מצינור-ל-ריתוך גליונות צינור במחלפי חום: הסמכה ופגמים נפוצים - ידע

כל מחליף חום של מעטפת-ו-שפופרת חי או מת בחיבור הצינור-ל-מפרק הצינור. ריתוך פגום אחד בין מאות - או אלפי - קצוות של צינורות יכול לאפשר לנוזלים בצד-צד של המעטפת-לחצות-לזהם, לשתות חיבורים סמוכים, או לאלץ צינור מחדש מלא של צרור קול אחר. מכיוון שגיאומטריית המפרק הזו שונה מהותית מריתוך חריץ או פילה סטנדרטי, הקודים מתייחסים אליה אחרת: ההסמכה אינה מתקיימת אוטומטית על ידי ההסמכה הקיימת של הרתך או הליך החריץ-.

Tube-to-Tubesheet Welding in Heat Exchangers

מדריך זה מסביר כיצד ASME Section IX מתאים לריתוך צינור-ל-שפופרת, אילו קודי בנייה הופכים את ההסמכה הזו לחובה, ואת מצבי הליקויים הספציפיים שפקחים ויצרנים חייבים לשלוט בהם כדי למנוע עבודות חוזרות יקרות.

ריתוך-ל-שפופרת דורש הסמכה תחת ASME סעיף IX באמצעות דגם הדגמה (QW-193) או בדיקת ריתוך חריץ/פילה לכל QW-202, מכיוון שהגישה המוגבלת של המפרק, קיר הצינור הדק והסתמכות על מצב מינימלי (MLP) אינו רגיל. ריתוך חריצים. ASME Section VIII Division 2 הופך את הדגם QW-193 לחובה (לפי סעיף. 6.3.4); חטיבה 1 משאירה את זה אופציונלי. הפגמים הנפוצים ביותר הם חוסר איחוי בממשק הצינור-ל-ממשק הצינור,-צריבה בקיר-דרך, חדירה לא מלאה ביחס ל-MLP הנדרש, נקבוביות ופיצוח אזור מושפע חום - כולם מוקרנים לבדיקת נוזל ובדיקת הליום.

חיבורי צינור-ל-שפופרת דורשים הסמכה ייעודית מכיוון שהגיאומטריה, הגישה ומצב הכשל שלהם שונים מהותית מריתוך חריץ רגיל, ורתך או פרוצדורה המוסמכים על קופון חריץ שטוח אינם מוכחים אוטומטית כמסוגלים לייצר חיבור צלול, דליפה-תדוק בתצורה זו.

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

קופון לבדיקת ריתוך חריץ מרותך בתנאים פתוחים ללא הפרעה עם גישה מלאה לשני צידי המפרק. מפרק צינור-ל-צינור מרותך בחלל טבעתי מוגבל היטב בין דופן הצינור לחור הצינור הקדוח, לרוב עם חורי צינור סמוכים במרחק של מילימטרים בלבד, ועם גישה מצד אחד בלבד. דופן הצינור עצמו דק - לעתים קרובות מתחת ל-3 מ"מ - מה שהופך אותו לרגיש מאוד לצריבה-, בעוד שיריעת הצינור היא בלוק עבה שפועל כגוף קירור גדול, ויוצר פיזור חום לא אחיד על המפרק.

תנאים אלה יוצרים מצבי פגמים - צריבה-דרך, חוסר איחוי בשורש המפרק ונתיב דליפה מינימלי לא מספיק - שפשוט אינם מתרחשים בריתוך חריץ פתוח, וזו הסיבה ש-ASME Section IX מתייחס לריתוך-שפופרת ל-קטגוריית צינורות לריתוך גליונות צינור כמו ריתוך רגיל ולא כמילוי סטנדרטי משלו.

ASME Section IX מציע שני מסלולים נפרדים להכשרת נהלי ריתוך ורתכים מצינור-ל-: דגם הדגמה תחת QW-193, או בדיקת ריתוך חריץ או פילה קונבנציונלי תחת QW-202, כאשר קוד הבנייה הרלוונטי קובע איזה מסלול הוא חובה.

