Hàn ống-đến-Ống ống trong bộ trao đổi nhiệt: Trình độ chuyên môn và các khuyết tật thường gặp

Hướng dẫn này giải thích cách ASME Phần IX xác nhận khả năng hàn ống-với-bảng ống, các quy tắc xây dựng nào quy định tiêu chuẩn đó là bắt buộc và các dạng lỗi cụ thể mà người kiểm tra và nhà chế tạo phải kiểm soát để tránh việc làm lại tốn kém.

Tại sao việc hàn ống-đến-tấm ống lại yêu cầu trình độ chuyên môn riêng biệt với mối hàn rãnh?

Các mối nối ống-với-bảng ống yêu cầu phải được thẩm định chuyên dụng vì hình dạng, khả năng tiếp cận và chế độ hỏng hóc của chúng về cơ bản khác với mối hàn rãnh tiêu chuẩn và thợ hàn hoặc quy trình đủ tiêu chuẩn trên phiếu rãnh phẳng không tự động được chứng minh là có khả năng tạo ra mối nối kín, chống rò rỉ-trong cấu hình này.

Phiếu kiểm tra mối hàn rãnh được hàn trong điều kiện mở, không bị cản trở với khả năng tiếp cận hoàn toàn cả hai mặt của mối nối. Mối nối ống-với-bảng ống được hàn trong một không gian hình khuyên được giới hạn chặt chẽ giữa thành ống và lỗ của tấm ống đã khoan, thường với các lỗ ống liền kề chỉ cách nhau vài milimet và chỉ có thể tiếp cận từ một phía. Bản thân thành ống mỏng - thường dưới 3 mm - nên rất dễ bị cháy-, trong khi tấm ống là một khối dày hoạt động như một bộ tản nhiệt lớn, tạo ra sự phân bổ nhiệt không đều trên khớp.

Các điều kiện này tạo ra các chế độ khuyết tật - cháy-, thiếu sự kết hợp ở gốc khớp và Đường rò rỉ tối thiểu không đủ - đơn giản là không xảy ra khi hàn rãnh hở, đó là lý do tại sao ASME Mục IX coi hàn ống-đến-tấm ống là loại hàn xác nhận riêng của nó thay vì gấp nó thành các quy tắc hàn rãnh hoặc hàn góc tiêu chuẩn.

Hai lộ trình đủ tiêu chuẩn theo ASME Mục IX là gì?

ASME Phần IX cung cấp hai lộ trình riêng biệt để đánh giá các quy trình hàn và thợ hàn ống-đến-tấm ống: mô hình trình diễn theo QW-193 hoặc thử nghiệm mối hàn góc hoặc rãnh thông thường theo QW-202, với mã xây dựng hiện hành xác định tuyến đường nào là bắt buộc.

So sánh lộ trình đạt tiêu chuẩn

Theo ASME Mục IX QW-202.6 và Mục VIII Phân khu 1 UW-28(b)/UW-29 (ấn bản năm 2021); Phân khu 2 para. 6.3.4. Các biến thiết yếu để đánh giá quy trình được đưa ra trong QW-288; Các biến số cần thiết về trình độ chuyên môn của thợ hàn và người vận hành hàn được đưa ra trong QW-387 và QW-388. Luôn xác nhận các yêu cầu của phiên bản hiện tại và mọi thông tin ghi đè dành riêng cho khách hàng trước khi chọn lộ trình đánh giá chất lượng.

Cả hai bảng biến-thiết yếu đều áp dụng kết hợp với bảng quy trình-hàn cơ sở. Ví dụ: quy trình ống GTAW-đến-bảng ống phải đáp ứng cả các biến GTAW tiêu chuẩn trong Bảng QW-256 và các biến số cụ thể từ ống-đến-bảng ống trong Bảng QW-288.1, bao gồm các hạng mục như đường kính ngoài của ống, phạm vi độ dày của mâm ống, tình trạng lỗ ống và thiết kế mối nối.

Cần bao nhiêu mối hàn mô phỏng và chúng phải vượt qua những gì?

Khi sử dụng tuyến mô hình QW{1}}193, phải tạo tối thiểu năm mối hàn và mỗi mối hàn trong số đó phải vượt qua kiểm tra trực quan, kiểm tra khả năng thẩm thấu chất lỏng và kiểm tra phần-vĩ mô - một mối hàn bị lỗi sẽ làm mất hiệu lực toàn bộ mô hình và yêu cầu hàn lại toàn bộ chứ không phải sửa chữa tại chỗ.

