Tiub-ke-Kimpalan Lembaran Tiub dalam Penukar Haba: Kelayakan dan Kecacatan Biasa

Setiap cangkang-dan-penukar haba tiub hidup atau mati pada sambungan tiub-ke-tubes. Satu kimpalan yang rosak di antara ratusan - atau beribu-ribu - hujung tiub boleh membenarkan cecair sisi-tepi dan tiub-menyilang-mencemar, menghakis sambungan bersebelahan atau memaksa tiub semula-sepenuh berkas bunyi. Oleh kerana geometri sambungan ini pada asasnya berbeza daripada kimpalan alur atau fillet standard, kod memperlakukannya secara berbeza: kelayakan tidak secara automatik berpuas hati dengan kelayakan kimpalan alur atau prosedur yang sedia ada-.

Tube-to-Tubesheet Welding in Heat Exchangers

Panduan ini menerangkan cara ASME Bahagian IX melayakkan kimpalan tiub-ke-tubesheet, yang mana kod pembinaan menjadikan kelayakan itu wajib dan mod kecacatan khusus yang mesti dikawal oleh pemeriksa dan fabrikasi untuk mengelakkan kerja semula yang mahal.

Kimpalan tiub-ke-tubesheet memerlukan kelayakan di bawah ASME Bahagian IX menggunakan sama ada mockup demonstrasi (QW-193) atau ujian kimpalan alur/fillet bagi setiap QW-202, kerana akses terhad sambungan, dinding tiub nipis dan pergantungan pada mod Path (MLP Leak) yang berbeza daripada kegagalan biasa. kimpalan. ASME Bahagian VIII Bahagian 2 mewajibkan mockup-193 QW (setiap para. 6.3.4); Bahagian 1 meninggalkannya sebagai pilihan. Kecacatan yang paling biasa ialah kekurangan gabungan pada tiub-ke-antara muka helaian tiub, tiub-bakaran dinding-tembus, penembusan tidak lengkap berbanding MLP yang diperlukan, keliangan dan keretakan zon terjejas haba - semuanya disaring dengan pemeriksaan visual, ujian penembusan cecair dan helium leak.

Sambungan tiub-ke-tubesheet memerlukan kelayakan khusus kerana geometri, akses dan mod kegagalannya pada asasnya berbeza daripada kimpalan alur standard dan pengimpal atau prosedur yang layak pada kupon alur rata tidak terbukti secara automatik mampu menghasilkan sambungan kedap bunyi, kebocoran-dalam konfigurasi ini.

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

Kupon ujian kimpalan alur dikimpal dalam keadaan terbuka dan tidak terhalang dengan akses penuh ke kedua-dua belah sambungan. Sambungan tiub-ke-lembaran tiub dikimpal dalam ruang anulus terkurung rapat di antara dinding tiub dan lubang lembaran tiub yang digerudi, selalunya dengan lubang tiub bersebelahan hanya milimeter jauhnya dan dengan akses dari satu sisi sahaja. Dinding tiub itu sendiri nipis - kerap di bawah 3 mm - menjadikannya sangat mudah terbakar-manakala helaian tiub ialah bongkah tebal yang bertindak sebagai sink haba yang besar, mewujudkan pengagihan haba yang tidak sekata merentasi sambungan.

Keadaan ini mewujudkan mod kecacatan - terbakar-, kekurangan gabungan pada akar sambungan dan Laluan Kebocoran Minimum - yang tidak mencukupi yang langsung tidak berlaku dalam kimpalan alur terbuka, itulah sebabnya ASME Seksyen IX menganggap kimpalan tiub-ke-tubes sheet sebagai peraturan kelayakannya sendiri dan bukannya melipat atau melipatnya ke dalam kategori standard.

ASME Seksyen IX menawarkan dua laluan berbeza untuk melayakkan prosedur kimpalan tiub-ke-tubes helaian dan pengimpal: mockup demonstrasi di bawah QW-193, atau ujian kimpalan alur atau fillet konvensional di bawah QW-202, dengan kod pembinaan yang berkenaan menentukan laluan mana yang wajib.

