Αισθητήρες IoT για παρακολούθηση διάβρωσης από ανοξείδωτο χάλυβα σε πραγματικό χρόνο

Τι είναι η παρακολούθηση διάβρωσης βάσει IoT-;

Η παραδοσιακή παρακολούθηση της διάβρωσης σε εξοπλισμό διεργασίας από ανοξείδωτο χάλυβα βασίζεται συνήθως σε μία από τις δύο προσεγγίσεις: κουπόνια μαζικής απώλειας-μικρών μεταλλικών δειγμάτων που εκτίθενται στο περιβάλλον της διεργασίας και αφαιρούνται, καθαρίζονται και ζυγίζονται σε καθορισμένα χρονικά διαστήματα. ή χειροκίνητες έρευνες πάχους υπερήχων (UT), όπου ένας τεχνικός περπατά τη γραμμή με ένα μετρητή χειρός και καταγράφει το πάχος του τοιχώματος σε σταθερά σημεία δοκιμής. Και οι δύο μέθοδοι λειτουργούν, αλλά και οι δύο είναι εγγενώς περιοδική διάβρωση - που επιταχύνεται μεταξύ των διαστημάτων επιθεώρησης ή εμφανίζεται σε τοποθεσία που δεν καλύπτεται από σταθερό σημείο δοκιμής, μπορεί να παραμείνει απαρατήρητη μέχρι τον επόμενο προγραμματισμένο έλεγχο ή, χειρότερα, μέχρι να προκαλέσει διαρροή.

Η παρακολούθηση διάβρωσης του IoT κλείνει αυτό το κενό εγκαθιστώντας μόνιμα αισθητήρες στην τοποθεσία ενδιαφέροντος και συνδέοντάς τους σε ένα ασύρματο δίκτυο (κοινώς WirelessHART ή LoRaWAN) που αναφέρει μετρήσεις σε ένα καθορισμένο διάστημα - οπουδήποτε από πολλές φορές την ώρα έως μία φορά την ημέρα, ανάλογα με την εφαρμογή. Το αποτέλεσμα είναι μια συνεχής τάση διάβρωσης-ρυθμού ή πάχους τοιχώματος-για αυτό το συγκεκριμένο σημείο, αντί για μια σειρά αποσυνδεδεμένων στιγμιότυπων, που καθιστά δυνατό τον εντοπισμό ενός επιταχυνόμενου ρυθμού διάβρωσης πολύ πριν γίνει θέμα ακεραιότητας.

Ποιες τεχνολογίες ανίχνευσης χρησιμοποιούν στην πραγματικότητα τα συστήματα παρακολούθησης διάβρωσης IoT;

Συντάχθηκε από το ASTM G96 και δημοσιευμένη βιβλιογραφία μηχανικής παρακολούθησης διάβρωσης-και τεκμηρίωση εμπορικών συστημάτων. Η επιλογή αισθητήρα θα πρέπει να ταιριάζει με τον συγκεκριμένο μηχανισμό διάβρωσης, τη μορφή προϊόντος και την προσβασιμότητα του στοιχείου που παρακολουθείται.

Πώς αυτοί οι αισθητήρες εντοπίζουν συγκεκριμένα τοπικά σκασίματα και διάβρωση που προκαλείται από χλωρίδιο- στον ανοξείδωτο χάλυβα;

Αυτή η διάκριση έχει μεγαλύτερη σημασία για τον ανοξείδωτο χάλυβα παρά για τον ανθρακούχο χάλυβα. Η αντίσταση στη διάβρωση του ανοξείδωτου χάλυβα εξαρτάται από ένα άθικτο παθητικό φιλμ οξειδίου του χρωμίου και ο πιο συνηθισμένος τρόπος αστοχίας του σε περιβάλλοντα με χλωριούχο-που περιέχει - θαλασσινό νερό, νερό ψύξης, απο{3}}έκθεση άλατος από πάγο, παράκτιες ατμόσφαιρες - είναι τοπικό κοίλωμα ή χλωριούχο έντονο στρες στον τοίχο. Ένας αισθητήρας που έχει κατασκευαστεί για τη μέση απώλεια μετάλλου σε ολόκληρη την επιφάνειά του μπορεί να αναφέρει έναν καλοήθη-εμφανιζόμενο γενικό ρυθμό διάβρωσης, ενώ χάνει ένα μόνο επιθετικό λάκκο που είναι ο πραγματικός κίνδυνος ακεραιότητας.

