Новый портативный навигатор для углерода, CE для сталей и углерода для нержавеющей стали L-класса
Измерение углерода как части остаточного содержания в установках для алкилирования HF
В соответствии с рекомендациями API 578 (3-е издание) теперь признается новая портативная технология – спектроскопия лазерного пробоя (LIBS) для измерения содержания углерода и других легирующих элементов в сталях и нержавеющей стали.
Портативный LIBS, разработанный американской приборостроительной компанией SciAps, нашел широкое применение в рафинировании и производстве благодаря своей способности измерять содержание углерода в нержавеющей стали на подходящих уровнях для разделения нержавеющей стали L и H. Практически каждый крупный владелец / оператор трубопроводов или их поставщик неразрушающего контроля в настоящее время использует устройство для определения содержания углерода и углеродных эквивалентов (CE) , что обеспечивает свариваемость сталей для трубопроводов (API 5L).
Все более широкое применение LIBS – анализ остаточных элементов в сталях для установок HF-алкилирования в соответствии с API 751. Наиболее распространенная формула RE: Cr% + Ni% + Cu% <0,15%. Фактически, эта формула RE применяется только к сталям с содержанием углерода <= 0,18%. Если содержание углерода> 0,18%, можно использовать более легко достижимую формулу RE: Ni% + Cu% <0,15%.
Так почему же используется более строгая формула RE? Исторически сложилось так, что операторы используют портативные рентгеновские пистолеты для выполнения PMI для установок HF-алкилирования. Переносной рентгеновский аппарат не может измерить содержание углерода, поэтому предполагается, что содержание углерода ниже 0,18%, и используется более консервативная формула RE, включающая Cr. Несмотря на это ограничение, предпочтение отдается рентгеновскому излучению, потому что его намного проще использовать и он намного более портативен, чем искровая технология OES с использованием углерода. Короче говоря, операторы предпочитают более консервативный RE (с которым труднее работать), поэтому они могут использовать портативный рентгеновский снимок вместо того, чтобы таскать с собой искровые OES и большие резервуары с сопутствующим газом аргоном.
Технология LIBS предлагает метод одновременного измерения как C, так и Cr, Ni и Cu в портативном устройстве. Если содержание углерода> 0,18%, то устройство может использовать более мягкую формулу RE только для Ni и Cu. Это означает, что больше поступающих и находящихся в эксплуатации материалов могут соответствовать остаточному пределу, если Cr можно не указывать. Измерение углерода LIBS очень ценно, потому что, поскольку все больше стальной продукции происходит из переработанного материала, а не из первичной железной руды, остаточные уровни, особенно Cr и Cu, с годами неуклонно увеличиваются, что затрудняет получение стального продукта, отвечающего требованиям 0,15%. на RE.
Углеродные испытания до 2017 г.
До 2017 года искровой OES был единственным методом анализа углерода в полевых условиях. Spark OES генерирует высокочастотную электрическую искру, которая нагревается и прожигает металл, образуя электронную плазму.
Spark OES сопряжен с рядом проблем. Обязательно наличие опытного, хорошо обученного оператора. Для анализа требуется среда инертного газа, обычно аргона, поэтому искровые системы оснащены большим (40+ фунтов) металлическим контейнером с аргоном под высоким давлением. Пользователи должны продуть систему искры перед ее использованием. Перед тем, как перейти к следующему месту, они отключают подачу аргона, затем повторно продувают и калибруют в новом месте, снижая производительность. Во время испытаний аргон работает постоянно, поэтому требуется большой резервуар. Тем не менее, до недавнего времени искровые OES были единственным выбором для углеродных работ в полевых условиях.
Что такое LIBS?
Многие из людей, которые запустили SciAps в 2013 году, были новаторами в индустрии портативных рентгеновских устройств, будучи основателями и / или сотрудниками двух ведущих компаний по производству портативных анализаторов сплавов Niton и InnovX (теперь Thermo Fisher Scientific и Olympus). Рентгеновская технология стала твердым основанием для PMI, включая остаточные переходные металлы, такие как Cr, Cu и Ni. Несмотря на достижения в области рентгеновских лучей, для портативных рентгеновских аппаратов оставалось существенное ограничение: углерод. Из-за чрезвычайно низкой энергии углеродного рентгеновского излучения (и других элементов с низким атомным числом, таких как литий, бериллий и бор), нет практического способа измерить углерод или аналогичные «легкие элементы» с помощью портативного рентгеновского пистолета. Тем не менее, концентрация углерода в сталях и нержавеющей стали критически важна для измерения.
Итак, основатели SciAps приступили к анализу углерода с помощью портативного компьютера. LIBS – это метод OES, подобный искровому, но громоздкий источник искры заменен очень маленьким мощным импульсным лазером. SciAps превратили лазер и другие ключевые компоненты в миниатюрный портативный компьютер весом 4,5 фунта. Этот прорыв потребовал трех основных нововведений:
- Замените энергоемкую высоковольтную искровую систему миниатюрным импульсным лазером. Лазер SciAps излучает импульсный луч в небольшом пятне (100 мкм) за очень короткий промежуток времени (1 нс), питаемый от бортовой батареи.
- Изобретите заново процесс очистки. Узкий лазер требует небольшого продувочного объема (несколько кубических сантиметров). Между испытаниями поток аргона прекращается. В результате потребление аргона сокращается примерно в 1000 раз, что позволяет крошечной канистре в ручке устройства заменить резервуар с аргоном весом 40+ фунтов. Канистра выдерживает 600 ожогов, то есть 600 углеродных испытаний. Вы можете носить Z куда угодно, не отключая аргон и не продувая заново.
- Миниатюризируйте спектрометр, сохраняя при этом необходимый спектральный диапазон и разрешение для углерода и требуемых переходных и тяжелых металлов.
Получившееся в результате устройство – SciAps Z – в настоящее время установлено почти на 600 предприятиях по всему миру в нефтехимической, трубопроводной и сталелитейной промышленности. Он признан в 3-м издании RP 578. В ходе многочисленных независимых исследований ведущих пользователей и институтов на предмет C и CE он был признан благоприятным для искрения OES в сталях для трубопроводов, нержавеющей стали класса L, остаточных продуктах и даже при сульфидной коррозии.
SciAps Z для углеродистой стали и нержавеющей стали: проверенная портативная технология, установленная почти на 600 объектах по всему миру.
