חיישני IoT לניטור קורוזיה מנירוסטה בזמן אמת

מהו ניטור קורוזיה מבוסס IoT-?

ניטור קורוזיה מסורתי על ציוד תהליך מנירוסטה מסתמך בדרך כלל על אחת משתי גישות: קופוני אובדן המוני-, דגימות מתכת קטנות שנחשפו לסביבת התהליך והוסרו פיזית, נוקו ושקלו במרווחי זמן מוגדרים; או סקרי עובי קולי ידניים (UT), שבהם טכנאי הולך על הקו עם מד כף יד ומתעד את עובי הדופן בנקודות בדיקה קבועות. שתי השיטות עובדות, אבל שתיהן הן מטבען קורוזיה תקופתית - שמאיצה בין מרווחי בדיקה, או מתרחשת במיקום שאינו מכוסה על ידי נקודת בדיקה קבועה, יכולה לא להתגלות עד לבדיקה המתוכננת הבאה או, גרוע מכך, עד שהיא גורמת לדליפה.

ניטור קורוזיה של IoT סוגר את הפער הזה על ידי התקנת חיישנים באופן קבוע במיקום המעניין וחיבורם לרשת אלחוטית (בדרך כלל WirelessHART או LoRaWAN) המדווחת על קריאות במרווח מוגדר - בכל מקום ממספר פעמים בשעה עד פעם ביום, בהתאם ליישום. התוצאה היא מגמת-קורוזיה מתמשכת או מגמת עובי דופן עבור אותה נקודה ספציפית, במקום סדרה של צילומי מצב מנותקים, מה שמאפשר לתפוס קצב קורוזיה מואץ הרבה לפני שהוא הופך לדאגת שלמות.

באילו טכנולוגיות חישה מערכות ניטור קורוזיה IoT משתמשות בפועל?

חובר מ-ASTM G96 ופורסם ספרות הנדסית ניטור קורוזיה- ותיעוד מערכות מסחריות. יש להתאים את בחירת החיישנים למנגנון הקורוזיה הספציפי, לצורת המוצר ולנגישות של הנכס המנוטר.

כיצד החיישנים האלה מזהים פיתולים מקומיים וכלוריד-קורוזיה מונעת בפלדת אל חלד באופן ספציפי?

הבחנה זו חשובה יותר עבור פלדת אל חלד מאשר עבור פלדת פחמן. העמידות בפני קורוזיה של נירוסטה תלויה בסרט תחמוצת כרום פסיבי שלם, ומצב הכשל הנפוץ ביותר שלה בסביבות המכילות - כלוריד - מי ים, מי קירור, חשיפה למלח -הקרח, אטמוספרות חופיות - הוא פיתולים מקומיים או מתח כלוריד במקום דילול קירות קורוזיה אחיד. חיישן שנבנה לאובדן מתכת ממוצע על פני כל פני השטח שלו יכול לדווח על קצב קורוזיה כללי שפיר-למראה תוך החמצה של בור אגרסיבי בודד המהווה את הסיכון האמיתי לשלמות.

מחקרים שפורסמו לאחרונה מתייחסים לכך ישירות: גישות ריבוי-היתוך חיישנים המשלבות נתוני עובי קולי עם סוגי בדיקה אחרים, שעובדו באמצעות מודלים של למידה -מכונות, פותחו במיוחד כדי לזהות קורוזיה של בור והערכת עומק בור בדרכים שמערכת אחת מסוג -חיישנים- אינה יכולה. עבור מתקן המריץ נירוסטה אוסטניטית או דופלקס בשירות חשוף לכלורי-, משמעות הדבר היא שבחירת החיישן והמיקום צריכים להיות מונעים על ידי מנגנון הקורוזיה הצפוי - ולא רק על ידי החיישן שהכי קל להתקין.

כיצד מגיעים נתונים אלחוטיים מהחיישן ללוח הניטור של המפעל?

WirelessHART, הרחבה של הפרוטוקול התעשייתי הנפוץ של HART, ו-LoRaWAN, תקן אלחוטי-לטווח ארוך-נמוך, הן שתי טכנולוגיות הרשת הנפוצות ביותר במערכות משדרים UT אלחוטיות וקורוזיה-. חיי הסוללה בחיישנים המדווחים באופן רציף מדורגים בדרך כלל עד כעשר שנים, מה שחשוב מכיוון שהחיישנים מותקנים לעתים קרובות במיקומים קשים-ל-גישה - מתחת לבידוד, בגובה, בחללים סגורים - שבהם החלפות תכופות של סוללה יהפכו בעצמם לנטל תחזוקה.

