زیادہ سے زیادہ قابل اجازت ورکنگ پریشر 316 سٹینلیس سٹیل شیتھڈ ہیٹنگ ٹیوب ویلڈڈ اینڈ کیپ بند ہونے پر حاصل کرنے سے پہلے برداشت کرتا ہے

ویلڈ جوائنٹ - دباؤ کے تحت نلی نما ہیٹر ڈیزائن میں کمزور لنک

316 سٹینلیس سٹیل شیتھڈ الیکٹرک ہیٹنگ ٹیوبوں کا زیادہ سے زیادہ قابل اجازت ورکنگ پریشر (MAWP) پریشرائزڈ سسٹمز میں استعمال کیا جاتا ہے جیسے کہ ان{1}} لائن پروسیس ہیٹر، ہائی پریشر آٹوکلیو یا بھاپ پیدا کرنے والے برتن سیدھی ٹیوب کی دیوار سے شاذ و نادر ہی محدود ہوتے ہیں۔ سب سے بڑا تناؤ کا ارتکاز اور پیداوار یا پھٹنے کے لیے سب سے کم مارجن والا جزو، تاہم، ویلڈڈ اینڈ کیپ بندش ہے جو اندرونی مزاحمتی تار اور میگنیشیم آکسائیڈ موصلیت کو محدود کرنے کے لیے میان پر مہر لگاتا ہے۔ ویلڈ کی جیومیٹری، دخول کی گہرائی، گرمی سے متاثرہ زون (HAZ) کا نرم ہونا اور ویلڈنگ سے باقی ماندہ تناؤ والے فیلڈز کو ملا کر اس دباؤ کا تعین کیا جاتا ہے جس پر آخر کی ٹوپی کھینچتی ہے یا ویلڈ کے قریب میان کی دیوار خراب ہوتی ہے۔ یہ مضمون ویلڈ ڈیزائن کے معیار کی بنیاد پر 316 شیتھڈ ہیٹرز کے محفوظ ورکنگ پریشر کا تعین کرنے کے لیے ایک قابل مقدار طریقہ پیش کرتا ہے، جس سے انجینئر کو قابل حساب حفاظتی عوامل کے ساتھ پریشرائزڈ آپریشن کے لیے ہیٹر کی وضاحت کرنے کی اجازت ملتی ہے۔

ویلڈیڈ اینڈ کیپ جنکشن پر تناؤ کے ارتکاز کا طریقہ کار

عام طور پر 316 انکیسڈ ہیٹر اینڈ کیپ بندش ایک فلیٹ یا گنبد والی 316 سٹینلیس سٹیل ڈسک ہوتی ہے جو سیدھی ٹیوب میان کے طواف میں ویلڈیڈ ہوتی ہے۔ ویلڈ فلیٹ ویلڈ (ٹیوب کے بیرونی قطر کو اوور لیپ کرنے والا) یا بٹ ویلڈ (ٹیوب کی دیوار کے ساتھ ٹوپی کی موٹائی سے مماثل) ہو سکتا ہے۔ اندرونی دباؤ کے تحت ٹیوب کی دیوار میں تناؤ کی تقسیم پتلی-پریشر-ویسل ہوپ اسٹریس فارمولے سے دی جاتی ہے: \\sigma_{hoop}={\\rm P}D_{mean}/ 2t جہاں P اندرونی دباؤ ہے، D_{mean} اوسط قطر ہے اور t دیوار کی موٹائی ہے۔ 1.5 ملی میٹر دیوار کے ساتھ 10 ملی میٹر OD ٹیوب کے لیے (مطلب قطر 8.5 ملی میٹر، t=1.5 ملی میٹر) 10 MPa (100 بار) پر ہوپ کا دباؤ تقریباً 28 MPa- 205 MPa کی 316 پیداوار کی طاقت سے کم ہے، لیکن ہم دس عناصر کے رقبہ میں تین حفاظتی رقبہ میں اضافہ کرتے ہیں۔ سب سے پہلے، ویلڈ ٹو (ویلڈ میٹل اور ٹیوب کی سطح کے درمیان چوراہا) ایک جیومیٹرک نشان بناتا ہے جس میں تناؤ کے ارتکاز کے عنصر (K t ) کے ساتھ عموماً 2.5 سے 4.0 تک ہوتا ہے، ویلڈ پروفائل پر منحصر ہوتا ہے۔ دوم، قریبی ویلڈ گرمی سے متاثرہ زون (HAZ) میں اناج کو کھرچنے اور ٹھنڈے کام کے نقصان کی وجہ سے پیداوار کی طاقت کو کم کیا گیا ہے، ناقص ریگولیٹڈ ویلڈز میں 205 MPa سے 150-170 MPa تک کم ہے۔ تیسرا، ویلڈ کولنگ کے بقایا تناؤ، عام طور پر 100-200 MPa، لاگو دباؤ کے دباؤ میں اضافہ کرتے ہیں اور نظریاتی ٹیوب کے پھٹنے والے دباؤ سے نیچے کے دباؤ پر بھی مقامی کل تناؤ کی پیداوار سے تجاوز کر سکتے ہیں۔ نتیجہ یہ ہے کہ ویلڈڈ اینڈ کیپ جوائنٹ عام طور پر دباؤ کے 30-50٪ دباؤ پر گر جاتا ہے جو سیدھے ٹیوب والے حصے میں پیداوار کا سبب بنتا ہے۔

