بررسی جوشکاری اجزای مختلف مخزن

استفاده از بهترین فرآیند جوشکاری مخازن تحت فشار ممکن برای جوش های بادوام که عاری از ایراد هستند بسیار مهم است. ارزش بازار مخازن تحت فشار تنها در ایالات متحده 11 میلیارد دلار است. مخازن از فرآوری مواد غذایی و تخمیر گرفته تا ذخیره سازی زباله های هسته ای و فرآوری دارویی و در صنایع بی شماری برای ذخیره و انتقال مایعات و گازها تحت فشار بالا استفاده می شوند. با توجه به ماهیت بحرانی مخازن تحت فشار، جوش های مورد استفاده در ساخت آنها تحت یک فرآیند کنترل کیفیت و تضمین دقیق، از جمله بازرسی اشعه ایکس، آزمایش اولتراسونیک و انواع دیگر آزمایش های غیر مخرب (NDT) قرار می گیرند. اگر جوش مخزن تحت فشار نتواند این فرآیندهای کنترل کیفیت و تضمین کیفیت و آزمایش های غیر مخرب را برآورده کند، اصلاح انعکاس جوش معیوب می تواند هم دشوار و هم پرهزینه باشد.

عوامل تاثیر گذار فرآیند جوشکاری

работни обувки fw34 steelite lusum s1p 38
normamascellani.it
covorase man
bayern münchen spieler
karl sneakers
addobbi fai da te matrimonio
prestonstadler.com
spoločenské šaty pre moletky
fingateau.com
lifeonthevineministries.com

استفاده از بهترین فرآیند جوشکاری مخازن تحت فشار امری لازم و ضروری است. یک جوش بادوام، عاری از عیوب مانند تخلخل و آخال‌ها را بهبود می‌بخشد. این به نوبه خود به کارگاه‌های آموزش جوشکاری کمک می‌کند تا پروژه‌های سودآور و کسب و کار تکراری ایمن را ارائه دهند. بنابراین، بالاترین بهره وری و بالاترین کیفیت فرآیند برای ساخت مخازن تحت فشار یک سؤال بسیار گسترده است و عوامل بالقوه زیادی در پاسخ به آن تأثیر می گذارد.

کد و مشخصات جوشکاری

اولین عاملی که باید در نظر بگیرید کد یا مشخصات مشتری است که باید رعایت شود. مشخصات ممکن است تعیین کند که کدام فرآیندهای جوشکاری، هر گونه آماده سازی مورد نیاز، و همچنین نوع آزمایش مورد نیاز برای تأیید کیفیت، استحکام و دوام جوش ها مجاز است و کدام فرآیندها مناسب نیستند. بر اساس این مشخصات، ممکن است لازم باشد مجموعه جدیدی از سوابق صلاحیت رویه مخصوص کار (PQR) را تهیه کنید. در این مرحله  ممکن است لازم باشد تخصص خود را به مشتری خود ارائه دهید و مناسب ترین ماده را برای نیازهای آنها بر اساس معیارهایی مانند مقاومت در برابر خوردگی، دوام برای چرخه های گرمایش و سرمایش و فشار کاری مورد نیاز محتویات توصیه کنید. .

نوع و ضخامتی ماده جوش

دومین عاملی که در انتخاب گزینه برای جوش مخازن تحت فشار باید در نظر گرفته شود، نوع موادی است که باید جوش داده شوند. شما باید این سوالات را در نظر بگیرید:

1. اگر ماده مقاوم در برابر خوردگی باشد، آیا می توانم به طور موثر آن را از هر کار فولاد کربنی جدا نگه دارم؟
2. آیا تجهیزاتی برای تشکیل بدنه رگ ها در ضخامت مشخص شده دارم؟
3. فرآیند جوشکاری بهینه برای این ماده چیست؟
4. چگونه می توانم آن فرآیند جوشکاری را تا حد امکان کارآمد کنم؟
5. آیا برای دستیابی به بیشترین بازده ممکن باید از رویکرد چند فرآیندی استفاده کنم؟
6. آیا می توانم فرآیند جوشکاری را برای ثبات و سرعت خودکار کنم؟
7. زمان اجرای پروژه چقدر است؟
8. چند مخزن باید جوش داده شود و در چه بازه زمانی؟

