Sensores IoT para monitoramento de corrosão em aço inoxidável em tempo real

O que é monitoramento de corrosão-baseado em IoT?

O monitoramento tradicional de corrosão em equipamentos de processo de aço inoxidável geralmente depende de uma de duas abordagens: cupons de perda-de massa, pequenas amostras de metal expostas ao ambiente do processo e fisicamente removidas, limpas e pesadas em intervalos definidos; ou levantamentos manuais de espessura ultrassônica (UT), onde um técnico percorre a linha com um medidor portátil e registra a espessura da parede em pontos de teste fixos. Ambos os métodos funcionam, mas ambos são corrosão inerentemente periódica - que acelera entre intervalos de inspeção, ou ocorre em um local não coberto por um ponto de teste fixo, pode passar despercebido até a próxima verificação programada ou, pior, até causar um vazamento.

O monitoramento de corrosão IoT preenche essa lacuna instalando sensores permanentemente no local de interesse e conectando-os a uma rede sem fio (geralmente WirelessHART ou LoRaWAN) que relata leituras em um intervalo definido - de várias vezes por hora a uma vez por dia, dependendo da aplicação. O resultado é uma tendência contínua de-taxa de corrosão ou espessura-de parede para esse ponto específico, em vez de uma série de instantâneos desconectados, o que torna possível capturar uma taxa de corrosão acelerada bem antes que ela se torne um problema de integridade.

Quais tecnologias de detecção os sistemas de monitoramento de corrosão IoT realmente usam?

Compilado a partir da ASTM G96 e publicado na literatura de engenharia-de monitoramento de corrosão e na documentação de sistemas comerciais. A seleção do sensor deve corresponder ao mecanismo de corrosão específico, à forma do produto e à acessibilidade do ativo monitorado.

Como esses sensores detectam corrosão localizada e causada por cloreto-especificamente em aço inoxidável?

Esta distinção é mais importante para o aço inoxidável do que para o aço carbono. A resistência à corrosão do aço inoxidável depende de um filme passivo de óxido de cromo intacto, e seu modo de falha mais comum em ambientes contendo-cloreto - água do mar, água de resfriamento,-exposição ao sal de degelo, atmosferas costeiras - é corrosão localizada ou fissuração por corrosão sob tensão de cloreto em vez de desbaste uniforme da parede. Um sensor construído para perda média de metal em toda a sua superfície pode relatar uma taxa de corrosão geral-de aparência benigna, mas não detectar um único poço agressivo que é o risco real à integridade.

Pesquisas publicadas recentemente abordam isso diretamente: abordagens de fusão de múltiplos-sensores que combinam dados de espessura ultrassônica com outros tipos de sonda, processados ​​por meio de modelos de-aprendizado de máquina, foram desenvolvidas especificamente para identificar corrosão por pite e estimar a profundidade do poço de uma forma que um sistema do tipo-sensor-único não consegue. Para uma instalação que utiliza aço inoxidável austenítico ou duplex em um serviço exposto- a cloretos, isso significa que a seleção e o posicionamento do sensor devem ser orientados pelo mecanismo de corrosão esperado - e não apenas por qual sensor é mais fácil de instalar.

Como os dados sem fio chegam do sensor ao painel de monitoramento da planta?

WirelessHART, uma extensão do protocolo industrial HART amplamente utilizado, e LoRaWAN, um padrão sem fio de longo-alcance e baixo-consumo de energia, são as duas tecnologias de rede mais comumente citadas em UT sem fio comerciais e sistemas transmissores-de corrosão. A vida útil da bateria nesses sensores de relatórios contínuos geralmente é estimada em cerca de dez anos, o que é importante porque os sensores geralmente são montados em locais de-acesso-de difícil acesso - sob isolamento, em altura, em espaços confinados - onde trocas frequentes de bateria se tornariam um fardo de manutenção.

Um projeto alternativo evita totalmente a questão da bateria: alguns sistemas de espessura ultrassônicos usam sensores passivos-sem bateria que são montados permanentemente, mas permanecem inativos até que uma sonda portátil, usando acoplamento indutivo sem-contato, alimente o sensor remotamente e colete uma leitura. Isso troca a conveniência de relatórios contínuos e totalmente automáticos por um sensor com uma vida útil efetivamente ilimitada, que pode ser mais adequado para locais onde a cobertura da rede sem fio ou a substituição da bateria são impraticáveis.

Quais padrões regem a implantação de sensores de monitoramento de corrosão e a interpretação de dados?

A ASTM G96 cobre o procedimento para conduzir o monitoramento on-line de corrosão de metais em equipamentos da planta sob condições de operação, sem a necessidade de remover a sonda de serviço, e observa explicitamente que as estimativas gerais de corrosão das sondas envolvem uma suposição de média em toda a superfície da sonda - a mesma limitação discutida acima no contexto da detecção de corrosão por corrosão. O Método de Teste A (resistência elétrica) relata perda cumulativa de metal, a partir da qual é inferida uma taxa de corrosão; O Método de Teste B (resistência à polarização) relata uma taxa de corrosão eletroquímica instantânea, mas pode exigir calibração em relação a outra técnica, como perda de peso do cupom, para estabelecer uma taxa verdadeira para um ambiente de processo específico.

