IoT-érzékelők a rozsdamentes acél korróziójának valós idejű megfigyeléséhez

Mi az IoT{0}}alapú korróziófigyelés?

A rozsdamentes acél technológiai berendezések hagyományos korrózióellenőrzése jellemzően a következő két megközelítés egyikén alapul: tömeg{0}}veszteség szelvények, kis fémminták, amelyek ki vannak téve a folyamat környezetének, és meghatározott időközönként fizikailag eltávolítják, megtisztítják és lemérik; vagy kézi ultrahangos vastagságmérés (UT), ahol egy technikus kézi mérőeszközzel halad a vonalon, és rögzített vizsgálati pontokon rögzíti a falvastagságot. Mindkét módszer működik, de mindkettő eleve periodikus - korrózió, amely az ellenőrzési időközök között felgyorsul, vagy olyan helyen fordul elő, amelyet nem fed le rögzített vizsgálati pont, és a következő ütemezett ellenőrzésig észrevétlen marad, vagy ami még rosszabb, addig, amíg szivárgást nem okoz.

Az IoT-korróziófigyelés megszünteti ezt a hiányt azáltal, hogy érzékelőket telepít állandóan a kívánt helyre, és vezeték nélküli hálózathoz csatlakoztatja őket (általában WirelessHART vagy LoRaWAN), amely meghatározott időközönként - jelenti a leolvasásokat, az alkalmazástól függően óránként többszöritől napi egyszerig. Az eredmény egy folyamatos korróziós-sebesség vagy falvastagság{3}}trend az adott ponton, nem pedig szétválasztott pillanatfelvételek sorozata, amely lehetővé teszi a gyorsuló korróziós sebesség észlelését jóval azelőtt, hogy az integritási problémává válna.

Milyen érzékelő technológiákat használnak az IoT korróziófigyelő rendszerek?

Összeállította az ASTM G96-ból, és közzétett korróziófigyelő{1}}mérnöki szakirodalmat és kereskedelmi rendszerdokumentációt. Az érzékelő kiválasztását az adott korróziós mechanizmushoz, a termék formájához és a megfigyelt eszköz hozzáférhetőségéhez kell igazítani.

Konkrétan hogyan észlelik ezek az érzékelők a rozsdamentes acél{0}}helyi pontozását és kloridkorrózióját?

Ez a megkülönböztetés többet jelent a rozsdamentes acélnál, mint a szénacélnál. A rozsdamentes acél korrózióállósága a sértetlen passzív króm-oxid filmtől függ, és a leggyakoribb meghibásodási módja klorid-tartalmú környezetben - tengervízben, hűtővízben,-jegesítő só expozícióban, part menti légkörben - inkább lokális lyuk- vagy kloridfeszültség-korróziós repedés, nem pedig egyenletes falvékony repedés. A teljes felületén átlagos fémveszteségre épített érzékelő jóindulatú- általános korróziós sebességet jelezhet, miközben hiányzik egyetlen agresszív gödör, ami a tényleges integritási kockázat.

A közelmúltban publikált kutatások közvetlenül foglalkoznak ezzel: a több-szenzoros fúziós megközelítéseket, amelyek az ultrahangos vastagságadatokat más szondatípusokkal kombinálják, és amelyeket gépi-tanulási modellekkel dolgoznak fel, kifejezetten a lyukkorrózió azonosítására és a gödörmélység olyan becslésére fejlesztették ki, amelyre egyetlen -érzékelő-típusú rendszer nem képes. Az ausztenites vagy duplex rozsdamentes acélt kloridnak kitett{5}}üzemben működő létesítményeknél ez azt jelenti, hogy az érzékelő kiválasztását és elhelyezését a várható korróziós mechanizmusnak - kell vezérelnie, nem csak annak, hogy melyik érzékelőt a legkönnyebb telepíteni.

Hogyan jutnak el a vezeték nélküli adatok az érzékelőtől az üzem felügyeleti műszerfalához?

A WirelessHART, a széles körben használt HART ipari protokoll kiterjesztése, és a LoRaWAN, egy nagy-hatótávú, alacsony-teljesítményű vezeték nélküli szabvány, a két leggyakrabban említett hálózati technológia a kereskedelmi vezeték nélküli UT és a korróziós{2}}adórendszerekben. Ezeknek a folyamatosan jelentést készítő érzékelőknek az akkumulátor-élettartamát általában körülbelül tíz évre becsülik, ami azért számít, mert az érzékelőket gyakran nehezen--hozzáférhető helyekre - szerelik fel szigetelés alatt, magasan, zárt térben -, ahol az akkumulátor gyakori cseréje maga is karbantartási terhet jelentene.

