Méthode de soudage 7 approuvée, projet d'aptitude au service lancé

La méthode de soudage 7 (WM7), qui a été soutenue par un vaste ensemble d'expériences de recherche menées par l'Institut de recherche sur l'énergie électrique (EPRI), a été approuvée en mars 2020 par le National Board Inspection Code (NBIC) pour son édition 2021. À l'avenir, le développement et l'approbation de méthodes de réparation alternatives comme WM7 sont des piliers clés dans une plus grande emphase sur la gestion intégrée de la vie, qui doit inclure des options pour la prise de décision exécuter-réparer-remplacer.

WM7 permet des réparations de soudure de métaux différents de l'acier de grade 91 sans traitement thermique post-soudage (PWHT). Un défi constant pour l'industrie est la spécification et l'application de procédures PWHT sur le terrain bien contrôlées. Pour des matériaux comme l'acier de classe 91, lorsque les variables essentielles ne sont pas comprises et traitées, il existe un risque important que le traitement thermique pose des problèmes. WM7 permettra à l'ensemble de l'industrie de la production d'électricité de réparer régulièrement les soudures de métaux dissemblables entre l'acier de grade 91 et d'autres matériaux à l'intérieur d'une chaudière ou d'un générateur de vapeur à récupération de chaleur (HRSG). Les applications spécifiques incluent l'assemblage de l'acier de classe 91 à un acier inoxydable austénitique ou à un acier faiblement allié tel que le grade 22 (matériau P-Number 5A).

Dans le même esprit, l'EPRI a récemment lancé un projet intitulé «Aptitude au service des composants critiques dans l'industrie de l'énergie». Ce projet établira un cadre techniquement acceptable et réalisable pour la mise en œuvre des méthodes d'aptitude au service (FFS) pertinentes qui prennent en compte les applications spécifiques aux dommages, aux matériaux et aux composants. Le projet FFS améliorera un ensemble déjà solide de directives bien conçues pour la réparation et le remplacement des critères, offrant aux parties prenantes des options d'exécution. Ceci est essentiel car les usines fonctionnent selon des modes de plus en plus complexes, augmentant les problèmes tout en ayant en même temps moins de ressources disponibles pour la réparation ou le remplacement des composants affectés.

Acier de catégorie 91

Les applications des aciers ferritiques à résistance au fluage améliorée (CSEF) dans les centrales électriques ont considérablement augmenté au cours des deux dernières décennies. L'un des aciers CSEF les plus largement utilisés est un acier au chrome à 9% largement connu dans l'industrie comme T91, P91 ou Grade 91.

Depuis le début des années 1990, l'acier de grade 91 est utilisé dans les chaudières à vapeur à énergie fossile, les HRSG et les systèmes de tuyauterie (figure 1). Lorsqu'il est correctement traité, cet alliage présente des propriétés améliorées, notamment une résistance au fluage-rupture et une ténacité à la rupture élevées, par rapport aux aciers faiblement alliés traditionnels. Une résistance plus élevée rend le grade 91 attrayant en raison du potentiel de températures de fonctionnement plus élevées – jusqu'à 1 100 ° F (593 ° C) – et d'une épaisseur de paroi inférieure, avec une excellente ténacité réduisant considérablement le risque de fracture rapide. La nuance 91 convient donc pour une utilisation comme matériau de rénovation dans les centrales électriques sous-critiques conventionnelles, pour les centrales qui fonctionneront en mode cyclique et comme matériau de limite de pression pour les centrales supercritiques avancées et les HRSG.

1. Exemple de soudure de réparation simulée dans une soudure de métal différent entre la nuance 91 et l'acier inoxydable 316H où le dépôt de soudure d'origine a été fait avec plusieurs consommables de soudure à base de nickel (Ni). Notez que la réparation a été effectuée avec le matériau de remplissage P87 de l'Electric Power Research Institute (EPRI). Gracieuseté: EPRI

L'expérience de service a montré un besoin important de réparations de soudure sur site pour les composants en acier de grade 91. Plutôt que de se fier simplement à l'utilisation de procédures qualifiées pour les nouvelles constructions pour ces réparations, des recherches ont été menées au cours de la dernière décennie pour établir la technologie permettant de soutenir une réparation de soudure bien conçue. Ces nouvelles approches offrent des procédures de soudage rapides et non conventionnelles pour un remplacement et une réparation à un coût minimum.

Problèmes critiques liés à la réparation par soudure de l'acier de grade 91

Un certain nombre de problèmes ont conduit à la nécessité d'étudier d'autres options pour la réparation par soudure de l'acier de grade 91. Ils comprennent:

Nouvelle construction vs en service. Historiquement, la seule méthode autorisée pour la réparation par soudure de l'acier de grade 91 a été dictée par les règles pour les nouvelles constructions – l'utilisation d'un enduit correspondant et d'un PWHT obligatoire. Cependant, aucune recherche pertinente n'établit que ces méthodes de réparation sont techniquement appropriées pour les composants en service. En effet, la perception que les nouvelles approches de construction peuvent être les meilleures ignore complètement les défis et les risques pratiques liés à la mise en œuvre des restrictions parfois irréalisables ou injustifiées imposées par les nouvelles règles et exigences en matière de construction.

Problèmes PWHT. Le PWHT sur le terrain maintenu dans la plage autorisée de 1 350F à 1 450F (730C à 790C) s'est avéré très difficile. De nombreuses preuves montrent qu'une mauvaise pratique du traitement thermique entraîne une exposition à une surchauffe importante. La recherche indique également que toute excursion au-dessus du maximum autorisé réduit considérablement la résistance au fluage à long terme de l'acier de grade 91 et de ses soudures. Pour ces raisons, l'EPRI a publié un document de position qui a fourni des preuves de la modification de la température minimale PWHT pour l'acier de grade 91 à 1 250 ° F ou 1 300 ° F (675 ° C ou 705 ° C) paru dans l'édition 2017 de l'American Society of Mechanical Engineers Boiler and Pressure Vessel. (ASME B&PV) Code Section I et dans le NBIC Partie 3 Supplément 8 (Une approche bien conçue pour établir le traitement thermique post-soudage minimum autorisé pour les applications de production d'électricité de l'acier de classe 91 (3002005350)).

Pannes en service. De nombreuses défaillances en service de composants en acier de grade 91 ont été documentées (telles que l'expérience de service avec des composants de grade 91 (1018151) et l'expérience de service avec les aciers ferritiques améliorés à résistance au fluage dans les centrales électriques de la région Asie-Pacifique (3002005089)). Les explications comprennent une conception médiocre, un fonctionnement médiocre, de mauvaises pratiques de construction, des facteurs de risque métallurgiques et d'autres causes. Quelle que soit la cause première de chaque défaillance documentée, le nombre de défaillances documentées met en évidence la nécessité de valider les options de réparation de soudure pouvant être utilisées pour la gamme de composants en acier de grade 91 en service.

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