Kiểm tra bằng mắt (QW{1}}193.1.1): được thực hiện mà không cần phóng đại, kiểm tra sự kết dính hoàn toàn, vết cháy, độ xốp và vết nứt.

Kiểm tra chất thẩm thấu chất lỏng (QW{2}}193.1.2): được thực hiện theo ASME Mục V, Điều 6, bởi nhân viên có trình độ, để phát hiện các điểm gián đoạn vỡ ra trên bề mặt mà mắt thường không nhìn thấy được.

Kiểm tra-mặt cắt vĩ mô (QW-193.1.3): mô hình được cắt theo đường kính của nó để lộ bốn bề mặt, sau đó kiểm tra ở độ phóng đại 10x đến 20x để xác minh sự hợp nhất hoàn toàn, không có vết nứt và - nghiêm trọng - rằng Đường rò rỉ tối thiểu đáp ứng yêu cầu thiết kế.

Bản thân tổ hợp mô hình về cơ bản phải sao chép cấu hình lỗ ống và thiết kế mối nối sẽ được sử dụng trong sản xuất, trong giới hạn của QW-288 biến số thiết yếu - nghĩa là đường kính ống, độ dày mâm ống và hình dạng mối nối đều phải đại diện cho bộ trao đổi nhiệt thực tế đang được chế tạo chứ không phải bất kỳ mẫu thử nghiệm thuận tiện nào.

Phần VIII Phân khu 1 so với Phân khu 2: Khi nào QW-193 là bắt buộc?

ASME Phần VIII Phân khu 2 quy định mô hình QW{2}}193 là bắt buộc đối với quy trình hàn ống-với tấm ống, trong khi Phần VIII Phân khu 1 để tùy chọn này của nhà sản xuất và sự khác biệt này là một trong những điểm dẫn đến hậu quả nhất và thường bị hiểu lầm nhất trong kế hoạch chế tạo bộ trao đổi nhiệt.

Theo ASME Mục VIII Phân khu 1 UW-28/UW-29 (phiên bản 2021 trở đi), Mục VIII Phân khu 2 para. 6.3.4 và Mục I PFT-12. Thông số kỹ thuật của khách hàng thường xuyên áp dụng QW-193 ngay cả khi mã cơ sở không yêu cầu - luôn kiểm tra đơn đặt hàng và thông số kỹ thuật hàn của dự án trước khi hoàn thiện kế hoạch thẩm định.

Các khuyết tật phổ biến nhất trong mối hàn ống-đến-bảng ống là gì?

Các khiếm khuyết thường ảnh hưởng đến các mối nối ống-với-bảng ống là thiếu sự hợp nhất ở giao diện ống-với-bảng ống, ống-cháy thành-, Đường rò rỉ tối thiểu không đủ, độ xốp và nhiệt-bị ảnh hưởng-nứt vùng - và do mỗi khớp nối ống được hàn riêng lẻ bằng tay hoặc bằng đầu quỹ đạo nên tỷ lệ khuyết tật có xu hướng tăng lên do mỏi, khớp không nhất quán phù hợp và việc chuẩn bị bề mặt không đầy đủ cho số lượng ống lớn.

Các chế độ lỗi và phương pháp phát hiện phù hợp với các yêu cầu của ASME Mục IX QW{1}}193.1 cũng như kinh nghiệm thực tế trong ngành về chế tạo và sửa chữa bộ trao đổi nhiệt dạng vỏ và ống.

Kinh nghiệm thực tế về các ứng dụng thu hồi, tinh chế và làm mát quy trình lưu huỳnh cho thấy rằng rò rỉ ống-đến-tấm ống tái diễn thường xuyên dẫn đến sự thiếu thâm nhập và thiếu hợp nhất trong quá trình chế tạo ban đầu - các khiếm khuyết rất khó phát hiện chỉ với NDE trong sản xuất và có xu hướng chỉ bộc lộ sau chu kỳ nhiệt lặp đi lặp lại khiến các vết nứt lan truyền từ gốc không nung chảy.

Đường dẫn rò rỉ tối thiểu (MLP) được xác minh như thế nào và tại sao nó lại quan trọng?

