Maintaining the integrity of pressure equipment is an ongoing reality for any owner/operator.Owners/operators of equipment such as vessels, furnaces, boilers, exchangers, storage tanks, and associated piping and instrumentation rely on an integrity management program to assess equipment reliability and protect equipment integrity for safe and efficient operation.Various non-destructive techniques are commonly used to monitor critical components, as understanding the correct metallurgy of these components is critical to their reliability and safe operation.Using the wrong type of material can have disastrous results.
Das Testen einiger dieser Komponenten (z. B. Kleinteile oder Rohrleitungsbaugruppen) auf Kohlenstoffanalyse und Materialqualitäten kann aufgrund ihrer Geometrie oder Größe eine Herausforderung darstellen. Aufgrund der Schwierigkeit, das Material zu analysieren, werden diese Teile häufig vom PMI-Programm (Positive Material Identification) ausgeschlossen. Sie können jedoch kritische Abschnitte, einschließlich der Hauptrohre mit kleinem Durchmesser, einfach nicht ignorieren. Eine kleinere Komponente, die in einem kritischen System ausfällt, kann die gleichen Auswirkungen haben wie ein Ausfall einer größeren Komponente. Die Folgen eines Ausfalls können geringer sein, aber die Folgen können dieselben sein: Brand, Ausfallzeit der Prozessanlage und Verletzungen.
Da sich die laserinduzierte Durchbruchspektroskopie (LIBS) von Laboranalysemethoden zum Mainstream entwickelt hat, stellt die Möglichkeit, 100 % der erforderlichen Kohlenstofftests aller Komponenten vor Ort durchzuführen, eine große Lücke in der Branche dar, die kürzlich durch Analysetechniken geschlossen wurde. Diese tragbare Technologie ermöglicht Eigentümern/Betreibern, diese Komponenten zuverlässig und genau auf Materialprozesskonformität zu testen, und bietet eine umfassende Lösung für die Materialüberprüfung vor Ort, einschließlich Kohlenstoffanalyse.
Abbildung 1. Kohlenstoffanalyse von SciAps Z-902 ER308L Weld ¼ Zoll Wide Quelle: SciAps (Zum Vergrößern auf das Bild klicken.)
LIBS ist eine Lichtemissionstechnik, die einen gepulsten Laser verwendet, um die Oberfläche eines Materials abzutragen und ein Plasma zu erzeugen. Das integrierte Spektrometer misst qualitativ das Licht aus dem Plasma und trennt die einzelnen Wellenlängen, um den Elementgehalt aufzudecken, der dann durch integrierte Kalibrierung quantifiziert wird. Mit den neuesten Innovationen bei tragbaren LIBS-Analysatoren, einschließlich sehr kleiner Austrittsöffnungen, kann eine inerte Argonatmosphäre erreicht werden, ohne gekrümmte Oberflächen oder kleine Teile abzudichten, sodass Techniker Teile unabhängig von Größe oder Geometrie testen können. Techniker bereiten Oberflächen vor und verwenden interne Kameras um Testorte anzuvisieren und zu analysieren. Der Testbereich beträgt ca. 50 Mikrometer, was es Technikern ermöglicht, Teile jeder Größe, einschließlich sehr kleiner Teile, zu messen, ohne dass Adapter, Späne gesammelt oder Opferkomponenten ins Labor geschickt werden müssen.
Mehrere Hersteller produzieren kommerziell erhältliche LIBS-Handanalysatoren. Bei der Suche nach dem richtigen Analysator für Ihre Anwendung müssen Benutzer bedenken, dass nicht alle LIBS-Handanalysatoren gleich sind. Es gibt mehrere Modelle von LIBS-Analysatoren auf dem Markt, die eine Materialidentifizierung ermöglichen, jedoch keinen Kohlenstoffgehalt. Bei Anwendungen, bei denen Materialqualitäten erforderlich sind, wird jedoch Kohlenstoff gemessen und das Material anhand der Kohlenstoffmenge eingestuft. Daher ist Kohlenstoff für ein umfassendes Integritätsmanagementprogramm von entscheidender Bedeutung.
Abbildung 2. SciAps Z-902-Kohlenstoffanalyse einer 1/4-Zoll-Maschinenschraube, 316H-Material. Quelle: SciAps (Zum Vergrößern auf das Bild klicken.)
