압력 설비의 건전성을 유지하는 것은 모든 소유자/운영자에게 있어 지속적인 과제입니다. 용기, 용광로, 보일러, 열교환기, 저장 탱크 및 관련 배관과 계측기 등의 장비 소유자/운영자는 장비의 신뢰성을 평가하고 안전하고 효율적인 작동을 위해 장비의 건전성을 보호하는 건전성 관리 프로그램에 의존합니다. 다양한 비파괴 검사 기법은 중요 부품을 모니터링하는 데 일반적으로 사용되며, 이러한 부품의 정확한 금속학적 특성을 파악하는 것은 신뢰성과 안전한 작동에 매우 중요합니다. 잘못된 재질을 사용하면 치명적인 결과를 초래할 수 있습니다.
소형 부품이나 배관 조립품과 같은 일부 구성 요소의 탄소 함량 분석 및 재질 등급 검사는 형상이나 크기 때문에 어려울 수 있습니다. 재질 분석의 어려움 때문에 이러한 부품들은 종종 PMI(Positive Material Identification) 프로그램에서 제외됩니다. 하지만 주요 소구경 배관을 포함한 중요 부분은 절대 간과할 수 없습니다. 중요 시스템에서 작은 부품이 고장 나더라도 큰 부품이 고장 나는 것과 같은 심각한 결과를 초래할 수 있습니다. 고장의 규모는 작을 수 있지만, 화재, 설비 가동 중단, 부상과 같은 심각한 결과를 초래할 수 있습니다.
레이저 유도 파괴 분광법(LIBS)이 실험실 분석 방법에서 주류 분석 방법으로 자리 잡으면서, 현장에서 모든 부품에 필요한 탄소 함량 테스트를 100% 수행할 수 있는 능력은 업계의 큰 공백이었는데, 최근 이 분석 기술들이 그 공백을 메우고 있습니다. 이 휴대용 기술을 통해 소유자/운영자는 부품의 재료 공정 준수 여부를 안정적이고 정확하게 테스트할 수 있으며, 탄소 분석을 포함한 현장 재료 검증을 위한 포괄적인 솔루션을 제공합니다.
그림 1. SciAps Z-902 ER308L 용접부(폭 ¼인치)의 탄소 분석 결과 (출처: SciAps) (이미지를 클릭하면 확대됩니다.)
LIBS는 펄스 레이저를 사용하여 재료 표면을 절삭하고 플라즈마를 생성하는 발광 분석 기술입니다. 내장된 분광기는 플라즈마에서 방출되는 빛을 정성적으로 측정하고, 각 파장을 분리하여 원소 함량을 분석한 후, 내장된 교정 장치를 통해 정량 분석합니다. 최신 휴대용 LIBS 분석기의 혁신 기술 덕분에 매우 작은 출구 조리개를 사용하여 곡면이나 작은 부품을 밀봉하지 않고도 불활성 아르곤 분위기를 조성할 수 있어, 크기나 형상에 관계없이 모든 부품을 테스트할 수 있습니다. 작업자는 표면을 준비하고, 내장 카메라를 사용하여 테스트 위치를 지정한 후 분석합니다. 테스트 영역은 약 50마이크론으로, 어댑터, 절삭 칩 수집 또는 실험실로의 샘플 전송 없이도 매우 작은 부품을 포함한 모든 크기의 부품을 측정할 수 있습니다.
여러 제조업체에서 시판되는 휴대용 LIBS 분석기를 생산하고 있습니다. 사용자는 용도에 맞는 분석기를 선택할 때 모든 휴대용 LIBS 분석기의 성능이 동일하지 않다는 점을 염두에 두어야 합니다. 시중에는 재질 식별은 가능하지만 탄소 함량 측정은 불가능한 LIBS 분석기 모델이 여러 가지 있습니다. 그러나 재질 등급이 요구되는 응용 분야에서는 탄소 함량을 측정하고 그 양에 따라 재질을 등급화합니다. 따라서 탄소 함량 측정은 포괄적인 품질 관리 프로그램에 매우 중요합니다.
그림 2. 1/4인치 기계 나사(316H 재질)의 SciAps Z-902 탄소 분석 결과. 출처: SciAps (이미지를 클릭하면 확대됩니다.)