Đường rò rỉ tối thiểu là khoảng cách ngắn nhất, theo bất kỳ hướng nào, từ gốc của mối hàn ống-đến-bảng ống đến bề mặt tự do gần nhất và nó quan trọng vì đó là kích thước quyết định xem mối nối hàn-độ bền có thực sự chứa áp lực và ngăn ngừa-nhiễm chéo hay không - một MLP có kích thước nhỏ hơn có thể vượt qua kiểm tra trực quan hời hợt trong khi vẫn không đáp ứng cơ sở thiết kế của mối nối.

MLP được xác minh bằng cách phân chia mô hình xác nhận chất lượng qua đường kính của nó, phơi bày mặt cắt ngang của mối hàn-và đo đường dẫn hợp nhất ở độ phóng đại 10x đến 20x so với mức tối thiểu được tính toán từ cơ sở thiết kế.

Giá trị MLP được ghi nhận tối đa được giới hạn ở độ dày thành ống, bất kể lượng kim loại hàn bổ sung được lắng đọng ngoài kích thước đó là bao nhiêu.

Các vết xước dọc trên bề mặt ngoài của ống hoặc lỗ khoan của tấm ống được coi là rủi ro cao hơn trong quá trình đánh giá mô hình, vì một vết xước chạy song song với mối nối có thể tạo ra đường rò rỉ đi qua hoàn toàn vùng hàn.

Bởi vì MLP chỉ có thể được xác nhận một cách triệt để - bằng cách mở một mô hình đại diện - nên nó được xác minh trong quá trình đánh giá quy trình thay vì trên mỗi liên kết sản xuất. Đây chính xác là lý do tại sao việc kiểm soát quy trình có kỷ luật và lặp lại trong quá trình hàn sản xuất lại quan trọng đến vậy: khi WPS đủ điều kiện với MLP đã được chứng minh, các mối hàn sản xuất phải được thực hiện trong cùng một phạm vi biến đổi thiết yếu-để duy trì hiệu lực.

Phương pháp kiểm tra nào giúp phát hiện các lỗi của ống--trước khi khởi động?

Trình tự kiểm tra theo lớp - kiểm tra trực quan, kiểm tra thẩm thấu chất lỏng và kiểm tra rò rỉ khí heli - phát hiện phần lớn các khuyết tật của ống-đến-bảng ống trước khi bó bộ trao đổi nhiệt được đóng lại và đưa vào sử dụng, với việc kiểm tra rò rỉ khí heli mang lại độ nhạy cao nhất đối với rò rỉ xuyên qua-thành của bất kỳ phương pháp nào thường được áp dụng cho loại mối nối này.

Việc kiểm tra trực quan được thực hiện trên mỗi mối hàn trong sản xuất dưới dạng-sàng lọc đầu tiên để kiểm tra độ cháy-, sự nóng chảy không hoàn toàn và độ xốp bề mặt.

Thử nghiệm thẩm thấu chất lỏng, được thực hiện theo Điều 6 của ASME, phát hiện các vết nứt-vỡ trên bề mặt và độ xốp mà mắt thường không nhìn thấy được và thường được áp dụng cho cả lớp gốc và lớp cuối cùng.

Thử nghiệm rò rỉ khí heli tạo áp suất cho bộ trao đổi bằng 5–10 psi khí heli và sử dụng máy quang phổ khối để phát hiện tốc độ rò rỉ nhỏ hơn nhiều so với tốc độ thử nghiệm thủy tĩnh có thể giải quyết được, vì nguyên tử helium đủ nhỏ để đi qua các điểm gián đoạn không truyền qua nước. Thử nghiệm này thường được thực hiện sau tất cả các quá trình hàn đầu ống-nhưng trước khi giãn nở ống, do đó chỉ đánh giá mối hàn - chứ không phải độ giãn nở cơ học -.

Không có phương pháp duy nhất nào phát hiện được mọi dạng khuyết tật: thử nghiệm thẩm thấu bằng hình ảnh và chất lỏng có hiệu quả đối với các điểm gián đoạn được kết nối-trên bề mặt, nhưng việc thiếu sự hợp nhất dưới bề mặt hoặc MLP có kích thước nhỏ chỉ có thể được xác nhận bằng cách phân chia-vĩ mô phá hủy trong quá trình xác định chất lượng. Đây là lý do tại sao việc kiểm tra trình độ và NDE sản xuất là bổ sung chứ không phải là dư thừa - trình độ chuyên môn chứng tỏ quy trình có khả năng tạo ra mối nối âm thanh và NDE sản xuất xác nhận rằng khả năng đó được thực hiện nhất quán trên toàn bộ số lượng ống.

