IoT-датчики для мониторинга коррозии нержавеющей стали в режиме реального времени

Что такое мониторинг коррозии на основе Интернета вещей-?

Традиционный мониторинг коррозии на технологическом оборудовании из нержавеющей стали обычно основан на одном из двух подходов: купоны-потери массы, небольшие образцы металла, подвергающиеся воздействию технологической среды и физически извлекаемые, очищаемые и взвешиваемые через определенные промежутки времени; или ручные ультразвуковые измерения толщины (UT), при которых техник проходит по линии с помощью ручного датчика и записывает толщину стенки в фиксированных контрольных точках. Оба метода работают, но оба по своей сути представляют собой периодическую - коррозию, которая ускоряется между интервалами проверки или возникает в месте, не охваченном фиксированной контрольной точкой, и может оставаться незамеченной до следующей плановой проверки или, что еще хуже, до тех пор, пока не вызовет утечку.

Мониторинг коррозии IoT закрывает этот пробел, постоянно устанавливая датчики в интересующем месте и подключая их к беспроводной сети (обычно WirelessHART или LoRaWAN), которая передает показания через определенный интервал - от нескольких раз в час до одного раза в день, в зависимости от приложения. В результате получается непрерывная тенденция-скорости коррозии или-толщины стенки для этой конкретной точки, а не серия несвязанных снимков, что позволяет уловить ускоряющуюся скорость коррозии задолго до того, как она станет проблемой целостности.

Какие сенсорные технологии на самом деле используют системы мониторинга коррозии Интернета вещей?

Составлено на основе ASTM G96 и опубликовано в инженерной литературе по-мониторингу коррозии и документации по коммерческой системе. Выбор датчика должен соответствовать конкретному механизму коррозии, форме продукта и доступности контролируемого актива.

Как эти датчики обнаруживают локальную точечную и хлоридную-коррозию, особенно в нержавеющей стали?

Это различие имеет большее значение для нержавеющей стали, чем для углеродистой стали. Коррозионная стойкость нержавеющей стали зависит от неповрежденной пассивной пленки оксида хрома, и наиболее распространенным видом ее разрушения в средах,-содержащих хлориды, - морской воде, охлаждающей воде,-воздействии противообледенительных солей, прибрежной атмосфере - является локализованное точечное коррозионное растрескивание или хлоридное коррозионное растрескивание под напряжением, а не равномерное утонение стенок. Датчик, рассчитанный на усреднение потерь металла по всей поверхности, может сообщать о незначительной-выглядящей общей скорости коррозии, но при этом не хватает одной агрессивной язвы, которая представляет собой реальную угрозу целостности.

Недавние опубликованные исследования напрямую обращают на это внимание: подходы к слиянию нескольких-датчиков, которые объединяют ультразвуковые данные о толщине с датчиками других типов, обрабатываемые с помощью моделей машинного-обучения, были разработаны специально для выявления питтинговой коррозии и оценки глубины язв, чего не может сделать система с одним-датчиком-типом. Для предприятия, использующего аустенитную или дуплексную нержавеющую сталь в условиях воздействия хлоридов-, это означает, что выбор и размещение датчика должны определяться ожидаемым механизмом коррозии -, а не только тем, какой датчик проще всего установить.

Как беспроводные данные попадают от датчика на панель мониторинга предприятия?

WirelessHART, расширение широко используемого промышленного протокола HART, и LoRaWAN, стандарт беспроводной связи дальнего-с низким энергопотреблением- – это две сетевые технологии, которые чаще всего упоминаются в коммерческих беспроводных UT-системах и системах датчиков коррозии-. Срок службы батарей таких датчиков с непрерывной отчетностью обычно составляет около десяти лет, что важно, поскольку датчики часто устанавливаются в труднодоступных-- местах - под изоляцией, на высоте, в замкнутых пространствах -, где частая замена батарей сама по себе становится обузой для технического обслуживания.

Альтернативная конструкция вообще позволяет избежать вопроса об аккумуляторе: в некоторых ультразвуковых системах измерения толщины используются пассивные датчики,-без батарей, которые устанавливаются стационарно, но остаются в режиме ожидания до тех пор, пока портативный датчик с помощью бесконтактной индуктивной связи не подаст питание на датчик удаленно и не соберет показания. При этом удобство полностью автоматической непрерывной отчетности меняется на датчик с фактически неограниченным сроком службы, который может лучше подходить для мест, где покрытие беспроводной сети или замена батареи нецелесообразны.

Какие стандарты регулируют установку датчиков мониторинга коррозии и интерпретацию данных?

ASTM G96 описывает процедуру проведения онлайн-мониторинга коррозии металлов в заводском оборудовании в рабочих условиях без необходимости вывода датчика из эксплуатации и прямо отмечает, что общие оценки коррозии с помощью датчиков подразумевают усреднение по поверхности датчика - то же ограничение, которое обсуждалось выше в контексте обнаружения питтинговой коррозии. Метод испытаний А (электрическое сопротивление) определяет совокупную потерю металла, на основании которой можно сделать вывод о скорости коррозии; Метод испытаний B (сопротивление поляризации) определяет мгновенную скорость электрохимической коррозии, но может потребоваться калибровка по другому методу, например, по потере веса купона, чтобы установить истинную скорость для конкретной технологической среды.

