LIBS portátil para NDT: tecnología innovadora para fabricantes

Casi todos los principales propietarios/operadores de tuberías ahora usan LIBS portátiles para NDT para verificar sus materiales o requieren que sus contratistas de pruebas no destructivas (NDT) lo usen. Casi todas las refinerías importantes utilizan uno para las pruebas de carbono, al igual que las empresas de inspección que respaldan sus programas PMI/NDT. Nuestro blog invitado en Fabricación y Metalurgia explica por qué.

Los fabricantes de metales están viendo mayores requisitos para verificar el grado y la química de las aleaciones para sus productos de acero y aleaciones. La verificación de aleaciones, también denominada identificación positiva de materiales (PMI), se originó en la industria del petróleo/gas y fue impulsada en gran medida por la Práctica recomendada 578 de API. Los requisitos de PMI en los últimos años se han expandido a la industria de petróleo y gas intermedia, las industrias de energía, la industria aeroespacial y otros transportes pesados. . Ahora, el Departamento de Transporte está a punto de publicar la "Mega regla de PHMSA" que requiere, entre otras cosas, pruebas de materiales de tuberías de transmisión para contenido de carbono, manganeso y equivalentes de carbono (CE). Para fabricantes que manejan materiales aleados que NO requieren contenido de carbono verificación o CE, PMI ha sido una tarea relativamente sencilla. Las pistolas de rayos X portátiles se han utilizado durante más de 30 años para analizar aceros de baja aleación, aceros inoxidables y aleaciones de alta temperatura. Son fáciles de usar, y las armas modernas solo toman unos segundos para la mayoría de los análisis. El desafío ha sido realizar PMI en aceros al carbono y acero inoxidable de grado L y grado H.

Hasta 2017, Spark OES había sido la única técnica para el análisis de carbono en el campo.

Mobile Spark OES sigue siendo un paquete de instrumentos montado en un carro que consta de una sonda de mano, un espectrómetro y una caja electrónica, y un tanque de gas argón comprimido de más de 50 libras. Muchos fabricantes han evitado comprar sistemas Spark OES para el análisis de carbono al optar por confiar en los informes de pruebas de materiales (MTR) o hacer que empresas de pruebas independientes realicen el análisis de carbono. Esto se debe a que las unidades Spark OES no son fáciles de transportar en escenarios del mundo real, y almacenar y transportar los tanques de gas argón a alta presión es un desafío. Muchas operaciones requieren mover la unidad OES de chispa alrededor de los talleres, sobre estantes o pilas de materiales, subir torres o escaleras o, en el ejemplo más extremo, bajar y subir con un elevador dentro o fuera de una zanja para probar la tubería. En muchos casos, antes de mover el OES, se corta el flujo de argón. Una vez que se reubica el analizador, se vuelve a encender el argón, se vuelve a purgar el sistema y se recalibra el analizador. Los usuarios dicen que el proceso de purga y recalibración requiere alrededor de 45 minutos, lo que reduce la productividad. A menos que los operadores solo realicen pruebas en una estación de trabajo, LIBS portátil para END es siempre la mejor opción. LIBS es más fácil de enviar a diferentes ubicaciones que Spark OES. No se necesita trabajo adicional ni recalibración, lo que permite a las empresas de pruebas maximizar los activos de LIBS. No importa dónde esté el trabajo, LIBS tendrá el software y las calibraciones correctos. La nueva tecnología LIBS es verdaderamente portátil. Trepar, gatear y entrar y salir de las zanjas de la tubería es fácil. El proceso de purga dura unos segundos y no hay que volver a calibrar después. Los operadores simplemente se mueven de un lugar a otro y continúan con las pruebas.

¿Qué es LIBS portátil y cómo funciona?

LIBS es un método OES como chispa OES, pero un pequeño láser alimentado por batería reemplaza la fuente de chispa de CA de alto voltaje pesado. El láser se quema en el metal en lugar de la chispa eléctrica, produciendo la luz que es analizada por el espectrómetro a bordo. Dos importantes avances técnicos hicieron posibles las mediciones de carbono con un dispositivo portátil.

1. Primero, SciAps miniaturizó el láser, creando una pequeña unidad que funciona con baterías y que podía vaporizar metales a alta temperatura. La clave son las características de tiempo del láser pulsado. La energía en cada pulso de láser es de unos 6 MJ. Si se ejecutara continuamente, sería MW de potencia, claramente no lo suficiente para vaporizar el metal. En cambio, el pulso de energía láser tiene una duración de aproximadamente 1 ns (una milmillonésima de segundo). Esto significa que la potencia instantánea entregada al metal es de 6 MJ dividido por 1 x 10-9 segundos, por lo tanto, alrededor de 6 MW. Una potencia muy alta, en un corto período de tiempo, es suficiente para vaporizar el metal y crear el plasma necesario para el análisis espectroscópico.
2. En segundo lugar, redujimos el consumo de argón en más de un factor de 1,000 en comparación con Spark OES. La clave aquí es el rayo láser de pequeño diámetro. El haz tiene un diámetro de < 100 um, por lo que el dispositivo LIBS requiere solo unos pocos cc de volumen de purga y el volumen requiere solo unos segundos de purga durante la precombustión. Entre pruebas, el flujo de argón se detiene. El pequeño volumen junto con el inicio/detención de la purga redujo la necesidad de suministro de argón a un pequeño recipiente (1 de diámetro por aproximadamente 2½ de largo) en el mango en lugar del tanque externo de 50 libras. El bote ofrece 600 quemaduras. Con un promedio de tres quemas por sitio, cada bote proporciona un análisis de alrededor de 200 materiales.

LIBS portátiles para adopciones de tecnología NDT

SciAps ahora está completando un tercer año de envíos comerciales de unidades de prueba de carbono con el analizador SciAps Z. La práctica recomendada (RP) 578 de API, tercera edición, ahora incluye LIBS de mano para pruebas de carbono. En el lado de la tubería, cuatro estudios independientes han demostrado que SciAps Z tiene un rendimiento equivalente o superior a la tecnología Spark OES para carbono y CE. Casi todos los principales propietarios/operadores de tuberías utilizan una Z para sus materiales o requieren que sus contratistas de pruebas no destructivas la utilicen. De hecho, la aplicación SciAps Pipeline nació cuando el propietario/operador más grande probó y aceptó la Z para carbono y CE, con un protocolo de prueba específico incluido en la aplicación. , al igual que las empresas de inspección que respaldan sus programas PMI/NDT. Un método ASTM está en proceso y se espera que se complete en 2020.

Entrenamiento de por vida

La prueba de carbono es significativamente más difícil que la simplicidad de "apuntar y disparar" de XRF. El carbono es omnipresente; cualquier residuo de carbón de la tierra, el polvo, los aceites de la piel, etc. generará resultados falsos de prueba alta. Es fundamental que los operadores reciban una formación sólida y comprendan la importancia de una preparación adecuada de las muestras. Por esta razón, SciAps ofrece capacitación gratuita de por vida mientras la empresa sea propietaria de LIBS.