سومین عاملی که باید در نظر گرفت تعداد مخازنی است که باید جوش داده شوند، این که آیا این یک پروژه یکباره است یا تولید مداوم، و بازه زمانی تحویل چقدر است. نکات و سوالاتی که در این خصوص باید در نظر بگیرید شامل موارد زیز می شود:

1. کدام فرآیند جوشکاری بهترین کیفیت را ارائه می دهد؟
2. کدام فرآیند جوشکاری بیشترین قوام را ایجاد می کند؟
3. کدام فرآیند جوشکاری سریعترین نتایج را ارائه می دهد؟
4. چه ترکیبی از موارد فوق، در صورت وجود، ایده آل است؟
5. چه قسمت هایی از کار را می توان با اتوماسیون جوش داد؟

فرآیندهای متداول برای جوشکاری مخازن

هنگامی که سه عامل ذکر شده در بالا را در نظر گرفتید، به طور کلی سه فرآیند اصلی را برای جوشکاری  مخازن تحت فشار در نظر خواهید گرفت:

GTAW یا  TIG

 GTAW معمولی یک فرآیند ذوب است که معمولاً منجر به یک حوضچه جوش وسیع و کم عمق می شود. مخفف گاز تنگستن جوشکاری قوسی یا گاز بی اثر تنگستن (Tig). در این نوع جوشکاری از مخزن و گاز بی اثر برای محافظت از جوش استفاده می شود. در GTAW، الکترود تنگستن قوس را حمل می کند اما مصرف نمی شود، برخلاف GMAW و SMAW که در آن الکترود مصرف می شود. این نوع جوش بیشترین مهارت را دارد زیرا تفنگ در یک دست و میله پرکننده در دست دیگر است.

 TIG معمولی معمولاً به جریان‌های کمتر از 250 آمپر محدود می‌شود، زیرا آمپر بالاتر (در نتیجه فشار قوس بالا) سطح حوضچه جوش را فشرده می‌کند و یک حوضچه جوش ناپایدار و متلاطم ایجاد می‌کند. حد بالایی عملی برای جوشکاری تک پاس GTAW معمولاً 2 میلی متر در نظر گرفته می شود. فراتر از این ضخامت، معمولاً یک پاس ریشه V-groove اعمال می شود و به دنبال آن پاس های پرکننده اعمال می شود. آماده سازی شیار ماشینکاری شده به خاطر قوام فرآیند ترجیح داده می شود که هزینه را افزایش می دهد و فلز مفصل حذف شده باید با فلز پرکننده جایگزین شود. اتصالات اریب دستی اغلب منجر به نتایج جوشکاری متناقض می شود. قوس با چگالی انرژی پایین قابلیت نفوذ محدودی دارد و پاس‌های ریشه و پر با سرعت حرکت آهسته انجام می‌شوند که معمولاً منجر به عبور جوش‌ها و زمان‌های جوش طولانی می‌شود.

جوش K-TIG

این پیچیده ترین فرآیند جوشکاری قوس الکتریکی است. بسیار حساس است و سطوح دقیق پلاسما و گازهای محافظ برای تشکیل جت پلاسما و محافظت از دهانه مورد نیاز است. این نیاز به تنظیم دقیق و نگهداری مکرر دارد. جوش پلاسما به اپراتورهای بسیار آموزش دیده برای پیکربندی و نظارت بر بسیاری از پارامترها، حفظ سیستم و اطمینان از تغییرات مکرر الکترود نیاز دارد. حد بالایی عملی برای جوشکاری تک پاسی PAW معمولاً 8 تا 10 میلی‌متر در نظر گرفته می‌شود، اگرچه معمولاً برای پاس‌های ریشه از 4 میلی‌متر تا 6 میلی‌متر و به دنبال آن پاس‌های پرکننده با استفاده از TIG/GTAW استفاده می‌شود.

