Analysieren und klassifizieren Sie Kohlenstoff in kleinen Teilen

Die Aufrechterhaltung der Integrität von Druckgeräten ist für jeden Eigentümer/Betreiber eine ständige Aufgabe. Die Eigentümer/Betreiber von Geräten wie Behältern, Öfen, Kesseln, Wärmetauschern, Tanks und zugehörigen Rohrleitungen und Instrumenten verlassen sich auf ein Integritätsmanagementprogramm, das darauf ausgelegt ist, die Zuverlässigkeit zu bewerten und die Integrität der Geräte für einen sicheren und effizienten Betrieb zu schützen. Zur Überwachung kritischer Komponenten werden häufig verschiedene zerstörungsfreie Techniken eingesetzt, da das Verständnis der korrekten Metallurgie dieser Komponenten für deren Zuverlässigkeit und sicheren Betrieb von entscheidender Bedeutung ist. Die Verwendung des falschen Materialtyps kann katastrophale Folgen haben.

Die Prüfung einiger dieser Komponenten – zum Beispiel kleiner Teile oder Rohrleitungskomponenten – auf Kohlenstoffanalyse und Materialqualität kann aufgrund ihrer Geometrie oder Größe eine Herausforderung darstellen. Diese Teile werden aufgrund der Schwierigkeit bei der Analyse des Materials häufig nicht in das PMI-Programm (Positive Material Identification) einbezogen. Aber Sie können einfach keine kritischen Teile ignorieren, einschließlich der primären Rohrleitungen mit kleinem Durchmesser. Kleinere Komponenten, die in einem kritischen System ausfallen, haben den gleichen Effekt wie der Ausfall größerer Komponenten. Die Folgen des Ausfalls sind möglicherweise geringer, das Ergebnis könnte jedoch dasselbe sein: Brände, Abschaltung der Prozesseinheit und Verletzungen.

Die Fähigkeit, die erforderlichen Kohlenstofftests an 100 Prozent aller Komponenten im Feld durchzuführen, stellt eine große Lücke in der Branche dar, die kürzlich geschlossen wurde, da sich die laserinduzierte Durchbruchspektroskopie (LIBS) von einer Laboranalysemethode zu einem Mainstream-Bereich entwickelt hat Analysetechnik. Diese tragbare Technologie ermöglicht es dem Eigentümer/Betreiber, diese Komponenten zuverlässig und genau auf die Einhaltung von Materialprozessen zu testen und bietet eine umfassende Lösung für die Materialüberprüfung vor Ort, einschließlich Kohlenstoffanalyse.

Abb. 1.SciAps Z-902 Kohlenstoffanalyse einer ER308L-Schweißnaht mit einer Breite von ¼ Zoll. Quelle: SciAps (Klicken Sie auf das Bild, um es zu vergrößern.)

LIBS ist eine optische Emissionstechnik, bei der ein gepulster Laser verwendet wird, um die Oberfläche des Materials abzutragen und ein Plasma zu erzeugen. Ein integriertes Spektrometer führt eine qualitative Messung des Lichts aus dem Plasma durch, trennt die einzelnen Wellenlängen, um den Elementgehalt aufzudecken, der dann mit der integrierten Kalibrierung quantifiziert wird. Mit den jüngsten Innovationen bei tragbaren LIBS-Analysatoren, die eine sehr kleine Austrittsöffnung umfassen, wird eine inerte Argonatmosphäre erreicht, ohne dass eine Abdichtung zu gekrümmten Oberflächen oder kleinen Teilen erforderlich ist, sodass der Techniker die Teile unabhängig von ihrer Größe oder Geometrie testen kann. Der Techniker bereitet die Oberfläche vor, richtet sich mit der internen Kamera am Prüfort aus und führt die Analyse durch. Mit einer Testfläche von ca. 50 Mikrometern ermöglicht dies dem Techniker die Messung von Teilen jeder Größe, einschließlich sehr kleiner Teile, und das alles ohne Adapter, ohne das Sammeln von Spänen oder das Versenden von Opferkomponenten an ein Labor.

Es gibt mehrere Hersteller, die tragbare LIBS-Analysegeräte herstellen, die im Handel erhältlich sind. Bei der Suche nach dem richtigen Analysegerät für Ihre Anwendung muss der Benutzer bedenken, dass nicht alle tragbaren LIBS-Analysegeräte gleich sind. Mehrere auf dem Markt erhältliche Modelle von LIBS-Analysatoren können eine Materialidentifizierung durchführen, erfassen jedoch nicht den Kohlenstoffgehalt. Bei Anwendungen, bei denen die Qualität des Materials ermittelt werden muss, wird jedoch der Kohlenstoff gemessen und bestimmt abhängig von der Kohlenstoffmenge die Qualität des Materials. Daher ist Kohlenstoff für ein umfassendes Integritätsmanagementprogramm von wesentlicher Bedeutung.

Abb. 2. SciAps Z-902 Kohlenstoffanalyse einer ¼-Zoll-Maschinenschraube, 316H-Material. Quelle: SciAps (Klicken Sie auf das Bild, um es zu vergrößern.)

