Conducting Retroactive PMI Using Niton Handheld Analyzers

Význam tématu

Rafinérský a petrochemický průmysl zpracovávají materiály s vysokým rizikem a provozní integrita zařízení je kritická pro prevenci havárií, úniků a ekonomických ztrát. Pozitivní identifikace materiálů (PMI) prováděná in-situ nebo retrospektivně umožňuje ověřit, že součásti tlakových systémů, potrubí a svařovaných spojů odpovídají specifikacím. To významně snižuje riziko selhání způsobeného nevhodným či chybně dodaným materiálem a podporuje plnění RAGAGEP zásad a norem jako API RP 578.

Cíle a přehled studie / článku

Text popisuje využití přenosných analyzátorů Thermo Scientific Niton XL5 Plus (handheld XRF) a Niton Apollo (handheld LIBS) pro retroaktivní PMI v rafinériích. Cílem je ukázat, jak kombinace HHXRF a HHLIBS umožňuje rychlé, přesné a praktické ověření chemického složení konstrukčních a provozních komponent s ohledem na kritické parametry jako jsou obsah uhlíku a reziduální prvky ovlivňující korozi (např. Cr, Ni, Cu) či sulfidaci.

Použitá metodika a přístup

Autoři doporučují zavedení materiálově-verifikačních programů podle API RP 578, včetně retrospektivního PMI při údržbě nebo při pochybnostech o původu materiálu. Popisují praktické scénáře, kdy do pole pronikne chybný materiál (cca 3 % případů podle průmyslových odhadů): chybné označení, použití neuvedeného materiálu při výrobě, ztráta stopovatelnosti při zpracování, chybné skladování, použití nesprávného přídavného materiálu při svařování a pod.

Metody analýzy:

• Handheld X-ray fluorescence (HHXRF) – rychlá, nedestruktivní analýza prvkového složení od Mg do Bi; výborná pro většinu kovů a slitin.
• Handheld laser-induced breakdown spectroscopy (HHLIBS) – měření prvků včetně schopnosti přesně kvantifikovat uhlík, důležité pro svařitelnost a korozní odolnost ocelí.

Obě technologie se používají v terénu k ověření materiálů před instalací či po demontáži a při hlídání šarží či stopovatelnosti materiálů.

Použitá instrumentace

Hlavní přístroje diskutované v textu:

• Niton XL5 Plus (handheld XRF): nejmenší a nejlehčí vysoce výkonný HHXRF; 5W rentgenka, velký silicon drift detektor s grafenovým oknem; citlivost na lehké prvky (Mg, Al, Si, P, S); rozsah prvků Mg–Bi; ergonomický lehký design (~1,3 kg); integrované kamery pro přesné umístění měření; možnost měření na horkých površích s použitím Kapton okna a hot work standoff pro teploty 200–900 °F.
• Niton Apollo (handheld LIBS): přenosný LIBS s hermetizovaným argonovým proplachem pro stabilní signál; schopnost měřit uhlík až na úroveň 0,01 %; výpočet ekvivalentu uhlíku pro určení svařitelnosti; váha ~2,9 kg; vhodný tam, kde je kritický obsah uhlíku (např. rozlišení L/H grade nerezových ocelí).

Obě sondy podporují flexibilní workflowy, obrazovou dokumentaci, odolné provedení a výměnné baterie pro práci v terénu.

Hlavní výsledky a diskuse

Text prezentuje argument, že kombinace HHXRF a HHLIBS zajišťuje široké pokrytí požadavků PMI programů: XRF je vhodné pro široké spektrum kovů a lehkých prvků, zatímco LIBS je nezbytné tam, kde rozhoduje přesné stanovení uhlíku a výpočet ekvivalentu uhlíku. Dále jsou shrnuty praktické aplikace v souvislosti s API doporučeními:

• Obecná PMI všech kovů a slitin – doporučen Niton XL5 Plus.
• Měření fosforu a síry a hlavních prvků v nízkolegovaných ocelích – Niton XL5 Plus.
• Měření uhlíku a hlavních prvků v uhlíkových a nízkolegovaných ocelích – Niton Apollo.
• Měření uhlíku v nerezových ocelích (určení L/H grade) – Niton Apollo.
• Detekce nízkého Si (<0,10 %) souvisejícího se sulfidací – primárně Niton XL5 Plus; na horkých potrubích přidaně Niton Apollo pro uhlík.
• Měření reziduálních prvků (Cr+Cu+Ni <0,15 %) – kombinované použití XL5 Plus a Apollo pokud je potřeba C < 0,18 %.

Praktická diskuse zdůrazňuje, že chyby v materiálovém řízení mohou vést k vážným následkům (příklad z vyšetření CSB – požár s poškozením ~30 mil. USD) a že systematické použití PMI snižuje šanci material mix-up a následné selhání.

Přínosy a praktické využití metody

Hlavní výhody zavedení přenosného XRF a LIBS pro PMI v provozech jsou:

• Rychlé, nedestruktivní a spolehlivé ověření chemického složení přímo v terénu.
• Snížení rizika selhání zařízení a souvisejících bezpečnostních událostí.
• Urychlení QA/QC procesů při nákupu materiálu, výrobě a údržbě.
• Možnost kontroly svařovaných spojů a přídavných materiálů při montáži nebo opravách.
• Schopnost detekovat parametry kritické pro sulfidaci a HF alkylaci (obsah Si, C, reziduální prvky) což pomáhá prevenci korozních poruch.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry rozvoje a širší implementace PMI zahrnují:

• Integrované pracovní postupy kombinující HHXRF a HHLIBS pro komplexní verifikaci jedním průchodem.
• Digitalizace dat PMI s přímou integrací do systémů správy majetku (CMMS) a RAGAGEP dokumentace pro lepší sledovatelnost a auditovatelnost.
• Vylepšení senzoriky a zpracování signálu pro nižší meze detekce lehkých a stopových prvků, lepší korekce matricových efektů a přesnější kvantifikaci uhlíku v XRF pomocí hybridních přístupů.
• Využití umělé inteligence a strojového učení pro identifikaci anomálií v datech PMI a přediktivní analýzu rizik materiálových selhání.
• Rozšíření provozních příslušenství (např. hot work standoffs, přenosné purge systémy) pro bezpečné měření za provozních podmínek a na horkých površích.

Závěr

Implementace přenosných XRF a LIBS analyzátorů jako Niton XL5 Plus a Niton Apollo je praktickým a efektivním přístupem k retrospektivnímu PMI v rafinériích a souvisejících provozech. Kombinované použití technologií zajišťuje pokrytí širokého spektra analytických požadavků — od identifikace slitin přes detekci nízkých koncentrací Si až po přesné stanovení uhlíku. Systematické PMI programy podle API RP 578 významně snižují riziko materiálových chyb a zvyšují provozní bezpečnost a spolehlivost zařízení.

Reference

1. API RP 578 – Material Verification Program for New and Existing Alloy Piping Systems, American Petroleum Institute, 3rd edition.
2. U.S. Chemical Safety and Hazard Investigation Board, Safety Bulletin, CSB report No. 2005-04-B, October 12, 2006.
3. API RP 939C – Guidelines for Avoiding Sulfidation (Sulfidic) Corrosion Failures in Oil Refineries, American Petroleum Institute.
4. API RP 751 – Safe Operation of Hydrofluoric Acid Alkylation Units, American Petroleum Institute.