2026 年 ASME 新修訂規範 2025 Edition：CCPP 電銲銲接細部設計規劃之全方位技術研究報告 (Comprehensive Technical Research Report on Detailed Design and Planning of CCPP Welding: 2025 Edition, 2026 ASME Code Revisions)

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一、緒論：全球能源轉型與 ASME 規範的歷史性演進

在二十一世紀能源轉型的浪潮中，複循環火力發電廠（CCPP）憑藉其卓越的熱效率與高度的運作靈活性，已成為支撐全球電網穩定、彌補再生能源間歇性缺口的核心技術。隨著運作參數不斷推向臨界壓力與超高溫度，發電設備的結構完整性面臨著前所未有的挑戰。美國機械工程師學會（ASME）作為全球壓力設備規範的領導者，於 2025 年 7 月 1 日正式發布了《2025 版 ASME 鍋爐與壓力容器規範》（BPVC），該規範預計於 2026 年 1 月 1 日起強制執行 1。這一版本的修訂不僅是例行性的文字更新，更是自 2007 年 Section VIII Division 2 重寫以來，壓力設備設計哲學最深刻的一次轉型。

2025 年版規範涵蓋了 13 個章節、32 個卷冊，總頁數超過 19,000 頁，反映了現代材料科學、精密計算工程與數位化檢測技術的最新進步 4。對於 CCPP 專案而言，這一版本的核心變革集中在如何提升高溫組件的安全性、簡化全球供應鏈中的銲接資格評定，以及透過數位化手段加強品質追蹤管理 2。特別是針對熱回收鍋爐（HRSG）與高能動力配管（High Energy Piping）的銲接細部設計，新版規範在材料冷卻速率、銲接本質變量及非破壞檢測技術上提出了極為嚴苛的要求 4。

二、Section I 與 Section VIII 2025 版設計準則之範式轉移

在 CCPP 系統中，熱回收鍋爐與壓力容器在高溫蠕變區（Creep Range）的運行穩定性是電廠壽命的決定性因素。2025 年版規範最重大的變化之一，在於全面推動 Section I 動力鍋爐與 Section VIII 壓力容器在設計方法論上的對齊與整合。

2.1 設計裕度與蠕變區失效模式保護

ASME BPVC 2025 版針對在蠕變範圍內運行的組件，引入了更為精確的設計裕度控制。Section VIII 第一分冊與第二分冊的整合（即所謂的 Reshape Project）在這一版中達到了關鍵節點。新版規範將極限抗拉強度（UTS）的設計裕度基準統一調整為 2.4 倍，這反映了工業界對現代鋼材品質穩定性的信心，以及對高精度計算工具普及的適應 4。

然而，較低的設計裕度必須輔以更嚴格的失效模式保護機制。2025 版規範新增了針對蠕變失效（Creep Failure）的四種特定保護規則，涵蓋了蠕變斷裂、蠕變變形、蠕變疲勞交互作用及微觀組織損傷的預防 4。這些規則要求設計者在規劃 CCPP 銲接細部設計時，不能僅考慮靜力平衡，必須將長達二十萬小時的運作應力歷史納入考量。

規範章節 2025 版核心設計修訂項目 對 CCPP 銲接設計之影響
Section I 引入 2.4 * UTS 設計基準 4 提升材料利用率，但需強化銲縫品質控制
Section VIII Div. 1 擴大引用 Division 2 計算方法 8 推動複雜組件如法蘭、夾套的精確分析
Section VIII Div. 2 移除兩級容器結構，整合通用規則 9 簡化分類，提升跨國設計一致性
Section I / VIII 蠕變失效模式保護 (Creep Protection) 4 銲接接頭需進行更詳盡的應力分析與壽命預估

2.2 單面銲對接頭評定的技術強化

在 HRSG 的設計中，大量的管子與聯箱（Header）連接屬於單面銲對接接頭。2025 年版 Section I 對 PW-41.2.2 進行了修正，明確規定對於單面銲且不帶襯墊的對接接頭，必須在銲接程序評定（PQR）中進行完整的單面銲演練 12。這一要求旨在解決過去由於使用雙面銲評定（帶背後清根）來指導單面銲生產，導致根部滲透不完全或產生微裂紋的問題。在 CCPP 現場施工中，這意味著所有涉及單面銲的銲接程序規範（WPS）都必須有對應的單面銲 PQR 作為支持，不得再混用雙面銲資歷 12。

