IoT senzory pro monitorování koroze nerezové oceli v reálném čase

Co je monitorování koroze-založené na IoT?

Tradiční monitorování koroze na procesních zařízeních z nerezové oceli se obvykle opírá o jeden ze dvou přístupů: hmotnostní{0}}ztrátové kupóny, malé kovové vzorky vystavené prostředí procesu a fyzicky odebrané, vyčištěné a vážené v nastavených intervalech; nebo manuální ultrazvukové průzkumy tloušťky (UT), kdy technik prochází linku pomocí ručního měřidla a zaznamenává tloušťku stěny v pevných testovacích bodech. Obě metody fungují, ale obě jsou svou podstatou periodická - koroze, která se zrychluje mezi intervaly prohlídek nebo se vyskytuje na místě, které není pokryto pevným testovacím bodem, může zůstat nezjištěna až do příští plánované kontroly, nebo v horším případě, dokud nezpůsobí netěsnost.

Monitorování koroze IoT tuto mezeru zaplňuje instalací senzorů trvale v místě zájmu a jejich připojením k bezdrátové síti (běžně WirelessHART nebo LoRaWAN), která hlásí hodnoty v definovaném intervalu - kdekoli od několikrát za hodinu až jednou za den, v závislosti na aplikaci. Výsledkem je souvislý trend -rychlosti koroze nebo tloušťky stěny- pro daný konkrétní bod, spíše než série odpojených snímků, což umožňuje zachytit zrychlující se rychlost koroze dříve, než se stane problémem integrity.

Jaké technologie snímání skutečně používají systémy monitorování koroze IoT?

Kompilováno z ASTM G96 a publikovaná technická literatura-pro monitorování koroze a dokumentace komerčního systému. Výběr snímače by měl odpovídat konkrétnímu koroznímu mechanismu, formě produktu a dostupnosti monitorovaného majetku.

Jak tyto senzory detekují lokalizovanou důlkovou a chloridovou{0}}korozi konkrétně v nerezové oceli?

Tento rozdíl je důležitější pro nerezovou ocel než pro uhlíkovou ocel. Odolnost nerezové oceli proti korozi závisí na neporušeném pasivním filmu oxidu chromitého a jejím nejběžnějším způsobem selhání v prostředích obsahujících chloridy - mořská voda, chladicí voda,-rozmrazovací sůl, pobřežní atmosféra - je spíše lokalizované důlkové nebo chloridové korozní praskání než rovnoměrné ztenčování stěn. Senzor zkonstruovaný tak, aby zprůměroval ztrátu kovu na celém svém povrchu, může hlásit neškodně-vypadající obecnou rychlost koroze, přičemž chybí jediná agresivní jamka, která představuje skutečné riziko integrity.

Nedávný publikovaný výzkum se tím přímo zabývá: více{0}}sensorové fúzní přístupy, které kombinují data o tloušťce ultrazvuku s jinými typy sond, zpracovávané pomocí modelů strojového{1}}učení, byly vyvinuty speciálně k identifikaci důlkové koroze a odhadu hloubky důlku způsoby, které systém typu s jedním-senzorem- nedokáže. Pro zařízení s austenitickou nebo duplexní nerezovou ocelí v provozu vystaveném chloridům{5}} to znamená, že výběr a umístění senzoru by se mělo řídit očekávaným korozním mechanismem - nejen tím, který senzor je nejsnáze nainstalovat.

Jak se bezdrátová data dostávají ze senzoru do monitorovacího panelu závodu?

WirelessHART, rozšíření široce používaného průmyslového protokolu HART, a LoRaWAN, bezdrátový standard s dlouhým{0}}dosahem a nízkou spotřebou-, jsou dvě síťové technologie, které jsou nejčastěji uváděny v komerčních bezdrátových UT a systémech vysílačů proti korozi. Životnost baterie u těchto senzorů s nepřetržitým hlášením se běžně odhaduje až na deset let, což je důležité, protože senzory jsou často namontovány na těžko{4}}{5}}přístupných místech - pod izolací, ve výšce, ve stísněných prostorách -, kde by časté výměny baterie samy o sobě představovaly zátěž pro údržbu.

