Die Aufrechterhaltung der Integrität von Druckgeräten ist für jeden Eigentümer/Betreiber eine ständige Herausforderung. Eigentümer/Betreiber von Geräten wie Behältern, Öfen, Kesseln, Wärmetauschern, Lagertanks und den dazugehörigen Rohrleitungen und Instrumenten verlassen sich auf ein Integritätsmanagementprogramm, um die Zuverlässigkeit der Geräte zu bewerten und ihre Integrität für einen sicheren und effizienten Betrieb zu schützen. Zur Überwachung kritischer Komponenten werden üblicherweise verschiedene zerstörungsfreie Techniken eingesetzt, da das Verständnis der richtigen Metallurgie dieser Komponenten entscheidend für ihre Zuverlässigkeit und ihren sicheren Betrieb ist. Die Verwendung des falschen Materialtyps kann verheerende Folgen haben.
Das Testen einiger dieser Komponenten (wie etwa Kleinteile oder Rohrleitungsbaugruppen) auf Kohlenstoffanalyse und Materialqualität kann aufgrund der Geometrie oder Größe eine Herausforderung darstellen. Aufgrund der Schwierigkeit, das Material zu analysieren, werden diese Teile häufig vom Programm zur positiven Materialidentifizierung (PMI) ausgeschlossen. Sie können jedoch keine kritischen Abschnitte einfach ignorieren, einschließlich der Hauptrohre mit kleinem Durchmesser. Wenn in einem kritischen System eine kleinere Komponente ausfällt, kann dies dieselben Auswirkungen haben wie der Ausfall einer größeren Komponente. Die Folgen eines Ausfalls können geringer sein, aber die Folgen können dieselben sein: Feuer, Ausfallzeiten der Prozessanlage und Verletzungen.
Da die Laserplasmaspektroskopie (LIBS) nicht mehr nur eine analytische Methode im Labor ist, sondern zum Mainstream geworden ist, stellt die Fähigkeit, 100 % der erforderlichen Kohlenstofftests aller Komponenten vor Ort durchzuführen, eine große Lücke in der Branche dar, die vor Kurzem durch analytische Techniken geschlossen wurde. Diese tragbare Technologie ermöglicht Eigentümern/Betreibern, diese Komponenten zuverlässig und genau auf die Konformität der Materialprozesse zu prüfen und bietet eine umfassende Lösung für die Materialüberprüfung vor Ort, einschließlich Kohlenstoffanalyse.
Abbildung 1. Kohlenstoffanalyse der ¼ Zoll breiten Schweißnaht SciAps Z-902 ER308L. Quelle: SciAps (Zum Vergrößern auf das Bild klicken.)
LIBS ist eine Lichtemissionstechnik, bei der ein gepulster Laser verwendet wird, um die Oberfläche eines Materials abzutragen und ein Plasma zu erzeugen. Das integrierte Spektrometer misst qualitativ das Licht des Plasmas und trennt die einzelnen Wellenlängen, um den Elementgehalt zu ermitteln, der dann durch eine 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, verwenden interne Kameras, um Teststellen anzuvisieren und zu analysieren. Der Testbereich beträgt ungefähr 50 Mikrometer, sodass Techniker Teile jeder Größe, einschließlich sehr kleiner Teile, messen können, ohne Adapter verwenden, Späne sammeln oder Opferkomponenten an das Labor senden zu müssen.
Es gibt mehrere Hersteller, die tragbare LIBS-Analysatoren im Handel anbieten. Bei der Suche nach dem richtigen Analysator für Ihre Anwendung müssen Sie bedenken, dass nicht alle tragbaren LIBS-Analysatoren gleich sind. Auf dem Markt gibt es mehrere Modelle von LIBS-Analysatoren, die eine Materialidentifizierung ermöglichen, jedoch nicht den Kohlenstoffgehalt. Bei Anwendungen, bei denen Materialqualitäten erforderlich sind, wird jedoch Kohlenstoff gemessen und das Material anhand der Kohlenstoffmenge klassifiziert. Daher ist Kohlenstoff für ein umfassendes Integritätsmanagementprogramm von entscheidender Bedeutung.
Abbildung 2. SciAps Z-902-Kohlenstoffanalyse einer 1/4-Zoll-Maschinenschraube, Material 316H. Quelle: SciAps (Klicken Sie auf das Bild, um es zu vergrößern.)
