Die Aufrechterhaltung der Integrität von Druckgeräten ist für jeden Betreiber eine ständige Aufgabe. Betreiber von Anlagen wie Behältern, Öfen, Kesseln, Wärmetauschern, Lagertanks und den zugehörigen Rohrleitungen und Instrumenten verlassen sich auf ein Integritätsmanagementprogramm, um die Zuverlässigkeit der Anlagen zu bewerten und deren Integrität für einen sicheren und effizienten Betrieb zu gewährleisten. Verschiedene zerstörungsfreie Prüfverfahren werden häufig zur Überwachung kritischer Komponenten eingesetzt, da das Verständnis der korrekten Metallurgie dieser Komponenten entscheidend für deren Zuverlässigkeit und sicheren Betrieb ist. Die Verwendung des falschen Materials kann katastrophale Folgen haben.
Die Prüfung einiger dieser Komponenten (wie z. B. Kleinteile oder Rohrleitungen) auf Kohlenstoffgehalt und Materialgüte kann aufgrund ihrer Geometrie oder Größe schwierig sein. Aufgrund der Analyseschwierigkeiten werden diese Teile häufig vom PMI-Programm (Positive Material Identification) ausgeschlossen. Kritische Abschnitte, insbesondere die Hauptleitungen mit kleinem Durchmesser, dürfen jedoch nicht vernachlässigt werden. Der Ausfall einer kleineren Komponente in einem kritischen System kann dieselben Auswirkungen haben wie der Ausfall einer größeren Komponente. Die Folgen eines Ausfalls mögen geringer sein, aber sie können dieselben sein: Brand, Anlagenstillstand und Verletzungen.
Da die laserinduzierte Plasmaspektroskopie (LIBS) sich von Laboranalysemethoden zu einem Standardverfahren entwickelt hat, stellt die Möglichkeit, alle erforderlichen Kohlenstoffprüfungen an Bauteilen direkt vor Ort durchzuführen, eine große Lücke in der Branche dar, die kürzlich durch Analyseverfahren geschlossen wurde. Diese handliche Technologie ermöglicht es Eigentümern und Betreibern, diese Bauteile zuverlässig und präzise auf die Einhaltung der Materialprozessvorgaben zu prüfen und bietet eine umfassende Lösung für die Materialverifizierung vor Ort, einschließlich der Kohlenstoffanalyse.
Abbildung 1. Kohlenstoffanalyse der SciAps Z-902 ER308L Schweißnaht ¼” breit Quelle: SciAps (Zum Vergrößern auf das Bild klicken.)
LIBS ist eine Lichtemissionsanalyse, bei der ein gepulster Laser die Oberfläche eines Materials abträgt und ein Plasma erzeugt. Das integrierte Spektrometer misst das Licht des Plasmas qualitativ, trennt die einzelnen Wellenlängen und bestimmt so die Elementzusammensetzung, die anschließend durch eine Kalibrierung quantifiziert wird. Dank neuester Innovationen bei tragbaren LIBS-Analysatoren, wie z. B. sehr kleinen Austrittsöffnungen, lässt sich eine inerte Argonatmosphäre erzeugen, ohne gekrümmte Oberflächen oder kleine Teile abzudichten. Dadurch können Techniker Bauteile unabhängig von Größe und Geometrie prüfen. Die Techniker bereiten die Oberflächen vor, zielen mit internen Kameras auf die Testbereiche und analysieren diese. Die Testfläche beträgt ca. 50 Mikrometer. So können Techniker Bauteile jeder Größe, auch kleinste, ohne Adapter, Späne oder den Versand von Testteilen ins Labor messen.
Mehrere Hersteller bieten kommerziell erhältliche tragbare LIBS-Analysatoren an. Bei der Suche nach dem passenden Analysator für Ihre Anwendung sollten Sie beachten, dass nicht alle tragbaren LIBS-Analysatoren gleichwertig sind. Es gibt verschiedene LIBS-Analysatoren auf dem Markt, die zwar die Materialidentifizierung ermöglichen, jedoch nicht die Bestimmung des Kohlenstoffgehalts. In Anwendungen, in denen Materialgüten erforderlich sind, wird der Kohlenstoffgehalt gemessen und das Material anhand dieser Menge klassifiziert. Daher ist der Kohlenstoffgehalt ein entscheidender Bestandteil eines umfassenden Integritätsmanagementsystems.
Abbildung 2. Kohlenstoffanalyse (SciAps Z-902) einer 1/4-Zoll-Maschinenschraube aus 316H-Material. Quelle: SciAps (Zum Vergrößern auf das Bild klicken.)