השוואת מסלולי הסמכה

מַסלוּל	מה זה דורש	מתי זה חל
דגם הדגמה - QW-193	דגם מלא בקנה מידה- המשכפל את תצורת חור הצינור ועיצוב המפרק בפועל; מרותך, ולאחר מכן נבדק על ידי שיטות חזותיות, חודר נוזלים ושיטות-מאקרו.	חובה לפי ASME Section VIII Division 2 (סעיף. 6.3.4); אופציונלי תחת חטיבה 1.
ריתוך חריץ - QW-202.2 / QW-202.4	קופון בדיקת ריתוך חריץ סטנדרטי לפי סעיף IX; מסמיך את הרתך או ה-WPS לעבודת צינור-ל-גליונות צינור כאשר קוד הבנייה אינו מחייב QW-193.	אפשרות ברירת מחדל תחת סעיף VIII Division 1 כאשר QW-193 אינו מופעל על ידי הלקוח או הקוד.
ריתוך פילה - QW-202.2(c)	קופון סטנדרטי לבדיקת ריתוך פילה; מוגבל לריתוך-שפופרת-ללא-לחץ-לריתוך-בלבד.	נוסף לסעיף IX במהדורת 2021; חל רק על ריתוך איטום וחיבורים דומים שאינם-חוזקים.

לפי ASME Section IX QW-202.6 ו-Section VIII Division 1 UW-28(b)/UW-29 (מהדורת 2021); חלוקה 2 para. 6.3.4. משתנים חיוניים להסמכת הפרוצדורה ניתנים ב-QW-288; משתנים חיוניים של רתך ומבצע ריתוך ניתנים ב-QW-387 וב-QW-388. אשר תמיד את דרישות המהדורה הנוכחית וכל דריסת לקוח ספציפית לפני בחירת מסלול הסמכה.

שתי טבלאות המשתנים החיוניות- חלות בשילוב עם טבלאות תהליך הריתוך הבסיסי-. לדוגמה, הליך GTAW tube-to- tube sheet חייב לעמוד הן במשתני GTAW הסטנדרטיים בטבלה QW-256 והן את המשתנים הספציפיים ל- tube-to- tube sheets בטבלה QW-288.1, המכסים פריטים כגון טווח חור חיצוני. קוטר צינור, קוטר צינור ועיצוב צינורית.

כאשר נעשה שימוש במסלול המדגם QW-193, יש לייצר לפחות חמישה ריתוכים וכל אחד מהם חייב לעבור בדיקה חזותית, בדיקת חדירת נוזלים ובדיקת מאקרו-מקטע -. ריתוך יחיד כושל מבטל את הדגם כולו ודורש ריתוך מלא מחדש, לא תיקון נקודתי.

בדיקה חזותית (QW-193.1.1): מבוצעת ללא הגדלה, בדיקת איחוי מלא, צריבה, נקבוביות וסדקים.

בדיקת חודר נוזלים (QW-193.1.2): מבוצעת לפי ASME סעיף V, סעיף 6, על ידי צוות מוסמך, כדי לזהות אי רציפות שוברות פני השטח שאינן נראות לעין בלתי מזוינת.

בדיקת קטע-מאקרו (QW-193.1.3): הדגם נחתך בקוטר שלו כדי לחשוף ארבעה משטחים, ולאחר מכן נבדק בהגדלה של פי 10 עד פי 20 כדי לוודא היתוך מלא, היעדר פיצוח, ו- באופן קריטי - שמסלול הדליפה המינימלי עומד בדרישת התכנון.

מכלול הדגם עצמו חייב בעצם לשכפל את תצורת חור הצינור ואת עיצוב המפרק שישמש בייצור, במגבלות של QW-288 המשתנים החיוניים - כלומר קוטר הצינור, עובי יריעת הצינור וגיאומטריית המפרק, כולם צריכים להיות מייצגים את מחליף החום שנבנה בפועל, ולא רק כל חלק בדיקה נוח.

ASME Section VIII Division 2 הופך את דגם ה-QW-193 לחובה להסמכת הליך ריתוך צינור-לשפופרת, בעוד ש-Section VIII Division 1 משאיר אותו כאופציה של היצרן, וההבחנה הזו היא אחת הנקודות התוצאתיות והשכיחות ביותר בתכנון ייצור מחליף חום.

