Pruebas LIBS

Nuevo dispositivo portátil para carbono, CE en aceros y carbono en acero inoxidable de grado L

Medición de carbono como parte de residuos en unidades de alquilación HF

La práctica recomendada API 578 (3.ª edición) ahora reconoce una nueva tecnología portátil, la espectroscopia de descomposición inducida por láser (LIBS), para la medición de carbono y otros elementos de aleación en aceros y aceros inoxidables.

LIBS portátil, desarrollado por la empresa de instrumentación estadounidense SciAps, ha encontrado un amplio uso en el refinado y la fabricación por su capacidad para medir el contenido de carbono en el acero inoxidable a niveles adecuados para separar el acero inoxidable de grado L y H. Prácticamente todos los principales propietarios/operadores de tuberías o su proveedor de NDE ahora usan el dispositivo para el contenido de carbono y los equivalentes de carbono (CE), por lo tanto, la soldabilidad en aceros para tuberías (API 5L).

Una aplicación cada vez mayor para LIBS es el análisis de elementos residuales en aceros para unidades de alquilación de HF según API 751. La fórmula RE más común empleada es Cr% + Ni% + Cu% < 0.15%. De hecho, esta fórmula RE solo se aplica a aceros donde el contenido de carbono es <= 0.18%. Si el contenido de carbono es > 0.18 %, se puede utilizar la fórmula RE más fácil de conseguir: Ni % + Cu % < 0.15 %. Entonces, ¿por qué se usa la fórmula RE más estricta? Históricamente, los operadores utilizan pistolas de rayos X portátiles para realizar PMI para unidades de alquilación de HF. Los rayos X portátiles no pueden medir el contenido de carbono, por lo que se supone que el carbono está por debajo del 0.18 % y se utiliza la fórmula RE más conservadora, que incluye Cr. A pesar de esta limitación, se ha preferido la radiografía porque es mucho más fácil de usar y mucho más portátil que la tecnología Spark OES con capacidad de carbono. En resumen, los operadores prefieren el RE más conservador (que es más difícil de cumplir) para que puedan usar rayos X portátiles, en lugar de cargar con chispas OES y los grandes tanques de gas argón que lo acompañan.

La tecnología LIBS ofrece un método para medir simultáneamente C y Cr, Ni y Cu en un dispositivo portátil. Si el carbono es > 0.18%, entonces el dispositivo puede usar la fórmula RE más relajada solo para Ni y Cu. Esto significa que más materiales entrantes y en servicio pueden alcanzar el límite residual si se puede omitir Cr. La medición de carbono LIBS es bastante valiosa porque a medida que más productos de acero se originan a partir de material reciclado en lugar de mineral de hierro virgen, los niveles residuales, especialmente de Cr y Cu, han aumentado constantemente a lo largo de los años, lo que hace que sea más difícil obtener un producto de acero que cumpla con el requisito del 0.15 %. en RE.

Pruebas de carbono antes de 2017

Hasta 2017, Spark OES había sido la única técnica para el análisis de carbono en el campo. Spark OES funciona generando una chispa eléctrica de alta frecuencia que calienta y quema el metal y crea un plasma de electrones. Spark OES está plagado de una serie de desafíos. Un operador experimentado y bien entrenado es imprescindible. El análisis requiere un entorno de gas inerte, por lo general argón, por lo que los sistemas de chispas están equipados con un recipiente metálico grande (más de 40 libras) de argón a alta presión. Los usuarios deben purgar el sistema de encendido antes de usarlo. Antes de pasar a la siguiente ubicación, apagan el suministro de argón, luego vuelven a purgar y calibrar en la nueva ubicación, lo que reduce el rendimiento. El argón funciona continuamente durante la prueba, por lo que se requiere un tanque grande. Aún así, hasta hace poco, Spark OES era la única opción para el trabajo de carbono en el campo.

¿Qué es LIBS?