K-TIG. یک نوع چگالی انرژی بالا از GTAW، K-TIG (Keyhole TIG) یک فناوری جوشکاری با سرعت بالا، تک پاس و نفوذ کامل است که تا 100 برابر سریع‌تر از جوشکاری TIG در مواد تا ضخامت 5/8 اینچ (16 میلی‌متر) جوش می‌شود. ، و معمولاً با سرعت دو برابر جوش پلاسما عمل می کند. این فرآیند در طیف گسترده ای از کاربردها کار می کند و به ویژه برای مواد با رسانایی پایین تر مانند فولادهای زنگ نزن، آلیاژهای نیکل، آلیاژهای تیتانیوم و بیشتر مواد مقاوم در برابر خوردگی و عجیب و غریب مناسب است. جوش های طولی و محیطی را روی لوله، صفحه، قرقره، مخزن و سایر کاربردها در یک پاس انجام می دهد که شامل مواد زیر می شود:

1. تیتانیوم تا 5/8 اینچ (16 میلی متر) ضخامت
2. فولاد ضد زنگ تا ضخامت ½ اینچ (13 میلی متر).
3. آلیاژهای نیکل و آلیاژهای فوق العاده تا ضخامت ½ اینچ (13 میلی متر).
4. فولاد کربنی با کیفیت بالا تا ضخامت ¼ اینچ (6 میلی متر).

زمان‌های جوشکاری بسیار سریع K-TIG منجر به کاهش چشمگیر هزینه‌های نیروی کار، زمان چرخه جوشکاری، هزینه‌های بازسازی و تعمیر، مصرف گاز و برق می‌شود. جوش های تک پاس و نفوذ کامل آن به طور قابل توجهی سنگ زنی و کار مجدد را کاهش داده یا از بین می برند. این فرآیند به طور چشمگیری نیاز به سیم را کاهش می دهد یا حذف می کند، کج شدن لبه را حذف می کند و فقط به یک اتصال لب به لب مربعی نیاز دارد، اما همچنین می تواند به تمام آماده سازی های استاندارد GTAW جوش داده شود. هیچ شکاف ریشه ای مورد نیاز نیست. این نسخه بسیار تصفیه شده از فرآیند TIG/GTAW توسط سازمان تحقیقات علمی و صنعتی مشترک المنافع دولت استرالیا (CSIRO؛ کانبرا، استرالیا) توسعه یافته است و بی سر و صدا توسط برخی از سازنده ترین سازندگان و بزرگترین سازندگان مخازن در جهان پذیرفته شده است.

K-TIG دارای 8 برابر نفوذ GTAW است و به آن اجازه می دهد تا جوش های با کیفیت اشعه ایکس را در مواد تا ضخامت 5/8 اینچ (16 میلی متر) در یک پاس بدون نیاز به لبه ها انجام دهد. جوش های حاصل تا 100 برابر سرعت TIG/GTAW معمولی انجام می شود. مصرف گاز بیش از 90 درصد کاهش می یابد و مصرف سیم تا 90 درصد کاهش می یابد یا به طور کامل حذف می شود. فیزیک این فرآیند چگالی انرژی بالایی را در قوس جوش ایجاد می‌کند و به آن اجازه می‌دهد تا یک سوراخ کلید را باز کند و به طور کامل به مواد در حال جوش نفوذ کند و با سرعت بالا جوش بخورد. به حداقل رساندن انرژی سطح مرتبط با هندسه سوراخ کلید و خروج نسبتاً نامحدود گازهای قوس با هم ترکیب می شوند تا یک حوضچه جوش بسیار پایدار و خوش خیم ایجاد کنند. فلز مذاب درون حوضچه جوش به دلیل کشش سطحی ایجاد شده توسط این فرآیند از سقوط از سطح ریشه جلوگیری می کند.

اگر از جوش پلاسما برای ساخت فولاد ضد زنگ، دوبلکس یا سوپر دوبلکس 3 میلی‌متر تا 13 میلی‌متر (1/8 اینچ تا 13/32 اینچ) استفاده می‌کنید، به احتمال زیاد می‌توانید از اتخاذ این فرآیند سود قابل توجهی ببرید.. شما احتمالاً در حال انجام یک جوش درز طولی و به دنبال آن دو جوش محیطی هستید و میزان عیب غیرقابل قبولی را تجربه می کنید.

