بازرسی تعمیرات دیگ بخار

دیگ بخار یا بویلر به تجهیزی اطلاق می‌شود که در محیط‌های صنعتی وظیفه تولید بخار را بر عهده دارد. این تجهیزات به علت شرایط سخت کاری نیاز به نگهداری دوره‌ای منظم دارند. اگرچه بازرسی دیگ بخار  الزامی بوده و بایستی برای هر دیگ بخار در هنگام ساخت و سالیانه انجام پذیرد، اما این بازرسی‌ها صرفاً احتمال نیاز به تعمیرات را کاهش خواهند داد. در صورت بروز هرگونه مشکل برای دیگ بخار، تعمیرات آن  پروسه‌ای تخصصی است و نیازمند دانش فنی و تجربه بالایی‌ست. به علت تخصصی بودن این تعمیرات و همچنین ارزش ریالی بالای دیگ بخار، خدمات بازرسی تعمیرات دیگ بخار بسیار حائز اهمیت می‌شوند. بازرسی تعمیرات دیگ بخار به کلیه فعالیت‌های بازرسی حین تعمیرات از جمله تهیه دستورالعمل تعمیرات،انتخاب فرآیند جوشکاری و مواد مصرفی مناسب، ‌تست جوشکار، نظارت بر برشکاری و لبه‌سازی،‌ نظارت بر فرآیند پیش‌گرم، رعایت اصول جوشکاری بین پاسی،‌ بازرسی جوش بین پاسی، بررسی عدم بروز ترک سرد، نظارت بر سرعت سرد شدن جوش، تست NDT و تست هیدرواستاتیک اطلاق می‌شود. شرکت ناظر بر تعمیرات بایستی در محل تعمیرات ،بازرس مستقر داشته و کلیه مراحل ذکر شده در حین انجام تعمیرات را زیر نظر داشته باشد.

بازرس حین فرآیند تعمیرات، چشم بینای کارفرما در کلیه مراحل تعمیرات بویلر است. شرکت ارائه دهنده خدمات بازرسی تعمیرات دیگ بخار به هیچ وجه در مراحل انتخاب پیمانکار تعمیرات دخل و تصرفی نداشته و صرفاً ناظر بر مراحل فنی انجام تعمیرات جهت حصول بهترین نتیجه می‌باشد.

در این مقاله با کمک یک مثال واقعی، ترک پوسته دیگ بخار و مراحل بازرسی تعمیرات دیگ بخار را به تفصیل بررسی می‌کنیم. مراحل این بازرسی‌ها و الزامات قانونی آن در استانداردهای مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. بازرس حین فرآیند تعمیرات، چشم بینای کارفرما در کلیه مراحل تعمیرات بویلر است. شرکت ارائه دهنده خدمات بازرسی تعمیرات دیگ بخار به هیچ وجه در مراحل انتخاب پیمانکار تعمیرات دخل و تصرفی نداشته و صرفاً ناظر بر مراحل فنی انجام تعمیرات جهت حصول بهترین نتیجه می‌باشد. در این مقاله با کمک یک مثال واقعی، ترک پوسته دیگ بخار و مراحل بازرسی تعمیرات دیگ بخار را به تفصیل بررسی می‌کنیم. مراحل این بازرسی‌ها و الزامات قانونی آن در استانداردهای مختلف مورد بررسی قرار گرفته است.

به طور کلی بازرسی تعمیرات دیگ بخار شامل شش مرحله است که هریک به تفکیک شرح داد خواهد شد. این شش مرحله به ترتیب عبارتند از:

۱- تعیین الزامات اجرا و تدوین دستورالعمل اجرایی

• ارزیابی مؤلفه‌های شکست و عیب
  تعیین وضعیت مناسب دسترسی برای جوشکاری
  تعیین کد و استاندارد مربوطه بر اساس شرایط کاری
  تهیه دستورالعمل تعمیرات (WPS,PQR,WPQ) برای اجرای شرایط کاری
  تدوین و اجرای دستورالعمل بازرسی جهت تعمیرات دیگ بخار (ITP)
  انتخاب فرآیند جوشکاری
  انتخاب مواد مصرفی مناسب
  تائید صلاحیت جوشکار ( WQT & WPQ)