Egy alternatív kialakítás teljesen elkerüli az akkumulátor kérdését: egyes ultrahangos vastagság-rendszerek passzív, elemmentes -érzékelőket használnak, amelyek állandóan vannak felszerelve, de addig nyugalmi állapotban maradnak, amíg egy kézi szonda, érintésmentes induktív csatolást használva, távolról táplálja az érzékelőt, és összegyűjti a leolvasást. Ez felcseréli a teljesen automatikus, folyamatos jelentéskészítés kényelmét egy gyakorlatilag korlátlan élettartamú érzékelőre, amely jobban illeszkedik azokhoz a helyekhez, ahol a vezeték nélküli hálózati lefedettség vagy az akkumulátorcsere nem praktikus.

Milyen szabványok szabályozzák a korróziófigyelő érzékelők telepítését és az adatok értelmezését?

Az ASTM G96 lefedi a fémek korróziós online megfigyelésének folyamatát üzemi körülmények között üzemi körülmények között, anélkül, hogy a szondát le kellene vonni a használatból, és kifejezetten megjegyzi, hogy a szondák általános korróziós becslései a szonda felületén átívelő feltételezést foglalnak magukban - ugyanaz a korlátozás, amelyet fentebb tárgyaltunk a lyukak észlelésével kapcsolatban. Az A vizsgálati módszer (elektromos ellenállás) kumulatív fémveszteséget jelent, amelyből a korróziós sebességre lehet következtetni; A B vizsgálati módszer (polarizációs ellenállás) pillanatnyi elektrokémiai korróziós sebességet jelez, de szükség lehet egy másik technikával, például a kupon súlyvesztésével való kalibrálásra, hogy egy adott folyamatkörnyezethez igazodjon.

A fal-vastagság-alapú figyeléséhez a releváns referenciapont jellemzően a létesítmény saját mechanikai integritási programja és a vonatkozó csővezeték-/edénykódok (például API 570 csővezetékekhez vagy API 510 nyomástartó edényekhez a feldolgozóiparban), amelyek meghatározzák a minimálisan szükséges falvastagságot és az ellenőrzési intervallumokat; Az IoT UT-érzékelők adatokat táplálnak be a programba, nem pedig az elfogadási feltételeket.

Hol a legértékesebbek az IoT korróziós érzékelői a rozsdamentes acélból készült eszközök számára?

Korrózió a szigetelés alatt (CUI)

A CUI az egyik legnehezebben kézi ellenőrzéssel elkapható korróziós probléma, mivel az azt elrejtő szigetelés és burkolat akadályozza a vizuális és rutinszerű UT hozzáférést is. A szigetelés alá telepített vezeték nélküli UT és mágneses örvényáram-érzékelők, kábelezéssel vagy vezeték nélküli távadókkal egy elérhető ponthoz vezetve lehetővé teszik a folyamatos monitorozást a szigetelés időszakos csupaszítása és cseréje nélkül, pusztán a falvastagság ellenőrzése érdekében - ez önmagában jelentős munka- és költségmegtakarítás.

Hozzáférhetetlen, eltemetett vagy tenger alatti csövek

Az irányított-hullámú ultrahangos érzékelők, amelyek több tíz méternyi csövet egyetlen rögzítési pontról képesek megvizsgálni, valamint a föld alatti vagy víz alatti szakaszokon állandóan telepített pontérzékelők, kiterjesztik a megfigyelési lefedettséget olyan helyekre, ahol a kézi ellenőrzés ásatást, búvárkodást vagy hosszabb leállást igényel.

Folyamatosan működő folyamat, tengeri és sótalanító berendezések

Klór-expozíciós rozsdamentes és duplex rozsdamentes berendezések tengeri környezetben, sótalanító üzemekben és vegyi feldolgozásban, ahol az ellenőrzés céljából történő leállítás valós termelési költségekkel jár a folyamatos trendadatok miatt, amelyek igazolhatják - vagy elhalaszthatják - a tényleges mért állapoton alapuló leállást, nem pedig egy rögzített naptári intervallumon, ezt a gyakorlatot általában} állapotnak vagy előrejelzőnek nevezik}.

Mik az IoT korróziófigyelő érzékelőinek korlátai?