برخلاف جوشکاری پلاسما، فرآیند K-TIG ساده است. ساختار قوس و سوراخ کلید به طور خود به خود ایجاد می شود و به طور خودکار توسط کنترل کننده در سراسر جوش حفظ می شود. هیچ نازل یا روزنه پلاسما وجود ندارد، نیازی به تراز دقیق الکترود نیست، فقط یک گاز جوش استفاده می شود، سرعت جریان حیاتی نیست، و مشعل ها بسیار قوی هستند.

بازرسی  جوشکاری مخازن بر اساس API 650

مخازن فولادی جوش لب به لب برای دهه ها محل اصلی در زمینه تجهیزات ثابت و ساخت مخازن ذخیره سازی روی زمین بوده است. در حدود سال 1936، مخازن فولادی جوش داده شده به عنوان روش ترجیحی در ساخت مخازن ذخیره سازی جدید روی زمین، از مخازن پرچ شده پیشی گرفتند. در راستای این تغییر، استانداردهای API برای راهنمایی ساخت چنین مخازنی برای ایمنی کافی و صرفه اقتصادی معقول منتشر شد. در حال حاضر در نسخه دوازدهم، API 650 استاندارد فعلی است که مخازن فولادی جوش داده شده بر اساس آن ساخته می شوند. این استاندارد حداقل الزامات مربوط به مواد، طراحی، ساخت، نصب، جوشکاری و بازرسی برای ساخت مخزن ذخیره سازی جدید در سطح زمین را پوشش می دهد.

به دنبال این روند در ساخت مخازن ذخیره جوشی جدید، بین سال های 1960 تا 1990 بسیاری از مخازن پرچ شده قدیمی بریده شدند و به عنوان مخازن جوشکاری بازسازی شدند. پس از شکست فاجعه بار مخزن بازسازی شده در سال 1986، جذابیت اقتصادی این فرآیند کمتر شد. در ژانویه 1991، استاندارد API 653 منتشر شد و به معیارهایی پرداخت که تانک های جوش داده شده یا پرچ شده باید برچیده و بازسازی شوند. این استاندارد همچنین نیاز به بازرسی، تعمیرات یا تغییرات مخازن موجود را مورد توجه قرار می دهد.

در ساخت مخازن ذخيره سازي فولاد جوشي روي زمين مي توان از فرآيندهاي مختلف جوشكاري استفاده كرد. جوشکاری قوس فلزی محافظ (SMAW) یا بهتر به نام جوشکاری چوبی (قوس الکتریکی) فرآیند جوشکاری پیشرو بود و هنوز هم امروزه برای ساخت مخازن ذخیره سازی روی زمین بسیار رایج است. فرآیند SMAW همه کاره است و بسیار مناسب با محیط کار در میدان است.

جوشکاری قوس زیردریایی (SAW) در اوایل دهه 1980 در صنعت مخازن رایج شد. این فرآیند بر روی کف و سقف‌ها و اتصالات پوسته جوش داده شده لب به لب استفاده شد. اولین استفاده از این فرآیند سالها آموزش برای ایجاد روشی برای جوشکاری که از تخلخل زیر سطح جوش پاک باشد، طول کشید. بسیاری از مخازن سازان این روش جوشکاری در کف را به دلیل عدم توانایی در کنترل رطوبت از سمت پایین صفحات لبه کنار گذاشتند. با این حال، استفاده از پیش گرم کردن در فصل زمستان، این روش را به روشی بسیار موفق برای جوش دادن درزهای دور (دور) که یک لایه پوسته را به دیگری متصل می کند، تبدیل کرده است. این روش جوشکاری که به جوشکاری سه ساعته (۳ ساعته) معروف است، نفوذ تمیز و صافی را ارائه می دهد و جوش یکنواخت تری را ارائه می دهد. جوش قوس غوطه‌ور به خوبی با دو صفحه‌ای که به هم متصل می‌شوند ترکیب و ادغام می‌شوند و همچنین جوش‌هایی با کیفیت اشعه ایکس را فراهم می‌کنند.

الزامات بررسی اجزای جوشکاری مخازن

بخش 9 API 650 مستلزم این است که تمام جوشکاری در مخازن ذخیره سازی در سطح زمین مطابق با مشخصات روش جوش (WPS) سازنده و ثبت صلاحیت رویه پشتیبانی (PQR) انجام شود. اپراتورهای جوش مطابق با رویه های جوشکاری سازندگان مخزن آزمایش و گواهی می شوند. جوش روی مخازن ذخیره سازی روی زمین تازه ساخته شده تحت انواع مختلف بازرسی قرار می گیرد.

