IoT сензори за мониторинг на корозията на неръждаема стомана в реално време

Какво представлява-базиран на IoT мониторинг на корозията?

Традиционният мониторинг на корозията на технологично оборудване от неръждаема стомана обикновено разчита на един от двата подхода: купони за -загуба на маса, малки метални проби, изложени на околната среда на процеса и физически отстранени, почистени и претеглени на определени интервали; или ръчни ултразвукови изследвания на дебелината (UT), при които техник минава по линията с ръчен манометър и записва дебелината на стената във фиксирани тестови точки. И двата метода работят, но и двата по своята същност са периодична - корозия, която се ускорява между интервалите на проверка или възниква на място, непокрито от фиксирана тестова точка, може да остане незабелязана до следващата планирана проверка или, още по-лошо, докато причини теч.

Мониторингът на корозията на IoT запълва тази празнина, като инсталира сензори постоянно на интересуващото място и ги свързва към безжична мрежа (обикновено WirelessHART или LoRaWAN), която отчита показания на определен интервал - от няколко пъти на час до веднъж на ден, в зависимост от приложението. Резултатът е постоянна скорост-на корозия или тенденция на-дебелина на стената за тази конкретна точка, а не поредица от несвързани моментни снимки, което прави възможно улавянето на ускоряваща се скорост на корозия много преди да се превърне в проблем за целостта.

Какви сензорни технологии всъщност използват системите за мониторинг на корозия на интернет на нещата?

Съставено от ASTM G96 и публикувана инженерна литература-за мониторинг на корозия и документация за търговски системи. Изборът на сензор трябва да бъде съобразен със специфичния механизъм на корозия, формата на продукта и достъпността на наблюдавания актив.

Как тези сензори откриват локализирана питингова и хлоридна{0}}корозия в неръждаема стомана конкретно?

Това разграничение има повече значение за неръждаемата стомана, отколкото за въглеродната стомана. Устойчивостта на корозия на неръждаемата стомана зависи от непокътнатия пасивен филм от хромен оксид и най-честият му режим на повреда в среди,-съдържащи хлорид - морска вода, охлаждаща вода,-излагане на соли за размразяване, крайбрежни атмосфери - е локализирано питинг или хлоридно корозионно напукване, а не равномерно изтъняване на стените. Сензор, създаден да осреднява загубата на метал по цялата му повърхност, може да отчете доброкачествен-изглеждащ общ процент на корозия, като същевременно пропуска една агресивна ямка, която е действителният риск за целостта.

Скорошно публикувано изследване се отнася директно до това: подходи за сливане на много-сензори, които комбинират ултразвукови данни за дебелината с други типове сонди, обработени чрез модели за-машинно обучение, са разработени специално за идентифициране на питинг корозия и оценка на дълбочината на вдлъбнатини по начини, които една система от-сензор-тип не може. За съоръжение, използващо аустенитна или дуплексна неръждаема стомана в експонирана-на хлорид услуга, това означава, че изборът и разположението на сензора трябва да се управляват от очаквания механизъм на корозия -, а не само от това кой сензор е най-лесен за инсталиране.

Как безжичните данни стигат от сензора до таблото за наблюдение на завода?

WirelessHART, разширение на широко използвания промишлен протокол HART, и LoRaWAN, безжичен стандарт с голям{0}}обхват и ниска{1}}мощност, са двете мрежови технологии, които най-често се цитират в търговските безжични UT и корозионни-предавателни системи. Животът на батерията на тези сензори с непрекъснато отчитане обикновено се оценява на около десет години, което има значение, тъй като сензорите често се монтират на трудно-до-достъпни места - под изолация, на височина, в затворени пространства -, където честите смени на батериите сами по себе си биха се превърнали в тежест за поддръжка.

Алтернативен дизайн избягва напълно въпроса за батерията: някои ултразвукови системи за измерване на дебелината използват пасивни сензори-без батерии, които са постоянно монтирани, но остават неактивни, докато ръчна сонда, използваща без{1}}контактно индуктивно свързване, захранва сензора дистанционно и събира показания. Това заменя удобството на напълно автоматично, непрекъснато отчитане за сензор с ефективно неограничен експлоатационен живот, който може да бъде по-подходящ за места, където покритието на безжичната мрежа или смяната на батерията е непрактично.

Какви стандарти управляват внедряването на сензори за мониторинг на корозия и интерпретацията на данни?

ASTM G96 обхваща процедурата за провеждане на онлайн мониторинг на корозия на метали в инсталационното оборудване при работни условия, без да е необходимо сондата да се премахва от експлоатация, и изрично отбелязва, че общите оценки на корозията от сондите включват предположение за осредняване по повърхността на сондата - същото ограничение, обсъдено по-горе в контекста на откриване на питинг. Метод на изпитване А (електрическо съпротивление) отчита кумулативна загуба на метал, от която се прави извод за скорост на корозия; Метод на изпитване B (поляризационна устойчивост) отчита моментна скорост на електрохимична корозия, но може да изисква калибриране спрямо друга техника, като загуба на тегло на купон, за да се установи истинска скорост за конкретна среда на процеса.