ویلڈ جیومیٹری اور معیار کی سطح پر مبنی مقداری دباؤ کی درجہ بندی

316 انکیزڈ ہیٹر میں ویلڈڈ اینڈ کیپ ہے اور محفوظ آپریٹنگ پریشر کا تعین ویلڈ جیومیٹری اور ویلڈ کی دخول کے معیار سے کیا جاتا ہے۔ ہیٹر کی پیداوار میں ویلڈز کو عام طور پر تین اقسام میں تقسیم کیا جاتا ہے۔ ایک کم سے کم فلیٹ ویلڈ (ویلڈ ٹانگ کی لمبائی 0.7 x ٹیوب کی دیوار کی موٹائی) ناکافی دخول کے ساتھ سب سے کم دباؤ کی درجہ بندی دیتا ہے، عام طور پر ہیٹر کو 2-3 MPa (20-30 بار) تک محدود کرتا ہے، چاہے ٹیوب خود 15-20 MPa کو برداشت کرنے کے قابل ہو۔ ہموار سموچ کے ساتھ ایک مکمل دخول بٹ ویلڈ اور بغیر کسی انڈر کٹ کے، جس کے بعد ویلڈ کے بعد تناؤ سے نجات، دباؤ کی درجہ بندی سیدھے ٹیوب کی درجہ بندی کے 70-80% تک پہنچ سکتی ہے۔ کلیدی پیرامیٹر ویلڈ جوائنٹ کی کارکردگی کا عنصر ہے جسے پریشر ویسل کوڈز (مثلاً ASME سیکشن VIII، ڈویژن 1) میں ویلڈ کی طاقت اور دھات کی بنیادی طاقت کے تناسب کے طور پر بیان کیا گیا ہے۔ بغیر کسی خامی کے ریڈیوگراف شدہ مکمل دخول ویلڈ کے لیے عام مشترکہ کارکردگی 0.85 سے 1.00 ہے۔ ریڈیوگرافک معائنہ کے بغیر فلیٹ ویلڈ کی کارکردگی 0.50-0.65 تک کم ہو گئی ہے۔ ان عوامل کو کمرے کے درجہ حرارت پر روایتی 10 ملی میٹر OD x 1.5 ملی میٹر وال 316 میان کے لیے زیادہ سے زیادہ اجازت شدہ کام کے دباؤ میں ترجمہ کیا گیا ہے جس میں پیداوار کی بنیاد پر حفاظتی عنصر 3.0 ہے۔