آزمایش رادیوگرافی (اشعه ایکس) برای اثبات تطابق اپراتورهای جوشکاری با روش جوشکاری انجام می شود. روش رادیوگرافی در اتصالات جوش لب به لب پوسته، اتصالات لب به لب صفحه حلقوی و اتصالات نوع فلاش با اتصالات لب به لب استفاده می شود. این روش در اتصالات لبه پایین و سقف، اتصالات زاویه بالا، گلوگاه های راه راه، اتصالات پوسته به پایین، اتصالات ساختاری و لوازم جانبی استفاده نمی‌شود. جوش هایی که توسط رادیوگرافی مورد بررسی قرار می گیرند، طبق استانداردهای بخش هشتم ASME قابل قبول یا غیرقابل قبول ارزیابی می شوند. بخش 8 API 650 معیارهایی را برای تعیین تعداد ضربات انجام شده برای هر اپراتور جوش بر اساس ضخامت، تعداد دوره های پوسته، تعداد اتصالات T و پایه های خطی جوش های عمودی و افقی تکمیل شده ارائه می دهد.

تمام جوش های پوسته مخزن نیز باید از هر دو طرف اتصال تمیز و به صورت بصری بررسی شوند تا مطمئن شوید که اتصالات جوش عاری از عیوب مانند دهانه ها، سوراخ های پین، زیر برش و زیر پر شدن هستند. تقویت یا روکش بیش از حد جوش باید صاف و صاف شود، همراه با حذف تمام ضربات قوس، پاشیدگی جوش، جابجایی و فرزهای تسمه داربست تا شامل جایگزینی هر فلز اصلی که ممکن است در فرآیند برداشتن تسمه های براکت، مهره ها و نصب تجهیزات از بین رفته باشد.

تست جعبه خلاء رایج ترین روش برای آزمایش درزهای جوش کف مخزن برای نشتی است. قبل از انجام آزمایش خلاء باید دقت کرد که تمام جوش های کف از نظر بصری کامل و عاری از هر گونه سرباره، سوراخ های جوش و سایر عیوب مانند سوراخ ها، زیر بریدگی و زیر پر شدن بررسی شوند.

اتصال پوسته به پایین به همان روش بصری بررسی می شود. هنگامی که یک طرف اتصال جوش کامل شد، رایج ترین آزمایش جوش استفاده از یک سیال با نقطه اشتعال بالا مانند سوخت دیزل به طرف مقابل است. سپس طرف جوش داده شده برای هر گونه علائم قابل مشاهده فتیله بررسی می شود. در صورت نیاز به هرگونه تعمیر، آزمایش سیال نافذ مجدداً قبل از جوشکاری طرف دیگر انجام می شود.

لوازم دوره تجهیزات ثابت از جمله نازل های ورودی و خروجی، نیز باید بررسی بصری خوبی داشته باشند تا از عاری بودن جوش ها اطمینان حاصل شود. سپس فشار هوا از طریق یک سوراخ رزوه ای لوله یک چهارم اینچی در پد مجدد اعمال می شود. سپس کف صابون بر روی همه طرف پد مجدد و هر دو طرف نفوذ، جایی که جوش نازل لوله را به پوسته متصل می کند، برس زده یا اسپری می شود. جوش ها از نظر بصری برای حباب های هوای کوچکی که به محلول صابون نفوذ می کنند بررسی می شوند.

هنگامی که جوش های یک مخزن ذخیره جدید در بالای زمین تمام این فرآیندهای بازرسی جوش را پشت سر بگذارند، مخزن آماده سرویس است. اگر در طول عمر مخزن به تعمیرات نیاز باشد، روش های بازرسی جوش مشابهی برای نوع خاصی از تعمیر جوش انجام شده استفاده می شود.

