากในการระบุท่อส่วนขอบหรือบางส่วนที่หลอมรวม-ถึง-ข้อต่อของแผ่นท่อก่อนสตาร์ท