Beispielsweise wird Kohlenstoffstahl 1030 anhand seines Kohlenstoffgehalts identifiziert, und die letzten beiden Zahlen im Materialnamen geben den nominalen Kohlenstoffgehalt an – 0,30 % Kohlenstoff ist der nominale Kohlenstoffgehalt in Kohlenstoffstahl 1030. Dies gilt auch für andere Kohlenstoffstähle wie Kohlenstoffstahl 1040, Kohlenstoffstahl 1050 usw. Auch bei der Klassifizierung von Edelstahl der 300er-Serie ist der Kohlenstoffgehalt das grundlegende Element zur Bestimmung der L- oder H-Klasse eines Materials, z. B. 316L oder 316H. Wenn Sie den Kohlenstoffgehalt nicht messen, identifizieren Sie lediglich den Materialtyp, nicht aber die Materialklasse.
Abbildung 3. SciAps Z-902-Kohlenstoffanalyse von 1 Zoll s/160 A106-Anschlussstück für HF-Alkylierungsdienste. Quelle: SciAps (Zum Vergrößern auf das Bild klicken.)
LIBS-Analysatoren ohne die Fähigkeit zur Kohlenstoffmessung können Materialien nur identifizieren, ähnlich wie Röntgenfluoreszenzgeräte (XRF). Mehrere Hersteller produzieren jedoch tragbare LIBS-Kohlenstoffanalysatoren, die den Kohlenstoffgehalt messen können. 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 benötigen keine Argondichtung zum Testen und keine Widget-Adapter, die von anderen LIBS-Analysatoren oder OES-Einheiten zum Testen von Widgets benötigt werden. Der Vorteil dieser Technik besteht darin, dass Techniker jeden Teil des PMI-Verfahrens ohne spezielle Adapter testen können. Benutzer müssen die verschiedenen Funktionen des Analysators studieren, um festzustellen, ob das Gerät die Anforderungen der beabsichtigten Anwendung erfüllt, insbesondere wenn die Anwendung 100 % PMI erfordert.
Die Funktionen tragbarer LIBS-Geräte verändern die Art und Weise der Feldanalyse. Diese Geräte ermöglichen dem Eigentümer/Betreiber die Analyse von eingehendem Material, im Einsatz befindlichem/altem PMI-Material, Schweißnähten, Schweißzusätzen und allen kritischen Komponenten in seinem PMI-Programm und stellen eine effiziente und zuverlässige Lösung für jedes Anlagenintegritätsprogramm dar. Eine kostengünstige Lösung ohne zusätzlichen Arbeitsaufwand oder Kosten für den Kauf von Opferteilen oder das Sammeln und Einsenden von Spänen ins Labor, wo auf die Ergebnisse gewartet werden muss. Diese tragbaren LIBS-Handanalysatoren bieten Anwendern zusätzliche Funktionen, die es vor wenigen Jahren noch nicht gab.
Abbildung 4. Kohlenstoffanalyse von SciAps Z-902 1/8-Zoll-Draht, 316L-Materialquelle: SciAps (Klicken Sie auf das Bild, um es zu vergrößern.)
Asset Reliability umfasst ein umfassendes Materialüberprüfungsprogramm, das jetzt vollständig vor Ort implementiert ist, um die Konformität der Geräte sowie den sicheren und effizienten Betrieb zu überprüfen. Mit ein wenig Recherche nach dem richtigen Analysator und dem Verständnis der Anwendung können Eigentümer/Betreiber jetzt jedes Gerät in ihrem Asset-Integritätsprogramm unabhängig von Geometrie oder Größe zuverlässig analysieren und klassifizieren und erhalten eine Echtzeitanalyse. Kritische Komponenten mit kleinem Durchmesser können jetzt sofort, zuverlässig und genau analysiert werden, sodass Eigentümer/Benutzer die erforderlichen Daten erhalten, um wichtige Entscheidungen zum Schutz der Geräteintegrität zu treffen.
Diese innovative Technologie ermöglicht es Eigentümern/Betreibern, ein hohes Maß an Integrität und Zuverlässigkeit ihrer Geräte aufrechtzuerhalten, indem sie Lücken in der Kohlenstofffeldanalyse schließt.
James Terrell ist Director of Business Development – ​​NDT bei SciAps, Inc., einem Hersteller tragbarer XRF- und LIBS-Analysatoren.
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