Muchas de las personas que lanzaron SciAps en 2013 fueron los innovadores de la industria de rayos X portátiles, habiendo sido fundadores y/o empleados en las dos empresas líderes en analizadores de aleaciones portátiles, Niton e InnovX (ahora Thermo Fisher Scientific y Olympus). La tecnología de rayos X se había convertido en una roca sólida para PMI, incluidos los metales de transición residuales como Cr, Cu y Ni. A pesar de los avances en rayos X, seguía existiendo una limitación importante para los rayos X portátiles: el carbono. Debido a la energía extremadamente baja de los rayos X de carbono (y otros elementos de bajo número atómico como el litio, el berilio y el boro), no existe una forma práctica de medir el carbono o "elementos ligeros" similares con una pistola de rayos X portátil. Sin embargo, la concentración de carbono es crítica para medir en aceros e inoxidables.

Entonces, los fundadores de SciAps se pusieron a trabajar analizando el carbono con una computadora de mano. LIBS es un método OES como chispa, pero la fuente de chispa voluminosa se reemplaza por un láser de pulso muy pequeño de alta potencia. SciAps miniaturizó el láser y otros componentes clave en un dispositivo portátil de 4.5 libras (ahora 3.5 libras). Este avance requirió tres innovaciones principales:

• Reemplace el sistema de chispas de alto voltaje que consume mucha energía con un láser pulsado en miniatura. El láser SciAps emite un haz pulsado en un punto pequeño (100 um), en una escala de tiempo muy corta (1 ns), alimentado por una batería integrada.
• Reinventar el proceso de purga. El láser angosto requiere un pequeño volumen de purga (unos pocos cc). Entre pruebas, el flujo de argón se detiene. El resultado es una reducción de aproximadamente 1,000 veces en el consumo de argón, lo que permite que un pequeño recipiente en el mango del dispositivo reemplace el tanque de argón de más de 40 libras. El bote ofrece 600 quemaduras, por lo tanto, 600 pruebas de carbono. Puede llevar el Z a cualquier lugar sin apagar el argón y volver a purgar.
• Miniaturice el espectrómetro, sin dejar de ofrecer el rango espectral y la resolución necesarios para el carbono y los metales pesados ​​y de transición requeridos.

El dispositivo resultante, el SciAps Z, ahora tiene casi 600 instalaciones en todo el mundo en fabricantes petroquímicos, de tuberías y de acero. Está reconocido en la RP 578 3ª edición. Ha sido evaluado favorablemente para generar OES en numerosos estudios independientes realizados por usuarios e institutos líderes para C y CE en aceros para tuberías, acero inoxidable de grado L, residuos e incluso aplicaciones de corrosión sulfurosa.

El SciAps Z para carbono en aceros e inoxidables: tecnología portátil comprobada con casi 600 instalaciones en todo el mundo.

El documento NACE "03651 Specification for Carbon Steel Materials for Hydrofluoric Acid Alkylation Units" originó procedimientos de prueba y medición de la tasa de corrosión para evaluar materiales en entornos HF y una especificación de materiales de acero al carbono con respecto a los niveles de elementos residuales y carbono en aceros para alquilación HF equipo.

Verdaderas historias de demostración del campo

2 días chispa OES vs. solo 3 horas con LIBS

Habían presupuestado dos días para la prueba, ya que tenían que levantar una torre de 100 pies con OES. En cambio, terminaron el trabajo en solo tres horas con nuestro analizador portátil LIBS.

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Ubicación: Tejas. Nos llamaron para hacer algunas pruebas de algunos materiales del mundo real con una gran empresa de inspección...

Probando en un lugar estrecho

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El día que LIBS venció a OES

Aquí hay otra historia sobre el carbono y una oportunidad de aprendizaje, cortesía de nuestro gerente de EMEA, Jeroen.

¿Funciona el LIBS portátil con el viento?

Recibimos esta pregunta todo el tiempo y no podíamos entender por qué el viento es un problema. Luego, una divertida ronda de golf nos hizo pensar en algunas historias de demostración que hemos estado escuchando en la carretera.

Demostraciones abajo

Para cada prueba, calculamos y mostramos automáticamente la equivalencia de carbono, CE = C% + Mn%/6 + (Cr% + Mo% + V%)/5 + (Cu% + Ni%)/15. Los resultados aquí fueron muy repetibles y coincidieron perfectamente con las piezas certificadas del cliente.