Lefedési hézagok: egy rögzített érzékelő a saját helyén méri a korróziót; egy gödör vagy elvékonyodási zóna, amely az eszközön máshol képződik, még kis távolságra is, nem észlelhető mindaddig, amíg el nem ér egy megfigyelt pontot -, ezért az érzékelő elhelyezési stratégiája ugyanolyan fontos, mint az érzékelő kiválasztása.

Lokalizált korróziós holtfoltok: a fentebb tárgyaltak szerint az ER- és LPR-érzékelők egy átlagolási feltételezés köré épülnek, amely megfelel az általános korróziónak, de a dokumentálás szerint nem alkalmasak a kloriddal -kitett rozsdamentes acélra leginkább jellemző lyuk- és hasadékok észlelésére.

Hőmérséklet- és környezetérzékenység: az elektromos ellenállásméréseket befolyásolja a hőmérséklet, ezért kompenzációra van szükség (általában referenciaelektróda vagy Wheatstone-híd kialakítása), hogy elkerülhető legyen a hőmérséklet-ingadozás és a korróziós sebesség változása összetévesztése.

Csatlakozási és telepítési korlátok: a hagyományos ultrahangos érzékelőknek csatolóelemre van szükségük az érzékelő és a fémfelület között, ami korlátozza egyes felszerelési helyeket; az olyan alternatívák, mint a mágneses örvényáram vagy az elem nélküli induktív UT-érzékelők-megoldják ezt, de kevésbé széles körben alkalmazzák őket, és pontonként többe kerülhetnek.

Kalibrálás és ellenőrzés: Az LPR-alapú pillanatnyi sebességek esetében előfordulhat, hogy egy másik módszerrel, például kuponsúlycsökkenéssel kell kalibrálni, hogy egy adott folyamatkémiához igazodjanak a korróziós sebességhez - egy szenzorhálózat nem szünteti meg bizonyos időszakos talaj-igazságellenőrzés szükségességét.

Érzékelősűrűség és költség: a pontérzékelőkkel ellátott nagy eszköz (egy teljes folyamategység, hosszú csővezeték) megbízhatóságának eléréséhez elegendő számú érzékelőre van szükség a megfelelő helyen ahhoz, hogy statisztikailag értelmes legyen - az eszköz műszerezése alatt, hamis biztonságérzetet kelthet.

Hogyan értékelje a gyártó vagy a tulajdonos a megtérülést az IoT-korróziófigyeléshez?

Az IoT-korróziófigyelés legegyértelműbb pénzügyi oka az olyan eszközök esetében, ahol egy fel nem tárt hiba költséges - egy nem tervezett folyamatleállítás, környezeti kibocsátás vagy biztonsági esemény -, és ahol a kézi ellenőrzés önmagában költséges vagy veszélyes, például olyan CUI-helyek, amelyek egyébként szigetelés eltávolítását igénylik, vagy olyan magas és korlátozott-térbejárati csővezetékek, amelyekhez szükség van kézzel.

A folyamatos adatok emellett támogatják az időről-az állapoton alapuló-karbantartási időközökre való átállást, ami elhalaszthatja a szükségtelen leállásokat olyan berendezéseknél, amelyek lassabban korrodálódnak, mint azt a naptári-alapú ellenőrzési intervallum feltételezi, miközben a vártnál gyorsabban korrodáló berendezéseket jelzi, mielőtt meghibásodna.

Mint minden új vizsgálati technológia esetében, a korlátozott kísérleti bevetés -, amely a CUI-helyek meghatározott készletét vagy egyetlen kloridnak kitett-rendszert műszerez, és az érzékelőtrend-adatokat összehasonlítja a következő ütemezett kézi ellenőrzéssel -, a legmegbízhatóbb módja az érzékelő pontosságának, valamint a tervezett munkaerő- és állásidő-megtakarításnak a nagyobb bevezetés előtt.

Gyakran Ismételt Kérdések

K: Az IoT korróziós érzékelői teljesen helyettesíthetik a kézi ellenőrzést és a kupontesztet?

V: Nem. Az IoT-érzékelők folyamatos adatokat szolgáltatnak a telepített helyükön, de rendszeres kalibrálásra és ellenőrzésre van szükségük a kuponos vagy kézi ellenőrzési adatokkal szemben, és csak azokra a pontokra vagy vonalakra terjednek ki, ahol telepítették őket. A legtöbb kiforrott telepítés IoT-érzékelőket használ a kézi ellenőrzés gyakoriságának és hatókörének csökkentésére, valamint a kézi ellenőrzési erőfeszítések prioritásainak meghatározására, ahelyett, hogy teljesen megszüntetné.