三、CSEF 材料（Grade 91/92）之冶金控制與銲接新規範

蠕變強度強化鐵素體鋼（CSEF）是 CCPP 高溫、高壓配管系統的骨幹材料。然而，Grade 91/92 材料對熱循環極度敏感，其性能高度依賴於精確的馬氏體轉化控制。

2.1 Grade 91 Type 2 的冷卻速率強制要求

針對過去頻發的 Grade 91 材料早期失效事件，2025 年版規範在材料規範（Section II）中針對 Grade 91 Type 2 引入了強制性的冷卻速率要求 4。

對於 SA-182、SA-213、SA-335 與 SA-336 等關鍵規格，規範明確指出：在奧氏體化（Austenitizing）處理後，從 1650°F (900°C) 冷卻至 900°F (480°C) 的過程中，冷卻速率不得慢於 9°F/min (5°C/min) 4。

這一修訂的物理機制在於防止材料在冷卻過程中產生先共析鐵素體或珠光體組織，這些組織會極大地削弱材料在高溫下的蠕變抗力。在 CCPP 現場熱處理規劃中，這意味著對於厚壁組件（如高壓分汽箱或主蒸汽管），傳統的靜止空氣冷卻可能已無法滿足要求，工程師必須在銲後熱處理（PWHT）方案中設計強制風冷或精確的程序化降溫控制 4。

2.2 銲縫強度折減係數 (WSRF) 的應用與限制

2025 版 Section I Table PG-26 對於縱向銲縫強度折減係數（WSRF）的應用範圍進行了細化。規範強調，所有在蠕變區運行的 Grade 91、92 材料，其計算厚度必須考慮銲接接頭在長期高溫下的軟化效應 14。

材料類型 主要組件應用 銲材與成分限制規則 (2025 版)
Grade 91 (P91/T91) 主蒸汽配管、聯箱 銲材含碳量須介於 0.05% 至 0.12% 14
Grade 92 超臨界 HRSG 組件 冷卻速率受控，嚴禁使用未評定的銲材 4
奧氏體不銹鋼 再熱器、過熱器管 銲材含碳量不得低於 0.04% 14
雙相不銹鋼 冷凝器、特定腐蝕區 新增 Appendix M 作為評定指南 4

在細部設計中，若設計溫度超過 1050°F (566°C)，WSRF 的數值可能大幅低於 1.0（通常在 0.45 至 0.8 之間），這會直接導致配管壁厚設計增加。2025 版規範進一步明確，某些特定熱處理（如正火與回火）可用於恢復銲縫區域的部分強度，但其程序必須在 PQR 中完整體現並在現場嚴格執行 14。

四、Section IX 2025 版銲接評定之技術性變革

銲接程序評定是確保 CCPP 銲縫機械性能的基石。2025 年版 Section IX 對變量的定義進行了重大調整，特別是針對熱輸入控制與全球化資歷認證。

4.1 QW-410.92：擺動銲道對熱輸入計算的衝擊

在 CCPP 現場銲接中，銲工常透過「擺動」（Weaving）技術來提高填滿速度，特別是在厚壁接頭的填充層。然而，過寬的擺動會導致極大的熱輸入（Heat Input），這會過度擴張熱影響區（HAZ）並損害韌性 7。

2025 年版引入了新的補充本質變量 QW-410.92：

  • 規則細節： 當生產銲接中使用的擺動寬度超過 1 英吋（25 mm）時，行走速度不能再沿著銲縫縱向測量，而必須沿著電極的實際線性路徑（包含擺動位移）測量 7。
  • 設計規劃意涵： 此規定實質上大幅降低了在高擺動寬度下所獲得的「額定行走速度」，進而計算出極高的熱輸入數值。為了使 WPS 合規，工程師通常需要採取以下策略：
    1. 限制銲工僅能使用拉龍（Stringer Beads）或寬度小於 1 英吋的擺動 7。
    2. 如果必須使用寬擺動，則 PQR 必須在極高的熱輸入條件下通過衝擊測試評定 7。