Πρόσφατη δημοσιευμένη έρευνα ασχολείται άμεσα με αυτό: προσεγγίσεις σύντηξης πολλών-αισθητήρων που συνδυάζουν δεδομένα πάχους υπερήχων με άλλους τύπους ανιχνευτών, επεξεργασμένες μέσω μοντέλων μηχανικής εκμάθησης-, έχουν αναπτυχθεί ειδικά για τον προσδιορισμό της διάβρωσης των λακκών και την εκτίμηση του βάθους λακκών με τρόπους που δεν μπορεί ένα σύστημα μεμονωμένου-αισθητήρα-. Για μια εγκατάσταση που λειτουργεί από ωστενιτικό ή διπλό ανοξείδωτο χάλυβα σε υπηρεσία εκτεθειμένη σε χλωριούχα-, αυτό σημαίνει ότι η επιλογή και η τοποθέτηση του αισθητήρα θα πρέπει να καθοδηγείται από τον αναμενόμενο μηχανισμό διάβρωσης - όχι μόνο από τον αισθητήρα που είναι πιο εύκολο να εγκατασταθεί.

Πώς μεταφέρονται ασύρματα δεδομένα από τον αισθητήρα στον πίνακα ελέγχου παρακολούθησης της εγκατάστασης;

Το WirelessHART, μια επέκταση του ευρέως χρησιμοποιούμενου βιομηχανικού πρωτοκόλλου HART, και το LoRaWAN, ένα ασύρματο πρότυπο μεγάλης-εμβέλειας, χαμηλής-ισχύς, είναι οι δύο τεχνολογίες δικτύου που αναφέρονται πιο συχνά σε εμπορικά συστήματα ασύρματου UT και διάβρωσης-. Η διάρκεια ζωής της μπαταρίας σε αυτούς τους αισθητήρες συνεχούς αναφοράς εκτιμάται συνήθως έως περίπου δέκα χρόνια, κάτι που έχει σημασία επειδή οι αισθητήρες είναι συχνά τοποθετημένοι σε δύσκολη--πρόσβαση σε θέσεις - κάτω από μόνωση, σε ύψος, σε περιορισμένους χώρους - όπου οι συχνές αλλαγές της μπαταρίας θα ήταν οι ίδιες ένα βάρος συντήρησης.

Ένας εναλλακτικός σχεδιασμός αποφεύγει εντελώς την ερώτηση της μπαταρίας: ορισμένα συστήματα πάχους υπερήχων χρησιμοποιούν παθητικούς αισθητήρες-χωρίς μπαταρία που είναι μόνιμα τοποθετημένοι αλλά παραμένουν αδρανείς έως ότου ένας φορητός αισθητήρας, χρησιμοποιώντας επαγωγική σύζευξη χωρίς-επαφή, τροφοδοτήσει τον αισθητήρα από απόσταση και συλλέξει μια ένδειξη. Αυτό ανταλλάσσει την ευκολία της πλήρως αυτόματης, συνεχούς αναφοράς για έναν αισθητήρα με ουσιαστικά απεριόριστη διάρκεια ζωής, ο οποίος μπορεί να ταιριάζει καλύτερα σε τοποθεσίες όπου η κάλυψη ασύρματου δικτύου ή η αντικατάσταση της μπαταρίας δεν είναι πρακτική.

Ποια πρότυπα διέπουν την ανάπτυξη αισθητήρα παρακολούθησης διάβρωσης και την ερμηνεία δεδομένων;