Perbandingan laluan kelayakan

Laluan	Apa yang Ia Perlukan	Apabila Ia Berlaku
Mockup demonstrasi - QW-193	Mockup berskala penuh-menduplikasi konfigurasi lubang tiub sebenar dan reka bentuk sambungan; dikimpal, kemudian diperiksa dengan kaedah visual, penembus cecair dan makro-etch.	Mandatori di bawah ASME Bahagian VIII Bahagian 2 (para. 6.3.4); pilihan di bawah Bahagian 1.
Kimpalan alur - QW-202.2 / QW-202.4	Kupon ujian kimpalan alur standard setiap Bahagian IX; melayakkan pengimpal atau WPS untuk kerja tiub-ke-lembaran tiub apabila kod pembinaan tidak memberi mandat kepada QW-193.	Pilihan lalai di bawah Bahagian VIII Bahagian 1 apabila QW-193 tidak digunakan oleh pelanggan atau kod.
Kimpalan fillet - QW-202.2(c)	kupon ujian kimpalan fillet standard; terhad kepada-tekanan-tiub penahan-ke-kimpalan lembaran tiub sahaja.	Ditambah pada Bahagian IX dalam edisi 2021; hanya digunakan pada kimpalan pengedap dan sambungan bukan{1}}kekuatan yang serupa.

Setiap ASME Bahagian IX QW-202.6 dan Bahagian VIII Bahagian 1 UW-28(b)/UW-29 (edisi 2021); Bahagian 2 para. 6.3.4. Pembolehubah penting untuk kelayakan prosedur diberikan dalam QW-288; pembolehubah penting kelayakan pengimpal dan pengendali kimpalan diberikan dalam QW-387 dan QW-388. Sentiasa sahkan keperluan edisi semasa dan sebarang penggantian khusus pelanggan sebelum memilih laluan kelayakan.

Kedua-dua-jadual pembolehubah penting digunakan dalam kombinasi dengan jadual proses-pangkal. Contohnya, prosedur tiub GTAW-ke-tubesheet mesti memenuhi kedua-dua pembolehubah standard GTAW dalam Jadual QW-256 dan tiub-ke-pembolehubah khusus helaian tiub dalam Jadual QW-288.1, yang meliputi item seperti tiub luar diameter, ketebalan reka bentuk hole tiub, dan julat keadaan hole tiub

Apabila laluan mockup QW-193 digunakan, sekurang-kurangnya lima kimpalan mesti dihasilkan dan setiap satu daripadanya mesti lulus pemeriksaan visual, ujian penembus cecair dan pemeriksaan bahagian-makro - kimpalan tunggal yang gagal membatalkan keseluruhan mockup dan memerlukan kimpalan semula yang lengkap, bukan pembaikan tempat.

Pemeriksaan visual (QW-193.1.1): dilakukan tanpa pembesaran, memeriksa gabungan lengkap, terbakar, keliangan dan keretakan.

Pemeriksaan penembus cecair (QW-193.1.2): dilakukan mengikut ASME Bahagian V, Artikel 6, oleh kakitangan yang berkelayakan, untuk mengesan ketakselanjaran pecah permukaan yang tidak dapat dilihat oleh mata tanpa bantuan.

Pemeriksaan bahagian-makro (QW-193.1.3): mockup dibelah melalui diameternya untuk mendedahkan empat permukaan, kemudian diperiksa pada pembesaran 10x hingga 20x untuk mengesahkan gabungan lengkap, ketiadaan keretakan dan - secara kritikal - bahawa Laluan Kebocoran Minimum memenuhi keperluan reka bentuk.

Pemasangan mockup itu sendiri pada asasnya mesti menduplikasi konfigurasi lubang tiub dan reka bentuk sambungan yang akan digunakan dalam pengeluaran, dalam had QW-288 pembolehubah penting - bermakna diameter tiub, ketebalan helaian tiub dan geometri sambungan semuanya harus mewakili penukar haba sebenar yang sedang dibina, bukan sebarang bahagian ujian yang mudah.

Bahagian 2 ASME Bahagian VIII mewajibkan mockup QW-193 untuk kelayakan prosedur kimpalan tiub-ke-helaian tiub, manakala Bahagian VIII Bahagian 1 meninggalkannya sebagai pilihan pengilang, dan perbezaan ini merupakan salah satu perkara yang paling berbangkit dan paling kerap disalahfahamkan dalam perancangan fabrikasi penukar haba.