ویلڈ ٹائپ ویلڈ جوائنٹ ایفیشینسی انسپیکشن کا طریقہ پوسٹ ویلڈ ہیٹ ٹریٹمنٹ ایم اے ڈبلیو پی @ 20 ڈگری (ایم پی اے / بار) ایم اے ڈبلیو پی @ 200 ڈگری (ایم پی اے / بار، طاقت کے نقصان کی وجہ سے ڈیریٹڈ) سروس ایپلی کیشنز تجویز کردہ
0.35 کم سے کم فلیٹ، جزوی دخول صرف بصری کوئی نہیں 2.5 ایم پی اے (25 بار) 1.8 ایم پی اے (18 بار) اوپن ٹینک، کم پریشر سرکولیشن ہیٹر
معیاری فلیٹ ٹانگ کی لمبائی مکمل 0.50 بصری + ڈائی پینیٹرینٹ کوئی نہیں 3.5 MPa (35 بار) 2.5 MPa (25 بار) واٹر/گلائیکول سسٹمز، درمیانہ دباؤ
مکمل دخول بٹ ویلڈ، زمینی ہموار 0.70 ڈائی پینیٹرینٹ + ریڈیو گرافی (اسپاٹ) تناؤ سے نجات (400 ڈگری، 1h) 5.0 MPa (50 بار) 3.5 MPa (35 بار) ہائی پریشر پراسیس ہیٹر، ہائیڈرولک سسٹم
بیکنگ رنگ کے ساتھ مکمل دخول بٹ ویلڈ 0.85 100 % ریڈیو گرافی مکمل حل اینیلنگ (1040 ڈگری + بجھانے). 6.0 MPa (60 bar). 4.2 MPa (42 bar)۔ آٹوکلیو، سپر گرم پانی، بھاپ
گنبد والا اختتامی ٹوپی (اٹوٹ، کوئی ویلڈ نہیں) 1.00 N/A (ہموار) N/A (بطور-ڈرا یا اینیلڈ) 7.5 MPa (75 بار) 5.2 MPa (52 بار) زیادہ سے زیادہ دباؤ کی درجہ بندی خاص ڈیزائن
MAWP اور کریپ رپچر کنڈریشنز پر درجہ حرارت کا اثر

مندرجہ بالا جدول میں دباؤ کی درجہ بندی کمرے کے درجہ حرارت پر سروس کے لیے ہے. 316 سٹینلیس سٹیل کی پیداوار کی طاقت بہت کم ہوتی ہے اور بلند درجہ حرارت پر رینگنے کی مزاحمت ہوتی ہے۔ 100 ڈگری کے لیے پیداوار کی طاقت تقریباً 5-10%، 200 ڈگری کے لیے تقریباً 15-20%، 300 ڈگری کے لیے تقریباً 30-35% اور 400 ڈگری کے لیے تقریباً 45-55% کم ہو جاتی ہے۔ بلند درجہ حرارت پر پریشرائزڈ سروس میں ہیٹر کے لیے، MAWP کو درجہ حرارت پر پیداوار کی طاقت کے تناسب سے عام درجہ حرارت پر طاقت حاصل کرنے کے لیے ڈیریٹ کیا جائے گا۔ زیادہ اہم بات یہ ہے کہ 450 ڈگری سے زیادہ درجہ حرارت پر مسلسل کام کرنے کے لیے (انکیزڈ ہیٹر میں غیر معمولی لیکن گیس ہیٹنگ ایپلی کیشنز میں تصور کیا جا سکتا ہے)، پیداوار کے بجائے رینگنا پھٹ جانا محدود مسئلہ بن جاتا ہے۔ 500 ڈگری پر 316 سٹینلیس سٹیل کی 10,000-hr کریپ ٹوٹنے کی طاقت تقریباً 100 سے 120 MPa ہے، اس کے مقابلے میں تقریباً 140 MPa کی پیداواری طاقت ہے۔ ہیٹر کے لیے مخصوص ڈیزائن کے دباؤ کے لیے (پیداوار پر 3.0 کے حفاظتی عنصر کے ساتھ)، 500 ڈگری پر اجازت شدہ تناؤ 140/3=47 MPa ہو جاتا ہے، لیکن 500 ڈگری پر 10,000 گھنٹے کے لیے کریپ ٹوٹنے کا دباؤ تقریباً 100 MPa ہے- اس لیے رینگنے کا دباؤ نہیں ہوتا۔ تاہم، 550 ڈگری پر 10,000 گھنٹے کی کریپ ٹوٹنے کی طاقت 60-70 MPa تک کم ہو جاتی ہے، جو ڈیزائن کے دباؤ سے کم ہو سکتی ہے۔ اگر کوئی انجینئر 400 ڈگری سے زیادہ پریشرائزڈ سروس کے لیے بتا رہا ہے، تو اسے کریپ رچر ڈیٹا کی درخواست کرنی چاہیے یا مزید ڈیریٹ کرنا چاہیے۔

