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Was ist API 1104?

API 1104 regelt das Schweißen von Fernleitungen und zugehörigen Anlagen. Sie umfasst Kohlenstoff- und Niedriglegierter Stahlrohre, die beim Komprimieren, Pumpen und Transportieren von Rohöl, Erdölprodukten, Brenngasen und Kohlendioxid verwendet werden. Die 22. Ausgabe (2021) ist die aktuelle Version.

API Standard 1104, “Welding of Pipelines and Related Facilities,” covers the welding of piping used in compression, pumping, and transmission of crude petroleum, petroleum products, fuel gases, carbon dioxide, and nitrogen. The standard applies to both new construction and in-service Reparatur welding on pressurized systems. It addresses Lichtbogenschweißen and oxyfuel gas welding of butt, branch, and fillet welds in carbon and Niedriglegierter Stahl pipe.

Der Standard ist in zwölf Abschnitte gegliedert. Die Abschnitte 1 bis 4 behandeln Anwendungsbereich, Referenzen, Definitionen und Spezifikationen. Abschnitt 5 legt die Anforderungen an die Verfahrensprüfung fest. Abschnitt 6 behandelt die Schweißerqualifizierung. Abschnitt 7 befasst sich mit der Konstruktion und Vorbereitung von Nähten für das Produktionsschweißen. Abschnitt 8 behandelt die Inspektion und Prüfung von Produktionsschweißnähten. Abschnitt 9 enthält Zulässigkeitskriterien für die zerstörungsfreie Prüfung. Abschnitt 10 behandelt die Reparatur und Entfernung von Fehlern. Abschnitt 11 definiert Verfahren für die zerstörungsfreie Prüfung (ZfP). Abschnitt 12 behandelt das mechanisierte Schweißen mit Zusatzwerkstoffzugabe.

Die aktuelle Ausgabe ist API 1104, 22. Ausgabe, 2021. API 1104 wird unabhängig von ASME Section IX und AWS D1.1 entwickelt, obwohl viele Hersteller und Pipeline-Bauunternehmen Qualifikationen nach mehreren Standards aufrechterhalten, abhängig von den rechtlichen Anforderungen ihrer Projekte.

Verfahrensprüfung nach API 1104

API 1104 Abschnitt 5 verlangt, dass jede WPS durch Prüfung qualifiziert wird. Es gibt keinen vorqualifizierten WPS-Pfad. Der Hersteller fertigt Testschweißungen an Rohrprüfstücken an, die dem beabsichtigten Produktionsdurchmesser und Wanddickenbereich entsprechen. Die zerstörende Prüfung umfasst Zug-, Kerbbruch- und Biegeprüfungen. Die Durchstrahlungsprüfung kann einige zerstörende Prüfungen ersetzen.

API 1104 Abschnitt 5 verlangt, dass Schweißverfahren durch zerstörende Prüfung qualifiziert werden, bevor das Produktionsschweißen beginnt. Der Qualifizierungsprozess erfordert die Herstellung von Testschweißungen an Rohrprüfstücken unter Verwendung des beabsichtigten Verfahrens und anschließend das Schneiden und Prüfen der Proben, um ausreichende mechanische Eigenschaften nachzuweisen.

API 1104 Table 3 legt Art und Anzahl der Proben für die Verfahrensqualifikation nach Rohraußendurchmesser und Wanddicke fest. Zug-, Nick-Break-, Wurzelbiege-, Stirnbiege- und Seitenbiegezahlen sind kein universeller Satz: je nach Zeile 0/2/4 Zugproben; 2/4 Nick-Break-Proben; 0/2/4 Wurzelbiegeproben; 0/2/4 Stirnbiegeproben; oder 0/2/4/8 Seitenbiegeproben. Fußnote a verlangt mindestens eine Zugprüfung für Werkstoffe mit nomineller SMYS über Grade X42, auch wenn die Zelle 0 Zug zeigt. Fußnote b: Nick-Break-Prüfungen entfallen, wenn die Verfahrensnaht durch Durchstrahlung oder Ultraschallprüfung geprüft und nach Section 9 akzeptabel ist. Dieser ZfP-Weg ersetzt Nick-Break; er ist keine zusätzliche Prüfung vor der Entnahme zerstörender Proben. Section 5.6.1 / Fußnote c: Rohr kleiner als 2.375 in. OD braucht zwei Prüfstöße für die Probenanzahl; Rohr 1.315 in. OD oder kleiner verwendet eine Vollabschnitt-Zugprobe.