Для мониторинга-толщины-стенок соответствующей контрольной точкой обычно является собственная программа предприятия по обеспечению механической целостности и применимые нормы для трубопроводов/емкостей (например, API 570 для трубопроводов или API 510 для сосудов под давлением в перерабатывающих отраслях), которые определяют минимальную требуемую толщину стенок и интервалы проверок; Датчики IoT UT передают данные в эту программу, а не заменяют ее критерии приемки.

Где датчики коррозии IoT наиболее полезны для объектов из нержавеющей стали?

Коррозия под изоляцией (CUI)

CUI является одной из самых сложных проблем коррозии, которую трудно обнаружить при ручном осмотре, именно потому, что скрывающая ее изоляция и оболочка также блокируют визуальный и рутинный доступ при УЗК. Беспроводные ультразвуковые датчики и магнитные вихретоковые датчики, установленные под изоляцией, с кабелями или беспроводными передатчиками, проложенными к доступной точке, позволяют осуществлять непрерывный мониторинг без периодического снятия изоляции и замены изоляции только для проверки толщины стены -, что само по себе обеспечивает значительную экономию труда и средств.

Недоступные, подземные или подводные трубопроводы

Ультразвуковые датчики с направленной-волной, которые могут проверять десятки метров труб из одной точки крепления, а также стационарно установленные точечные датчики на подземных или подводных участках расширяют зону мониторинга в местах, где ручная проверка потребует раскопок, погружения или длительного простоя.

Непрерывно работающее технологическое, морское и опреснительное оборудование

Оборудование из нержавеющей-нержавеющей стали и дуплексной нержавеющей стали, подверженной воздействию хлоридов, в морской среде, на опреснительных установках и в химических перерабатывающих предприятиях, где остановка для проверки приносит реальную выгоду в производственных затратах за счет непрерывных данных о тенденциях, которые могут оправдать - или отсрочить - останов на основе фактически измеренных условий, а не фиксированного календарного интервала, практика, обычно описываемая как-обслуживание по состоянию или прогнозируемое обслуживание.

Каковы ограничения датчиков мониторинга коррозии Интернета вещей?

Пробелы в покрытии: фиксированный датчик измеряет коррозию на своем месте; зона ямы или утонения, которая образуется где-либо на объекте, даже на небольшом расстоянии, не будет обнаружена, пока не достигнет контролируемой точки -, поэтому стратегия размещения датчиков имеет такое же значение, как и выбор датчиков.

Слепые зоны локализованной коррозии: как обсуждалось выше, датчики ER и LPR построены на основе предположения об усреднении, которое соответствует общей коррозии, но документально подтверждено, что они плохо подходят для обнаружения точечной и щелевой коррозии, наиболее характерной для нержавеющей стали,-подверженной воздействию хлоридов.

Чувствительность к температуре и окружающей среде: на измерения электрического сопротивления влияет температура, требующая компенсации (обычно с помощью опорного электрода или конструкции моста Уитстона), чтобы не принять колебания температуры за изменение скорости коррозии.

Ограничения по соединению и установке: обычные ультразвуковые датчики нуждаются в контактной жидкости между датчиком и металлической поверхностью, что ограничивает некоторые места установки; альтернативы, такие как вихретоковые магнитные датчики или индуктивные датчики УЗ-без батарей, решают эту проблему, но они менее широко распространены и могут стоить дороже за точку.

Калибровка и проверка. Мгновенные скорости,-на основе LPR, в частности, могут нуждаться в калибровке по другому методу, например, по потере веса купона, чтобы установить истинную скорость коррозии для данного химического процесса. - Сеть датчиков не устраняет необходимость периодической наземной-проверки достоверности.

Плотность датчиков и стоимость: для достижения уверенности в большом объекте (целом технологическом блоке, длинном трубопроводе) с помощью точечных датчиков требуется достаточное количество датчиков в нужных местах, чтобы они были статистически значимыми - при-инструментировании объекта может создать ложное чувство безопасности.

Как производителю или владельцу следует оценивать рентабельность инвестиций в мониторинг коррозии Интернета вещей?

Наиболее очевидным финансовым обоснованием для мониторинга коррозии Интернета вещей являются активы, где необнаруженный сбой обходится дорого -, незапланированное прекращение технологического процесса, выброс в окружающую среду или нарушение безопасности - и где ручная проверка сама по себе является дорогостоящей или опасной, например, в местах CUI, которые в противном случае требуют снятия изоляции, или надземных и замкнутых-трубопроводах, для которых требуются строительные леса или процедуры входа в ограниченное- пространство для проверки вручную.