۲- حصول اطمینان از رفع عیوب و آماده سازی برای اجرا

• نظارت بر روش‌های قابل اجرای برشکاری و لبه‌سازی
  بازرسی بصری فرآیند برشکاری جهت اطمینان از رفع عیوب

۳- نظارت بر اجرای فرآیند تعمیرات و جوشکاری

• نظارت بر فرآیند پیش‌گرم و حرارت ورودی
  رعایت اصول جوشکاری بین پاسی
  بازرسی جوش بین پاسی و روش‌های انجام آن
  اتمام جوشکاری و نظارت بر سرعت سرد شدن جوش (Cooling Rate)
  بررسی برای تشخیص لزوم عملیات حرارتی پس از جوشکاری (PWHT)

۴- بازرسی‌های غیر مخرب و تست هیدرواستاتیک

• بازرسی نهایی پس از اتمام جوشکاری و روش‌های آن
  بررسی عدم بروز ترک سرد پس از گذشت حداقل دو روز از جوشکاری
  تست NDT نهایی
  تست هیدرواستاتیک

۵- تهیه و تنظیم مستندات

• تهیه و تائید تمامی دستورالعمل‌های اجرایی
  جمع آوری مستندات بازرسی و گزارشات آن

طبق دستورالعمل ایمنی دیگ‌های بخار و ظروف تحت فشار صادره توسط مرکز تحقیقات و تعلیمات حفاظت فنی و بهداشت کار در خصوص تعمیرات اساسی دیگ‌های بخار و ظروف تحت فشار (نظیر تعویض کوره، شبکه یا لوله)، این تجهیزات بایستی پس از تعمیرات اساسی توسط مراجع مورد تایید سازمان ملی استاندارد مجدداً از نظر استاندارد بودن مورد بررسی قرار گرفته و گواهی‌نامه دریافت نمایند.

نمونه ما، دیگ بخار تولید شرکت Robbie Lincoln ، با سال ساخت ۱۹۸۷،ظرفیت kg/hr 30,000  و فشار کارکرد BAR 17 می‌باشد. ضخامت پوسته حدود ۲۸ mm و ضخامت شبکه ۳۲ mm است. در اینجا به بررسی و تحلیل پروسه بازرسی تعمیرات آن می‌پردازیم. برای شروع در ابتدا عکس‌های قبل و بعد از تعمیرات را در زیر مشاهده کنید.

همانطور که در شکل می‌بینید محل تغذیه آب بویلر به علت نشتی در طی سالیان زیاد به دفعات تحت جوشکاری قرار گرفته و مجدداً‌ نشتی برطرف نشده است. قویاً معتقدیم تعمیرات اصولی‌ که هم اکنون بر روی این دیگ بخار انجام شد اگر در ابتدای شروع نشتی انجام می‌شد الان شاهد گسترش مشکل به شکل فعلی نبودیم.از دلایل متعدد  بروز چنین وضعیتی می‌توان به رعایت نکردن اصل نگهداری، تحت تنش بودن ،خستگی و خوردگی خطی و عمومی، خزش، دمای بیش ار حد، اعمال حرارت غیر اصولی در تعمیرات (عملیات حرارتی و پیرسختی)، حمله هیدروژنی که همگی از عوامل اصلی بروز ترک سرد در حین سرویس هستند، اشاره کرد.

همه این عوامل نهایتاً موجب نشت هیدروژن در بین دانه‌ها و درشت شدن آنها و نتیجتاً باعث شکست و ترک پوسته می‌شوند. این پدیده هنگامی رخ می‌دهد که یک محیط خورنده هیدروژنی تحت تنش کششی قرار گرفته و باز شدن دهانه باعث عمق ترک خواهد شد. تکرار این پدیده در طول زمان در نوک ترک باعث گذر از استحکام نهایی (UTS)  فلز شده و در نتیجه دچار شکست ناگهانی و ترک خوردگی می‌گردد.