Beispielsweise wird 1030-Kohlenstoffstahl durch seinen Kohlenstoffgehalt identifiziert. Die letzten beiden Ziffern der Werkstoffbezeichnung geben den nominellen Kohlenstoffgehalt an – 0,30 % Kohlenstoff ist der nominelle Kohlenstoffgehalt von 1030-Kohlenstoffstahl. Dies gilt auch für andere Kohlenstoffstähle wie 1040, 1050 usw. Bei der Klassifizierung von Edelstahl der 300er-Serie ist der Kohlenstoffgehalt das grundlegende Element zur Bestimmung der Güteklasse L oder H, z. B. 316L oder 316H. Wird der Kohlenstoffgehalt nicht gemessen, wird lediglich die Werkstoffart, nicht aber die Güteklasse angegeben.
Abbildung 3. SciAps Z-902 Kohlenstoffanalyse von 1” s/160 A106 Fitting für HF-Alkylierungsdienste Quelle: SciAps (Zum Vergrößern auf das Bild klicken.)
LIBS-Analysatoren ohne Kohlenstoffmessfunktion können Materialien lediglich identifizieren, ähnlich wie Röntgenfluoreszenz-Spektrometer (RFA). Mehrere Hersteller bieten jedoch handliche LIBS-Kohlenstoffanalysatoren an, die den Kohlenstoffgehalt messen können. Es gibt grundlegende Unterschiede zwischen den Analysatoren, z. B. hinsichtlich Größe, Gewicht, Anzahl der verfügbaren Kalibrierungen, Probenschnittstelle für geschlossene bzw. offene Oberflächen und Zugänglichkeit kleiner Bauteile für die Analyse. LIBS-Analysatoren mit kleinen Austrittsöffnungen benötigen für die Prüfung keine Argon-Dichtung und keine Widget-Adapter, wie sie bei anderen LIBS-Analysatoren oder OES-Geräten zur Widget-Prüfung erforderlich sind. Der Vorteil dieser Technik besteht darin, dass sie es Technikern ermöglicht, jeden Teil des PMI-Verfahrens ohne spezielle Adapter zu testen. Anwender sollten die verschiedenen Funktionen des Analysators prüfen, um festzustellen, ob das Gerät die Anforderungen der beabsichtigten Anwendung erfüllt, insbesondere wenn diese eine 100%ige PMI erfordert.
Die Leistungsfähigkeit tragbarer LIBS-Geräte revolutioniert die Feldanalyse. Diese Geräte ermöglichen es dem Betreiber, eingehendes Material, in Betrieb befindliches/älteres PMI-Material, Schweißnähte, Schweißzusätze und alle kritischen Komponenten im Rahmen des PMI-Programms zu analysieren. Sie bieten eine effiziente und zuverlässige Lösung für jedes Anlagenintegritätsprogramm. Eine kostengünstige Lösung ohne zusätzlichen Arbeitsaufwand oder die Kosten für den Kauf von Verschleißteilen oder die Sammlung von Spänen, deren Versand ins Labor und die Wartezeit auf die Ergebnisse. Diese tragbaren, handgeführten LIBS-Analysegeräte bieten Anwendern zusätzliche Funktionen, die vor wenigen Jahren noch nicht verfügbar waren.
Abbildung 4. Kohlenstoffanalyse von SciAps Z-902 1/8” Draht, 316L Materialquelle: SciAps (Zum Vergrößern auf das Bild klicken.)
Anlagenzuverlässigkeit umfasst ein umfassendes Materialprüfungsprogramm, das nun vollständig im Feld implementiert ist, um die Konformität der Anlagen sowie einen sicheren und effizienten Betrieb zu gewährleisten. Mit etwas Recherche zum geeigneten Analysegerät und dem Verständnis der Anwendung können Eigentümer/Betreiber nun jede Anlage in ihrem Anlagenintegritätsprogramm unabhängig von Geometrie oder Größe zuverlässig analysieren und bewerten und Echtzeitanalysen erhalten. Kritische Bauteile mit kleinem Durchmesser können nun sofort, sicher und präzise analysiert werden, wodurch Eigentümer/Anwender die notwendigen Daten erhalten, um wichtige Entscheidungen zum Schutz der Anlagenintegrität zu treffen.
Diese innovative Technologie ermöglicht es Eigentümern/Betreibern, ein hohes Maß an Integrität und Zuverlässigkeit ihrer Anlagen aufrechtzuerhalten, indem sie Lücken in der Kohlenstofffeldanalyse schließt.
James Terrell ist Director of Business Development – ​​NDT bei SciAps, Inc., einem Hersteller von tragbaren Röntgenfluoreszenz- und Laserinduzierten Plasmaspektrometern.
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