تکنیک ها و ملاحظات جوشکاری مخازن ذخیره نفت

ذخیره سازی نفت برای مدت کوتاهی به کالایی تبدیل شد که ارزش آن از خود نفت بیشتر بود. شوک‌های اقتصادی ناشی از همه‌گیری ویروس کرونا احتمالاً برای مدتی ادامه خواهند داشت و تولیدکنندگان نفت نمی‌توانند به سادگی شیر آب را ببندند، به این معنی که کاهش تقاضای نفت ممکن است برای مدتی ادامه یابد.

با توجه به دشواری یافتن و صلاحیت جوشکاران با تجربه برای ساخت مخازن ذخیره نفت، فرآیندهای جوشکاری خودکار کلید تامین تقاضا برای ذخیره سازی نفت فله خواهد بود. فرآیندهای جوشکاری اوربیتال می تواند به تولیدکنندگان مخازن ذخیره نفت جوشکاری کمک کند تا تقاضای ناگهانی را برآورده کنند و ظرفیت ذخیره سازی تولیدکنندگان را در آینده افزایش دهند. اگرچه قرنطینه‌های ویروس کرونا در حال پایان است، ظرفیت ذخیره‌سازی اضافی احتمالا همچنان در تقاضای بالایی خواهد بود.

استانداردها و طراحی جوش مخازن ذخیره نفت

ساخت و ساز ذخیره سازی نفت در ایالات متحده توسط استانداردهای صادر شده توسط موسسه نفت آمریکا (API) و انجمن ملی مهندسین خوردگی (NACE) اداره می شود. استانداردهای API مربوطه – API 650، API 620 و API 12D  به ترتیب بر مخازن نفت جوش داده شده، مخازن جوش داده شده بزرگتر با فشار داخلی بالاتر، و ساخت و نصب مخازن جوش داده شده در میدان که بیشتر در تولید بالادست استفاده می شوند، کنترل می کنند. این سه استاندارد به طور کامل جوش مخازن ذخیره نفت را پوشش می دهند. استانداردهای NACE MR0175 و MR0103 فقط به طور مماس به مخازن ذخیره نفت جوشکاری مربوط می شوند. نگرانی اصلی آنها ترک خوردگی استرس سولفید در تجهیزات نفتی در محیطی است که به آن محیط ترش می گویند.

اصطلاحات نفت شیرین و نفت ترش به محتوای سولفید هیدروژن نفت خام از منابع مختلف اشاره دارد. نفت خام شیرین حاوی نسبتاً کمی سولفید هیدروژن و دی اکسید کربن است، در حالی که نفت خام ترش دارای نسبت های بالایی از سولفید هیدروژن و دی اکسید کربن است که می تواند فولاد را به شدت خورده کند. به همین دلیل، استانداردهای NACE MR0175 و MR103 فولادهای ضد زنگ کم کربن، آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی مانند Inconel® و Monel®، و پوشش لوله‌ها و شیرهای فولادی با آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی را مشخص می‌کنند. جوشکاری این مواد بسیار دشوارتر از جوشکاری فولادهای کربنی است.

استانداردهای API بسیار گسترده تر هستند، اما تمایل دارند یک محیط عملیاتی شیرین را در نظر بگیرند. ماده ای که آنها بیشتر به آن توجه دارند فولاد پر کربن است. از آنجایی که فولادهای کربنی برخی از رایج ترین انواع فلزات جوش داده شده هستند، رعایت این استانداردها نسبتاً ساده است. API 620 متداول ترین استاندارد در بین این استانداردها است. این استاندارد جوشکاری لبه ای مخازنی که با فشار تا 15 PSI و در دمای کمتر از 250 درجه فارنهایت کار می کنند را پوشش می دهد .

نیاز مبرمی به ذخیره سازی برای هر دو نوع نفت وجود دارد اینکه کدام یک از استانداردهای ذکر شده در بالا برای مخزن یا سایت خاصی اعمال می شود بستگی به شیرین یا ترش بودن نفت خامی دارد که با آن کار می شود دارد.

منابع:

https://resources.arcmachines.com/welding-oil-storage-tanks-techniques-and-considerations-ami/

https://www.fabricatingandmetalworking.com/2018/02/processes-for-welding-tanks-and-pressure-vessels/

https://mmitank.com/millwright-industrial-services/tank-welding-techniques/

https://heartlandtankservices.com/2021/05/18/api-650-tank-joint-welding-inspection-for-field-erected-asts/