API 1104 definiert wesentliche Variablen, die regeln, wann eine erneute Qualifizierung erforderlich ist. Die für API 1104 spezifischen wesentlichen Variablen umfassen:

Schweißverfahren

Eine Änderung des Schweißverfahrens oder einer Kombination von Verfahren erfordert eine neue Qualifizierung. SMAW, GMAW, FCAW, GTAW und SAW sind die üblicherweise qualifizierten Verfahren für Pipeline-Anwendungen. Kombinationen wie GTAW-Wurzel mit SMAW-Füllung werden als ein einziges Verfahren qualifiziert.

SMYS-Bereich der Grundwerkstoffe

API 1104 verlangt, dass die WPS den SMYS-Bereich der Werkstoffe angibt, für die sie gilt (5.3.2.2). Änderungen des Grundwerkstoffs werden nach 5.4.2.2 bewertet.

Nahtausführung

Tabelle 1 stuft zwei Änderungen der Nahtausführung gemäß 5.4.2.3 als wesentlich ein: den Wechsel von einer Kehlnaht zu einer Stumpfnaht (jedoch nicht umgekehrt) und eine erhebliche Änderung der Verbindungsart. Fußnote e zählt die Hauptverbindungsarten auf — square, closed square, single-bevel, single-J, double-bevel, double-J, single-V, single-U, double-V, double-U — und besagt, dass ein Wechsel zu oder von einer Verbundfase innerhalb einer Hauptverbindungsart keine erhebliche Änderung der Verbindungsart darstellt.

Dickenbereich

Der qualifizierte Dickenbereich wird durch die Dicke des Prüfstücks bestimmt. Eine Qualifizierung an dünnerem Material qualifiziert nicht automatisch dickeres Material. Der qualifizierte Bereich ist in Abschnitt 5.4 basierend auf den Abmessungen der Testschweißung festgelegt.

Durchmesserbereich

Die Qualifizierung ist durch den Durchmesser des Prüfstücks begrenzt. Die Durchmesserbereiche sind in Abschnitt 5.4 festgelegt. Eine Qualifizierung an größeren Durchmessern kann kleinere Durchmesser innerhalb des angegebenen Bereichs abdecken, aber nicht umgekehrt ohne separate Prüfung.

Position

Pipeline welding positions under Section 6.2.1 are rolled or fixed. Fixed-position tests use a pipe axis that is horizontal, vertical, or inclined not more than 45 degrees. A 45-degree fixed butt-weld test also qualifies butt welds and lap fillet welds in all positions (Section 6.2.2(g)). A change from rolled to fixed requires requalification; a welder who qualifies in the fixed position is also qualified for rolled welds within the essential variables qualified. Branch connections follow side, top, or bottom under Section 6.2.2(j).

Schweißerqualifizierung nach API 1104

API 1104 6.2.1 begrenzt den Schweißer durch die wesentlichen Variablen seiner Qualifizierung, nicht allein durch die bei der Prüfung verwendete WPS. Qualifizierungsvariablen umfassen Rohrdurchmesser, Wanddicke, Schweißposition und Nahtausführung. Qualifizierungsprüfungen umfassen zerstörende Prüfungen (Kerbbruch- und Biegeprüfungen) oder die Durchstrahlungsprüfung der fertigen Testschweißung.