Alternativní provedení se zcela vyhýbá otázce baterie: některé ultrazvukové systémy tloušťky používají pasivní -bezbateriové senzory, které jsou trvale namontovány, ale zůstávají nečinné, dokud ruční sonda pomocí bez{1}}bezkontaktní indukční vazby nenapájí senzor na dálku a neshromažďuje údaje. To vyměňuje pohodlí plně automatického, nepřetržitého hlášení za senzor s efektivně neomezenou životností, který může být vhodnější pro místa, kde je pokrytí bezdrátovou sítí nebo výměna baterie nepraktická.

Jaké normy upravují nasazení senzorů pro monitorování koroze a interpretaci dat?

ASTM G96 pokrývá postup pro provádění online monitorování koroze kovů v provozních zařízeních za provozních podmínek, aniž by bylo nutné sondu vyřazovat z provozu, a výslovně uvádí, že obecné odhady koroze ze sond zahrnují zprůměrování na povrchu sondy - stejné omezení popsané výše v souvislosti s detekcí důlkové koroze. Zkušební metoda A (elektrický odpor) uvádí kumulativní ztrátu kovu, z níž je odvozena rychlost koroze; Testovací metoda B (polarizační odpor) uvádí okamžitou rychlost elektrochemické koroze, ale může vyžadovat kalibraci proti jiné technice, jako je ztráta hmotnosti kuponu, aby se stanovila skutečná rychlost pro specifické procesní prostředí.

Pro monitorování založené na -tloušťce{1}} stěn je relevantním referenčním bodem obvykle vlastní program mechanické integrity zařízení a příslušné kódy potrubí/nádob (jako je API 570 pro potrubí nebo API 510 pro tlakové nádoby ve zpracovatelském průmyslu), které definují minimální požadovanou tloušťku stěny a intervaly kontrol; Senzory IoT UT vkládají data do tohoto programu, nikoli nahrazují jeho kritéria přijetí.

Kde jsou IoT korozní senzory nejcennější pro aktiva z nerezové oceli?

Koroze pod izolací (CUI)

CUI je jedním z nejobtížněji zachytitelných problémů s korozí při ruční kontrole právě proto, že izolace a obložení, které ji skrývají, také blokují vizuální a rutinní přístup UT. Bezdrátové UT a magnetické senzory vířivých proudů instalované pod izolací, s kabeláží nebo bezdrátovými vysílači nasměrovanými na přístupné místo, umožňují nepřetržité monitorování bez pravidelného stahování a výměny izolace pouze za účelem kontroly tloušťky stěny -, což samo o sobě představuje významnou úsporu práce a nákladů.

Nepřístupné, zasypané nebo podmořské potrubí

Naváděné-vlnové ultrazvukové senzory, které dokážou kontrolovat desítky metrů potrubí z jednoho montážního bodu, a trvale instalované bodové senzory v podzemních nebo podvodních částech rozšiřují pokrytí monitorováním na místa, kde by ruční kontrola vyžadovala výkopy, potápění nebo delší odstávky.

Nepřetržitě fungující procesní, námořní a odsolovací zařízení

Nerezová a duplexní nerezová zařízení vystavená chloridům{0}}v mořském prostředí, odsolovacích zařízeních a chemickém zpracování, kde odstavení z důvodu kontroly přináší skutečné výrobní náklady, výhody plynoucí z nepřetržitých trendových údajů, které mohou odůvodnit - nebo odložit - odstavení na základě skutečných naměřených podmínek spíše než na základě pevného kalendářního intervalu, což je praxe obecně popisovaná jako-založená nebo prediktivní údržba.

