Mantenere l'integrità delle apparecchiature a pressione è una realtà costante per qualsiasi proprietario/gestore. I proprietari/gestori di apparecchiature quali recipienti, forni, caldaie, scambiatori, serbatoi di stoccaggio e relative tubazioni e strumentazioni si affidano a un programma di gestione dell'integrità per valutare l'affidabilità delle apparecchiature e proteggerne l'integrità, garantendone un funzionamento sicuro ed efficiente. Per monitorare i componenti critici vengono comunemente utilizzate diverse tecniche non distruttive, poiché la conoscenza della corretta metallurgia di questi componenti è fondamentale per la loro affidabilità e il loro funzionamento sicuro. L'utilizzo di materiali di tipo sbagliato può avere risultati disastrosi.
Testare alcuni di questi componenti (ad esempio piccole parti o gruppi di tubazioni) per l'analisi del carbonio e la qualità dei materiali può essere complicato a causa della geometria o delle dimensioni. A causa della difficoltà di analizzare il materiale, queste parti vengono spesso escluse dal programma di identificazione positiva dei materiali (PMI). Tuttavia, non è possibile ignorare alcuna sezione critica, comprese le tubazioni principali di piccolo diametro. Un componente più piccolo che si guasta in un sistema critico può avere lo stesso impatto di un guasto di un componente più grande. Le conseguenze di un guasto possono essere minori, ma le conseguenze possono essere le stesse: incendio, tempi di fermo dell'impianto di processo e lesioni.
Poiché la spettroscopia di degradazione indotta dal laser (LIBS) è passata dai metodi analitici di laboratorio a quelli tradizionali, la capacità di eseguire sul campo il 100% dei test sul carbonio richiesti per tutti i componenti rappresenta un'enorme lacuna nel settore, recentemente colmata da tecniche analitiche. Questa tecnologia portatile consente ai proprietari/operatori di testare in modo affidabile e accurato questi componenti per verificare la conformità dei processi dei materiali e fornisce una soluzione completa per la verifica dei materiali in loco, inclusa l'analisi del carbonio.
Figura 1. Analisi del carbonio di SciAps Z-902 ER308L Weld da ¼” di larghezza Fonte: SciAps (cliccare sull'immagine per ingrandirla).
LIBS è una tecnica di emissione luminosa che utilizza un laser pulsato per ablare la superficie di un materiale e creare un plasma. Lo spettrometro di bordo misura qualitativamente la luce del plasma, separando le singole lunghezze d'onda per rivelare il contenuto elementare, che viene poi quantificato tramite calibrazione di bordo. Grazie alle ultime innovazioni negli analizzatori LIBS portatili, tra cui aperture di uscita molto piccole, è possibile ottenere un'atmosfera di argon inerte senza sigillare superfici curve o piccole parti, consentendo ai tecnici di testare le parti indipendentemente dalle dimensioni o dalla geometria. I tecnici preparano le superfici, utilizzano telecamere interne per individuare i punti di prova e analizzarli. L'area di prova è di circa 50 micron, il che consentirà ai tecnici di misurare parti di qualsiasi dimensione, comprese parti molto piccole, senza bisogno di adattatori, raccogliere trucioli o inviare componenti sacrificali al laboratorio.
Diversi produttori realizzano analizzatori LIBS portatili disponibili in commercio. Quando si cerca l'analizzatore giusto per la propria applicazione, gli utenti devono tenere presente che non tutti gli analizzatori LIBS portatili sono uguali. Esistono diversi modelli di analizzatori LIBS sul mercato che consentono l'identificazione dei materiali, ma non del contenuto di carbonio. Tuttavia, nelle applicazioni in cui sono richieste qualità dei materiali, il carbonio viene misurato e il materiale viene classificato in base alla quantità di carbonio. Pertanto, il carbonio è fondamentale per un programma completo di gestione dell'integrità.
Figura 2. Analisi del carbonio SciAps Z-902 di una vite per macchina da 1/4 di pollice, materiale 316H. Fonte: SciAps (cliccare sull'immagine per ingrandirla).