Непрерывные данные также поддерживают переход от интервалов технического обслуживания,-зависимых от времени, к интервалам технического обслуживания-по состоянию, что может отсрочить ненужные остановки оборудования, которое корродирует медленнее, чем предполагает календарный-интервал проверки, а также помечать оборудование, которое корродирует быстрее, чем ожидалось, прежде чем оно выйдет из строя.

Как и в случае с любой новой технологией проверки, ограниченное пилотное развертывание - с использованием приборов для определенного набора мест CUI или одной системы,-экспонированной с хлоридами, и сравнение данных тенденций датчиков со следующими плановыми проверками вручную - является наиболее надежным способом проверки как точности датчиков, так и прогнозируемой экономии труда и времени простоя, прежде чем переходить к более широкому внедрению.

Часто задаваемые вопросы

Вопрос: Могут ли датчики коррозии IoT полностью заменить ручную проверку и купонные испытания?

Ответ: Нет. Датчики IoT предоставляют непрерывные данные в местах их установки, но они по-прежнему нуждаются в периодической калибровке и проверке по данным купонов или ручных проверок, и они охватывают только определенные точки или линии, где они установлены. В большинстве зрелых развертываний датчики Интернета вещей используются для уменьшения частоты и объема ручной проверки, а также для определения приоритетности усилий по ручной проверке, а не для ее полного исключения.

Вопрос: Хорошо ли датчики электрического сопротивления (ER) обнаруживают питтинговую коррозию нержавеющей стали?

A: Ненадежно самостоятельно. В литературе по мониторингу коррозии-описано, что датчики ER лучше подходят для общей, равномерной коррозии, поскольку они усредняют потери металла по поверхности датчика; локализованную точечную коррозию, которая является основной проблемой для нержавеющей стали,-подвергнутой воздействию хлоридов, лучше решать с помощью ультразвуковых данных о толщине в нескольких точках, управляемого-волнового скрининга или новых подходов с использованием нескольких-датчиков и машинного-обучения, разработанных специально для обнаружения язв.

Вопрос: Что такое коррозия под изоляцией (CUI) и почему она особенно хорошо подходит для мониторинга Интернета вещей?

Ответ: CUI — это коррозия, возникающая на изолированных трубопроводах или оборудовании, скрытая под изоляцией и облицовкой, где ее нельзя увидеть во время обычного визуального осмотра, а проверка вручную обходится дорого, поскольку изоляцию приходится снимать. Постоянно установленные под изоляцией беспроводные ультразвуковые датчики или магнитные вихретоковые датчики позволяют осуществлять непрерывный мониторинг без многократного снятия и замены изоляции, поэтому CUI является одним из наиболее часто упоминаемых вариантов использования этой технологии.

Вопрос: Какую беспроводную сеть обычно используют промышленные датчики коррозии?

Ответ: WirelessHART и LoRaWAN — две сетевые технологии, наиболее часто используемые в коммерческих беспроводных системах мониторинга коррозии и ультразвукового контроля, выбранные из-за большого радиуса действия, низкого энергопотребления и совместимости с системами управления предприятием. Датчики с батарейным питанием-в этих сетях обычно рассчитаны на срок службы до десяти лет.

Вопрос: Какой стандарт ASTM регулирует онлайн-мониторинг коррозии и что он на самом деле определяет?

Ответ: ASTM G96 — это стандартное руководство для онлайн-мониторинга коррозии заводского оборудования с использованием электрических и электрохимических методов. Он определяет измерение электрического сопротивления как метод испытаний A (кумулятивные потери металла), а измерение сопротивления поляризации как метод испытаний B (мгновенная скорость электрохимической коррозии), и его следует читать вместе с ASTM G102, чтобы узнать, как эти необработанные измерения преобразуются в сообщаемые скорости коррозии.

Краткое содержание

Мониторинг коррозии через Интернет вещей превращает коррозию из результатов периодических проверок в непрерывный поток данных, используя электрическое сопротивление, сопротивление поляризации и беспроводные ультразвуковые датчики толщины для отслеживания потерь металла и скорости коррозии практически в реальном времени, а не через запланированные интервалы. В частности, для нержавеющей стали ценность технологии зависит от соответствия типа датчика механизму коррозии: датчики общей-коррозии, такие как ER и LPR, хорошо подходят для равномерного утонения стенок, но задокументированы как слабые при обнаружении локальных точечных и хлоридных-агрессий, которые являются наиболее распространенным типом отказа нержавеющей стали, поэтому серьезные развертывания накладывают ультразвуковые данные о толщине, управляемый-волновой скрининг или подходы с несколькими-датчиками поверх основных электрохимических методов. мониторинг.

Наиболее очевидная прибыль проявляется в трудно--проверяемых объектах -, коррозии под изоляцией, заглубленных или надземных трубопроводах, а также в постоянно работающем оборудовании,-подверженном воздействию хлоридов -, где непрерывные данные заменяют дорогостоящие или опасные ручные проверки, что всегда интерпретируется в соответствии со стандартом ASTM G96 и руководящей программой предприятия по обеспечению механической целостности, а не как отдельная замена.