Jaká jsou omezení IoT senzorů pro monitorování koroze?

Mezery v pokrytí: pevný snímač měří korozi na svém vlastním místě; důlek nebo ztenčující se zóna, která se tvoří jinde na aktivu, dokonce i na krátkou vzdálenost, nebude detekována, dokud nedosáhne monitorovaného bodu -, proto na strategii umístění senzoru záleží stejně jako na výběru senzoru.

Lokalizovaná slepá místa koroze: Jak je uvedeno výše, senzory ER a LPR jsou založeny na předpokladu zprůměrování, který vyhovuje obecné korozi, ale je zdokumentován jako nedostatečně vhodný pro detekci důlků a štěrbin, které jsou nejrelevantnější pro nerezovou ocel vystavenou chloridům-.

Teplotní a environmentální citlivost: Měření elektrického odporu je ovlivněno teplotou, což vyžaduje kompenzaci (obvykle referenční elektrodu nebo Wheatstoneův můstek), aby nedošlo k záměně teplotního výkyvu za změnu rychlosti koroze.

Omezení při spojování a instalaci: konvenční ultrazvukové snímače potřebují spojku mezi snímačem a kovovým povrchem, což omezuje některá místa montáže; alternativy, jako jsou magnetické vířivé proudy nebo -bezbateriové indukční UT senzory, to řeší, ale jsou méně rozšířené a mohou stát více za bod.

Kalibrace a ověření: Okamžité rychlosti založené na LPR- specificky mohou vyžadovat kalibraci proti jiné metodě, jako je úbytek hmotnosti kuponu, aby se stanovila skutečná rychlost koroze pro danou procesní chemii - síť senzorů nevylučuje potřebu pravidelného ověřování na zemi-.

Hustota senzorů a náklady: dosažení spolehlivosti napříč velkým aktivem (úplná procesní jednotka, dlouhé potrubí) pomocí bodových senzorů vyžaduje dostatek senzorů na správných místech, aby byly statisticky vypovídající, - pod-vybavením aktiva může vzniknout falešný pocit bezpečí.

Jak by měl výrobce nebo vlastník hodnotit ROI pro monitorování koroze IoT?

Nejjasnější finanční důvod pro monitorování koroze IoT je u zařízení, kde je nezjištěná porucha drahá - neplánované odstavení procesu, uvolnění z prostředí nebo bezpečnostní incident - a kde je ruční kontrola sama o sobě nákladná nebo nebezpečná, jako jsou místa CUI, která jinak vyžadují odizolování nebo vyvýšené a omezené {{2}potrubí pro vstup do prostoru, které vyžadují ruční lešení{3} pro kontrolu nebo omezení.

Nepřetržitá data také podporují přechod z intervalů údržby-na stav{1}}založených na čase, což může oddálit zbytečné odstávky zařízení, které koroduje pomaleji, než předpokládá jeho kalendářní{2}}interval kontroly, a označovat zařízení, které koroduje rychleji, než se očekávalo, než dojde k selhání.

Stejně jako u každé nové inspekční technologie je nejspolehlivějším způsobem, jak ověřit přesnost senzoru a předpokládané úspory práce a prostojů, než se zavážete k většímu zavedení, omezené pilotní nasazení - využívající definovanou sadu umístění CUI nebo jeden systém vystavený chloridům- a porovnávání trendových dat senzoru s příští naplánovanou manuální kontrolou -.

Často kladené otázky

Otázka: Mohou senzory koroze IoT zcela nahradit manuální kontrolu a testování kupónů?

Odpověď: Ne. IoT senzory poskytují nepřetržitá data na svých instalovaných místech, ale stále potřebují pravidelnou kalibraci a ověřování podle kuponových nebo manuálních kontrolních dat a pokrývají pouze konkrétní body nebo linky, kde jsou instalovány. Většina vyspělých nasazení využívá senzory IoT ke snížení frekvence a rozsahu ruční kontroly a ke stanovení priority, kam směřuje úsilí ruční kontroly, spíše než k jejímu úplnému odstranění.

