圧力機器の完全性を維持することは、あらゆる所有者/オペレータにとって継続的な現実です。容器、炉、ボイラー、熱交換器、貯蔵タンク、および関連する配管や計装などの機器の所有者/オペレータは、完全性管理プログラムを利用して機器の信頼性を評価し、安全で効率的な操作のために機器の完全性を保護しています。これらのコンポーネントの正しい冶金を理解することは、信頼性と安全な操作に不可欠であるため、重要なコンポーネントを監視するためにさまざまな非破壊技術が一般的に使用されています。不適切な種類の材料を使用すると、悲惨な結果を招く可能性があります。
これらのコンポーネントの一部（小型部品や配管アセンブリなど）の炭素分析や材料グレードのテストは、形状やサイズが原因で困難な場合があります。材料分析の難しさから、これらの部品は多くの場合、Positive Material Identification（PMI）プログラムから除外されます。しかし、メインの小口径パイプなどの重要なセクションを無視することはできません。重要なシステムで故障した小型コンポーネントは、大型コンポーネントの故障と同じ影響を与える可能性があります。故障の影響は小さいかもしれませんが、火災、プロセスプラントのダウンタイム、負傷など、結果は同じになる可能性があります。
レーザー誘起ブレークダウン分光法 (LIBS) が研究室の分析方法から主流の分析方法に移行したため、現場ですべてのコンポーネントの必要な炭素試験を 100% 実行する能力は業界における大きなギャップでしたが、最近は分析技術によってそれが埋められました。このハンドヘルド技術により、所有者/オペレーターはこれらのコンポーネントの材料プロセスのコンプライアンスを確実かつ正確に試験することができ、炭素分析を含む現場での材料検証のための包括的なソリューションが提供されます。
図 1. SciAps Z-902 ER308L 溶接部 ¼ インチ幅の炭素分析 出典: SciAps (画像をクリックすると拡大します。)
LIBS は、パルス レーザーを使用して材料の表面をアブレーションし、プラズマを生成する発光技術です。搭載されている分光計はプラズマからの光を定性的に測定し、個々の波長を分離して元素含有量を明らかにし、その後、搭載されている較正によって定量化されます。非常に小さな出口開口部を含む最新の技術革新により、曲面や小さな部品を密閉することなく不活性アルゴン雰囲気を実現できるため、技術者はサイズや形状に関係なく部品をテストできます。技術者は表面を準備し、内部カメラを使用してテスト場所をターゲットし、分析します。テスト領域は約 50 ミクロンで、アダプタを使用したり、削りくずを集めたり、犠牲コンポーネントをラボに送ったりすることなく、非常に小さな部品を含むあらゆるサイズの部品を測定できます。
いくつかのメーカーが、市販のハンドヘルド LIBS 分析装置を製造しています。アプリケーションに適した分析装置を探す場合、すべてのハンドヘルド LIBS 分析装置が同じように作られているわけではないことをユーザーは念頭に置く必要があります。市場には、材料の識別はできるものの炭素含有量は測定できない LIBS 分析装置のモデルがいくつかあります。ただし、材料の等級が必要なアプリケーションでは、炭素が測定され、炭素の量に基づいて材料が等級分けされます。したがって、炭素は包括的な整合性管理プログラムにとって非常に重要です。
図 2. SciAps Z-902 による 1/4 インチ機械ネジ (316H 材質) の炭素分析。出典: SciAps (画像をクリックすると拡大します。)
例えば、1030炭素鋼は材料中の炭素含有量で識別され、材料名の最後の2つの数字は公称炭素含有量を示します。つまり、1030炭素鋼の公称炭素含有量は0.30%です。これは、1040、1050炭素鋼などの他の炭素鋼にも当てはまります。また、300シリーズのステンレス鋼の等級分けを行う場合、炭素含有量は、316Lや316Hなどの材料のLグレードまたはHグレードを識別するために必要な基本要素です。炭素を測定しない場合、材料の種類を識別するだけで、材料のグレードを識別することはできません。
図3. HFアルキル化サービスにおける1インチs/160 A106フィッティングのSciAps Z-902炭素分析 出典：SciAps（画像をクリックすると拡大します。）
炭素を測定できない LIBS 分析装置は、X 線蛍光 (XRF) 機器と同様に、材料を識別することしかできません。ただし、いくつかのメーカーは、炭素含有量を測定できる携帯型の LIBS 炭素分析装置を製造しています。分析装置には、サイズ、重量、使用可能な較正数、密閉表面と非密閉表面のサンプル インターフェイス、分析のための小さな部品へのアクセスなど、いくつかの基本的な違いがあります。小さな出口穴を備えた LIBS 分析装置は、テストにアルゴン シールが必要なく、ウィジェットをテストするための他の LIBS 分析装置または OES ユニットに必要なウィジェット アダプタも必要ありません。この手法の利点は、技術者が特別なアダプタを使用せずに PMI 手順の任意の部分をテストできることです。ユーザーは、特にアプリケーションで 100% PMI が必要な場合、分析装置のさまざまな機能を調べて、機器が目的のアプリケーションのニーズを満たすことができるかどうかを判断する必要があります。
ハンドヘルドLIBS分析計の機能は、現場分析の管理方法に変革をもたらしています。これらの分析計は、オーナー／オペレーターに、受入材料、稼働中／ビンテージPMI材料、溶接部、溶接消耗品、そしてPMIプログラムにおけるあらゆる重要部品を分析する手段を提供し、あらゆる資産保全プログラムに効率的で信頼性の高いソリューションを提供します。犠牲部品の購入や削りくずの収集、ラボへの送付、そして結果を待つといった余分な労力やコストを省いた、費用対効果の高いソリューションです。これらのポータブルなハンドヘルドLIBS分析計は、数年前には存在しなかった追加機能をユーザーに提供します。
図4. SciAps Z-902 1/8インチワイヤ、316L材質の炭素分析 出典: SciAps (画像をクリックすると拡大します。)
資産の信頼性には、現場で完全に実装されている包括的な材料検証プログラムが含まれており、機器のコンプライアンスと安全で効率的な操作を検証します。適切な分析装置について少し調べてアプリケーションを理解することで、所有者/オペレーターは、形状やサイズに関係なく、資産整合性プログラムであらゆる機器を信頼性の高い方法で分析および評価し、リアルタイム分析を取得できるようになりました。重要な小口径コンポーネントを瞬時に確実に正確に分析できるようになり、機器の整合性を保護するための重要な決定を下すために必要なデータが所有者/ユーザーに提供されます。
この革新的な技術により、所有者/オペレーターは炭素フィールド分析のギャップを埋めることで、機器の高度な整合性と信頼性を維持できるようになります。
James Terrell 氏は、ハンドヘルド XRF および LIBS 分析装置のメーカーである SciAps, Inc. の NDT 事業開発担当ディレクターです。
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