4.2 P-Number 系統的整合與材料遷移

為了使材料分組更具邏輯性並納入新型材料，2025 年版對 P-Number 進行了顯著重編 15：

  1. P-No. 49 的移除與遷移： 原 P-No. 49 已被正式廢除，相關材料現已遷移至 P-No. 81 8。這對於過去使用以此 P-Number 評定的 WPS 的專案，必須進行文檔更新與適應性評估。
  2. P-No. 53 的更名： 部分高合金材料的分類從 P-No. 53 更改為 P-No. 54 15。
  3. Table QW/QB-422 的統一： 過去黑色金屬與有色金屬分開列出的表格現已合併為統一格式，這簡化了材料查詢過程，但要求工程師更細心地閱讀表格腳註 15。

4.3 雙重資歷評定與雙相不銹鋼

CCPP 專案中雙相不銹鋼的使用日益增加，特別是在海水淡化組件或循環水系統中。2025 版新增了 Appendix M，專門為雙相不銹鋼的銲接程序與性能評定提供指引 4。此外，Appendix L 的更新允許銲工同時對標 ASME Section IX 與 ISO 9606-1 / ISO 14732 進行評定，這極大地降低了國際承包商的測試成本 4。

五、ASME B31.1-2024 動力配管規範之強制性變革

在 CCPP 專案中，動力配管規範 B31.1 的應用範圍涵蓋了從鍋爐外部配管（BEP）到發電機組的非鍋爐外部配管（NBEP）。2024 年版 B31.1 引入了兩項極具衝擊力的強制性附錄。

5.1 Mandatory Appendix Q：NBEP 的品質管理體系 (QMS)

在 2024 年版之前，NBEP 的施工記錄與品質管理主要遵循一般工業標準。然而，Appendix Q 現在強制要求所有從事金屬 NBEP 施工的單位必須建立並實施書面的品質管理程序 16。這要求承包商必須具備與 ASME 證書持有者相似的自我稽核、材料追溯及銲接管控能力，對中小型施工分包商構成了顯著的合規門檻。

5.2 Mandatory Appendix R：系統最終報告 (PSFR) 與文檔交付

這是 B31.1 自發布以來在記錄保存方面最嚴格的要求之一。規範要求每個受覆蓋的配管系統必須產出一份系統最終報告（PSFR），並在系統運行前移交給業主 18。

根據 Appendix R，PSFR 必須包含（但不限於）以下內容：

  1. 設計細節： 包括所應用的設計代碼版本、補充要求及應力分析報告。
  2. 計算書與方法： 對於特殊設計組件（ 104.7.2），必須檢附詳細的計算證明 18。
  3. 圖面清單： 涵蓋配管設計圖、支吊架施工圖及預製管段（Spool）圖。
  4. 銲接追溯紀錄： 必須包含與每個銲縫對應的 WPS、銲工地圖（Welding Map）及熱處理紀錄 18。
  5. 檢驗與試驗報告： 包含所有 NDE 報告、壓力試驗證明及啟動前的清洗紀錄（如吹管報告） 18。
文件類別 Mandatory Appendix R 要求項目 實施工具 (範例)
設計基準 設計壓力、溫度、管徑計算 18 DesignCalcs / Finglow 8
應力分析 配管熱膨脹與支撐應力分析 18 CAESAR II / ASME B31J 17
銲接管理 銲工資歷追蹤、銲縫一一對應紀錄 18 ProWrite / Welding Log 8
熱處理紀錄 PWHT 升降溫斜率與保溫時間紀錄 18 溫度記錄計 / 數位化圖表 13
符合性聲明 Form CC-1 (系統) 與 Form CC-2 (組件) 18 標準 ASME 表格格式

六、第五章：Section V 2025 版非破壞檢測技術與數位化應用

檢測技術的進步是支撐 2025 版較低設計裕度的關鍵支柱。新版 Section V 將重點放在數位檢測技術的規範化上。

6.1 全矩陣擷取 (FMC) 與全聚焦法 (TFM) 的重組

2025 年版將所有關於全矩陣擷取（FMC）的要求從 Article 4 移至了 Article 3 4。這項調整標誌著 FMC 技術已從「特殊補充技術」轉變為「標準超音波檢測」的一環。在 CCPP 的厚壁銲縫檢測中，FMC 能夠提供極高解析度的缺陷表徵，幫助工程師精確區分有害的裂紋與無害的幾何反射，這對於減少不必要的返修至關重要 6。