Beispielsweise wird 1030-Kohlenstoffstahl anhand der Kohlenstoffmenge im Material identifiziert, und die letzten beiden Zahlen im Namen dieses Materials geben den nominellen Kohlenstoffgehalt an – der Kohlenstoffgehalt von 0,30 Prozent ist der nominelle Kohlenstoffgehalt in 1030-Kohlenstoffstahl. Dies gilt auch für andere Kohlenstoffstähle wie 1040-, 1050-Kohlenstoffstähle usw. Wenn Sie Edelstahl der 300er-Serie bewerten, ist der Kohlenstoffgehalt das wesentliche Element, das zur Identifizierung der L- oder H-Qualität des Materials erforderlich ist, z. B. 316L- oder 316H-Material . Ohne die Kohlenstoffmessung identifizieren Sie lediglich den Materialtyp und nicht die Materialqualität.

Abb. 3.SciAps Z-902 Kohlenstoffanalyse eines 1-Zoll-S/160-A106-Rohrnippels für den HF-Alkylierungsdienst. Quelle: SciAps (Klicken Sie auf das Bild, um es zu vergrößern.)

LIBS-Analysatoren, die nicht über die Möglichkeit verfügen, Kohlenstoff zu messen, identifizieren nur das Material, ähnlich wie ein Röntgenfluoreszenzinstrument (RFA). Es gibt jedoch einige Hersteller, die einen tragbaren LIBS-Kohlenstoffanalysator herstellen, der den Kohlenstoffgehalt messen kann. Es gibt einige grundlegende Unterschiede zwischen den Analysatoren, wie z. B. Größe, Gewicht, Anzahl der verfügbaren Kalibrierungen, Probenschnittstelle für versiegelte und nicht versiegelte Oberflächen und Zugang zu Kleinteilen für die Analyse. LIBS-Analysatoren mit kleinen Austrittsöffnungen, die zum Testen keine Argondichtung erfordern, benötigen keine Kleinteiladapter, die andere LIBS-Analysatoren oder OES-Geräte zum Testen kleiner Teile benötigen. Der Vorteil dieser Technologie besteht darin, dass sie dem Techniker die Möglichkeit gibt, jeden Teil des PMI-Programms ohne den Einsatz spezieller Adapter zu testen. Der Benutzer muss die verschiedenen Funktionen des Analysators untersuchen, um festzustellen, ob das Instrument die Anforderungen der beabsichtigten Anwendung erfüllen kann, insbesondere wenn die Anwendung einen 100-prozentigen PMI erfordert.

Die in einem tragbaren LIBS-Gerät verfügbaren Funktionen verändern die Art und Weise, wie Feldanalysen verwaltet werden. Diese Instrumente bieten eine effiziente und kostengünstige Lösung für jedes Asset-Integritätsprogramm, indem sie dem Eigentümer/Betreiber die Möglichkeit bieten, eingehendes Material, in Betrieb befindliches/Retro-PMI-Material, Schweißnähte, Schweißzusatzstoffe und alle kritischen Komponenten in seinem PMI-Programm ohne dies zu analysieren zusätzliche Arbeits- oder Kosten für den Kauf von Opferteilen oder das Sammeln von Spänen und deren Einsendung in ein Labor und das Warten auf Ergebnisse. Diese tragbaren LIBS-Handanalysatoren bieten dem Benutzer zusätzliche Funktionen, die es noch vor ein paar Jahren noch nicht gab.

Abb. 4.SciAps Z-902 Kohlenstoffanalyse von 1/8-Zoll-Draht, 316L-Material. Quelle: SciAps (Klicken Sie auf das Bild, um es zu vergrößern.)

Zur Anlagenzuverlässigkeit gehört ein umfassendes Materialverifizierungsprogramm, das jetzt vollständig vor Ort durchgeführt werden kann, um die Konformität sowie den sicheren und effizienten Betrieb der Ausrüstung zu überprüfen. Mit ein wenig Recherche nach dem geeigneten Analysegerät und einem Verständnis der Anwendung kann der Besitzer/Betreiber jetzt jedes Gerät in seinem Asset-Integritätsprogramm unabhängig von Geometrie oder Größe zuverlässig analysieren und bewerten und eine Echtzeitanalyse erhalten. Kritische Komponenten mit kleinem Durchmesser können jetzt sofort analysiert werden, wobei der Eigentümer/Benutzer mit Sicherheit und Genauigkeit die notwendigen Daten erhält, um wichtige Entscheidungen zum Schutz der Integrität der Ausrüstung zu treffen.

Diese innovative Technologie ermöglicht es dem Eigentümer/Betreiber, ein hohes Maß an Integrität und Zuverlässigkeit seiner Ausrüstung aufrechtzuerhalten, indem die Lücke für die Kohlenstofffeldanalyse geschlossen wird.

James Terrell ist Direktor für Geschäftsentwicklung – NDT bei SciAps, Inc., einem Hersteller von tragbaren RFA- und LIBS-Analysegeräten.