Kaynak sonrası ısıl işlem, tekerlekli ocak fırınları için en zorlu uygulamalardan biridir ve bu işlemde hata yapmanın maliyeti, arızalı basınçlı kaplar, reddedilen ısı eşanjörleri ve yüz binlerce dolar değerindeki hurdaya çıkarılan ağır imalatlarla ölçülür.
MONTE INTELLIGENCE, Çin, Güneydoğu Asya ve Orta Doğu'daki imalatçılara kaynak sonrası ısıl işlem (PWHT) uygulamaları için tekerlekli ocaklı fırınlar tedarik etmektedir. Bu fırınlar, 5 tonluk basınçlı kap gövdelerinden 80 tonluk reaktör kolonlarına kadar değişen kaynaklı parçaları işleyebilmektedir. Bu makale, başarılı bir PWHT fırınını bir sorun teşkil eden durumdan ayıran fırın tasarım gereksinimlerini, prosedürel disiplini ve kod uyumluluk dokümantasyonunu ele almaktadır.
Kaynak sonrası ısıl işlem (PWHT), ana metal kalınlığı belirtilen sınırları aştığında, çalışma ortamında hidrojen veya gerilim korozyonu oluştuğunda veya tasarım şartnamesi kod gerekliliklerinden bağımsız olarak bunu gerektirdiğinde, yapı kodları (basınçlı kaplar için ASME Bölüm VIII, proses boruları için ASME B31.3, yapısal kaynak için AWS D1.1) tarafından zorunlu kılınır. PWHT'nin amacı, kaynaktan kaynaklanan artık gerilimleri azaltmak, ısıdan etkilenen bölgenin mikro yapısını iyileştirmek ve bazı durumlarda hidrojen kaynaklı çatlama riskini azaltmaktır.
Kaynak sonrası ısıl işlem (PWHT) için termal çevrim, fırının hassas bir şekilde gerçekleştirmesi gereken üç aşamadan oluşur. İlk olarak, ısıtma aşaması; fırın, iş parçasının sıcaklığını ortam sıcaklığından istenen sıcaklığa kontrollü bir hızda yükseltmelidir. ASME Bölüm VIII, 315°C'nin üzerinde saatte maksimum 222°C'ye kadar, inç cinsinden kalınlığa bölünmüş saatte maksimum 222°C'lik bir ısıtma hızı belirtir. 50 mm (2 inç) kalınlığındaki bir kaynak parçası için bu, 315°C'nin üzerinde saatte maksimum 111°C'lik bir ısıtma hızı anlamına gelir.
İkinci olarak, bekletme aşaması — iş parçası belirtilen bekletme sıcaklığında minimum bir süre tutulmalıdır. ASME Bölüm VIII, kalınlığın her 25 mm'si (1 inç) için minimum bir saat, en az 30 dakika bekletme süresi belirtir. Bekletme sıcaklığı, ana malzemeye bağlıdır. P-No. 1 karbon çelikleri için minimum bekletme sıcaklığı 593°C (1100°F)'dir. P-No. 4 Cr-Mo çelikleri için ise krom içeriğine bağlı olarak 675-730°C arasında değişir.
Üçüncüsü, soğutma aşamasıdır; iş parçası, bekleme sıcaklığından 315°C'nin altına kontrollü bir hızda soğutulmalıdır. Maksimum soğutma hızı, inç cinsinden kalınlığa bölünen saatte 278°C'dir; 315°C'nin üzerinde saatte maksimum 278°C'ye kadar çıkabilir. 315°C'nin altında ise iş parçası durgun havada soğutulabilir.
Bu ısıtma ve soğutma hızı gereksinimleri, PWHT fırın tasarımını zorlu hale getiren unsurlardır. Yukarıda bahsedilen 80 tonluk reaktör kolonu için, 100 mm kaynak kalınlığıyla, 315°C'nin üzerindeki maksimum ısıtma hızı saatte sadece 56°C'dir. Toplam PWHT döngüsü (ortam sıcaklığından 620°C'ye ısıtma, 4 saat bekletme, 315°C'ye soğutma) 28-32 saat sürer. Fırın, tüm bu döngü boyunca iş parçasının tüm uzunluğu ve kesiti boyunca sıcaklık homojenliğini korumalıdır.