Το ASTM G96 καλύπτει τη διαδικασία διεξαγωγής διαδικτυακής παρακολούθησης διάβρωσης μετάλλων σε εξοπλισμό εργοστασίων υπό συνθήκες λειτουργίας, χωρίς να χρειάζεται να αφαιρεθεί ο καθετήρας από τη λειτουργία, και σημειώνει ρητά ότι οι γενικές εκτιμήσεις διάβρωσης από τους ανιχνευτές περιλαμβάνουν μια μέση υπόθεση σε όλη την επιφάνεια του καθετήρα - τον ίδιο περιορισμό που συζητήθηκε παραπάνω στο πλαίσιο της ανίχνευσης κοιλοτήτων. Η μέθοδος δοκιμής Α (ηλεκτρική αντίσταση) αναφέρει σωρευτική απώλεια μετάλλου, από την οποία συνάγεται ο ρυθμός διάβρωσης. Η μέθοδος δοκιμής Β (αντίσταση πόλωσης) αναφέρει έναν στιγμιαίο ρυθμό ηλεκτροχημικής διάβρωσης, αλλά μπορεί να απαιτεί βαθμονόμηση σε σχέση με μια άλλη τεχνική, όπως η απώλεια βάρους κουπονιού, για να καθοριστεί ένας πραγματικός ρυθμός για ένα συγκεκριμένο περιβάλλον διεργασίας.

Για την παρακολούθηση-πάχους{1}}του τοίχου, το σχετικό σημείο αναφοράς είναι συνήθως το πρόγραμμα μηχανικής ακεραιότητας της ίδιας της εγκατάστασης και οι ισχύοντες κώδικες σωληνώσεων/σκαφών (όπως API 570 για σωλήνες ή API 510 για δοχεία πίεσης σε βιομηχανίες επεξεργασίας), που ορίζουν το ελάχιστο απαιτούμενο πάχος τοιχώματος και διαστήματα επιθεώρησης. Οι αισθητήρες IoT UT τροφοδοτούν δεδομένα σε αυτό το πρόγραμμα αντί να αντικαθιστούν τα κριτήρια αποδοχής του.

Πού είναι οι αισθητήρες διάβρωσης IoT πιο πολύτιμοι για τα περιουσιακά στοιχεία από ανοξείδωτο χάλυβα;

Διάβρωση κάτω από μόνωση (CUI)

Το CUI είναι ένα από τα πιο δύσκολα προβλήματα διάβρωσης που συλλαμβάνονται με τη χειροκίνητη επιθεώρηση, ακριβώς επειδή η μόνωση και η επένδυση που το κρύβουν εμποδίζουν επίσης την οπτική και τη συνήθη πρόσβαση στο UT. Οι ασύρματοι αισθητήρες UT και μαγνητικών δινορευμάτων που είναι εγκατεστημένοι κάτω από τη μόνωση, με καλωδίωση ή ασύρματους πομπούς δρομολογημένους σε προσβάσιμο σημείο, επιτρέπουν τη συνεχή παρακολούθηση χωρίς περιοδική απογύμνωση και αντικατάσταση της μόνωσης απλώς για να ελέγχεται το πάχος του τοίχου - μια σημαντική εξοικονόμηση εργασίας και κόστους από μόνη της.

Απρόσιτες, θαμμένες ή υποθαλάσσιες σωληνώσεις

Καθοδηγούμενοι-αισθητήρες υπερήχων κυμάτων, που μπορούν να επιθεωρήσουν δεκάδες μέτρα σωλήνα από ένα μόνο σημείο τοποθέτησης, και μόνιμα εγκατεστημένοι αισθητήρες σημείου σε θαμμένα ή υποβρύχια τμήματα, επεκτείνουν την κάλυψη παρακολούθησης σε τοποθεσίες όπου η μη αυτόματη επιθεώρηση θα απαιτούσε εκσκαφή, κατάδυση ή εκτεταμένες διακοπές λειτουργίας.

Συνεχής λειτουργία διεργασίας, θαλάσσιου εξοπλισμού και αφαλάτωσης

Ο εκτεθειμένος ανοξείδωτος και διπλός ανοξείδωτος εξοπλισμός σε χλωρίδιο-σε θαλάσσια περιβάλλοντα, μονάδες αφαλάτωσης και χημική επεξεργασία, όπου το κλείσιμο για επιθεώρηση συνεπάγεται πραγματικά οφέλη κόστους παραγωγής από δεδομένα συνεχούς τάσης που μπορούν να δικαιολογήσουν - ή να αναβάλουν - μια διακοπή λειτουργίας βάσει της πραγματικής μετρούμενης κατάστασης και όχι μιας σταθερής συνθήκης που περιγράφεται πριν από την πρακτική{3} συντήρηση.

