Il mantenimento dell'integrità delle apparecchiature a pressione è una realtà costante per qualsiasi proprietario/gestore. I proprietari/gestori di apparecchiature quali recipienti, forni, caldaie, scambiatori di calore, serbatoi di stoccaggio e relative tubazioni e strumentazione si affidano a un programma di gestione dell'integrità per valutare l'affidabilità delle apparecchiature e proteggerne l'integrità per un funzionamento sicuro ed efficiente. Diverse tecniche non distruttive sono comunemente utilizzate per monitorare i componenti critici, poiché la comprensione della corretta metallurgia di questi componenti è fondamentale per la loro affidabilità e il loro funzionamento sicuro. L'utilizzo di un tipo di materiale errato può avere conseguenze disastrose.
Testare alcuni di questi componenti (come piccole parti o assemblaggi di tubazioni) per l'analisi del carbonio e la classificazione dei materiali può essere difficile a causa della geometria o delle dimensioni. Data la difficoltà di analizzare il materiale, queste parti sono spesso escluse dal programma di Identificazione Positiva dei Materiali (PMI). Tuttavia, non si possono ignorare le sezioni critiche, comprese le tubazioni principali di piccolo diametro. Il guasto di un componente più piccolo in un sistema critico può avere lo stesso impatto del guasto di un componente più grande. Le conseguenze di un guasto possono essere minori, ma possono essere le stesse: incendio, fermo impianto e infortuni.
Con la diffusione della spettroscopia di emissione atomica indotta da laser (LIBS), passata dai metodi analitici di laboratorio alla pratica clinica di routine, la capacità di eseguire il 100% dei test sul carbonio richiesti per tutti i componenti direttamente sul campo rappresentava un'enorme lacuna nel settore, recentemente colmata dalle tecniche analitiche. Questa tecnologia portatile consente ai proprietari/gestori di testare in modo affidabile e preciso questi componenti per verificarne la conformità ai processi di lavorazione e offre una soluzione completa per la verifica in loco dei materiali, inclusa l'analisi del carbonio.
Figura 1. Analisi del carbonio della saldatura SciAps Z-902 ER308L larga ¼”. Fonte: SciAps (Clicca sull'immagine per ingrandirla).
La 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 integrato misura qualitativamente la luce emessa dal plasma, separando le singole lunghezze d'onda per rivelare la composizione elementare, che viene poi quantificata tramite calibrazione interna. Grazie alle più recenti innovazioni negli analizzatori LIBS portatili, tra cui aperture di uscita molto piccole, è possibile ottenere un'atmosfera inerte di argon senza dover sigillare superfici curve o piccoli componenti, consentendo ai tecnici di testare pezzi di qualsiasi dimensione o geometria. I tecnici preparano le superfici, utilizzano telecamere interne per individuare i punti di test e li analizzano. L'area di test è di circa 50 micron, il che permette ai tecnici di misurare componenti di qualsiasi dimensione, inclusi quelli molto piccoli, senza bisogno di adattatori, di raccogliere trucioli o di inviare componenti di scarto al laboratorio.
Diversi produttori commercializzano analizzatori LIBS portatili. Quando si cerca l'analizzatore più adatto alla propria applicazione, è importante tenere presente che non tutti gli analizzatori LIBS portatili sono uguali. Sul mercato esistono diversi modelli di analizzatori LIBS che consentono l'identificazione del materiale, ma non la determinazione del contenuto di carbonio. Tuttavia, nelle applicazioni in cui è richiesta la classificazione del materiale, il carbonio viene misurato e il materiale viene classificato in base alla sua quantità. Pertanto, il carbonio è fondamentale per un programma completo di gestione dell'integrità.
Figura 2. Analisi del carbonio con SciAps Z-902 di una vite per macchine da 1/4 di pollice, in acciaio inossidabile 316H. Fonte: SciAps (Clicca sull'immagine per ingrandirla).
Ad esempio, l'acciaio al carbonio 1030 viene identificato dal contenuto di carbonio nel materiale, e le ultime due cifre nel nome del materiale indicano il contenuto nominale di carbonio: lo 0,30% di carbonio è il contenuto nominale di carbonio 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 ad esempio il materiale 316L o 316H. Se non si misura il carbonio, si identifica solo il tipo di materiale e non il suo grado.
Figura 3. Analisi del carbonio SciAps Z-902 del raccordo 1” s/160 A106 per servizi di alchilazione con HF. Fonte: SciAps (Clicca sull'immagine per ingrandirla).
Gli analizzatori LIBS senza la capacità 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 o non sigillate e accesso a piccole parti per l'analisi. Gli analizzatori LIBS con piccoli fori di uscita non richiedono una guarnizione di argon per i test e non necessitano di 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 un PMI al 100%.
Le capacità degli strumenti LIBS portatili stanno rivoluzionando la gestione delle analisi sul campo. Questi strumenti offrono al proprietario/operatore la possibilità di analizzare materiali in entrata, materiali PMI in servizio/vecchi, saldature, materiali di consumo per la saldatura e qualsiasi componente critico del programma PMI, fornendo una soluzione efficiente e affidabile per qualsiasi programma di integrità degli asset. Una soluzione economicamente vantaggiosa, che elimina la necessità di manodopera aggiuntiva o i costi derivanti dall'acquisto di parti di ricambio o dalla raccolta di trucioli, dal loro invio al laboratorio e dall'attesa dei risultati. Questi analizzatori LIBS 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”, materiale 316L. Fonte: SciAps (fare clic sull'immagine per ingrandirla).
Il programma Asset Reliability include un programma completo di verifica dei materiali, ora pienamente implementato sul campo, per verificare la conformità delle apparecchiature e il loro funzionamento sicuro ed efficiente. Con una semplice ricerca sull'analizzatore più adatto e una comprensione dell'applicazione, i proprietari/gestori possono ora analizzare e valutare in modo affidabile qualsiasi apparecchiatura inclusa nel loro programma di integrità degli asset, indipendentemente dalla geometria o dalle dimensioni, e ottenere analisi in tempo reale. I componenti critici di piccolo diametro possono ora essere analizzati istantaneamente, con sicurezza e precisione, fornendo ai proprietari/utilizzatori i dati necessari per prendere decisioni cruciali a tutela dell'integrità delle apparecchiature.
Questa tecnologia innovativa consente ai proprietari/gestori di mantenere un elevato grado di integrità e affidabilità delle proprie apparecchiature colmando le lacune nell'analisi del campo di carbonio.
James Terrell è Direttore dello Sviluppo Commerciale – NDT presso SciAps, Inc., azienda produttrice di analizzatori portatili XRF e LIBS.
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