Sıcaklık homojenliği, PWHT kalitesini belirleyen fırın performans parametresidir. ASME Bölüm VIII, çoğu malzeme için, ısıtma süresi boyunca iş parçasının herhangi iki noktası arasındaki sıcaklık farkının 65°C'yi (150°F) geçmemesini şart koşmaktadır. Bir tekerlekli ocak fırınındaki 12 metre uzunluğundaki reaktör kolonunda bu homojenliği sağlamak, dikkatli brülör yerleşimi, devridaim fanı tasarımı ve kontrol bölgesi bölümlendirmesi gerektirir.
Genellikle büyük PWHT tekerlekli ocaklı fırınları, her biri kendi brülörüne veya ısıtma elemanına, kendi termokupl girişine ve kendi PID kontrolcüsüne sahip, bağımsız olarak kontrol edilen 4 ila 8 sıcaklık bölgesine ayırırız. Bölge kontrolcüler, bölgeler arası sıcaklık farklarını izin verilen sınırlar içinde tutarken, belirtilen ısıtma ve soğutma hızlarını korumak için ayar noktası yükseltmesini koordine eden merkezi bir denetleyici kontrolcü ile iletişim kurar.
Termokupl yerleştirme ve bağlantı, kontrol zincirindeki ölçüm halkasıdır. Yönetmelik, termokuplların fırın atmosferinde serbestçe dolaşmak yerine iş parçasına sabitlenmesini gerektirir. Kalın kesitler için, termokupllar kaynak bölgesine sabitlenmelidir çünkü sıcaklık en kritik noktadadır. Bağlantı yöntemleri arasında kapasitif deşarj kaynağı (kalıcı termokupllar için tercih edilir), hortum kelepçeleri (daha küçük parçalarda geçici termokupllar için) ve tel bağlar (zorlu geometriler için) bulunur.
Gerekli termokupl sayısı, iş parçasının boyutuna ve kod gereksinimlerine bağlıdır. ASME Bölüm VIII, iş parçasının ilk 3 metresi için en az bir termokupl ve her ek 3 metre için bir termokupl olmak üzere toplamda en az üç termokupl gerektirir. 10 metrelik bir kap için dört termokupl gereklidir. Her termokupl, çevrim boyunca sıcaklığı yazdıran veya kaydeden kalibre edilmiş bir kaydediciye bağlanmalıdır.
Kalibrasyon, PWHT kalite güvencesinin belgesel temelidir. PWHT için kullanılan her termokupl, önceki 12 ay içinde izlenebilir bir standarda göre kalibre edilmelidir. Sıcaklık kaydedici, önceki 6 ay içinde kalibre edilmelidir. Fırının kendisi, AMS 2750 veya eşdeğer bir standarda göre, yük altında gerekli homojenliği sağladığını doğrulamak için yıllık olarak sıcaklık homojenliği incelemesinden (TUS) geçmelidir.
Yük konfigürasyonu, fırın tasarımı kadar sıcaklık homojenliğini de etkiler. Fırın duvarına yakın yerleştirilen bir iş parçası, merkeze yerleştirilen bir iş parçasından farklı bir sıcaklığa maruz kalabilir. Geri dönüş hava akışını engelleyen bir iş parçası, aşağı yönde soğuk bir nokta oluşturabilir. PWHT spesifikasyonu, bu endişeleri ele alan bir yükleme diyagramı içermeli ve taşıma arabası, bir döngüden diğerine tutarlı yükleme sağlamak için iş parçası destekleri için işaretlenmiş konumlar içermelidir.
MONTE INTELLIGENCE tekerlekli ocaklı PWHT fırınları, bu yönetmelik gereklilikleri göz önünde bulundurularak tasarlanmıştır. Standart tasarımımız, çok bölgeli sıcaklık kontrolü, yüksek hacimli devridaim fanları (tipik olarak dakikada 3-6 devridaim), kalibre edilmiş termokupl girişleri ve gerekli yönetmelik dokümantasyonunu otomatik olarak oluşturan veri kayıt sistemlerini içerir.
Üretim gereksinimlerinize özel bir PWHT fırını teklifi için helenxu@cnlymonte.com adresinden iletişime geçin.