بنا بر آثار موجود در عکس‌ها و تعمیرات غیر اصولی انجام پذیرفته طی سالیان گذشته، اعمال حرارت بیش از حد (در حین جوش) و تغییر ریز ساختارهای آلیاژی فلز موجب شده که پدیده ترک در محل رخ دهد. برطرف کردن این مشکل باید به صورت ریشه‌ای بوده و تمامی جوش‌های اضافه بایستی برداشته شده تا به فلز اصلی برسیم. پس از رسیدن به فلز اصلی،‌ از روش‌های مختلف NDT بهره گرفته می‌شود تا محل و میزان دقیق ترک مشخص گردد. پس از مشخص شدن ابعاد، اندازه و عمق ترک، بایستی ترک را  با روشهای مختلف سنگ زنی کاملاً  از روی فلز برداریم. پس از این مرحله بایستی گودی ایجاد شده را با رعایت تمامی شرایط ذکر شده در این مقاله پر نماییم. به اینکار در اصطلاح بیلد آپ (Build Up) می‌گوییم.

یکی از این احتیاط‌های حیاتی حین تعمیرات، رعایت کردن دمای پیش گرم و کنترل انتقال حرارت ورودی در حین جوشکاری می‌باشد. اهمیت این مرحله از آن جهت است که هر مقدار حرارت ورودی در منطقه جوشکاری و در منطقه HAZ و اطراف آن به حداقل برسد، نتیجتاً در ریزساختار متالورژی فلز آسیب کمتری خواهیم داشت و فلز کمتر دچار درشت دانگی و میل به تغییر فاز ناخواسته خواهد داشت. با رعایت این مورد مهم به جوشکاری بی نقص و عیبی خواهیم رسید، همچنین ترک سرد هم اجاز رشد و شیوع نخواهد داشت.

بررسی مستندات بصری و رویه های بازرسی لازم الاجرا در روند بازرسی تعمیرات دیگ بخار به تفکیک در چند دسته به شرح ذیل معرفی می‌شوند.

• بازرسی چشمی ابتدایی از محل عیب
• بازرسی چشمی و ذرات مغناطیسی (MT) پس از لایه برداری جوشکاری غیر اصولی قبلی
• بازرسی چشمی و مایعات نافذ (PT) پس از برشکاری تا انتهای رفع عیوب
• بازرسی پیش‌گرم  و شروع جوشکاری (این مرحله شامل پیش‌گرم الکترودها و عوامل جوشکاری نیز می‌شود.)
• بازرسی چشمی و رعایت دمای بین پاسی و همچنین بازرسی مایعات نافذ (PT) برای تشخیص بروز عیب در بین پاسها
• بازرسی چشمی پس از اتمام جوشکاری و تائید آن و اجازه برای بقیه روش‌های بازرسی مانند ذزات مغناطیسی و تست اولتراسونیک  (UT) ابتدایی
• بازرسی چشمی و مایعات نافذ و تست اولتراسونیک پس از حداقل  دو روز از انجام جوشکاری به علت احتمال بروز ترک سرد
• تست هیدرواستاتیک

یکی از وظایف مهم پیمانکار بازرسی تعمیرات دیگ بخار، جمع آوری مستندات بازرسی و ثبت روند پیروی از دستورالعمل و رویه اجرایی تعمیرات می‌باشد.

در ادامه تمامی مراحل بازرسی تعمیرات دیگ بخار را برای نمونه فوق با عکس تشریح می‌کنیم.

با انتخاب صحیح استاندارد مربوطه و تهیه دستورالعمل و پارامتر‌های اجرایی منطبق بر همان استاندارد ، می‌توانیم به پارامترهای اجرایی دقیق و بی‌نقصی برسیم.در این قسمت تعدادی از استانداردهای پیشنهادی برای تعمیرات دیگ بخار نام برده شده است. یادآور می‌شود که برای دانلود این استانداردها می‌توانید به صفحه استاندارد و راهنما مراجعه نمایید.