Kod Pembinaan	Keperluan Mockup QW-193	Implikasi Praktikal
Bahagian VIII, Bahagian 1	Pilihan (UW-28(b), 2021 ed.) - pengilang boleh memilih laluan QW-193, kimpalan alur (QW-202.2/202.4) atau kimpalan fillet (QW-202.2(c)).	Kebanyakan penukar Bahagian 1 melayakkan tiub-ke-kimpalan helaian tiub melalui ujian kimpalan alur standard, mengelakkan kos mockup dan impak jadual.
Bahagian VIII, Bahagian 2	Mandatori (para. 6.3.4) - Kelayakan mockup QW-193 diperlukan; kelayakan kimpalan alur sahaja tidak diterima.	Fabrikasi mesti bajet bahan mockup, masa mengimpal dan tiga-peringkat NDE ke dalam jadual projek dari awal.
Bahagian I (dandang kuasa)	Ditadbir oleh konfigurasi sendi PFT-12; pendekatan kelayakan hendaklah disahkan terhadap butiran bersama khusus yang dipilih.	Separa-kimpalan lampiran tiub penembusan bagi setiap PFT-12 membawa kriteria kedalaman-pelaburannya sendiri yang berbeza daripada amalan Bahagian VIII.

Setiap ASME Bahagian VIII Bahagian 1 UW-28/UW-29 (edisi 2021 dan seterusnya), Bahagian VIII Bahagian 2 para. 6.3.4 dan Bahagian I PFT-12. Spesifikasi teknikal pelanggan kerap mengenakan QW-193 walaupun kod asas tidak memerlukannya - sentiasa semak pesanan pembelian dan spesifikasi kimpalan projek sebelum memuktamadkan pelan kelayakan.

Kecacatan yang paling kerap menjejaskan sambungan tiub-ke-tubes helaian tiub ialah kekurangan gabungan pada tiub-ke-antara muka helaian tiub, tiub-bakaran dinding-, Laluan Kebocoran Minimum yang tidak mencukupi, keliangan dan haba-terjejas oleh zon rekahan individu{{7}8} kerana setiap tiub terjejas{{7}8 tangan atau dengan kepala orbit, kadar kecacatan cenderung meningkat dengan keletihan, pemasangan sendi yang tidak konsisten-dan penyediaan permukaan yang tidak mencukupi merentas kiraan tiub yang besar.

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

Kecacatan	Punca Biasa	Kaedah Pengesanan	Akibat Jika Terlepas
Kekurangan gabungan	Permukaan tiub/lubang tercemar atau teroksida; input haba yang tidak mencukupi; kesesuaian sendi yang lemah-.	Bahagian Makro-(mockup); penembus cecair dan ujian kebocoran helium (pengeluaran)	Laluan bocor merentasi sendi; Pencemaran silang-cecair cengkerang/tiub
Tiub-dinding terbakar-melalui	Input haba berlebihan pada dinding tiub nipis; kelajuan perjalanan yang tidak konsisten pada kimpalan orbit	Pemeriksaan visual; radiografi dalam kes terpilih	Segera melalui-kebocoran dinding; pembaziran tiub setempat
Laluan Kebocoran Minimum (MLP) tidak mencukupi	Di bawah-kedalaman kimpalan bersaiz berbanding pengiraan reka bentuk; reka bentuk bersama tidak dipadankan dengan pengeluaran	Pemeriksaan bahagian-makro pada pembesaran 10x–20x	Sambungan tidak memenuhi asas kekuatan/kebocoran{0}}yang dikira reka bentuk
Keliangan	Kelembapan, minyak atau sebatian lukisan yang terperangkap; liputan gas pelindung yang tidak mencukupi	Pemeriksaan penembusan visual dan cecair	Keratan rentas kimpalan berkesan-dikurangkan; tapak permulaan kebocoran yang berpotensi
HAZ retak	Kekangan daripada sink haba lembaran tiub tebal; kimia logam asas atau pengisi yang mudah terdedah	Pemeriksaan penembus cecair; bahagian-makro; persampelan bot pada sendi suspek	Perkembangan kebocoran progresif, selalunya selepas kitaran haba berulang dalam perkhidmatan

Mod kegagalan dan kaedah pengesanan selaras dengan keperluan ASME Bahagian IX QW-193.1 dan pengalaman medan industri mengenai fabrikasi dan pembaikan penukar haba shell-dan-tiub.