Ποιοι είναι οι περιορισμοί των αισθητήρων παρακολούθησης διάβρωσης IoT;

Κενά κάλυψης: ένας σταθερός αισθητήρας μετρά τη διάβρωση στη δική του θέση. ένα κοίλωμα ή μια ζώνη αραίωσης που σχηματίζεται αλλού στο στοιχείο, ακόμη και σε μικρή απόσταση, δεν θα ανιχνευθεί έως ότου φτάσει σε ένα σημείο παρακολούθησης - και γι' αυτό η στρατηγική τοποθέτησης αισθητήρα έχει σημασία όσο και η επιλογή αισθητήρα.

Τοπικά τυφλά σημεία διάβρωσης: όπως συζητήθηκε παραπάνω, οι αισθητήρες ER και LPR έχουν κατασκευαστεί με βάση μια μέση υπόθεση που ταιριάζει στη γενική διάβρωση, αλλά τεκμηριώνεται ότι δεν είναι κατάλληλοι για την ανίχνευση της προσβολής ρωγμών και ρωγμών που σχετίζονται περισσότερο με τον εκτεθειμένο σε χλωρίδιο- ανοξείδωτο χάλυβα.

Θερμοκρασία και περιβαλλοντική ευαισθησία: οι μετρήσεις ηλεκτρικής αντίστασης επηρεάζονται από τη θερμοκρασία, απαιτώντας αντιστάθμιση (συνήθως ένα ηλεκτρόδιο αναφοράς ή σχέδιο γέφυρας Wheatstone) για να αποφευχθεί η παρανόηση μιας αλλαγής θερμοκρασίας για μια αλλαγή στο ρυθμό διάβρωσης.

Περιορισμοί σύζευξης και εγκατάστασης: οι συμβατικοί αισθητήρες υπερήχων χρειάζονται ένα σύνδεσμο μεταξύ του αισθητήρα και της μεταλλικής επιφάνειας, που περιορίζει ορισμένες θέσεις τοποθέτησης. εναλλακτικές λύσεις, όπως μαγνητικό δινορεύμα ή επαγωγικοί αισθητήρες UT χωρίς μπαταρία-το αντιμετωπίζουν αυτό, αλλά είναι λιγότερο ευρέως διαδεδομένες και ενδέχεται να κοστίζουν περισσότερο ανά σημείο.

Βαθμονόμηση και επαλήθευση: Οι στιγμιαίες τιμές που βασίζονται στο LPR-ειδικά μπορεί να χρειάζονται βαθμονόμηση με άλλη μέθοδο, όπως η απώλεια βάρους με κουπόνι, για να καθοριστεί ένας πραγματικός ρυθμός διάβρωσης για μια δεδομένη χημεία διεργασιών - ένα δίκτυο αισθητήρων δεν εξαλείφει την ανάγκη για κάποια περιοδική επαλήθευση αληθείας εδάφους{{2}.

Πυκνότητα αισθητήρα και κόστος: η επίτευξη εμπιστοσύνης σε ένα μεγάλο στοιχείο (μια μονάδα πλήρους διεργασίας, μια μεγάλη διοχέτευση) με αισθητήρες σημείου απαιτεί αρκετούς αισθητήρες, στις σωστές θέσεις, για να είναι στατιστικά σημαντικοί - κάτω από-οργανοποίηση ενός στοιχείου μπορεί να δημιουργήσει μια ψευδή αίσθηση ασφάλειας.

Πώς πρέπει ένας κατασκευαστής ή κάτοχος να αξιολογεί την απόδοση επένδυσης (ROI) για την παρακολούθηση της διάβρωσης του IoT;

Η πιο ξεκάθαρη οικονομική περίπτωση για την παρακολούθηση της διάβρωσης του IoT αφορά στοιχεία ενεργητικού όπου μια μη ανιχνευμένη αποτυχία είναι ακριβή - ένας απρογραμμάτιστος τερματισμός λειτουργίας διεργασίας, μια περιβαλλοντική απελευθέρωση ή ένα συμβάν ασφαλείας - και όπου η χειροκίνητη επιθεώρηση είναι η ίδια δαπανηρή ή επικίνδυνη, όπως τοποθεσίες CUI που διαφορετικά απαιτούν μόνωση απογύμνωσης ή ανύψωση{2} και περιορισμό περιορισμένες-διαδικασίες εισαγωγής χώρου για μη αυτόματο έλεγχο.