ویلڈ کی سالمیت اور پریشر ہولڈنگ کو یقینی بنانے کے طریقے

پریشر ڈیزائن کے ساتھ ہیٹر کے ویلڈڈ اینڈ کیپس کی تصدیق کے لیے، یہ ثابت کرنے کے لیے چار طریقہ کار استعمال کیے جاتے ہیں کہ دباؤ کی درجہ بندی حسب ضرورت ہے۔ پہلا اور سب سے یقینی ہائیڈروسٹیٹک پروف ٹیسٹنگ ہے۔ ہیٹر کو پانی یا تیل کے ساتھ 1.5× MAWP پر دباؤ دیا جاتا ہے، اور دباؤ میں کمی یا واضح رساو کو دیکھتے ہوئے اسے 10-30 منٹ تک رکھا جاتا ہے۔ یہ ٹیسٹ ہیٹر کے لیے نقصان دہ ہے (اندرونی MgO نمی جذب کر لے گا اگر کوئی رساو، حتی کہ چھوٹا بھی ہو) اور عام طور پر پروڈکشن ہیٹر کے بجائے نمونہ یونٹس پر کیا جاتا ہے۔ دوسرا طریقہ ہیلیم لیک ٹیسٹ ہے۔ ہیٹر پر ہیلیم کے ساتھ دباؤ ڈالا جاتا ہے اور اسے ماس اسپیکٹومیٹر سے منسلک ویکیوم چیمبر میں رکھا جاتا ہے۔ 1×10⁻⁷ mbar·L/s سے کم کی رساو کی شرح ہائی پریشر سروس کے لیے موزوں ہرمیٹک مہر کی نشاندہی کرتی ہے۔ تیسرے طریقہ میں نامکمل دخول، پوروسیٹی، یا دراڑ کے لیے ویلڈ کی ریڈیوگرافک تشخیص شامل ہے۔ ہر ہیٹر پر 100% ریڈیو گرافی اور ہیلیم لیک ٹیسٹنگ کا امتزاج اہم ایپلی کیشنز میں زیادہ سے زیادہ اعتماد فراہم کرتا ہے۔ چوتھا طریقہ میٹالرجیکل کراس ہے-ہر پروڈکشن لاٹ سے ایک نمونہ ویلڈ کا سیکشن کرنا تاکہ دخول کی گہرائی کی پیمائش کی جا سکے اور HAZ کے دراڑ یا فیوژن کی عدم موجودگی کی جانچ کی جا سکے۔ پریشرائزڈ سسٹمز کے لیے ہیٹر کے خواہشمند صارفین کے لیے، مخصوص ویلڈ تکنیک کی اہلیت کے ساتھ مطابقت کا سرٹیفکیٹ (مثلاً، ASME سیکشن IX) قابل نفاذ معیار کی یقین دہانی فراہم کرتا ہے۔