1030-Kohlenstoffstahl wird beispielsweise durch den Kohlenstoffgehalt im Material identifiziert, und die letzten beiden Zahlen im Materialnamen geben den nominellen Kohlenstoffgehalt an – 0,30 % Kohlenstoff ist der nominelle Kohlenstoffgehalt in 1030-Kohlenstoffstahl. Dies gilt auch für andere Kohlenstoffstähle wie 1040-, 1050-Kohlenstoffstahl usw. Wenn Sie Edelstahl der Serie 300 bewerten, ist der Kohlenstoffgehalt das grundlegende Element, das erforderlich ist, um die L- oder H-Klasse eines Materials zu identifizieren, wie z. B. 316L oder 316H-Material.Wenn Sie den Kohlenstoff nicht messen, identifizieren Sie lediglich den Materialtyp und nicht die Materialqualität.
Abbildung 3. SciAps Z-902-Kohlenstoffanalyse von 1 Zoll s/160 A106, passend für HF-Alkylierungsdienste. Quelle: SciAps (zum Vergrößern auf das Bild klicken.)
LIBS-Analysatoren ohne die Fähigkeit, Kohlenstoff zu messen, können nur Materialien identifizieren, ähnlich wie Röntgenfluoreszenzinstrumente (RFA). Mehrere Hersteller stellen jedoch handgehaltene LIBS-Kohlenstoffanalysatoren her, mit denen der Kohlenstoffgehalt gemessen werden kann. Es gibt einige grundlegende Unterschiede zwischen den Analysatoren, wie z. B. Größe, Gewicht, Anzahl der verfügbaren Kalibrierungen, Probenschnittstelle für versiegelte und nicht versiegelte Oberflächen und Zugang zu kleinen Teilen für die Analyse. LIBS-Analysatoren mit kleinen Austrittslöchern erfordern keine Argondichtung zum Testen und keine Widget-Adapter, die für andere LIBS-Analysatoren erforderlich sind OES-Geräte zum Testen von Widgets. Der Vorteil dieser Technik besteht darin, dass Techniker jeden Teil des PMI-Verfahrens ohne Verwendung spezieller Adapter testen können. Benutzer müssen die verschiedenen Funktionen des Analysators studieren, um festzustellen, ob das Instrument die Anforderungen der beabsichtigten Anwendung erfüllen kann, insbesondere wenn die Anwendung 100 % PMI erfordert.
Die Fähigkeiten von tragbaren LIBS-Instrumenten verändern die Art und Weise, wie Feldanalysen verwaltet werden. Diese Instrumente bieten dem Eigentümer/Bediener die Möglichkeit, eingehendes Material, in Betrieb befindliches/altes PMI-Material, Schweißnähte, Schweißzusatzstoffe und alle kritischen Komponenten in seinem PMI-Programm zu analysieren und bieten so eine effiziente und zuverlässige Lösung für jedes Asset-Integritätsprogramm.Eine kostengünstige Lösung ohne den zusätzlichen Arbeits- oder Kostenaufwand für den Kauf von Opferteilen oder das Sammeln von Spänen und deren Einsendung ins Labor und Warten auf Ergebnisse. Diese tragbaren, handgehaltenen LIBS-Analysegeräte bieten Benutzern zusätzliche Funktionen, die es vor ein paar Jahren noch nicht gab.
Abbildung 4. Kohlenstoffanalyse von SciAps Z-902 1/8 Zoll Draht, 316L Material Quelle: SciAps (Klicken Sie auf das Bild, um es zu vergrößern.)
Asset Reliability umfasst ein umfassendes Programm zur Materialüberprüfung, das jetzt vollständig vor Ort implementiert ist, um die Konformität der Geräte sowie einen sicheren und effizienten Betrieb zu überprüfen. Mit ein wenig Recherche über den richtigen Analysator und Verständnis der Anwendung können Eigentümer/Betreiber jetzt jedes Gerät in ihrem Asset-Integritätsprogramm unabhängig von Geometrie oder Größe zuverlässig analysieren und bewerten und eine Echtzeitanalyse erhalten. Kritische Komponenten mit kleinem Durchmesser können jetzt sofort, sicher und genau analysiert werden, wodurch Eigentümer/Benutzer die Daten erhalten, die sie benötigen, um wichtige Entscheidungen zum Schutz der Geräteintegrität zu treffen.
Diese innovative Technologie ermöglicht es Eigentümern/Betreibern, ein hohes Maß an Integrität und Zuverlässigkeit ihrer Ausrüstung aufrechtzuerhalten, indem Lücken in der Kohlenstofffeldanalyse geschlossen werden.
James Terrell ist Director of Business Development – ​​NDT bei SciAps, Inc., einem Hersteller von tragbaren RFA- und LIBS-Analysegeräten.
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