Τα συνεχή δεδομένα υποστηρίζουν επίσης τη μετατόπιση από τα διαστήματα συντήρησης-με βάση την κατάσταση-που μπορεί να καθυστερήσει τις περιττές διακοπές λειτουργίας σε εξοπλισμό που διαβρώνεται πιο αργά από ό,τι υποθέτει το διάστημα επιθεώρησης βάσει του ημερολογίου, ενώ επισημαίνει τον εξοπλισμό που διαβρώνεται ταχύτερα από το αναμενόμενο προτού καταστεί βλάβη.

Όπως συμβαίνει με κάθε νέα τεχνολογία επιθεώρησης, μια περιορισμένη πιλοτική ανάπτυξη - με όργανο ενός καθορισμένου συνόλου θέσεων CUI ή ενός συστήματος εκτεθειμένου σε χλωριούχο-και σύγκριση δεδομένων τάσης αισθητήρα με την επόμενη προγραμματισμένη μη αυτόματη επιθεώρηση - είναι ο πιο αξιόπιστος τρόπος για την επικύρωση τόσο της ακρίβειας του αισθητήρα όσο και της προβλεπόμενης εξοικονόμησης εργασίας και χρόνου διακοπής λειτουργίας σε μια μεγαλύτερη αποστολή.

Συχνές Ερωτήσεις

Ε: Μπορούν οι αισθητήρες διάβρωσης IoT να αντικαταστήσουν πλήρως τη χειροκίνητη επιθεώρηση και τη δοκιμή κουπονιών;

Α: Όχι. Οι αισθητήρες IoT παρέχουν συνεχή δεδομένα στις εγκατεστημένες τοποθεσίες τους, αλλά εξακολουθούν να χρειάζονται περιοδική βαθμονόμηση και επαλήθευση έναντι δεδομένων κουπονιού ή μη αυτόματης επιθεώρησης και καλύπτουν μόνο τα συγκεκριμένα σημεία ή γραμμές όπου είναι εγκατεστημένα. Οι περισσότερες ώριμες αναπτύξεις χρησιμοποιούν αισθητήρες IoT για να μειώσουν τη συχνότητα και το εύρος της μη αυτόματης επιθεώρησης και να δώσουν προτεραιότητα στο πού πηγαίνει η προσπάθεια χειροκίνητης επιθεώρησης, αντί να την εξαλείψουν εντελώς.

Ε: Οι αισθητήρες ηλεκτρικής αντίστασης (ER) είναι καλοί στην ανίχνευση της διάβρωσης με κοιλότητες στον ανοξείδωτο χάλυβα;

Α: Όχι αξιόπιστα από μόνα τους. Οι αισθητήρες ER είναι τεκμηριωμένοι στη βιβλιογραφία παρακολούθησης διάβρωσης- ως πιο κατάλληλοι για γενική, ομοιόμορφη διάβρωση, επειδή έχουν κατά μέσο όρο την απώλεια μετάλλου στην επιφάνεια του ανιχνευτή. Το εντοπισμένο κοίλωμα, το οποίο είναι η κυρίαρχη ανησυχία για τον εκτεθειμένο σε χλωρίδιο-ανοξείδωτο χάλυβα, αντιμετωπίζεται καλύτερα με δεδομένα πάχους υπερήχων σε πολλαπλά σημεία, καθοδηγούμενη-διαλογή κυμάτων ή νεότερες προσεγγίσεις εκμάθησης πολλαπλών-αισθητήρων και μηχανημάτων{5}}που έχουν σχεδιαστεί ειδικά για την ανίχνευση κοιλωμάτων.

