IoT-sensoren voor roestvrijstalen corrosiemonitoring in realtime

Wat is op IoT-gebaseerde corrosiemonitoring?

Traditionele corrosiemonitoring op roestvrijstalen procesapparatuur is doorgaans gebaseerd op een van de volgende twee benaderingen: massa-verliesbonnen, kleine metaalmonsters die worden blootgesteld aan de procesomgeving en fysiek worden verwijderd, gereinigd en met vaste tussenpozen worden gewogen; of handmatige ultrasone diktemetingen (UT), waarbij een technicus langs de lijn loopt met een handmeter en de wanddikte registreert op vaste testpunten. Beide methoden werken, maar beide zijn inherent periodieke - corrosie die versnelt tussen inspectie-intervallen, of optreedt op een locatie die niet wordt gedekt door een vast testpunt, en onopgemerkt kan blijven tot de volgende geplande controle of, erger nog, totdat er een lek ontstaat.

IoT-corrosiemonitoring overbrugt deze kloof door sensoren permanent op de gewenste locatie te installeren en deze te verbinden met een draadloos netwerk (meestal WirelessHART of LoRaWAN) dat metingen rapporteert op een gedefinieerd interval - van meerdere keren per uur tot één keer per dag, afhankelijk van de toepassing. Het resultaat is een continue trend van corrosie{2}}snelheid of wanddikte- voor dat specifieke punt, in plaats van een reeks losstaande momentopnamen, waardoor het mogelijk wordt een toenemende corrosiesnelheid vast te stellen lang voordat dit een probleem voor de integriteit wordt.

Welke detectietechnologieën gebruiken IoT-corrosiemonitoringsystemen eigenlijk?

Samengesteld op basis van ASTM G96 en gepubliceerde technische literatuur over corrosie-monitoring en commerciële systeemdocumentatie. De sensorselectie moet worden afgestemd op het specifieke corrosiemechanisme, de productvorm en de toegankelijkheid van het bewaakte asset.

Hoe detecteren deze sensoren plaatselijke putcorrosie en chloride-aangedreven corrosie in roestvrij staal?

Dit onderscheid is voor roestvrij staal belangrijker dan voor koolstofstaal. De corrosieweerstand van roestvrij staal hangt af van een intacte passieve chroomoxidefilm, en de meest voorkomende faalwijze in chloride--houdende omgevingen - zeewater, koelwater, blootstelling aan- dooizout, kustatmosferen - is gelokaliseerde putcorrosie of chloride-spanningscorrosie in plaats van uniforme wandverdunning. Een sensor die is gebouwd om het metaalverlies over het gehele oppervlak te matigen, kan een goedaardig-algemene corrosiesnelheid rapporteren, terwijl hij een enkele agressieve put mist die het werkelijke integriteitsrisico vormt.

Recent gepubliceerd onderzoek pakt dit direct aan: multi{0}}sensorfusiebenaderingen die ultrasone diktegegevens combineren met andere sondetypen, verwerkt via machine-leermodellen, zijn specifiek ontwikkeld om putcorrosie te identificeren en putdiepte te schatten op manieren die een systeem met één-sensor-type niet kan. Voor een faciliteit waar austenitisch of duplex roestvrij staal wordt gebruikt in een omgeving die is blootgesteld aan chloride-, betekent dit dat de selectie en plaatsing van de sensor moet worden bepaald door het verwachte corrosiemechanisme - en niet alleen door welke sensor het gemakkelijkst te installeren is.

Hoe komen draadloze gegevens van de sensor naar het monitoringdashboard van de fabriek?

WirelessHART, een uitbreiding van het veelgebruikte industriële HART-protocol, en LoRaWAN, een draadloze standaard met groot-bereik en laag-vermogen, zijn de twee netwerktechnologieën die het meest worden genoemd in commerciële draadloze UT- en corrosie-zendersystemen. De levensduur van de batterij van deze continu rapporterende sensoren wordt doorgaans geschat op zo'n tien jaar, wat van belang is omdat de sensoren vaak worden gemonteerd op moeilijk-- toegankelijke locaties - onder isolatie, op hoogte, in kleine ruimtes - waar het regelmatig vervangen van de batterij zelf een onderhoudslast zou worden.