קוד בנייה	דרישת דגם QW-193	השלכה מעשית
סעיף VIII, מחלקה 1	אופציונלי (UW-28(b), 2021 ed.) - היצרן יכול לבחור בנתיבי QW-193, ריתוך חריץ (QW-202.2/202.4), או ריתוך פילה (QW-202.2(c)).	רוב מחליפי ה-Division 1 מתאימים לריתוך-ל-צינורות באמצעות בדיקות ריתוך חריץ סטנדרטיות, תוך הימנעות ממחיר מדגם והשפעה על לוח הזמנים.
סעיף VIII, מחלקה 2	חובה (סעיף. 6.3.4) - נדרשת הסמכה מדגם QW-193; הסמכה לריתוך חריצים בלבד אינה מתקבלת.	המפיקים חייבים לתקצב חומרים מדגם, זמן ריתוך ו-NDE שלושה-שלבים ללוח הזמנים של הפרויקט מההתחלה.
סעיף I (דודי חשמל)	נשלט על ידי תצורות משותפות PFT-12; יש לאשר את גישת ההסמכה מול הפרט המשותף הספציפי שנבחר.	ריתוך חלקי-לחיבור צינורות חדירה לכל PFT-12 נושאים קריטריונים משלהם לעומק-היתוך, הנבדלים מהנוהג בסעיף VIII.

לפי ASME Section VIII Division 1 UW-28/UW-29 (מהדורת 2021 ואילך), Section VIII Division 2 para. 6.3.4, ו-Section I PFT-12. המפרט הטכני של הלקוח מטיל לעתים קרובות את QW-193 גם כאשר קוד הבסיס אינו מחייב זאת - בדוק תמיד את הזמנת הרכש ואת מפרט ריתוך הפרויקט לפני סיום תוכנית ההסמכה.

הפגמים שפוגעים לרוב בחיבורי-ל-צינורות הם חוסר איחוי בממשק הצינור-ל-ממשק הצינור,-צריבה בקיר-דרך, נתיב דליפה מינימלי לא מספיק, נקבוביות ומפרק- של אזור חום- ומפרק חום- נגוע מרותך בנפרד ביד או עם ראש מסלולי, שיעורי הפגמים נוטים לעלות עם עייפות, התאמת מפרקים לא עקבית-והכנה לא מספקת של פני השטח על פני ספירת צינורות גדולה.

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

פְּגָם	סיבה טיפוסית	שיטת איתור	תוצאה אם החמצה
חוסר היתוך	משטח צינור/חור מזוהם או מחומצן; קלט חום לא מספיק; התאמה לקויה של המפרק-	קטע מאקרו-(מדגם); בדיקת חודר נוזלים ודליפת הליום (ייצור)	נתיב דליפה על פני המפרק; זיהום- צולב של נוזלי מעטפת/צינור
צריבת צינור-בקיר-דרך	קלט חום עודף על קיר צינור דק; מהירות נסיעה לא עקבית בריתוכים מסלוליים	בדיקה חזותית; רדיוגרפיה במקרים נבחרים	מיידית דרך-דליפת קיר; בזבוז צינורות מקומי
נתיב דליפה מינימלי לא מספיק (MLP)	עומק ריתוך נמוך- ביחס לחישוב התכנון; עיצוב משותף לא תואם לייצור	בדיקת קטע-מאקרו בהגדלה של פי 10-20	המפרק אינו עומד בבסיס החוזק/דליפה-המחושב של התכנון
נַקבּוּבִיוּת	לחות כלואה, שמן או תרכובת ציור; כיסוי גז מגן לא מספק	בדיקת חדירה חזותית ונוזל	חתך ריתוך יעיל מופחת-; אתר ייזום דליפה פוטנציאלי
HAZ פיצוח	ריסון מפני גוף קירור עבה של יריעת צינורות; כימיה מתכת בסיס או מילוי רגישים	בדיקת חודר נוזלים; קטע מאקרו-; דגימת סירה על מפרקים חשודים	התפתחות דליפה מתקדמת, לעתים קרובות לאחר רכיבה תרמית חוזרת ונשנית בשירות

מצבי תקלות ושיטות זיהוי תואמות לדרישות ASME Section IX QW-193.1 וניסיון בתעשייה בייצור ותיקון של מחליפי חום של מעטפת-ו-צינור.