Ε: Τι είναι η διάβρωση υπό μόνωση (CUI) και γιατί είναι ιδιαίτερα κατάλληλη για παρακολούθηση IoT;

A: Η CUI είναι διάβρωση που εμφανίζεται σε μονωμένες σωληνώσεις ή εξοπλισμό, κρυμμένο κάτω από τη μόνωση και την επένδυση, όπου δεν μπορεί να φανεί κατά τη διάρκεια μιας τακτικής οπτικής επιθεώρησης και είναι ακριβό να ελεγχθεί χειροκίνητα επειδή η μόνωση πρέπει να αφαιρεθεί. Οι μόνιμα εγκατεστημένοι ασύρματοι αισθητήρες UT ή μαγνητικού δινορευματικού ρεύματος κάτω από τη μόνωση επιτρέπουν συνεχή παρακολούθηση χωρίς επανειλημμένη απογύμνωση και αντικατάσταση της μόνωσης, γι' αυτό το CUI είναι μια από τις πιο συχνά αναφερόμενες περιπτώσεις χρήσης αυτής της τεχνολογίας.

Ε: Ποιο ασύρματο δίκτυο χρησιμοποιούν συνήθως οι βιομηχανικοί αισθητήρες διάβρωσης;

Α: Το WirelessHART και το LoRaWAN είναι οι δύο τεχνολογίες δικτύου που χρησιμοποιούνται συχνότερα σε εμπορικά ασύρματα συστήματα παρακολούθησης διάβρωσης και UT, που επιλέγονται για τη μεγάλη εμβέλεια, τη χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και τη συμβατότητά τους με συστήματα ελέγχου εγκαταστάσεων. Οι αισθητήρες που τροφοδοτούνται από μπαταρία- σε αυτά τα δίκτυα συνήθως αξιολογούνται για έως και δέκα χρόνια ζωής.

Ε: Ποιο πρότυπο ASTM διέπει την online παρακολούθηση της διάβρωσης και τι καθορίζει στην πραγματικότητα;

A: Το ASTM G96 είναι ο τυπικός οδηγός για την ηλεκτρονική παρακολούθηση της διάβρωσης σε εξοπλισμό εγκαταστάσεων με χρήση ηλεκτρικών και ηλεκτροχημικών μεθόδων. Ορίζει τη μέτρηση ηλεκτρικής αντίστασης ως Μέθοδο δοκιμής Α (αθροιστική απώλεια μετάλλου) και τη μέτρηση αντίστασης πόλωσης ως Μέθοδο δοκιμής Β (στιγμιαίος ρυθμός ηλεκτροχημικής διάβρωσης) και θα πρέπει να διαβάζεται μαζί με το ASTM G102 για το πώς αυτές οι πρωτογενείς μετρήσεις μετατρέπονται σε αναφερόμενους ρυθμούς διάβρωσης.

Περίληψη

Η παρακολούθηση διάβρωσης IoT μετατρέπει τη διάβρωση από ένα εύρημα περιοδικής επιθεώρησης σε συνεχή ροή δεδομένων, χρησιμοποιώντας ηλεκτρική αντίσταση, αντίσταση πόλωσης και ασύρματους αισθητήρες πάχους υπερήχων για την παρακολούθηση της απώλειας μετάλλου και του ρυθμού διάβρωσης σε σχεδόν πραγματικό χρόνο και όχι σε προγραμματισμένα διαστήματα. Ειδικά για τον ανοξείδωτο χάλυβα, η αξία της τεχνολογίας εξαρτάται από την αντιστοίχιση του τύπου αισθητήρα με τον μηχανισμό διάβρωσης: γενικοί-αισθητήρες διάβρωσης όπως ER και LPR είναι κατάλληλοι για ομοιόμορφη λέπτυνση τοίχων, αλλά τεκμηριώνονται ως αδύναμοι στην σύλληψη της τοπικής διάτρησης και χλωρίου διαλογής ή προσεγγίσεις πολλαπλών-αισθητήρων πέρα από τη βασική ηλεκτροχημική παρακολούθηση.

Οι πιο σαφείς αποδόσεις εμφανίζονται σε δύσκολες--επιθεωρήσεις περιουσιακών στοιχείων - διάβρωση κάτω από μόνωση, θαμμένες ή ανυψωμένες σωληνώσεις και σε συνεχή λειτουργία εκτεθειμένο σε χλώριο-εξοπλισμό - όπου τα συνεχή δεδομένα αντικαθιστούν τους ακριβούς ή επικίνδυνους γύρους χειροκίνητης επιθεώρησης, ερμηνευόμενοι πάντα σύμφωνα με το πρόγραμμα ASTM G9 αυτόνομη αντικατάστασή του.