Pengalaman medan merentas aplikasi pemulihan sulfur, penapisan dan proses penyejukan menunjukkan bahawa kebocoran tiub berulang-ke-lembaran tiub kerap dikesan kembali kepada kekurangan penembusan dan kekurangan pelakuran yang diperkenalkan semasa kecacatan pembikinan asal - yang sukar dikesan dengan NDE pengeluaran sahaja dan yang cenderung untuk mendedahkan diri mereka sendiri hanya selepas akar terma yang tidak terperangkap.

Laluan Kebocoran Minimum ialah jarak terpendek, dalam mana-mana arah, daripada akar tiub-ke-kimpalan helaian tiub ke permukaan bebas yang terdekat, dan ini penting kerana dimensi itu yang mengawal sama ada kekuatan-sendi dikimpal sebenarnya boleh mengandungi tekanan dan menghalang-pencemaran silang - semasa reka bentuk yang tidak sempurna dapat memenuhi asas visual yang lemah.

MLP disahkan dengan membahagikan mockup kelayakan melalui diameternya, mendedahkan bahagian-rentas kimpalan dan mengukur laluan bercantum pada pembesaran 10x hingga 20x berbanding minimum yang dikira daripada asas reka bentuk.

Nilai MLP maksimum yang dikreditkan dihadkan pada ketebalan dinding tiub, tidak kira berapa banyak logam kimpalan tambahan yang dimendapkan melebihi dimensi tersebut.

Calar membujur pada permukaan luar tiub atau lubang lubang tiub dianggap sebagai risiko yang lebih tinggi semasa penilaian mockup, kerana calar yang selari dengan sambungan boleh mencipta laluan kebocoran yang memintas zon gabungan kimpalan sepenuhnya.

Oleh kerana MLP hanya boleh disahkan secara merosakkan - dengan memotong mockup wakil - ia disahkan semasa kelayakan prosedur dan bukannya pada setiap sambungan pengeluaran. Inilah sebabnya mengapa kawalan proses yang berdisiplin dan boleh berulang semasa kimpalan pengeluaran adalah sangat penting: sebaik sahaja WPS layak dengan MLP yang ditunjukkan, kimpalan pengeluaran mesti dilaksanakan dalam sampul pembolehubah penting yang sama-untuk kekal sah.

Peperiksaan visual jujukan pemeriksaan berlapis -, ujian penembus cecair dan ujian kebocoran helium - menangkap sebahagian besar tiub-ke-kecacatan helaian tiub sebelum berkas penukar haba ditutup dan diletakkan dalam perkhidmatan, dengan ujian kebocoran helium menawarkan kepekaan tertinggi untuk melalui-kebocoran dinding jenis ini.

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

Pemeriksaan visual dilakukan pada setiap kimpalan pengeluaran sebagai-skrin lulus pertama untuk terbakar-laluan, gabungan tidak lengkap dan keliangan permukaan.

Ujian penembus cecair, yang dilakukan mengikut ASME Bahagian V Artikel 6, mengesan-rekahan pecah permukaan dan keliangan yang tidak dapat dilihat dengan mata tanpa bantuan, dan biasanya digunakan pada kedua-dua laluan akar dan akhir.

Ujian kebocoran helium memberi tekanan kepada penukar dengan 5–10 psi helium dan menggunakan spektrometer jisim untuk mengesan kadar kebocoran yang jauh lebih kecil daripada yang boleh diselesaikan oleh ujian hidrostatik, kerana atom helium cukup kecil untuk melalui ketakselanjaran yang tidak akan melepasi air. Ujian ini biasanya dilakukan selepas semua kimpalan-hujung tiub tetapi sebelum pengembangan tiub, supaya hanya kimpalan - bukan pengembangan mekanikal - sedang dinilai.