• API موسسه نفت امریکا
• API 653  تعمیرات مخازن ذخیره‌ای
• API 570 بازرسی و تعمیر سیستم‌های لوله‌کشی در سرویس
• API 1107  تعمیر و نگهداری خطوط لوله
• API 1110  هیدروتست خطوط لوله
• ASNT  انجمن آزمایش‌های غیر مخرب آمریکا
• ASME انجمن مهندسین امریکا
• B 31.3  لوله‌کشی صنعتی
• Sec V NDT
• Sec VIII محدوه پذیرش
• Sec IX  نوشتن دستورالعمل و اجرای دستورالعمل (WPS, PQR)
• AWS  انجمن جوشکاری امریکا
• A 2.4 علائم جوشکاری
• A 5.1 ,5.31  توضیحات مواد مصرفی
• ASTM  انجمن مهندسین مواد آمریکا

در انتخاب فرآیند جوشکاری توجه به چند نکته بسیار حائز اهمیت است:

• حرارت ورودی Heat Input
• کنترل HAZ
• جلوگیری از تنش‌های حرارتی و تغییر ساختار فلز پایه
• محیط اجرایی تعمیرات دیگ بخار

پس از تعیین پارامترهای ذکر شده، فرآیند جوشکاری انتخابی بایستی هم در دسترس بوده و هم برای تعمیرات مورد نظر نیز قابلیت اجرا داشته باشد.

می توان از جمله فرآیندهای قابل استفاده در تعمیرات مثال زد :

1. GTAW : Gas Tungsten Arc Welding
2. SMAW: Shielded  Metal Arc Welding
3. GMAW: Gas Metal Arc Welding
4. FCAW: Flux  Core Arc Welding

در حین پروسه جوشکاری یکی از اصلی‌ترین کارها جلوگیری از درشت شدگی و تغییر ریزساختار فلز می‌باشد. با رعایت کردن چند پارامتر به راحتی می‌توان در این زمینه به نتیجه دلخواه رسید. این پارامترها به ترتیب به این شرح هستند:

• دمای پیش‌گرم در جوشکاری
• کنترل حرارت ورودی  (Heat Input)
• رعایت دمای بین پاسی و اصول جوشکاری بین پاسی
• آهنگ سرد شدن (Cooling Rate)
• عملیات حرارتی پس از جوشکاری (Post Weld Heat Treatment (PWHT

جوشکاری بدون طی کردن درست مراحل پیش‌گرم باعث تغییر در ساختار فلز خواهد شد. حال آنکه پیش‌گرم کردن در قطعات تعمیری باعث شکل‌گیری تغییرات فازی یکنواخت و هم سو شده و این امر از تغییر فاز در اطراف حوضچه جوش جلوگیری نموده و جوش مطلوب و بی نقص حاصل خواهد شد.

رعایت دمای بین پاسی و اصول جوشکاری بین پاسی نیز در کنار رعایت اصول پیش‌‌گرم و به همان اندازه مهم هستند. در صورت عدم رعایت اصول جوشکاری بین پاسی عیوب بسیار بیشتری می‌تواند حادث شود. رعایت اصول جوشکاری بین پاسی به معنای رعایت فاصله زمانی بین هر پاس جوشکاری می‌باشد. این زمان باعث دستیابی به نرخ سرد شدن (Cooling Rate) مناسب و جلو گیری از درشت دانه‌گی و تغییر ساختار فازی و پیرسختی می‌شود. پس از عملیات جوشکاری عملیات مهم‌تری به نام (Post Weld Heat Treatment (PWHT  وجود دارد. در این پروسه اگر در هر مرحله از جوشکاری عیوبی در فلز ایجاد شده باشد برطرف می‌گردد.