Tại sao sự khắt khe về chất lượng lại quan trọng hơn đối với các mối nối ống-với-ống so với các mối hàn đường ống thông thường?

Sự nghiêm ngặt về chất lượng ống-đến-tấm ống quan trọng hơn so với các mối hàn ống thông thường vì một lỗi hệ thống duy nhất được phát hiện sau khi chế tạo có thể yêu cầu-đeo ống lại toàn bộ bó và vì mỗi bộ trao đổi có thể chứa hàng trăm đến hàng nghìn mối nối riêng lẻ được hàn theo cùng một quy trình - nghĩa là một WPS biên hoặc một thợ hàn-được đào tạo chưa đủ trình độ không tạo ra một mối hàn xấu mà tạo ra nhiều mối hàn xấu.

Khiếm khuyết mối hàn chu vi đường ống thường là một sửa chữa riêng biệt. Ngược lại, chế độ khiếm khuyết ống-đến-bảng ống do một quy trình sai sót hoặc kỹ thuật không đủ tiêu chuẩn gây ra mang tính hệ thống: nếu thiết kế mối nối, đầu vào nhiệt hoặc bước chuẩn bị bề mặt gây ra một lỗi được áp dụng nhất quán trên toàn bộ bó thì mọi mối nối hàn trong các điều kiện đó đều bị nghi ngờ.

Đầu tư vào WPS đủ tiêu chuẩn, thợ hàn được đào tạo và kiểm tra đầy đủ cũng như trình tự kiểm tra sản xuất có kỷ luật là con đường-chi phí thấp hơn rất nhiều so với việc phát hiện ra - sau khi khởi động hoặc tệ hơn là sau vài năm vận hành chu trình nhiệt - mà một phần lớn bó ống phải được thay thế.

Câu hỏi thường gặp

Q: ASME Phần VIII Phân khu 1 có yêu cầu tiêu chuẩn mô hình QW-193 cho các mối hàn ống-với tấm ống không?

A: Không. Phân khu 1 để QW-193 làm lựa chọn của nhà sản xuất; thử nghiệm mối hàn rãnh theo QW-202.2 và QW-202.4 là một giải pháp thay thế được chấp nhận trừ khi thông số kỹ thuật của khách hàng yêu cầu lộ trình mô hình.

Q: Có bao nhiêu ống phải được hàn và thử nghiệm để đủ điều kiện áp dụng quy trình-đến-tấm ống bằng mô hình?

A: Phải tạo tối thiểu năm mối hàn mô hình và cả năm mối hàn đều phải vượt qua bài kiểm tra trực quan, khả năng thẩm thấu chất lỏng và-vĩ mô theo mặt cắt QW{2}}193.2. Bất kỳ sai sót nào cũng sẽ làm mất hiệu lực toàn bộ mô hình và yêu cầu phải hàn lại toàn bộ.

Q: Đường rò rỉ tối thiểu là gì và tại sao nó bị giới hạn ở độ dày thành ống?

A: Đường rò rỉ tối thiểu là khoảng cách hợp nhất ngắn nhất từ ​​gốc mối hàn đến bề mặt tự do gần nhất. Nó được giới hạn ở độ dày thành ống vì đó là giới hạn vật lý của mặt cắt-chặt chẽ-bị rò rỉ của mối nối, bất kể lượng kim loại hàn bổ sung được lắng đọng như thế nào.

Q: Thợ hàn có đủ tiêu chuẩn về mối nối ống hàn rãnh{0}}với-bảng ống theo WPS đủ tiêu chuẩn theo mô hình QW-193 không?

A: Có, khi quy chuẩn xây dựng hiện hành không yêu cầu QW-193 để đánh giá hiệu suất. Đánh giá quy trình và đánh giá hiệu suất được coi là các yêu cầu loại trừ lẫn nhau theo ASME Mục IX.

Q: Tại sao thử nghiệm rò rỉ khí heli lại được ưu tiên hơn thử nghiệm thủy tĩnh đối với các mối hàn ống-đến-bảng ống?

A: Kích thước nguyên tử nhỏ của helium cho phép nó đi qua những điểm không liên tục mà thử nghiệm thủy tĩnh (nước) không phát hiện được, giúp thử nghiệm rò rỉ khí heli có độ nhạy cao hơn đáng kể để xác định các mối nối ống biên hoặc ống hợp nhất một phần-với-bảng ống trước khi khởi động.