Een alternatief ontwerp omzeilt de kwestie van de batterij helemaal: sommige ultrasone diktesystemen maken gebruik van passieve, batterij-loze sensoren die permanent zijn gemonteerd maar inactief blijven totdat een handsonde, die-contactloze inductieve koppeling gebruikt, de sensor op afstand van stroom voorziet en een meting verzamelt. Dit ruilt het gemak van volledig automatische, continue rapportage in voor een sensor met een feitelijk onbeperkte levensduur, die beter geschikt kan zijn voor locaties waar draadloze netwerkdekking of batterijvervanging onpraktisch is.

Welke normen zijn van toepassing op de inzet van sensoren voor corrosiebewaking en de interpretatie van gegevens?

ASTM G96 behandelt de procedure voor het uitvoeren van online corrosiemonitoring van metalen in fabrieksapparatuur onder bedrijfsomstandigheden, zonder dat de sonde buiten gebruik hoeft te worden gesteld, en merkt expliciet op dat algemene corrosieschattingen van sondes een gemiddelde aanname over het oppervlak van de sonde inhouden - dezelfde beperking als hierboven besproken in de context van putdetectie. Testmethode A (elektrische weerstand) rapporteert cumulatief metaalverlies, waaruit een corrosiesnelheid wordt afgeleid; Testmethode B (polarisatieweerstand) rapporteert een onmiddellijke elektrochemische corrosiesnelheid, maar vereist mogelijk kalibratie tegen een andere techniek, zoals coupongewichtsverlies, om een ​​werkelijke snelheid voor een specifieke procesomgeving vast te stellen.

Voor op wand{0}}dikte- gebaseerde monitoring is het relevante referentiepunt doorgaans het eigen mechanische integriteitsprogramma van de faciliteit en de toepasselijke leiding-/vatcodes (zoals API 570 voor leidingen of API 510 voor drukvaten in procesindustrieën), die de minimaal vereiste wanddikte en inspectie-intervallen definiëren; IoT UT-sensoren voeren gegevens in dat programma in plaats van de acceptatiecriteria ervan te vervangen.

Waar zijn IoT-corrosiesensoren het meest waardevol voor roestvrijstalen activa?

Corrosie onder isolatie (CUI)

CUI is een van de moeilijkste corrosieproblemen om op te sporen met handmatige inspectie, juist omdat de isolatie en bekleding die het verbergen ook de visuele en routinematige UT-toegang blokkeren. Draadloze UT- en magnetische wervelstroomsensoren die onder de isolatie zijn geïnstalleerd, met bekabeling of draadloze zenders die naar een toegankelijk punt worden geleid, maken continue monitoring mogelijk zonder periodiek de isolatie te strippen en te vervangen, alleen maar om de wanddikte te controleren - een aanzienlijke arbeids- en kostenbesparing op zichzelf.

Ontoegankelijke, ondergrondse of onderzeese leidingen

Geleide-ultrasone golfsensoren, die tientallen meters pijpleiding kunnen inspecteren vanaf één enkel montagepunt, en permanent geïnstalleerde puntsensoren op ondergrondse of onderwatersecties, breiden de monitoringdekking uit naar locaties waar handmatige inspectie graafwerkzaamheden, duiken of langdurige stilstand zou vereisen.

Continu werkende proces-, maritieme en ontziltingsapparatuur

Aan chloor-blootgestelde roestvrije en duplex roestvrije apparatuur in mariene omgevingen, ontziltingsinstallaties en chemische processen waar het stilleggen voor inspectie reële productiekostenvoordelen met zich meebrengt dankzij continue trendgegevens die een stillegging kunnen rechtvaardigen - of uitstellen - op basis van daadwerkelijk gemeten omstandigheden in plaats van een vast kalenderinterval, een praktijk die over het algemeen wordt beschreven als- op omstandigheden gebaseerd of voorspellend onderhoud.

Wat zijn de beperkingen van IoT-sensoren voor corrosiebewaking?