Otázka: Jsou snímače elektrického odporu (ER) dobré při detekci důlkové koroze v nerezové oceli?

A: Sami o sobě nespolehlivě. Snímače ER jsou zdokumentovány v literatuře-o monitorování koroze jako vhodnější pro obecnou, rovnoměrnou korozi, protože průměrují ztrátu kovu na povrchu sondy; lokalizované důlkové korozi, které je dominantním problémem u nerezové oceli vystavené chloridům-, se lépe řeší pomocí ultrazvukových údajů o tloušťce ve více bodech, řízeným-screeningem vln nebo novějšími metodami více-senzorového a strojového-učení navrženými speciálně pro detekci důlků.

Otázka: Co je koroze pod izolací (CUI) a proč je zvláště vhodná pro monitorování IoT?

Odpověď: CUI je koroze, která se vyskytuje na izolovaném potrubí nebo zařízení, skrytá pod izolací a opláštěním, kde není vidět při rutinní vizuální kontrole a ruční kontrola je nákladná, protože je nutné odstranit izolaci. Trvale instalované bezdrátové UT nebo magnetické senzory vířivých proudů pod izolací umožňují nepřetržité monitorování bez opakovaného stahování a výměny izolace, a proto je CUI jedním z nejčastěji uváděných případů použití této technologie.

Otázka: Jakou bezdrátovou síť obvykle používají průmyslové snímače koroze?

Odpověď: WirelessHART a LoRaWAN jsou dvě síťové technologie, které se nejčastěji používají v komerčních bezdrátových systémech monitorování koroze a UT, zvolené pro jejich dlouhý dosah, nízkou spotřebu energie a kompatibilitu s řídicími systémy závodu. Baterie-napájené senzory v těchto sítích mají běžně životnost až deset let.

Otázka: Která norma ASTM řídí online monitorování koroze a co vlastně specifikuje?

Odpověď: ASTM G96 je standardní příručka pro online monitorování koroze v provozních zařízeních pomocí elektrických a elektrochemických metod. Definuje měření elektrického odporu jako zkušební metodu A (kumulativní ztráta kovu) a měření polarizačního odporu jako zkušební metodu B (okamžitá rychlost elektrochemické koroze) a mělo by se číst spolu s ASTM G102, jak se tato nezpracovaná měření převádějí na hlášené rychlosti koroze.

Shrnutí

Monitorování koroze IoT mění korozi z nálezu periodické kontroly na nepřetržitý datový tok pomocí elektrického odporu, polarizačního odporu a bezdrátových ultrazvukových snímačů tloušťky ke sledování ztráty kovu a rychlosti koroze v téměř reálném čase, spíše než v plánovaných intervalech. Konkrétně u nerezové oceli závisí hodnota technologie na přizpůsobení typu senzoru koroznímu mechanismu: obecně-korozní senzory jako ER a LPR se dobře hodí k rovnoměrnému ztenčování stěn, ale je zdokumentováno, že jsou slabé při zachycování lokalizovaného důlkového a chloridového -útoku, což je častější poruchový režim nerezové oceli, což je důvod, proč seriózní nasazení nebo vrstvení ultrazvukových dat o nejvyšší tloušťce, naváděné vlnové přiblížení{3} na obrazovce{3} základní elektrochemické monitorování.

Nejjasnější výnosy se projevují u těžce--kontrolovatelného majetku - koroze pod izolací, zakopané nebo vyvýšené potrubí a nepřetržitě fungující zařízení vystavená chloridům--, kde nepřetržité údaje nahrazují drahé nebo nebezpečné ruční inspekce, vždy interpretované podle ASTM G96 a programu pro mechanickou integritu řídícího zařízení, spíše než jako samostatný program.