За наблюдение, основано на-дебелина-на стените, съответната референтна точка обикновено е собствената програма за механична цялост на съоръжението и приложимите кодове за тръбопроводи/съдове (като API 570 за тръбопроводи или API 510 за съдове под налягане в процесните индустрии), които определят минималната необходима дебелина на стената и интервали на проверка; IoT UT сензорите подават данни в тази програма, вместо да заменят нейните критерии за приемане.

Къде IoT сензорите за корозия са най-ценни за активи от неръждаема стомана?

Корозия под изолация (CUI)

CUI е един от най-трудните проблеми с корозията за улавяне с ръчна проверка, точно защото изолацията и облицовката, които го скриват, също блокират визуалния и рутинен достъп до UT. Безжични UT и магнитни сензори за вихрови токове, инсталирани под изолацията, с кабели или безжични предаватели, насочени към достъпна точка, позволяват непрекъснато наблюдение без периодично премахване и подмяна на изолация само за проверка на дебелината на стената - значително спестяване на труд и разходи само по себе си.

Недостъпен, заровен или подводен тръбопровод

Ултразвукови-сензори с насочени вълни, които могат да инспектират десетки метри тръба от една монтажна точка, и постоянно инсталирани точкови сензори върху заровени или подводни участъци, разширяват обхвата на наблюдение до места, където ръчната проверка би изисквала изкопни работи, гмуркане или продължителни спирания.

Непрекъснато работещо технологично, морско и обезсоляващо оборудване

Изложено на хлорид{0}} неръждаемо и дуплексно неръждаемо оборудване в морска среда, инсталации за обезсоляване и химическа обработка, където спирането за инспекция носи реални производствени разходи, се възползва от непрекъснати данни за тенденциите, които могат да оправдаят - или отсрочено - спиране въз основа на действително измерено състояние, а не на фиксиран календарен интервал, практика, която обикновено се описва като-въз основа на условия или прогнозна поддръжка.

Какви са ограниченията на IoT сензорите за наблюдение на корозия?

Пропуски в покритието: фиксиран сензор измерва корозията на собственото си място; дупка или зона на изтъняване, която се образува на друго място в актива, дори на кратко разстояние, няма да бъде открита, докато не достигне наблюдавана точка -, поради което стратегията за поставяне на сензора е толкова важна, колкото и изборът на сензор.

Локализирани слепи петна от корозия: както беше обсъдено по-горе, сензорите ER и LPR са изградени около предположение за осредняване, което отговаря на общата корозия, но е документирано като неподходящо за откриване на атаката на питинг и пукнатини, които са най-подходящи за изложената на хлорид-неръждаема стомана.

Чувствителност към температура и околна среда: измерванията на електрическото съпротивление се влияят от температурата, което изисква компенсация (обикновено с референтен електрод или дизайн на мост на Уитстон), за да се избегне погрешно колебание на температурата с промяна в скоростта на корозия.

Ограничения при свързване и монтаж: конвенционалните ултразвукови сензори се нуждаят от съединител между сензора и металната повърхност, което ограничава някои места за монтаж; алтернативи като магнитни вихрови токове или-безбатерийни индуктивни UT сензори се справят с това, но са по-малко разпространени и може да струват повече на точка.

Калибриране и проверка: Базираните на LPR{0}}моментни скорости конкретно може да се нуждаят от калибриране спрямо друг метод, като например загуба на тегло на купон, за установяване на истинска скорост на корозия за даден химичен процес - сензорната мрежа не елиминира необходимостта от някаква периодична наземна-проверка на истината.

Плътност и цена на сензора: постигането на увереност в голям актив (пълна технологична единица, дълъг тръбопровод) с точкови сензори изисква достатъчно сензори на точните места, за да бъдат статистически значими - под-инструментирането на актив може да създаде фалшиво чувство за сигурност.

Как трябва производителят или собственикът да оцени възвръщаемостта на инвестициите за мониторинг на корозията на IoT?

Най-ясният финансов случай за мониторинг на корозията на IoT е за активи, при които неоткритата повреда е скъпа - непланирано спиране на процес, изпускане в околната среда или инцидент с безопасността - и където ръчната проверка сама по себе си е скъпа или опасна, като например места на CUI, които иначе изискват премахване на изолация, или повдигнати и ограничени-тръбопроводи, които изискват скеле или процедури за влизане в ограничено-пространство за ръчна проверка.