Dekkingslacunes: een vaste sensor meet corrosie op zijn eigen locatie; een put of uitdunningszone die zich elders op het asset vormt, zelfs op korte afstand, zal pas worden gedetecteerd als deze een bewaakt punt - bereikt. Daarom is de plaatsingsstrategie van de sensor net zo belangrijk als de sensorselectie.

Gelokaliseerde blinde vlekken door corrosie: zoals hierboven besproken, zijn ER- en LPR-sensoren gebouwd rond een gemiddelde aanname die past bij algemene corrosie, maar die gedocumenteerd is als slecht geschikt voor het detecteren van de put- en spleetaantasting die het meest relevant is voor aan chloride-blootgesteld roestvast staal.

Temperatuur- en omgevingsgevoeligheid: elektrische weerstandsmetingen worden beïnvloed door de temperatuur, waardoor compensatie vereist is (meestal een referentie-elektrode of een Wheatstone-brugontwerp) om te voorkomen dat een temperatuurschommeling wordt aangezien voor een verandering in de corrosiesnelheid.

Koppelings- en installatiebeperkingen: conventionele ultrasone sensoren hebben een koppelmiddel nodig tussen de sensor en het metalen oppervlak, waardoor sommige montagelocaties beperkt zijn; Alternatieven zoals magnetische wervelstroom of batterij-vrije inductieve UT-sensoren pakken dit aan, maar worden minder breed ingezet en kunnen per punt meer kosten.

Kalibratie en verificatie: op LPR-gebaseerde ogenblikkelijke snelheden kunnen specifiek kalibratie nodig zijn tegen een andere methode, zoals coupongewichtsverlies, om een ​​werkelijke corrosiesnelheid voor een gegeven proceschemie vast te stellen. - Een sensornetwerk elimineert niet de noodzaak van periodieke grond-waarheidsverificatie.

Sensordichtheid en kosten: voor het bereiken van vertrouwen in een groot asset (een volledige proceseenheid, een lange pijplijn) met puntsensoren zijn voldoende sensoren op de juiste locaties nodig om statistisch betekenisvol te zijn. - onder-het instrumenteren van een asset kan een vals gevoel van veiligheid creëren.

Hoe moet een fabrikant of eigenaar de ROI voor IoT-corrosiemonitoring evalueren?

De duidelijkste financiële argumenten voor IoT-corrosiemonitoring zijn gebouwen waar een niet-gedetecteerde storing duur is - een ongeplande stopzetting van processen, een milieu-uitbraak of een veiligheidsincident - en waar handmatige inspectie op zichzelf duur of gevaarlijk is, zoals CUI-locaties die anders strippen van de isolatie vereisen, of leidingen in verhoogde en besloten- ruimten waarvoor steigers of toegangsprocedures voor besloten- ruimten nodig zijn om handmatig te worden geïnspecteerd.

Continue gegevens ondersteunen ook de verschuiving van op tijd-gebaseerde naar conditie-gebaseerde onderhoudsintervallen, waardoor onnodige uitschakelingen van apparatuur die langzamer corrodeert dan wordt aangenomen op basis van de kalender--inspectie-interval worden uitgesteld, terwijl apparatuur wordt gemarkeerd die sneller corrodeert dan verwacht voordat deze defect raakt.

Zoals bij elke nieuwe inspectietechnologie is een beperkte pilot-implementatie - waarbij een gedefinieerde reeks CUI-locaties of een enkel chloor-blootgesteld systeem wordt geïnstrumenteerd en sensortrendgegevens worden vergeleken met de volgende geplande handmatige inspectie - de meest betrouwbare manier om zowel de nauwkeurigheid van de sensor als de verwachte besparingen op arbeid en downtime te valideren voordat een grotere implementatie wordt uitgevoerd.

Veelgestelde vragen

Vraag: Kunnen IoT-corrosiesensoren handmatige inspectie en coupontests volledig vervangen?

A: Nee. IoT-sensoren leveren continu gegevens op de geïnstalleerde locaties, maar ze moeten nog steeds periodiek worden gekalibreerd en geverifieerd aan de hand van coupon- of handmatige inspectiegegevens, en ze bestrijken alleen de specifieke punten of lijnen waar ze zijn geïnstalleerd. De meeste volwassen implementaties maken gebruik van IoT-sensoren om de frequentie en reikwijdte van handmatige inspectie te verminderen, en om prioriteit te geven aan waar handmatige inspectie-inspanningen naartoe gaan, in plaats van deze volledig te elimineren.