Verfahrens- und Schweißerqualifizierung haben unterschiedliche wesentliche Variablen (6.1). Für die Schweißerqualifizierung gilt 6.2.2 bei der Einzelqualifizierung und 6.3.2 bei der Mehrfachqualifizierung.

API 1104 Section 6.8 verlangt, dass das Unternehmen eine Aufzeichnung der jedem Schweißer gegebenen Prüfungen und der detaillierten Ergebnisse jeder Prüfung führt sowie eine Liste der qualifizierten Schweißer und der Verfahren, für die sie qualifiziert sind. Auf Verlangen des Unternehmens muss ein Schweißer neu qualifiziert werden, wenn Zweifel an seiner Kompetenz bestehen. Der für diese Seite geprüfte Wortlaut der 22. Ausgabe besagt nicht, dass Qualifikationen mit dem Schweißer übergehen, bei Firmenwechsel automatisch erlöschen, durch Inaktivität verfallen oder von einem Prozessnutzungszeitraum abhängen.

Schweißen im Betrieb (Anhang B)

API 1104 Anhang B behandelt das Schweißen an Pipelines, die in Betrieb sind — d.h. während des Schweißens Produkt unter Druck führen. Das Schweißen im Betrieb erfordert zusätzliche Vorsichtsmaßnahmen: Durchbrandvermeidung (Überprüfung der Mindestwanddicke), Wasserstoffrissvermeidung (Niedrigwasserstoff-Verfahren) und Berücksichtigung der Durchflussrate zur Steuerung der Wärmeabfuhr.

API 1104 Appendix B addresses welding on pipelines that are in operation and may contain pressurized product. In-service welding includes hot taps (adding branch connections while the pipeline is pressurized), encirclement sleeves, and direct deposit repairs. The primary safety concern is Durchbrand — the welding arc melting through the remaining pipe wall into the pressurized product.

Die Verfahrensprüfung für das Schweißen im Betrieb erfordert Prüfungen unter simulierten Durchflussbedingungen, um zu demonstrieren, dass das Verfahren sicher bei der im Feld anzutreffenden Mindestwanddicke durchgeführt werden kann. Die Kontrolle der Streckenenergie ist entscheidend — eine niedrige Streckenenergie reduziert das Risiko eines Durchbrands, erhöht aber das Risiko von Wasserstoffriss in der Wärmeeinflusszone. Die Vorwärmanforderungen für das Schweißen im Betrieb können von denen für den Neubau abweichen, da das fließende Produkt als Wärmesenke wirkt, was die Abkühlgeschwindigkeiten und die Anfälligkeit für Wasserstoffriss erhöht.

Wie API 1104 im Vergleich zu anderen Schweißregelwerken abschneidet

API 1104 regelt Pipelines; D1.1 regelt Stahlkonstruktionen; ASME IX regelt Druckgeräte. API 1104 hat keinen vorqualifizierten WPS-Pfad. Es gruppiert Zusatzwerkstoffe (Tabelle 2, referenziert durch §5.4.2.6 Regeln für wesentliche Variablen zur Verfahrensprüfung; Tabelle 4 ist eine separate Zusatzwerkstoffgruppierung für die Schweißerqualifizierung). API 1104 verlangt, dass die WPS den SMYS-Bereich der Werkstoffe angibt, für die sie gilt (5.3.2.2). Änderungen des Grundwerkstoffs werden nach 5.4.2.2 bewertet. Zulässigkeitskriterien umfassen sowohl verarbeitungsbasierte Grenzwerte (Abschnitt 9) als auch Eignungsbewertungsmethoden (Anhang A).

API 1104 vs. AWS D1.1

D1.1 gilt für Baustahl, während API 1104 für Pipelines gilt. D1.1 qualifiziert Verfahren nach Plattendicke, während API 1104 nach Rohrdurchmesser und Wanddicke qualifiziert. D1.1 erlaubt vorqualifizierte WPSs unter Clause 5, während API 1104 für jedes Verfahren eine Qualifizierungsprüfung verlangt. API 1104 verlangt, dass die WPS den SMYS-Bereich der Werkstoffe angibt, für die sie gilt (5.3.2.2). Änderungen des Grundwerkstoffs werden nach 5.4.2.2 bewertet. Die Zulässigkeitskriterien in API 1104 Abschnitt 9 sind spezifisch für Rundnähte in Rohren, während D1.1 Tabelle 8.1 Kriterien für strukturelle Verbindungen sind.

