Maintenir l'intégrité des équipements sous pression est une préoccupation constante pour tout propriétaire/exploitant. Les propriétaires/exploitants d'équipements tels que des cuves, des fours, des chaudières, des échangeurs, des réservoirs de stockage et les tuyauteries et instruments associés s'appuient sur un programme de gestion de l'intégrité pour évaluer la fiabilité des équipements et garantir leur intégrité, assurant ainsi un fonctionnement sûr et efficace. Diverses techniques non destructives sont couramment utilisées pour surveiller les composants critiques, car la connaissance précise de leur métallurgie est essentielle à leur fiabilité et à la sécurité de leur fonctionnement. L'utilisation d'un matériau inadapté peut avoir des conséquences désastreuses.
L'analyse du carbone et la détermination de la qualité des matériaux de certains composants (comme les petites pièces ou les ensembles de tuyauterie) peuvent s'avérer complexes en raison de leur géométrie ou de leurs dimensions. Compte tenu de la difficulté d'analyse, ces pièces sont souvent exclues du programme d'identification positive des matériaux (PMI). Cependant, il est impératif de ne négliger aucune section critique, notamment les conduites principales de petit diamètre. La défaillance d'un petit composant dans un système critique peut avoir les mêmes conséquences que la défaillance d'un composant plus gros. Les conséquences d'une défaillance peuvent être moindres, mais elles peuvent être identiques : incendie, arrêt de production et blessures.
Avec la généralisation de la spectroscopie d'émission atomique induite par laser (LIBS), l'incapacité à réaliser sur le terrain l'intégralité des analyses de carbone requises pour tous les composants représente une lacune majeure dans l'industrie. Cette lacune a récemment été comblée par des techniques analytiques. Cette technologie portable permet aux propriétaires et exploitants de tester de manière fiable et précise ces composants afin de vérifier leur conformité aux procédés de fabrication et offre une solution complète pour la vérification des matériaux sur site, incluant l'analyse du carbone.
Figure 1. Analyse du carbone de la soudure SciAps Z-902 ER308L de ¼" de large. Source : SciAps (Cliquez sur l’image pour l’agrandir.)
La LIBS est une technique d'émission de lumière qui utilise un laser pulsé pour ablater la surface d'un matériau et créer un plasma. Le spectromètre intégré mesure qualitativement la lumière émise par le plasma, séparant les différentes longueurs d'onde pour révéler la composition élémentaire, qui est ensuite quantifiée par un étalonnage intégré. Grâce aux dernières innovations en matière d'analyseurs LIBS portables, notamment les très petites ouvertures de sortie, une atmosphère inerte d'argon peut être obtenue sans sceller les surfaces courbes ni les petites pièces, permettant ainsi aux techniciens de tester des pièces quelles que soient leur taille ou leur géométrie. Les techniciens préparent les surfaces, utilisent les caméras internes pour cibler les zones de test et les analyser. La zone de test est d'environ 50 microns, ce qui permet de mesurer des pièces de toutes tailles, y compris les plus petites, sans adaptateurs, sans récupération de copeaux ni envoi de composants sacrificiels au laboratoire.
Plusieurs fabricants proposent des analyseurs LIBS portables disponibles dans le commerce. Lors du choix de l'analyseur adapté à votre application, il est important de noter que tous les analyseurs LIBS portables ne se valent pas. Certains modèles disponibles sur le marché permettent l'identification des matériaux, mais pas la détermination de leur teneur en carbone. Or, dans les applications exigeant une classification des matériaux, la teneur en carbone est mesurée et le matériau est classé en fonction de cette teneur. Par conséquent, la mesure du carbone est essentielle à un programme complet de gestion de l'intégrité.
Figure 2. Analyse du carbone (SciAps Z-902) d'une vis à métaux de 1/4 pouce, matériau 316H. Source : SciAps (Cliquez sur l'image pour l'agrandir.)