예를 들어, 1030 탄소강은 재료의 탄소 함량으로 식별되며, 재료 이름의 마지막 두 숫자는 공칭 탄소 함량을 나타냅니다. 0.30% 탄소는 1030 탄소강의 공칭 탄소 함량입니다. 이는 1040, 1050 탄소강 등 다른 탄소강에도 동일하게 적용됩니다. 또는 300 시리즈 스테인리스강의 등급을 구분할 때, 탄소 함량은 316L 또는 316H와 같이 재료의 L 또는 H 등급을 식별하는 데 필요한 기본 요소입니다. 탄소 함량을 측정하지 않으면 재료의 종류만 식별할 뿐 재료 등급은 식별할 수 없습니다.
그림 3. HF 알킬화 서비스용 1인치 s/160 A106 피팅의 SciAps Z-902 탄소 분석 결과 (출처: SciAps) (이미지를 클릭하면 확대됩니다.)
탄소 함량을 측정할 수 없는 LIBS 분석기는 X선 형광 분석기(XRF)와 유사하게 재료 식별만 가능합니다. 그러나 최근 몇몇 제조업체에서는 탄소 함량 측정이 가능한 휴대용 LIBS 탄소 분석기를 생산하고 있습니다. 분석기마다 크기, 무게, 교정 횟수, 밀봉/비밀봉 표면용 시료 인터페이스, 소형 부품 분석 접근성 등 기본적인 차이점이 있습니다. 출구 구멍이 작은 LIBS 분석기는 아르곤 밀봉이 필요하지 않으며, 다른 LIBS 분석기나 OES 장비에서 위젯 테스트에 필요한 위젯 어댑터도 필요하지 않습니다. 이러한 방식의 장점은 특수 어댑터 없이도 PMI 절차의 모든 부분을 테스트할 수 있다는 것입니다. 사용자는 분석기의 다양한 기능을 충분히 검토하여, 특히 100% PMI가 필요한 응용 분야의 경우 해당 기기가 요구 사항을 충족하는지 확인해야 합니다.
휴대용 LIBS 장비의 기능은 현장 분석 관리 방식을 혁신적으로 변화시키고 있습니다. 이 장비를 통해 소유주/운영자는 입고 자재, 사용 중/노후된 PMI 자재, 용접부, 용접 소모품 및 PMI 프로그램의 모든 중요 구성 요소를 분석할 수 있어 모든 자산 건전성 관리 프로그램에 효율적이고 신뢰할 수 있는 솔루션을 제공합니다. 추가적인 인력이나 비용 부담 없이, 희생 부품을 구매하거나 용접 부스러기를 수집하여 실험실로 보내고 결과를 기다릴 필요 없이 비용 효율적인 솔루션을 제공합니다. 이러한 휴대용 LIBS 분석기는 불과 몇 년 전에는 존재하지 않았던 추가적인 기능을 사용자에게 제공합니다.
그림 4. SciAps Z-902 1/8인치 와이어(316L 재질)의 탄소 분석 결과 (출처: SciAps) (이미지를 클릭하면 확대됩니다.)
자산 신뢰성에는 장비의 규정 준수 및 안전하고 효율적인 작동을 검증하기 위한 포괄적인 재료 검증 프로그램이 포함되어 있으며, 현재 현장에 완벽하게 구현되었습니다. 적절한 분석기를 선택하고 적용 방법을 이해하면 소유자/운영자는 형상이나 크기에 관계없이 자산 건전성 프로그램에 포함된 모든 장비를 안정적으로 분석하고 등급을 매길 수 있으며 실시간 분석 결과를 얻을 수 있습니다. 중요한 소구경 부품도 이제 즉각적이고 정확하며 신뢰할 수 있게 분석할 수 있어 소유자/사용자는 장비 건전성을 보호하기 위한 중요한 결정을 내리는 데 필요한 데이터를 확보할 수 있습니다.
이 혁신적인 기술은 탄소장 분석의 공백을 메워 장비 소유주/운영자가 장비의 높은 무결성과 신뢰성을 유지할 수 있도록 해줍니다.
제임스 테렐은 휴대용 XRF 및 LIBS 분석기 제조업체인 SciAps, Inc.의 비파괴 검사(NDT) 사업 개발 이사입니다.
창립 10주년을 기념하여 개최된 이번 컨퍼런스에는 수천 명의 참가자와 수백 개의 전시업체가 참여하여 최신 조립 기술, 장비 및 제품을 선보였습니다. 달력에 표시해 두시고 이번 뜻깊은 행사에 참여하세요. 참가자들은 새로운 정보를 얻고, 최신 기술과 제품을 평가하고, 업계 전문가로부터 배우고, 경험 많은 전문가들과 교류할 수 있는 기회를 갖게 될 것입니다.
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