API 1104 vs. ASME Section IX

Beide Standards erfordern eine Verfahrensprüfung, aber die Regeln für wesentliche Variablen und die Prüfanforderungen unterscheiden sich. API 1104 verlangt, dass die WPS den SMYS-Bereich der Werkstoffe angibt, für die sie gilt (5.3.2.2). Änderungen des Grundwerkstoffs werden nach 5.4.2.2 bewertet. ASME IX geführte Biege- und Zugprüfungen unterscheiden sich von API 1104 Kerbbruch- und Wurzel-/Decklagenbiegeprüfungen. Wenn eine Pipeline auch unter ASME B31.8 (Gastransport) oder B31.4 (Flüssigkeitstransport) fällt, muss die Beziehung zwischen API 1104 und ASME Section IX sorgfältig gehandhabt werden — B31.8 verweist direkt auf API 1104 für die Schweißqualifizierung, nicht auf ASME IX.

Zulässigkeitskriterien für ZfP

API 1104 Abschnitt 9 definiert Zulässigkeitskriterien für die Durchstrahlungs-, Magnetpulver-, Eindring- und Ultraschallprüfung von Produktionsschweißnähten. Abschnitt 9 enthält spezifische Kriterien für unzureichende Durchschweißung, Bindefehler, innere Konkavität, Durchbrand, Schlackeneinschlüsse und Porosität. Die Zulässigkeitskriterien basieren auf der Länge und Verteilung der Anzeigen im Verhältnis zur Schweißnahtlänge und Rohrwanddicke.

API 1104 enthält auch Bestimmungen für alternative Zulässigkeitskriterien in Anhang A, der ingenieurtechnische Bruchmechanik-Bewertungsmethoden (ECA) zulässt. Gemäß Anhang A basiert die Fehlerakzeptanz auf einer Eignungsbewertung und nicht auf verarbeitungsbasierten Grenzwerten, was potenziell größere Fehler zulässt, wenn die Spannungsanalyse zeigt, dass der Fehler während der Auslegungslebensdauer der Pipeline nicht auf eine kritische Größe anwachsen wird.

Leitfäden zu verwandten Normen

• ASME Section IX — Welding Qualification
• ASME IX Essential Variables — Verfahrensprüfung variable rules
• Visual Schweißnahtprüfung — D1.1 Table 8.1 surface acceptance
• CSA W59 — Welded Steel Construction
• CSA W47.1 — Company Certification
• ASME IX P-Numbers Guide
• ASME IX F-Numbers Guide
• Pipeline Welding Requirements
• WPS — Schweißverfahren Specification
• PQR — Procedure Qualification Record
• NDE Anforderungen — D1.1 Clause 8 inspection methods
• D1.1 Preheat Calculator
• AWS D1.4 — Reinforcing Steel
• AWS D1.6 — Stainless Steel
• AWS D1.8 — Seismic Supplement
• AWS D1.2 — Aluminum
• AWS D1.9 — Titanium
• AWS D1.3 — Sheet Steel
• D1.5 Bridge Preheat Calculator
• AWS D1.5 — Bridge Welding Code
• AS/NZS 1554 — Stahlbauverschweißung (Australian Standard)

Bei der Einzelqualifizierung des Schweißers erfordert der Wechsel vom Drehen des Rohres zur festen Position eine erneute Qualifizierung. Ein in fester Position qualifizierter Schweißer darf innerhalb der qualifizierten wesentlichen Variablen auch bei gedrehtem Rohr schweißen (6.2.2(f)).

API 1104:2021, 6.2.2(f)