Par exemple, l'acier au carbone 1030 est identifié par sa teneur en carbone. Les deux derniers chiffres de sa désignation indiquent la teneur nominale en carbone : 0,30 % de carbone correspond à la teneur nominale en carbone de l'acier au carbone 1030. Ceci s'applique également aux autres aciers au carbone tels que les aciers 1040 et 1050. De même, pour le classement des aciers inoxydables de la série 300, la teneur en carbone est l'élément de base permettant d'identifier la nuance L ou H, par exemple 316L ou 316H. Sans la mesure de la teneur en carbone, on identifie uniquement le type de matériau, et non sa nuance.
Figure 3. Analyse du carbone SciAps Z-902 d'un raccord A106 1" s/160 pour services d'alkylation HF Source : SciAps (Cliquez sur l'image pour l'agrandir.)
Les analyseurs LIBS incapables de mesurer le carbone ne peuvent qu'identifier les matériaux, à l'instar des instruments de fluorescence X (XRF). Cependant, plusieurs fabricants proposent des analyseurs de carbone LIBS portables capables de mesurer la teneur en carbone. Il existe des différences fondamentales entre les analyseurs, notamment en termes de taille, de poids, de nombre d'étalonnages disponibles, d'interface d'échantillonnage pour surfaces scellées ou non scellées, et d'accès aux petites pièces pour l'analyse. Les analyseurs LIBS dotés de petits orifices de sortie ne nécessitent pas de joint d'argon pour les tests, ni les adaptateurs nécessaires aux autres analyseurs LIBS ou aux unités OES pour tester les pièces. L'avantage de cette technique est qu'elle permet aux techniciens de tester n'importe quelle étape de la procédure PMI sans adaptateurs spéciaux. Les utilisateurs doivent étudier les différentes fonctions de l'analyseur afin de déterminer si l'instrument répond aux besoins de l'application prévue, en particulier si celle-ci exige un contrôle PMI à 100 %.
Les capacités des instruments LIBS portables révolutionnent la gestion des analyses sur le terrain. Ces instruments permettent aux propriétaires et exploitants d'analyser les matériaux entrants, les matériaux PMI en service ou anciens, les soudures, les consommables de soudage et tous les composants critiques de leur programme PMI, offrant ainsi une solution efficace et fiable pour tout programme d'intégrité des actifs. Une solution économique, sans les coûts supplémentaires liés à la main-d'œuvre, à l'achat de pièces sacrificielles ou à la collecte des copeaux, à leur envoi au laboratoire et à l'attente des résultats. Ces analyseurs LIBS portables offrent aux utilisateurs des fonctionnalités supplémentaires qui n'existaient pas il y a encore quelques années.
Figure 4. Analyse du carbone du fil SciAps Z-902 1/8", matériau 316L. Source : SciAps (Cliquez sur l’image pour l’agrandir.)
La fiabilité des actifs repose sur un programme complet de vérification des matériaux, désormais pleinement opérationnel sur le terrain, garantissant la conformité des équipements et leur fonctionnement sûr et efficace. Grâce à une brève recherche sur l'analyseur approprié et la compréhension de son application, les propriétaires/exploitants peuvent désormais analyser et classer avec fiabilité tout équipement de leur programme d'intégrité des actifs, quelles que soient sa géométrie et ses dimensions, et obtenir une analyse en temps réel. Les composants critiques de petit diamètre peuvent ainsi être analysés instantanément, avec confiance et précision, fournissant aux propriétaires/utilisateurs les données nécessaires à la prise de décisions cruciales pour la protection de l'intégrité des équipements.
Cette technologie innovante permet aux propriétaires/exploitants de maintenir un haut degré d'intégrité et de fiabilité de leurs équipements en comblant les lacunes dans l'analyse des champs de carbone.
James Terrell est directeur du développement commercial – CND chez SciAps, Inc., un fabricant d'analyseurs XRF et LIBS portables.
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