Tiada kaedah tunggal menangkap setiap mod kecacatan: ujian penembusan visual dan cecair berkesan untuk-ketakselanjaran bersambung permukaan, tetapi kekurangan gabungan bawah permukaan atau MLP bersaiz kecil hanya boleh disahkan dengan pembahagian makro-yang merosakkan semasa kelayakan. Inilah sebabnya mengapa ujian kelayakan dan NDE pengeluaran adalah pelengkap dan bukannya kelayakan - yang berlebihan membuktikan prosedur itu mampu menghasilkan sambungan yang baik dan NDE pengeluaran mengesahkan bahawa keupayaan telah dilaksanakan secara konsisten merentas kiraan tiub penuh.

Ketelitian kelayakan tiub-ke-tubesheet lebih penting daripada kimpalan paip biasa kerana satu kecacatan sistematik yang ditemui selepas fabrikasi boleh memerlukan-tiub semula keseluruhan berkas, dan kerana setiap penukar mungkin mengandungi ratusan hingga ribuan sambungan individu yang dikimpal di bawah prosedur yang sama - bermakna ia tidak menghasilkan satu- bahagian bawah yang tidak baik, dan ia tidak menghasilkan satu- bahagian bawah yang buruk. menghasilkan banyak.

Kecacatan kimpalan lilitan paip biasanya merupakan pembaikan terpencil. Sebaliknya, mod kecacatan tiub-ke-tubesheet didorong oleh prosedur yang cacat atau teknik yang tidak layak: jika reka bentuk sambungan, input haba atau langkah penyediaan permukaan yang menyebabkan satu kegagalan digunakan secara konsisten merentasi berkas, setiap sambungan yang dikimpal di bawah keadaan tersebut disyaki.

Melabur dalam WPS yang layak dengan betul, pengimpal yang terlatih dan diuji secukupnya, serta jujukan pemeriksaan pengeluaran yang berdisiplin ialah -laluan kos yang lebih rendah dengan margin yang luas berbanding dengan menemui - selepas permulaan, atau lebih teruk lagi, selepas beberapa tahun kitaran haba dalam perkhidmatan - bahawa sebahagian besar daripada berkas tiub mesti diganti.

Q: Adakah ASME Bahagian VIII Bahagian 1 memerlukan QW-kelayakan mockup 193 untuk kimpalan tiub-ke-tubesheet?

A: No. Bahagian 1 meninggalkan QW-193 sebagai pilihan pengilang; ujian kimpalan alur bagi setiap QW-202.2 dan QW-202.4 adalah alternatif yang diterima melainkan spesifikasi teknikal pelanggan memerlukan laluan mockup.

Q: Berapakah bilangan tiub yang mesti dikimpal dan diuji untuk melayakkan prosedur tiub-ke-helaian tiub secara mockup?

A: Sekurang-kurangnya lima kimpalan mockup mesti dihasilkan dan kelima-limanya mesti lulus pemeriksaan visual, penembus cecair dan makro-setiap QW-193.2. Sebarang kegagalan tunggal membatalkan keseluruhan mockup, memerlukan kimpalan semula yang lengkap.

Q: Apakah Laluan Kebocoran Minimum dan mengapa ia dihadkan pada ketebalan dinding tiub?

A: Laluan Kebocoran Minimum ialah jarak bercantum terpendek dari akar kimpalan ke permukaan bebas yang terdekat. Ia dihadkan pada ketebalan dinding tiub kerana itu ialah had fizikal keratan rentas-ketat kebocoran sambungan, tidak kira berapa banyak logam kimpalan tambahan yang dimendapkan.

Q: Bolehkah pengimpal layak menggunakan tiub kimpalan kupon kimpalan alur-ke-sambungan tiub di bawah WPS yang layak oleh mockup QW-193?

A: Ya, apabila kod pembinaan yang berkenaan tidak sendiri memerlukan QW-193 untuk kelayakan prestasi. Kelayakan prosedur dan kelayakan prestasi dianggap sebagai keperluan saling eksklusif di bawah ASME Seksyen IX.

Q: Mengapakah ujian kebocoran helium diutamakan berbanding ujian hidrostatik untuk kimpalan tiub-ke-tubesheet?

A: Saiz atom Helium yang kecil membolehkannya melepasi ketakselanjaran yang tidak akan dikesan oleh ujian hidrostatik (air), memberikan ujian kebocoran helium dengan kepekaan yang lebih tinggi untuk mengenal pasti sambungan tiub marginal atau separa bercantum-ke-sebelum dimulakan.