עיצוב חלופי מונע לחלוטין את שאלת הסוללה: חלק ממערכות העובי האולטרסאונד משתמשות בחיישנים פסיביים ללא סוללה-שמותקנים באופן קבוע אך נשארים רדומים עד שבדיקה כף יד, באמצעות צימוד אינדוקטיבי-ללא מגע, מפעילה את החיישן מרחוק ואוסף קריאה. זה מחליף את הנוחות של דיווח אוטומטי לחלוטין ורציף עבור חיישן עם חיי שירות בלתי מוגבלים למעשה, שיכול להתאים יותר למיקומים שבהם כיסוי רשת אלחוטית או החלפת סוללה אינם מעשיים.

אילו תקנים קובעים את פריסת חיישני ניטור קורוזיה ופרשנות נתונים?

ASTM G96 מכסה את ההליך לביצוע ניטור קורוזיה מקוון של מתכות בציוד המפעל בתנאי הפעלה, ללא צורך בהוצאת הגשושית משירות, ומציינת במפורש שהערכות קורוזיה כלליות מבדיקות כוללות הנחה ממוצעת על פני השטח של הגשושית - אותה מגבלה שנדונה לעיל בהקשר של זיהוי גורות. שיטת בדיקה א' (התנגדות חשמלית) מדווחת על אובדן מתכת מצטבר, שממנו מסיק שיעור קורוזיה; שיטת בדיקה B (התנגדות לקיטוב) מדווחת על קצב קורוזיה אלקטרוכימי מיידי אך עשויה לדרוש כיול כנגד טכניקה אחרת, כגון ירידה במשקל הקופון, כדי לקבוע קצב אמיתי עבור סביבת תהליך ספציפי.

עבור ניטור מבוסס-עובי-דופן, נקודת ההתייחסות הרלוונטית היא בדרך כלל תוכנית השלמות המכאנית של המתקן עצמו וקודי צנרת/כלים ישימים (כגון API 570 עבור צנרת או API 510 עבור מיכלי לחץ בתעשיות תהליכיות), המגדירים את עובי הדופן המינימלי הנדרש ומרווחי בדיקה; חיישני IoT UT מכניסים נתונים לתוכנית זו במקום להחליף את קריטריוני הקבלה שלה.

היכן חיישני קורוזיה של IoT הם בעלי הערך הרב ביותר עבור נכסי נירוסטה?

קורוזיה תחת בידוד (CUI)

CUI היא אחת מבעיות הקורוזיה הקשות ביותר לתפוס בבדיקה ידנית, בדיוק בגלל שהבידוד והחיפוי שמסתירים אותו חוסמים גם את הגישה החזותית והשגרתית ל-UT. חיישני UT אלחוטיים וזרם מערבולת מגנטי מותקנים מתחת לבידוד, עם כבלים או משדרים אלחוטיים מנותבים לנקודה נגישה, מאפשרים ניטור רציף ללא הפשטה תקופתית והחלפת בידוד רק כדי לבדוק את עובי הדופן - חיסכון משמעותי בעבודה ובעלויות בפני עצמו.

צנרת לא נגישה, קבורה או תת-ימית

חיישני גל אולטרא-סוני מונחים-, שיכולים לבדוק עשרות מטרים של צינור מנקודת הרכבה אחת, וחיישני נקודה מותקנים קבועים בחלקים קבורים או תת-מימיים, מרחיבים את כיסוי הניטור למקומות שבהם בדיקה ידנית תצריך חפירה, צלילה או השבתה ממושכת.

ציוד מתמשך לתהליכים, ימיים והתפלה

כלוריד-ציוד אל-חלד חשוף ואל-חלד דופלקס בסביבות ימיות, במפעלי התפלה ובעיבוד כימי, שבהם השבתה לבדיקה גוררת תועלת עלות ייצור אמיתית מנתוני מגמה מתמשכים שיכולים להצדיק - או לדחות - כיבוי בהתבסס על מצב שנמדד בפועל ולא על תנאי{3} קבועים המתוארים בדרך כלל כמרווח לוח שנה או תחזוקה קבועה.

מהן המגבלות של חיישני ניטור קורוזיה של IoT?