Непрекъснатите данни също поддържат преминаване от-базирани на време-към-базирани на състояние интервали на поддръжка, което може да отложи ненужните спирания на оборудване, което корозира по-бавно, отколкото предполага неговият-базиран на календар интервал за проверка, като същевременно маркира оборудването, което корозира по-бързо от очакваното, преди да стане повреда.

Както при всяка нова технология за инспекция, ограниченото пилотно внедряване - с инструментиране на дефиниран набор от местоположения на CUI или една изложена на хлорид-система и сравняване на данните за тенденциите на сензора със следващата планирана ръчна инспекция - е най-надеждният начин за валидиране както на точността на сензора, така и на прогнозираните спестявания на труд и престой, преди да се ангажирате с по-голямо внедряване.

Често задавани въпроси

В: Могат ли IoT сензорите за корозия напълно да заменят ръчната проверка и тестването на купони?

О: Не. IoT сензорите предоставят непрекъснати данни на своите инсталирани места, но те все още се нуждаят от периодично калибриране и проверка спрямо данни от купон или ръчна проверка и покриват само конкретните точки или линии, където са инсталирани. Повечето зрели внедрявания използват IoT сензори, за да намалят честотата и обхвата на ръчната проверка и да дадат приоритет на къде отиват усилията за ръчна проверка, вместо да я елиминират изцяло.

Въпрос: Сензорите за електрическо съпротивление (ER) добри ли са при откриване на точкова корозия в неръждаема стомана?

О: Не са надеждни сами по себе си. ER сензорите са документирани в литературата за-мониторинг на корозия като по-подходящи за обща, равномерна корозия, тъй като осредняват загубата на метал по повърхността на сондата; локализираната ямка, която е доминиращата грижа за изложената на хлорид-неръждаема стомана, се справя по-добре с ултразвукови данни за дебелината в множество точки, направляван-вълнов скрининг или по-нови подходи за много-сензор и машинно-обучение, проектирани специално за откриване на ями.

Въпрос: Какво е корозия под изолация (CUI) и защо е особено подходящ за мониторинг на IoT?

О: CUI е корозия, която възниква върху изолирани тръбопроводи или оборудване, скрито под изолацията и облицовката, където не може да се види по време на рутинна визуална проверка и е скъпо да се провери ръчно, тъй като изолацията трябва да се отстрани. Постоянно инсталираните безжични UT или магнитни сензори за вихрови токове под изолацията позволяват непрекъснато наблюдение без многократно премахване и подмяна на изолация, поради което CUI е един от най-често цитираните случаи на използване на тази технология.

В: Каква безжична мрежа обикновено използват индустриалните сензори за корозия?

О: WirelessHART и LoRaWAN са двете мрежови технологии, които най-често се използват в комерсиалните безжични системи за мониторинг на корозия и UT, избрани заради техния голям обхват, ниска консумация на енергия и съвместимост със системите за управление на завода. Сензорите-захранвани с батерии в тези мрежи обикновено се оценяват за около десет години експлоатационен живот.

Въпрос: Кой стандарт на ASTM управлява онлайн мониторинга на корозията и какво всъщност определя?

О: ASTM G96 е стандартното ръководство за онлайн мониторинг на корозията в оборудването на завода с помощта на електрически и електрохимични методи. Той определя измерването на електрическото съпротивление като метод за изпитване A (кумулативна загуба на метал), а измерването на поляризационно съпротивление като метод за изпитване B (моментна скорост на електрохимична корозия) и трябва да се чете заедно с ASTM G102 за това как тези необработени измервания се преобразуват в докладвани скорости на корозия.

Резюме

IoT мониторингът на корозията превръща корозията от констатация от периодична инспекция в непрекъснат поток от данни, използвайки електрическо съпротивление, поляризационно съпротивление и безжични ултразвукови сензори за дебелина за проследяване на загубата на метал и скоростта на корозия в почти реално време, а не на планирани интервали. Конкретно за неръждаемата стомана, стойността на технологията зависи от съвпадението на типа на сензора с механизма на корозия: общи-сензори за корозия като ER и LPR са много подходящи за равномерно изтъняване на стените, но са документирани като слаби при улавяне на локализираната питингова и -задвижвана от хлорид атака, която е по-често срещаният режим на повреда на неръждаемата стомана, поради което сериозните внедрявания са ултразвукови данни за дебелината на слоя, насочвана-вълна скрининг или много-сензорни подходи в допълнение към основния електрохимичен мониторинг.

Най-ясните резултати се показват при трудни-за-проверка активи - корозия под изолация, заровени или повдигнати тръбопроводи и непрекъснато работещо оборудване,-изложено на хлорид -, където непрекъснатите данни заместват скъпи или опасни ръчни проверки, винаги тълкувани спрямо ASTM G96 и управляващата програма за механична цялост на съоръжението, а не като самостоятелна замяна на то.