ניסיון שטח ביישומי שחזור גופרית, זיקוק וקירור תהליכים מראה שדליפות-ל-שפופרת חוזרות ונשנות עקבות לעתים קרובות לחוסר חדירה והיעדר היתוך שהוכנסו במהלך הייצור המקורי - פגמים שקשה לזהות עם NDE בייצור בלבד ושנוטים לחשוף את עצמם רק לאחר חזרת השורש ל-crack.

נתיב הדליפה המינימלי הוא המרחק הקצר ביותר, בכל כיוון, משורש הצינור-לריתוך-הצינור למשטח החופשי הקרוב ביותר, וזה משנה כי זה הממד שקובע אם חיבור מרותך חוזק יכול באמת להכיל לחץ ולמנוע זיהום צולב- - ועיצוב חזותי כושל עדיין יכול לעמוד בבסיס חזותי כושל.

ה-MLP מאומת על ידי חלוקת דגם ההסמכה דרך הקוטר שלו, חשיפת חתך הריתוך- ומדידת הנתיב הממוזג בהגדלה של פי 10 עד פי 20 לעומת המינימום המחושב מבסיס התכנון.

ערך ה-MLP המקסימלי הנקוב מוגבל בעובי דופן הצינור, ללא קשר לכמות מתכת הריתוך הנוספת שהופקדה מעבר לממד זה.

שריטות אורכיות במשטח החיצוני של הצינור או חור ביריעת הצינור מטופלים כאל סיכון מוגבר במהלך הערכת מדגם, מכיוון ששריטה העוברת במקביל למפרק עלולה ליצור נתיב דליפה שעוקף לחלוטין את אזור היתוך הריתוך.

מכיוון שניתן לאשר MLP באופן הרסני רק - על ידי פתיחת דגם מייצג -, הוא מאומת במהלך הסמכת ההליך ולא בכל מפרק ייצור. זו בדיוק הסיבה שבקרה ממושמעת וניתנת לשחזור במהלך ריתוך ייצור חשובה כל כך: ברגע ש-WPS מוסמך עם MLP מוכח, יש לבצע ריתוך ייצור בתוך אותה מעטפת משתנה חיונית- כדי להישאר תקפים.

רצף בדיקה שכבות - בדיקה ויזואלית, בדיקת חדירת נוזלים ובדיקת דליפת הליום - תופסת את הרוב הגדול של פגמי צינור-ל-שפופרת לפני סגירה של צרור מחליף חום וכניסה לשירות, כאשר בדיקת דליפת הליום מציעה את הרגישות הגבוהה ביותר עבור דליפות- של קיר נפוץ דרך-}.

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

בדיקה חזותית מבוצעת בכל ריתוך ייצור כמסך{0}}מעבר ראשון לצריבה-דרך, איחוי לא שלם ונקבוביות פני השטח.

בדיקת חדירת נוזלים, המבוצעת לפי ASME סעיף V סעיף 6, מזהה סדקים-שברירי פני השטח ונקבוביות שאינן נראות לעין בלתי מזוינת, והיא מוחלת בדרך כלל על השורש והמעבר הסופי.

בדיקת דליפת הליום מפעילה לחץ על המחליף עם 5-10 psi של הליום ומשתמשת בספקטרומטר מסה כדי לזהות שיעורי דליפה קטנים בהרבה ממה שבדיקה הידרוסטטית יכולה לפתור, מכיוון שאטום ההליום קטן מספיק כדי לעבור דרך אי-רציפות שלא יעברו מים. בדיקה זו מבוצעת בדרך כלל לאחר כל ריתוך קצה הצינור- אך לפני הרחבת הצינור, כך שרק הריתוך - לא ההרחבה המכנית - מוערך.