Ad esempio, l'acciaio al carbonio 1030 è identificato dal contenuto di carbonio nel materiale, e le ultime due cifre nel nome del materiale identificano il contenuto di carbonio nominale: lo 0,30% di carbonio è il carbonio nominale nell'acciaio al carbonio 1030. Questo vale anche per altri acciai al carbonio come l'acciaio al carbonio 1040, 1050, ecc. Oppure, se si sta classificando l'acciaio inossidabile della serie 300, il contenuto di carbonio è l'elemento di base necessario per identificare il grado L o H di un materiale, come il materiale 316L o 316H. Se non si misura il carbonio, si sta solo identificando il tipo di materiale e non la sua qualità.
Figura 3. Analisi del carbonio SciAps Z-902 del raccordo A106 da 1” s/160 per servizi di alchilazione HF Fonte: SciAps (cliccare sull'immagine per ingrandirla).
Gli analizzatori LIBS che non sono in grado di misurare il carbonio possono solo identificare i materiali, in modo simile agli strumenti a fluorescenza a raggi X (XRF). Tuttavia, diversi produttori realizzano analizzatori di carbonio LIBS portatili in grado di misurare il contenuto di carbonio. Esistono alcune differenze fondamentali tra gli analizzatori, come dimensioni, peso, numero di calibrazioni disponibili, interfaccia del campione per superfici sigillate rispetto a quelle non sigillate e accesso a piccole parti per l'analisi. Gli analizzatori LIBS con piccoli fori di uscita non richiedono una guarnizione in argon per i test e non richiedono gli adattatori per widget richiesti da altri analizzatori LIBS o unità OES per testare i widget. Il vantaggio di questa tecnica è che consente ai tecnici di testare qualsiasi parte della procedura PMI senza l'uso di adattatori speciali. Gli utenti devono studiare le varie funzioni dell'analizzatore per determinare se lo strumento può soddisfare le esigenze dell'applicazione prevista, soprattutto se l'applicazione richiede il 100% di PMI.
Le capacità degli strumenti LIBS portatili stanno cambiando il modo in cui vengono gestite le analisi sul campo. Questi strumenti forniscono al proprietario/operatore un mezzo per analizzare il materiale in entrata, il materiale PMI in servizio/vecchio, le saldature, i materiali di consumo per saldatura e qualsiasi componente critico del programma PMI, offrendo una soluzione efficiente e affidabile per qualsiasi programma di integrità degli asset. Una soluzione conveniente che elimina la manodopera aggiuntiva o i costi derivanti dall'acquisto di componenti sacrificali o dalla raccolta di trucioli da inviare in laboratorio in attesa dei risultati. Questi analizzatori LIBS portatili e portatili offrono agli utenti funzionalità aggiuntive che non esistevano fino a pochi anni fa.
Figura 4. Analisi del carbonio del filo SciAps Z-902 da 1/8", 316L Fonte del materiale: SciAps (cliccare sull'immagine per ingrandirla).
Asset Reliability include un programma completo di verifica dei materiali, ora completamente implementato sul campo, per verificare la conformità delle apparecchiature e il funzionamento sicuro ed efficiente. Con una piccola ricerca sull'analizzatore appropriato e comprendendo l'applicazione, i proprietari/operatori possono ora analizzare e classificare in modo affidabile qualsiasi apparecchiatura nel loro programma di integrità delle risorse, indipendentemente dalla geometria o dalle dimensioni, e ottenere analisi in tempo reale. I componenti critici di piccolo diametro possono ora essere analizzati all'istante, in modo sicuro e accurato, fornendo ai proprietari/utenti i dati necessari per prendere decisioni critiche per proteggere l'integrità delle apparecchiature.
Questa tecnologia innovativa consente ai proprietari/gestori di mantenere un elevato livello di integrità e affidabilità delle proprie apparecchiature, colmando le lacune nell'analisi del carbonio sul campo.
James Terrell è direttore dello sviluppo aziendale – NDT presso SciAps, Inc., produttore di analizzatori XRF e LIBS portatili.
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