פערי כיסוי: חיישן קבוע מודד קורוזיה במיקומו שלו; בור או אזור דילול שנוצר במקום אחר בנכס, אפילו במרחק קצר ממנו, לא יזוהה עד שהוא יגיע לנקודה מפוקחת - וזו הסיבה שאסטרטגיית מיקום החיישנים חשובה לא פחות מאשר בחירת חיישנים.

נקודות עיוורות קורוזיה מקומיות: כפי שצוין לעיל, חיישני ER ו-LPR בנויים סביב הנחה ממוצעת שמתאימה לקורוזיה כללית, אך מתועדת כבלתי מתאימה לאיתור התקפת החריצים והחריצים הרלוונטיים ביותר לפלדת אל-חלד החשופה-כלוריד.

טמפרטורה ורגישות סביבתית: מדידות התנגדות חשמלית מושפעות מהטמפרטורה, ומחייבות פיצוי (בדרך כלל אלקטרודת ייחוס או עיצוב גשר Wheatstone) כדי להימנע מטעות בתנודת טמפרטורה לשינוי בקצב הקורוזיה.

אילוצי צימוד והתקנה: חיישנים קוליים רגילים זקוקים לחיבור בין החיישן למשטח המתכת, מה שמגביל כמה מיקומי הרכבה; חלופות כגון זרם מערבולת מגנטי או סוללה-חיישני UT אינדוקטיביים ללא תשלום נותנים מענה לכך, אך הם פרוסים פחות ועשויים לעלות יותר לנקודה.

כיול ואימות: קצבים מיידיים המבוססים על -LPR עשויים להזדקק לכיול מול שיטה אחרת, כגון ירידה במשקל הקופון, כדי לקבוע קצב קורוזיה אמיתי עבור כימיה של תהליך נתון - רשת חיישנים לא מבטלת את הצורך באימות אמת תקופתי-.

צפיפות חיישנים ועלות: השגת ביטחון על פני נכס גדול (יחידת תהליכים מלאה, צינור ארוך) עם חיישנים נקודתיים דורשת מספיק חיישנים, במיקומים הנכונים, כדי להיות בעלי משמעות סטטיסטית - תחת-מכשור של נכס יכול ליצור תחושת ביטחון מזויפת.

כיצד על יצרן או בעלים להעריך החזר ROI עבור ניטור קורוזיה של IoT?

המקרה הכספי המובהק ביותר לניטור קורוזיה של IoT הוא בנכסים שבהם כשל שלא מזוהה הוא יקר - כיבוי תהליך לא מתוכנן, שחרור סביבתי, או תקרית בטיחות - ושם בדיקה ידנית היא בעצמה יקרה או מסוכנת, כגון מיקומי CUI שאחרים דורשים הפשטה של בידוד, או מוגבה ומצומצם של מרחבים{{2} נהלי כניסה לבדיקה ידנית.

נתונים רציפים תומכים גם במעבר מרווחי תחזוקה מבוססי-זמן-למצב-, מה שעלול לדחות כיבויים מיותרים של ציוד שמתכלה לאט יותר ממה שמניח מרווח הבדיקה המבוסס על לוח השנה שלו, תוך סימון של ציוד שמתכלה מהר מהצפוי לפני שהוא הופך לכשל.

כמו בכל טכנולוגיית בדיקה חדשה, פריסת פיילוט מוגבלת - המכילה קבוצה מוגדרת של מיקומי CUI או מערכת אחת חשופה לכלוריד- והשוואת נתוני מגמת חיישנים מול הבדיקה הידנית המתוכננת הבאה - היא הדרך האמינה ביותר לאמת את דיוק החיישנים וגם את החיסכון החזוי בעבודה ובזמן ההשבתה לחיסכון גדול לפני ביצוע ביצוע.

שאלות נפוצות

ש: האם חיישני קורוזיה של IoT יכולים להחליף לחלוטין בדיקה ידנית ובדיקת קופונים?

ת: לא. חיישני IoT מספקים נתונים רציפים במקומות המותקנים שלהם, אבל הם עדיין זקוקים לכיול ואימות תקופתיים מול נתוני קופונים או בדיקה ידנית, והם מכסים רק את הנקודות או הקווים הספציפיים שבהם הם מותקנים. רוב הפריסות הבוגרות משתמשות בחיישני IoT כדי להפחית את התדירות וההיקף של בדיקה ידנית, וכדי לתעדף לאן הולך מאמץ הבדיקה הידנית, במקום לבטל אותו לחלוטין.

