Power Plant FAC Inspection Protocol

Význam tématu

Flow accelerated corrosion (FAC) je kritický problém v jaderných a fosilních elektrárnách, protože vede k místnímu rozrušení ochranné oxide vrstvy na uhlíkových a nízkolegovaných ocelích za přítomnosti proudící odplyněné (nízkého rozpuštěného kyslíku) vody nebo páry. Následné tavení magnetitické vrstvy a zeslabení stěny potrubí může způsobit úniky či katastrofické poruchy s významnými dopady na bezpečnost personálu, provozuschopnost a ekonomiku provozu. Sledování složení materiálu a detekce stopových legujících prvků, především chromu, mědi a molybdenu, je proto klíčovým preventivním opatřením a plánovacím nástrojem v programech inspekce FAC.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem dokumentu je představit protokol inspekce FAC s využitím přenosného rentgenfluorescenčního analyzátoru Niton XL5 Plus a demonstrovat jeho schopnosti detekce stopových množství Cr, Cu a Mo v uhlíkových ocelích. Aplikace se zaměřuje na praktické požadavky inspekcí v elektrárnách: rychlé, přesné a terénně proveditelné stanovení složení ocelí pro rozhodování o frekvenci a rozsahu dalších kontrol (např. integrace dat do modelů jako EPRI CHECWORKS).

Použitá metodika a instrumentace

Metoda: přímé měření složení oceli pomocí přenosného XRF analyzátoru po adekvátním očištění povrchu (odstranění oxidační vrstvy, barvy, oleje/maziva). Standardy a testovací vzorky byly analyzovány pro ověření přesnosti a opakovatelnosti. Data quality objectives určily požadavky na přípravu vzorku a minimální dobu měření (v prezentovaném testu 15 s).

Instrumentace: Niton XL5 Plus handheld XRF analyzer.

Klíčové technologické parametry a vlastnosti analyzátoru uvedené v textu:

• kompaktní geometrie měření a nízká hmotnost pro snížení únavy operátora a možnost měření v těsných prostorech,
• výkonná 5 W rentgenová trubice,
• detektor typu silicon drift (SDD) pro zlepšenou citlivost na lehké prvky a stopové prvky,
• integrovaná kamera a malá měřicí plocha (small spot) pro přesné polohování a dokumentaci,
• odolné provedení proti stříkající vodě a prachu vhodné pro průmyslové prostředí,
• možnost prodloužení doby měření pro zlepšení citlivosti a opakovatelnosti.

Hlavní výsledky a diskuse

Testy porovnávaly výsledky Niton XL5 Plus se standardními (certifikovanými) laboratorními hodnotami. Pro vzorky uhlíkové oceli byly získány následující průměrné výsledky při 15 s měření: Cr 0,077 % (ref. 0,079 %), Cu 0,051 % (ref. 0,050 %), Mo 0,0044 % (ref. 0,0047 %). Směrodatné odchylky byly malé (Cr 0,004; Cu 0,004; Mo 0,0005), což ukazuje dobrou opakovatelnost měření v poli. Korelační křivka pro Cr vykázala velmi vysokou shodu s laboratorními výsledky (R2 > 0,99). Dokument zdůrazňuje, že správná příprava povrchu (odstranění rzi, nátěru, nečistot) je nezbytná pro dosažení této přesnosti; kontaminanty jako barvy či mazadla mohou přidávat rušivé prvky (Ti, Zn, Ca, Mo) a zkreslit výsledek.

Diskuse: data potvrzují, že moderní přenosné XRF přístroje mohou dosahovat hranic detekce a přesnosti dříve vyhrazených laboratorních metod (jiskrová OES, analýzy škrábanců), což umožňuje rychlé rozhodování o řazení inspekčních zdrojů. Zároveň je zřejmé, že prodloužení doby měření dále zlepšuje citlivost a opakovatelnost pro velmi nízké koncentrace (řád 0,01 % u Cr).

Přínosy a praktické využití metody

Hlavní přínosy použití Niton XL5 Plus v programech FAC:

• rychlé a přesné stanovení stopových legujících prvků v terénu bez nutnosti zasílání vzorků do laboratoře,
• možnost selektivního vyloučení potrubí z častých inspekcí, pokud je zjištěn dostatečný obsah Cr (který významně snižuje rychlost FAC),
• podpora zadávání reálných materiálových parametrů do modelů jako EPRI CHECWORKS ke zlepšení predikcí lokální koroze,
• kompaktní provedení a odolnost pro použití v provozních podmínkách elektráren,
• zvýšení produktivity a počtu dosažitelných měřicích bodů díky nízké hmotnosti a ergonomii.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry dalšího rozvoje a integrace nástrojů pro inspekci FAC:

• další zlepšení detektorů a softwaru pro nižší limity detekce a rychlejší analýzu,
• integrace XRF dat s plant informačními systémy a prediktivními modely (automatické nahrávání výsledků do CHECWORKS nebo obdobných nástrojů),
• kombinace chemického povrchového rozboru XRF s měřením tloušťky stěny (ultrazvuk) pro komplexní posouzení rizika,
• využití automatizovaných nebo poloautomatických skenovacích robotických systémů pro mapování rozsáhlých sítí potrubí,
• aplikace strojového učení pro detekci trendů v dlouhodobých datech a optimalizaci frekvence kontrol.

Závěr

Prezentovaná aplikační poznámka ukazuje, že přenosný XRF analyzátor Niton XL5 Plus poskytuje pro programy prevence FAC spolehlivé, opakovatelné a citlivé stanovení stopových legujících prvků (Cr, Cu, Mo) v uhlíkových ocelích. Při správné přípravě povrchu a vhodné době měření lze dosáhnout prakticky laboratorní úrovně přesnosti v terénních podmínkách. Tato schopnost zvyšuje efektivitu inspekcí, pomáhá v řízení rizika FAC a podporuje informované rozhodování o plánování údržby a monitoringu.

Reference

1. Chexal B., Goyette L.F., Horowitz J.S., Ruscak M., Predicting the Impact of Chromium on Flow Accelerated Corrosion, PVP-Vol 338, Pressure Vessels and Piping Codes and Standards, ASME, 1996.
2. Michel Bouchacourt (Electricite de France), studie o vlivu stopového chromu na složení oxidační vrstvy a na rozpustnost magnetitu/FeCr2O4 (citováno v textu aplikace).