용접 후 열처리는 보기형 노로에서 가장 까다로운 공정 중 하나이며, 잘못될 경우 압력 용기 불량, 열교환기 불량, 수십만 달러에 달하는 중장비 폐기 등의 손실이 발생할 수 있는 분야입니다.
몬테 인텔리전스는 중국, 동남아시아 및 중동 지역의 제조업체에 용접 후 열처리(PWHT)용 보기형 노를 공급해 왔습니다. 이 노는 5톤급 압력 용기 외피부터 80톤급 반응기 컬럼에 이르는 다양한 용접 구조물을 처리할 수 있습니다. 본 기사에서는 성공적인 PWHT 노를 구축하고 문제 발생을 방지하기 위한 노 설계 요건, 절차 준수 및 관련 규정 문서에 대해 다룹니다.
용접 후 열처리(PWHT)는 모재 두께가 규정된 한계를 초과하거나, 사용 환경에 수소 부식이나 응력 부식이 발생할 가능성이 있거나, 규정 요건과 관계없이 설계 사양에서 요구하는 경우 등 건설 규정(압력 용기의 경우 ASME Section VIII, 공정 배관의 경우 ASME B31.3, 구조 용접의 경우 AWS D1.1)에 따라 필수적으로 수행해야 합니다. PWHT의 목적은 용접으로 인한 잔류 응력을 감소시키고, 열영향부의 미세 구조를 안정화하며, 경우에 따라 수소 부식으로 인한 균열 발생 위험을 줄이는 것입니다.
용접 후 열처리(PWHT)의 열 사이클은 로가 정확하게 수행해야 하는 세 단계로 구성됩니다. 첫 번째는 가열 단계로, 로는 공작물의 온도를 주변 온도에서 목표 온도까지 제어된 속도로 상승시켜야 합니다. ASME 섹션 VIII에서는 최대 가열 속도를 두께(인치)로 나눈 값인 시간당 222°C로 규정하고 있으며, 315°C 이상에서는 최대 시간당 222°C를 초과할 수 없습니다. 두께가 50mm(2인치)인 용접부의 경우, 315°C 이상에서는 최대 시간당 111°C의 가열 속도를 허용합니다.
둘째, 유지 단계입니다. 가공물은 지정된 유지 온도에서 최소 시간 동안 유지되어야 합니다. ASME 섹션 VIII에서는 두께 25mm(1인치)당 최소 1시간의 유지 시간을 규정하고 있으며, 최소 유지 시간은 30분입니다. 유지 온도는 모재에 따라 다릅니다. P-No. 1 탄소강의 경우 최소 유지 온도는 593°C(1100°F)입니다. P-No. 4 크롬-몰리브덴강의 경우 크롬 함량에 따라 675~730°C 범위입니다.
셋째, 냉각 단계입니다. 공작물은 유지 온도에서 315°C 이하로 제어된 속도로 냉각되어야 합니다. 최대 냉각 속도는 315°C 이상에서 시간당 278°C를 두께(인치)로 나눈 값입니다. 315°C 이하에서는 공작물을 정지된 공기 중에서 냉각할 수 있습니다.
용접 후 열처리(PWHT)로 설계는 이러한 가열 및 냉각 속도 요구 사항 때문에 매우 까다롭습니다. 앞서 언급한 80톤 규모의 반응기 컬럼의 경우, 용접 두께가 100mm일 때 315°C 이상으로 가열할 수 있는 최대 속도는 시간당 56°C에 불과합니다. 전체 PWHT 사이클(상온에서 620°C까지 가열, 4시간 유지, 315°C까지 냉각)은 28~32시간이 소요됩니다. 이 사이클 동안 로는 공작물의 전체 길이와 단면에 걸쳐 온도 균일성을 유지해야 합니다.
온도 균일성은 용접 후 열처리(PWHT) 품질을 결정하는 용광로 성능 매개변수입니다. ASME 섹션 VIII에서는 대부분의 재료에 대해 열처리 기간 동안 공작물의 두 지점 사이의 온도 차이가 65°C(150°F)를 초과해서는 안 된다고 규정하고 있습니다. 보기형 노에 설치된 12미터 길이의 반응탑에서 이러한 균일성을 달성하려면 버너 배치, 재순환 팬 설계 및 제어 구역 분할을 신중하게 고려해야 합니다.
일반적으로 대형 PWHT 대차형 노는 4~8개의 독립적으로 제어되는 온도 구역으로 나뉘며, 각 구역에는 자체 버너 또는 발열체, 열전대 입력부, 그리고 PID 컨트롤러가 있습니다. 구역 컨트롤러는 중앙 관리 컨트롤러와 통신하여 설정 온도 상승을 조정함으로써 지정된 가열 및 냉각 속도를 유지하고 구역 간 온도 차이를 허용 범위 내로 유지합니다.
열전대 배치 및 부착은 제어 체인의 측정 연결 고리입니다. 규정에 따르면 열전대는 가공물에 부착되어야 하며, 용광로 분위기에 그대로 노출되어서는 안 됩니다. 두꺼운 부품의 경우, 열전대는 용접 부위에 부착해야 하는데, 이 부위가 온도가 가장 중요한 지점이기 때문입니다. 부착 방법으로는 정전 용량 방전 용접(영구 열전대에 적합), 호스 클램프(소형 부품의 임시 열전대용), 케이블 타이(불규칙한 형상용) 등이 있습니다.
필요한 열전대 개수는 가공물의 크기와 관련 규정에 따라 다릅니다. ASME 섹션 VIII에서는 가공물 길이의 처음 3미터까지는 최소 1개의 열전대를, 이후 3미터마다 1개씩 추가하여 총 최소 3개의 열전대를 사용하도록 규정하고 있습니다. 10미터 길이의 용기에는 4개의 열전대가 필요합니다. 각 열전대는 사이클 전체에 걸쳐 온도를 기록하거나 출력하는 교정된 기록 장치에 연결되어야 합니다.
교정은 PWHT 품질 보증의 문서적 기반입니다. PWHT에 사용되는 모든 열전대는 지난 12개월 이내에 추적 가능한 표준을 사용하여 교정되어야 합니다. 온도 기록계는 지난 6개월 이내에 교정되어야 합니다. 용광로는 AMS 2750 또는 이와 동등한 표준에 따라 매년 온도 균일성 조사(TUS)를 실시하여 부하 조건에서 요구되는 균일성을 달성하는지 확인해야 합니다.
적재 배치는 용광로 설계만큼이나 온도 균일성에 큰 영향을 미칩니다. 용광로 벽에 가까이 배치된 공작물은 중앙에 배치된 공작물과 온도가 다를 수 있습니다. 재순환 공기 흐름을 막는 공작물은 하류에 저온 지점을 발생시킬 수 있습니다. PWHT 사양에는 이러한 문제점을 고려한 적재 배치도가 포함되어야 하며, 대차에는 공작물 지지대 설치 위치가 표시되어 있어 각 사이클 간 일관된 적재가 보장되어야 합니다.
몬테 인텔리전스 보기형 열처리로는 이러한 규정 요건을 염두에 두고 설계되었습니다. 당사의 표준 설계에는 다중 구역 온도 제어, 대용량 재순환 팬(일반적으로 분당 3~6회 재순환), 교정된 열전대 입력 및 필요한 규정 문서를 자동으로 생성하는 데이터 로깅 시스템이 포함됩니다.
귀사의 제작 요구사항에 맞는 PWHT(후열처리)로 견적을 받으시려면 helenxu@cnlymonte.com으로 문의하십시오.