ש: האם חיישני התנגדות חשמלית (ER) טובים בזיהוי קורוזיה בבור בפלדת אל חלד?

ת: לא מהימן בפני עצמם. חיישני ER מתועדים בספרות ניטור הקורוזיה-כמתאימים יותר לקורוזיה כללית ואחידה מכיוון שהם ממוצעים של אובדן מתכת על פני הבדיקה; פיתולים מקומיים, המהווים את הדאגה הדומיננטית לפלדת אל חלד חשופה-לכלוריד, מטופלת בצורה טובה יותר באמצעות נתוני עובי אולטרה-קוליים במספר נקודות, סינון-גלים מודרך, או גישות מרובות-חיישנים ומכונות- חדשות יותר שתוכננו במיוחד לזיהוי בורות.

ש: מהי קורוזיה תחת בידוד (CUI), ומדוע היא מתאימה במיוחד לניטור IoT?

ת: CUI הוא קורוזיה המתרחשת על צנרת או ציוד מבודדים, החבויה מתחת לבידוד ולחיפוי, שם לא ניתן לראותה במהלך בדיקה ויזואלית שגרתית ויקרה לבדיקה ידנית כי יש להסיר את הבידוד. חיישני UT אלחוטיים או זרם מערבולת מגנטיים המותקנים באופן קבוע מתחת לבידוד מאפשרים ניטור רציף מבלי להפשיט שוב ​​ושוב ולהחליף בידוד, וזו הסיבה ש-CUI הוא אחד ממקרי השימוש הנפוצים ביותר בטכנולוגיה זו.

ש: באיזו רשת אלחוטית משתמשים בדרך כלל חיישני קורוזיה תעשייתיים?

ת: WirelessHART ו-LoRaWAN הן שתי טכנולוגיות הרשת הנפוצות ביותר במערכות מסחריות של קורוזיה אלחוטית וניטור UT, שנבחרו בשל הטווח הארוך, צריכת החשמל הנמוכה שלהן והתאימות למערכות בקרת מפעלים. חיישנים המופעלים על ידי סוללה- ברשתות אלו מדורגים בדרך כלל למשך עד כעשר שנות חיי שירות.

ש: איזה תקן ASTM שולט בניטור קורוזיה מקוון, ומה הוא בעצם מציין?

ת: ASTM G96 הוא המדריך הסטנדרטי לניטור מקוון של קורוזיה בציוד מפעל באמצעות שיטות חשמליות ואלקטרוכימיות. היא מגדירה מדידת התנגדות חשמלית כשיטת בדיקה A (אובדן מתכת מצטבר) ומדידה של התנגדות קיטוב כשיטת בדיקה ב' (שיעור קורוזיה אלקטרוכימי מיידי), ויש לקרוא אותה לצד ASTM G102 כיצד המדידות הגולמיות הללו מומרות לשיעורי קורוזיה מדווחים.

תַקצִיר

ניטור קורוזיה של IoT הופך קורוזיה מממצאי בדיקה תקופתית לזרם נתונים מתמשך, תוך שימוש בחיישני עובי אולטרה-סוני אלחוטיים, התנגדות חשמלית, התנגדות לקיטוב, כדי לעקוב אחר אובדן מתכת וקצב קורוזיה כמעט בזמן אמת ולא במרווחים מתוכננים. עבור נירוסטה ספציפית, הערך של הטכנולוגיה תלוי בהתאמת סוג החיישן למנגנון קורוזיה: חיישני קורוזיה כלליים- כמו ER ו-LPR מתאימים היטב לדילול דופן אחיד אך מתועדים כחלשים בתפיסה של פיתולים מקומיים וכלוריד-ההתקפה המונעת מכלוריד שהיא שכבת הכשל האולטרה-נפוצה יותר של פלדת אל-חלד, וזו הסיבה לפריסה{3} רצינית של נתוני עובי{3}. הקרנה, או גישות ריבוי-חיישנים בנוסף לניטור אלקטרוכימי בסיסי.

ההחזרים הברורים ביותר מופיעים על -ל-בדיקת נכסים - קורוזיה תחת בידוד, צנרת קבורה או מוגבהת, והפעלה מתמשכת של כלוריד-ציוד חשוף - שבו נתונים רציפים מחליפים סבבי בדיקה ידניים יקרים או מסוכנים, המתפרשים תמיד מול תוכנית מכנית של ASTM G96 ולא תקינה של תוכנית מכנית ותקינה. תחליף עצמאי עבורו.