K: Az elektromos ellenállás (ER) érzékelők jól érzékelik a rozsdamentes acél lyukkorrózióját?

V: Önmagukban nem megbízhatóak. Az ER érzékelők a korróziófigyelő szakirodalomban -megfelelőbbek az általános, egyenletes korrózióhoz, mivel átlagos fémveszteséget okoznak a szonda felületén; A lokalizált gödröcskék, amely a kloridnak kitett rozsdamentes acélok esetében a domináns probléma, jobban kezelhető több ponton végzett ultrahangos vastagságadatokkal, irányított-hullámszűréssel vagy újabb, több-szenzoros és gépi-tanulási módszerekkel, amelyeket kifejezetten a gödrök észlelésére terveztek.

K: Mi az a korrózió a szigetelés alatt (CUI), és miért alkalmas különösen az IoT megfigyelésére?

V: A CUI olyan korrózió, amely a szigetelt csöveken vagy berendezéseken fordul elő, a szigetelés és a burkolat alatt rejtve, ahol nem látható a rutin szemrevételezés során, és költséges manuális ellenőrzése, mivel a szigetelést el kell távolítani. A szigetelés alá tartósan telepített vezeték nélküli UT vagy mágneses örvényáram érzékelők lehetővé teszik a folyamatos monitorozást a szigetelés ismételt lecsupaszítása és cseréje nélkül, ezért a CUI az egyik leggyakrabban említett felhasználási eset ennek a technológiának.

K: Milyen vezeték nélküli hálózatot használnak az ipari korróziós érzékelők?

V: A WirelessHART és a LoRaWAN a két leggyakrabban használt hálózati technológia a kereskedelmi vezeték nélküli korróziós és UT felügyeleti rendszerekben, amelyeket nagy hatótávolságuk, alacsony energiafogyasztásuk és az üzemvezérlő rendszerekkel való kompatibilitásuk miatt választottak. Ezeken a hálózatokon az akkumulátorról{1}} működő érzékelők átlagosan körülbelül tíz évig használhatók.

K: Melyik ASTM szabvány szabályozza az online korróziófigyelést, és mit ír elő valójában?

V: Az ASTM G96 szabvány útmutató az üzemi berendezések korróziójának online megfigyeléséhez elektromos és elektrokémiai módszerekkel. Az elektromos ellenállás mérését A vizsgálati módszerként (halmozott fémveszteség) és a polarizációs ellenállás mérését B vizsgálati módszerként (pillanatnyi elektrokémiai korróziós sebesség) határozza meg, és az ASTM G102 mellett kell olvasni, hogy ezek a nyers mérések hogyan konvertálódnak át jelentett korróziós sebességekké.

Összegzés

Az IoT-korróziófigyelés a korróziót az időszakos vizsgálati eredményekből folyamatos adatfolyammá alakítja, elektromos ellenállást, polarizációs ellenállást és vezeték nélküli ultrahangos vastagságérzékelőket használva a fémveszteség és a korrózió sebességének közel valós időben történő nyomon követésére, nem pedig ütemezett időközönként. Kifejezetten a rozsdamentes acél esetében a technológia értéke az érzékelő típusának és a korróziós mechanizmusnak való megfeleltetésétől függ: az általános-korróziós érzékelők, mint például az ER és az LPR, jól alkalmazhatók az egyenletes falvékonyításra, de a dokumentálás szerint gyengén tudják megfogni a lokális lyukasztást és a klorid-vezérelt támadást, amely a rozsdamentes acél gyakoribb meghibásodási módja, ezért az ultraonikus képernyős réteget irányítják, {3} vagy több-szenzoros megközelítések az alapvető elektrokémiai monitorozáson felül.

A legegyértelműbb eredmény a nehezen--ellenőrizhető eszközök - szigetelés alatti korróziója, földbe fektetett vagy megemelt csövek, valamint a folyamatosan működő, kloridnak-kitett berendezések - esetén mutatkozik meg, ahol a folyamatos adatok helyettesítik a drága vagy veszélyes kézi ellenőrzési köröket, amelyeket mindig az ASTM G96 és a létesítmény mechanikai csereprogramja helyett önálló csereprogramként értelmeznek.