אף שיטה אחת לא תופסת כל מצב של פגם: בדיקות חדירה חזותיות ונוזליות יעילות עבור אי-רציפות-מחוברות פני השטח, אך ניתן לאשר חוסר היתוך תת-קרקעי או MLP בגודל קטן רק על ידי חיתוך מאקרו-הרסני במהלך ההסמכה. זו הסיבה שבדיקת ההסמכה וה-NDE של ייצור משלימים ולא מיותרים הסמכה - מוכיחה שההליך מסוגל לייצר ג'וינט קולי, וה-NDE של ייצור מאשר שהיכולת בוצעה באופן עקבי לאורך כל ספירת הצינורות.

הקפדה על הסמכת צינור-ל-שפופרת חשובה יותר מאשר לריתוך צנרת רגיל, מכיוון שפגם שיטתי בודד שהתגלה לאחר ייצור יכול לדרוש-חידוש צינורות של צרור שלם, ומכיוון שכל מחליף עשוי להכיל מאות עד אלפי חיבורים בודדים המרותכים באותו הליך - כלומר ריתוך אחד שולי, לא מרותך תחת{4} זה מייצר רבים.

פגם בריתוך בהיקף צנרת הוא בדרך כלל תיקון מבודד. מצב פגם צינור-ל-שפופרת המונע על ידי הליך פגום או טכניקה לא מסויגת, לעומת זאת, הוא מערכתי: אם תכנון המפרק, קלט החום או שלב הכנת השטח שגרמו לכשל אחד יושמו באופן עקבי על פני החבילה, כל מפרק מרותך בתנאים אלה הוא חשוד.

השקעה ב-WPS מוסמך כראוי, רתכים מאומנים ונבדקים כראוי, ורצף בדיקות ייצור ממושמע הם המסלול הנמוך יותר-עלויות בהפרש גדול בהשוואה לגילוי - לאחר ההפעלה, או גרוע מכך, לאחר מספר שנים של רכיבה תרמית בשירות - שיש להחליף חלק גדול מחבילת צינורות.

Q: האם ASME Section VIII Division 1 דורש הסמכה של QW-193 מדגם לריתוך צינור-ל-שפופרת?

A: מס' דיוויזיה 1 משאירה את QW-193 כאופציה של היצרן; בדיקת ריתוך חריצים לפי QW-202.2 ו-QW-202.4 היא חלופה מקובלת אלא אם המפרט הטכני של הלקוח מחייב את מסלול הדגם.

Q: כמה צינורות יש לרתך ולבדוק כדי להכשיר הליך צינור-ל-שפופרת באמצעות דגם?

A: יש לייצר לפחות חמישה ריתוכים מדגם, וכל החמישה חייבים לעבור בדיקה חזותית, חודרת נוזלים ומקרו-במקרו לפי QW-193.2. כל כשל בודד מבטל את הדגם כולו, ומצריך ריתוך מלא מחדש.

Q: מהו נתיב דליפה מינימלי ומדוע הוא מכוסה בעובי דופן הצינור?

A: נתיב דליפה מינימלי הוא המרחק הממוזג הקצר ביותר משורש הריתוך למשטח החופשי הקרוב ביותר. הוא מכוסה בעובי דופן הצינור מכיוון שזהו הגבול הפיזי של חתך הדליפה-הדוק- של המפרק, ללא קשר לכמות מתכת הריתוך הנוספת שהופקדה.

Q: האם רתך יכול להיות מוסמך על ריתוך קופון חריץ לרתך צינור-ל-חיבורי צינורות תחת WPS מוסמך על ידי דגם QW-193?

A: כן, כאשר קוד הבנייה הרלוונטי אינו דורש בעצמו QW-193 להסמכת ביצועים. ההסמכה להליך והסמכת הביצועים מטופלות כדרישות בלעדיות הדדית תחת ASME סעיף IX.

Q: מדוע בדיקת דליפת הליום מועדפת על פני בדיקה הידרוסטטית לריתוך-ל-צינורות?

A: הגודל האטומי הקטן של הליום מאפשר לו לעבור דרך אי-רציפות שבדיקה הידרוסטטית (מים) לא תזהה, מה שמקנה לבדיקת דליפת הליום רגישות גבוהה משמעותית לזיהוי חיבורי צינור שוליים או מאוחים חלקית-ל-מפרקים לפני ההפעלה.