Vraag: Zijn elektrische weerstandssensoren (ER) goed in het detecteren van putcorrosie in roestvrij staal?

A: Op zichzelf niet betrouwbaar. In de literatuur over corrosiemonitoring- wordt gedocumenteerd dat ER-sensoren beter geschikt zijn voor algemene, uniforme corrosie, omdat ze het metaalverlies over het sondeoppervlak gemiddelden; Gelokaliseerde putjes, het voornaamste probleem bij aan chloride-blootgesteld roestvast staal, kunnen beter worden aangepakt met ultrasone diktegegevens op meerdere punten, begeleide-golfscreening of nieuwere multi-sensoren en machine-benaderingen die speciaal zijn ontworpen voor putdetectie.

Vraag: Wat is corrosie onder isolatie (CUI) en waarom is het bijzonder geschikt voor IoT-monitoring?

A: CUI is corrosie die optreedt op geïsoleerde leidingen of apparatuur, verborgen onder de isolatie en bekleding, waar het niet zichtbaar is tijdens een routinematige visuele inspectie en duur is om handmatig te controleren omdat de isolatie moet worden verwijderd. Permanent geïnstalleerde draadloze UT- of magnetische wervelstroomsensoren onder de isolatie maken continue monitoring mogelijk zonder herhaaldelijk de isolatie te strippen en te vervangen. Daarom is CUI een van de meest genoemde gebruiksscenario's voor deze technologie.

Vraag: Welk draadloos netwerk gebruiken industriële corrosiesensoren doorgaans?

A: WirelessHART en LoRaWAN zijn de twee netwerktechnologieën die het meest worden gebruikt in commerciële draadloze corrosie- en UT-monitoringsystemen, gekozen vanwege hun grote bereik, laag energieverbruik en compatibiliteit met fabriekscontrolesystemen. Sensoren op batterijen-op deze netwerken hebben doorgaans een levensduur van maximaal tien jaar.

Vraag: Welke ASTM-standaard is van toepassing op online corrosiemonitoring, en wat specificeert deze eigenlijk?

A: ASTM G96 is de standaardgids voor online monitoring van corrosie in fabrieksapparatuur met behulp van elektrische en elektrochemische methoden. Het definieert elektrische weerstandsmeting als testmethode A (cumulatief metaalverlies) en polarisatieweerstandsmeting als testmethode B (onmiddellijke elektrochemische corrosiesnelheid), en moet samen met ASTM G102 worden gelezen om te zien hoe deze ruwe metingen worden omgezet in gerapporteerde corrosiesnelheden.

Samenvatting

IoT-corrosiemonitoring verandert corrosie van een periodieke inspectiebevinding in een continue datastroom, met behulp van elektrische weerstand, polarisatieweerstand en draadloze ultrasone diktesensoren om metaalverlies en corrosiesnelheid in bijna realtime te volgen in plaats van met geplande intervallen. Specifiek voor roestvrij staal hangt de waarde van de technologie af van het matchen van het sensortype met het corrosiemechanisme: algemene-corrosiesensoren zoals ER en LPR zijn zeer geschikt voor uniforme wandverdunning, maar zijn gedocumenteerd als zwak in het opvangen van de plaatselijke put- en chloride-aantasting die de meest voorkomende faalwijze van roestvrij staal is. Daarom worden bij serieuze toepassingen ultrasone diktegegevens, geleide-golfscreening of multi--sensorbenaderingen toegevoegd aan elementaire elektrochemische monitoring.

De duidelijkste resultaten komen naar voren bij moeilijk--inspecteer activa - corrosie onder isolatie, ondergrondse of verhoogde leidingen, en continu werkende aan chloride-blootgestelde apparatuur - waarbij continue gegevens dure of gevaarlijke handmatige inspectierondes vervangen, altijd geïnterpreteerd aan de hand van ASTM G96 en het mechanische integriteitsprogramma van een faciliteit, in plaats van als een op zichzelf staande vervanging ervan.