6.2 數位射線檢測 (DR/DDA) 的細化規範

Article 2 針對數位探測器陣列（DDA）的使用增加了多項要求，特別是對於可彎曲與曲面探測器的應用環境 4。這為 HRSG 密集管束區的銲縫檢測提供了法律基礎，減少了對傳統工業底片的依賴。

此外，規範引入了一項深具實際意義的修訂：官方承認射線底片隨著時間自然劣化是正常現象 4。規範在 UW-51(a)(1)(-a) 中加入聲明，明確指出只要原始拍攝符合規範，後期的底片影像品質下降不應被視為違反記錄保存規定 4。這減輕了 CCPP 營運商在長達三十年運轉週期中的底片存放管理壓力。

6.3 表面準備與目視檢測 (VT) 要求

Article 9 增加了對目視檢測表面準備的具體規定 4。在 CCPP 銲接設計規劃中，工程師必須明確標註檢測區域的粗糙度要求。良好的表面準備不僅是 VT 的基礎，也是滲透檢測（PT）與磁粉檢測（MT）避免偽指示（False Indications）的先決條件。

七、第六章：CCPP 專案之電銲銲接細部設計規劃實務

基於 2025 版規範，CCPP 專案在細部設計階段應整合以下技術要求：

7.1 接頭形式與強度係數之匹配

設計者必須在設計圖面上精確標註銲縫類型。根據 Section I 2025 版，若採用縱向銲縫配管，必須嚴格依據 Table PG-26 應用的 WSRF 因子進行計算。

t =(PD/2SEw+2Yp) + C

其中，w 為銲接接頭強度折減係數。對於 CCPP 常用的 P91 材料，在 1100°F (593°C) 下，其 w 值可能低於 1.0 14。設計規劃必須確認銲材的選用是否符合 2025 版關於碳含量（≧0.05%）的最新強制要求，以保證其能維持計算所使用的強度係數 14。

7.2 銲後熱處理 (PWHT) 之精細化規劃

針對 CCPP 中常見的異種金屬銲接（DMW），如 P91 與 P22 或 304 不銹鋼的連接，2025 版規範在 PW-39 及其註釋中提供了更新的指導 12。

設計規劃應注意：

  1. 保溫帶 (Soak Band) 寬度： 對於局部熱處理，保溫帶必須涵蓋銲縫及其兩側各至少 2 英吋（50 mm）或一倍殼厚（取較小者）的母材 20。
  2. 升降溫速率控制： 對於厚壁組件，當厚度超過 1 英吋時，升溫速率必須受控於 400°F/hr/inch (222°C/hr/25mm) 以內，以防止產生過大的熱應力梯度 21。
  3. Grade 91 Type 2 的特殊性： 必須確認施工單位的熱處理設備具備滿足 9°F/min (5°C/min) 冷卻速率的能力，這通常需要配備多區段自動溫度控制器 4。

八、設計責任、品質系統與附錄 47 (Appendix 47) 的影響

2025 年版規範在管理面最深遠的影響在於「責任鏈」的重塑。Mandatory Appendix 47 對壓力容器設計人員的資歷提出了強制要求 4。

8.1 移除「負責主管」(Responsible Charge) 語言

新規範移除了一部分關於「負責主管」的模糊表述，轉而要求設計人員必須滿足製造商在其品質控制體系下所定義的最低要求 8。這意味著 CCPP 的製造商不能再推諉設計責任給外部簽證工程師，而必須建立一套完整的內部評核機制，追蹤設計人員的資歷、教育背景及工作實績，且每 3 年必須重新審核一次 4。

8.2 設計與分析方法的標準化

隨著 Section VIII 擴大對 Division 2 通用規則的引用，CCPP 專案中的許多組件（如法蘭、膨脹接頭、半管夾套等）現在都導向使用更精確的分析方法 8。這要求設計團隊必須熟練掌握有限元素分析（FEA）與疲勞應力計算，並驗證所使用的設計軟體已更新至 2025 版基準 8。