ویلڈ ڈسٹریس فیلڈ انڈیکیٹرز اور اوور پریشر فیلور موڈز

MAWP سے زیادہ اندرونی دباؤ کا شکار ایک 316 انکاسڈ ہیٹر ویلڈ ڈیزائن اور دباؤ کے لحاظ سے تین طریقوں میں سے کسی ایک میں ناکام ہو جائے گا۔ پہلا ویلڈ پیر میں بتدریج پیداوار ہے، جس کا ثبوت ویلڈ کے فوراً قریب، لیکن رساو کے بغیر مستقل ابھار یا میان کی خرابی ہے۔ یہ حالت اس بات کی نشاندہی کرتی ہے کہ ہیٹر پر بہت زیادہ دباؤ ڈالا گیا ہے لیکن ہو سکتا ہے کہ وہ ابھی بھی کام میں ہو، تاہم بلج پر ٹھنڈا کام کرنے والا مواد تناؤ کے کریکنگ کے لیے زیادہ حساس ہوتا ہے۔ دوسرا موڈ ویلڈ ڈیٹیچمنٹ ہے، جہاں ویلڈ خود ٹوٹ جاتا ہے اور اینڈ ٹوپی ٹیوب سے باہر آجاتی ہے۔ یہ عام طور پر ویلڈ میٹل یا HAZ کے ذریعے ٹوٹنے والا فریکچر ہوتا ہے جو پیشگی واضح تحریف کے بغیر تیزی سے ہوتا ہے۔ تیسرا موڈ pinhole ایک ویلڈ porosity خرابی سے باہر نکل رہا ہے. جب ہیٹر پر دباؤ ڈالا جاتا ہے تو یہ عام طور پر گیس یا مائع کی باریک ندی ہوتی ہے۔ ویلڈ کے ارد گرد زنگ-رنگ داغ کی ظاہری شکل (آبی سیالوں کے لیے) یا کاربونیسیئس ڈپازٹس (نامیاتی سیالوں کے لیے) ان-سروس ہیٹرز کے لیے معمولی رساؤ کی تاریخ بتا سکتے ہیں۔ کوئی بھی ہیٹر جو زیادہ دباؤ کے معروف واقعے کے لیے حساس ہے جیسے کہ پمپ ڈیڈ ہیڈ یا بند والو کو ہائیڈرو سٹیٹک ٹیسٹنگ کے ذریعے دوبارہ تصدیق کرنا چاہیے یا اگر کوئی واضح نقصان نہ ہو تو اسے تبدیل کیا جائے۔

نتیجہ: ویلڈ ڈیزائن کو پریشر-کنٹرولنگ فیچر کے طور پر نامزد کرنا

پریشرائزڈ سسٹمز میں استعمال ہونے والی 316 سٹینلیس سٹیل شیتھڈ ہیٹنگ ٹیوبوں کے لیے، ٹیوب کی دیوار زیادہ سے زیادہ اجازت شدہ آپریٹنگ پریشر کے لیے محدود عنصر نہیں ہے۔ بلکہ، یہ ویلڈڈ اینڈ کیپ بندش ہے۔ جزوی دخول کے ساتھ چھوٹے فلیٹ ویلڈ کا محفوظ کام 2–3 MPa (20–30 bar) تک محدود ہے، لیکن ایک مکمل-دخول بٹ ویلڈ، ریڈیوگرافی کے ذریعے معائنہ کیا جاتا ہے اور تناؤ سے نجات ملتی ہے، 5–6 MPa (50–60 bar) تک پہنچ جاتی ہے۔ بلند درجہ حرارت پر 6 MPa (60 بار) سے زیادہ دباؤ کی ضرورت والی ایپلی کیشنز کے لیے، سیملیس کیپ ڈیزائن (ٹیوب سے ہی بنتے ہیں، گنبد والے سرے بغیر کسی الگ ویلڈ کے) بیان کیے جائیں، لیکن وہ زیادہ مہنگے ہیں اور پیداوار کی دستیابی میں محدود ہیں۔ ہیٹر خریدتے وقت، انجینئرز کو ویلڈ کی قسم، معائنہ کے طریقہ کار اور پریشرائزڈ سروس کے لیے ویلڈ ہیٹ ٹریٹمنٹ کے بعد- دستاویزات کی ضرورت ہوتی ہے۔ موجودہ نقطہ نظر خریداروں کو 316 شیتھڈ ہیٹر منتخب کرنے کی اجازت دیتا ہے جو ویلڈ جیومیٹری اور کوالٹی لیول کو مقداری دباؤ کی درجہ بندیوں سے جوڑ کر جو کہ رساو سے لے کر دھماکہ خیز اختتامی ٹوپی کی علیحدگی تک ہوتی ہے، یعنی تباہ کن ناکامی کے طریقوں کو ویلڈ میں بغیر پیداوار کے مطلوبہ اندرونی دباؤ کو محفوظ طریقے سے ایڈجسٹ کر سکتے ہیں۔