九、2026 年實施之成本衝擊與運作建議

面對 2026 年即將強制執行的規範，CCPP 產業鏈各方需做好成本與時程的預算調整。

  1. 軟體更新與驗證成本： 所有的設計軟體（如 DesignCalcs、CAESAR II 等）均需升級，並由資深工程師進行計算結果的手動核對驗證 8。
  2. 銲接評定重新認證： 雖然 QG-108 允許沿用舊版 PQR，但針對 QW-410.92（擺動）與 Grade 91 Type 2（冷卻速率）的新要求，許多現有的銲接程序可能需要進行補充評定測試 7。
  3. 文檔管理開銷： 實施1 Appendix R 的 PSFR 報告需要大量的工程師工時進行資料整合。這不僅是技術工作，更是繁重的文檔行政工作，應在合約報價中予以考慮 18。
  4. 工法優化需求： 特別是針對 Grade 91 系列材料的加工工法，應提前納入冷卻控制設備的採購規劃。

十、結論：迎接壓力設備設計的新紀元

ASME BPVC 2025 Edition（2026 年實施）標誌著發電工業正從依賴經驗公式轉向更依賴精確模擬、數位檢測與系統化管理的階段。對於 CCPP 專案，電銲銲接細部設計已不再僅僅是現場施工的範疇，它與材料熱處理斜率控制、高溫蠕變失效保護機制以及全生命週期的數位追溯緊密結合。

工程規劃團隊應立即啟動 2025 版規範的差距分析，特別是針對 Grade 91 系列材料的加工工法與 B31.1 Appendix Q/R 的合規性檢查。透過提前適應這些變革，不僅能確保電廠組件在極端條件下的安全運行，更能提升電廠整體的壽命週期價值，為 2026 年的全面強制實施奠定堅實的技術基礎。

參考文獻

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  2. Unlocking the ASME BPVC 2025: What You Need to Know to Stay Ahead – GlobalSpec, https://www.globalspec.com/events/eventdetails?eventId=4645
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  8. Webinar Recap: 2024–2025 Code Changes | ASME, AWS & More, 檢https://info.thinkcei.com/think-tank/2025-asme-aws-code-webinar
  9. Upcoming Changes to 2025 Edition ASME BPVC VIII-1 and VIII-2 – Inspectioneering, https://inspectioneering.com/journal/2024-12-26/11362/in-depth-discussion-of-the-significant-changes-to-asme-viii-1-and-asme-viii-2-2
  10. Class 1 vs Class 2 Pressure Vessels – Hedderman Consulting, https://www.heddermanconsulting.com/blog-1/2020/6/11/class-1-vs-class-2-pressure-vessels
  11. What’s New in ASME Section VIII 2025: Updated Methods, Materials, and Organization Explained – Think Tank, https://info.thinkcei.com/think-tank/asme-viii-2025-code-updates-methods-materials-organization
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  16. ASME B31.1-2024: Power Piping [New] [Changes] – The ANSI Blog, https://blog.ansi.org/ansi/asme-b31-1-2024-power-piping-changes/
  17. 1 – Power Piping – ASME, https://www.asme.org/codes-standards/find-codes-standards/b31-1-power-piping
  18. 1 2024 Appendix R | PDF | Welding | Construction – Scribd, https://www.scribd.com/document/925093112/b31-1-2024-Appendix-r
  19. ASME Section V – Nondestructive Examination – Munich Re, https://www.munichre.com/content/dam/munichre/contentlounge/website-pieces/documents/HSB-169-ASME-SectionV-F-E.pdf/_jcr_content/renditions/original.media_file.download_attachment.file/HSB-169-ASME-SectionV-F-E.pdf
  20. Post Weld Heat Treatment (PWHT) – Tetra Engineering, https://www.tetra-eng.com/whitepaper/post-weld-heat-treatment-pwht
  21. PWHT Requirements in Pressure Vessel Inspections, https://www.inspection-for-industry.com/pwht-requirements-in-pressure-vessel-inspections.html
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