Para monitoramento baseado na-espessura-de parede, o ponto de referência relevante normalmente é o programa de integridade mecânica da própria instalação e os códigos aplicáveis ​​de tubulação/recipiente (como API 570 para tubulação ou API 510 para vasos de pressão em indústrias de processo), que definem a espessura mínima exigida da parede e os intervalos de inspeção; Os sensores IoT UT alimentam dados nesse programa em vez de substituir seus critérios de aceitação.

Onde os sensores de corrosão IoT são mais valiosos para ativos de aço inoxidável?

Corrosão sob isolamento (CUI)

CUI é um dos problemas de corrosão mais difíceis de detectar com inspeção manual precisamente porque o isolamento e o revestimento que o ocultam também bloqueiam o acesso visual e rotineiro ao UT. Sensores UT sem fio e sensores magnéticos de correntes parasitas instalados sob o isolamento, com cabos ou transmissores sem fio roteados para um ponto acessível, permitem monitoramento contínuo sem remover e substituir periodicamente o isolamento apenas para verificar a espessura da parede - uma economia significativa de mão de obra e custos por si só.

Tubulação inacessível, enterrada ou submarina

Sensores ultrassônicos-de ondas guiadas, que podem inspecionar dezenas de metros de tubulação a partir de um único ponto de montagem, e sensores pontuais permanentemente instalados em seções enterradas ou subaquáticas, estendem a cobertura de monitoramento a locais onde a inspeção manual exigiria escavação, mergulho ou paralisações prolongadas.

Equipamentos de processo, marítimos e de dessalinização em operação contínua

Equipamentos inoxidáveis-expostos ao cloreto e inoxidáveis ​​duplex em ambientes marinhos, usinas de dessalinização e processamento químico, onde o desligamento para inspeção acarreta um custo de produção real, benefícios de dados de tendências contínuas que podem justificar - ou adiar - um desligamento com base na condição real medida em vez de um intervalo fixo de calendário, uma prática geralmente descrita como manutenção-baseada em condição ou preditiva.

Quais são as limitações dos sensores de monitoramento de corrosão IoT?

Lacunas de cobertura: um sensor fixo mede a corrosão em seu próprio local; um poço ou zona de desbaste que se forma em outro lugar do ativo, mesmo a uma curta distância, não será detectado até atingir um ponto monitorado - e é por isso que a estratégia de posicionamento do sensor é tão importante quanto a seleção do sensor.

Pontos cegos de corrosão localizada: conforme discutido acima, os sensores ER e LPR são construídos em torno de uma suposição de média que se adapta à corrosão geral, mas é documentada como pouco adequada para detectar o ataque por corrosão e fissuras mais relevante ao aço inoxidável-exposto a cloreto.

Sensibilidade à temperatura e ao ambiente: as medições de resistência elétrica são afetadas pela temperatura, exigindo compensação (geralmente um eletrodo de referência ou projeto de ponte de Wheatstone) para evitar confundir uma oscilação de temperatura com uma alteração na taxa de corrosão.

Restrições de acoplamento e instalação: sensores ultrassônicos convencionais necessitam de um acoplador entre o sensor e a superfície metálica, o que limita alguns locais de montagem; alternativas como sensores magnéticos de corrente parasita ou sensores UT indutivos-sem bateria resolvem isso, mas são menos amplamente implantadas e podem custar mais por ponto.

Calibração e verificação: taxas instantâneas-baseadas em LPR especificamente podem precisar de calibração em relação a outro método, como perda de peso de cupom, para estabelecer uma taxa de corrosão verdadeira para um determinado processo químico - uma rede de sensores não elimina a necessidade de alguma verificação-da verdade periódica.

Densidade e custo do sensor: obter confiança em um ativo grande (uma unidade de processo completa, um pipeline longo) com sensores pontuais requer sensores suficientes, nos locais certos, para ser estatisticamente significativo - na-instrumentação de um ativo pode criar uma falsa sensação de segurança.

Como um fabricante ou proprietário deve avaliar o ROI do monitoramento de corrosão de IoT?

O caso financeiro mais claro para o monitoramento de corrosão de IoT é em ativos onde uma falha não detectada é cara - uma parada de processo não planejada, uma liberação ambiental ou um incidente de segurança - e onde a inspeção manual é cara ou perigosa, como locais CUI que de outra forma exigem remoção de isolamento ou tubulação elevada e confinada em-espaços que exigem andaimes ou procedimentos de entrada em espaços confinados-para inspeção manual.

Os dados contínuos também suportam a mudança de intervalos de manutenção-baseados em tempo para intervalos de manutenção{1}}baseados em condições, o que pode adiar desligamentos desnecessários em equipamentos que estão corroendo mais lentamente do que o intervalo de inspeção baseado-no calendário supõe, enquanto sinaliza equipamentos que estão corroendo mais rápido do que o esperado antes que se torne uma falha.

Como acontece com qualquer nova tecnologia de inspeção, uma implantação piloto limitada - instrumentando um conjunto definido de locais CUI ou um único sistema exposto a cloreto-e comparando os dados de tendência do sensor com a próxima inspeção manual programada - é a maneira mais confiável de validar a precisão do sensor e a economia projetada de mão de obra e tempo de inatividade antes de se comprometer com uma implementação maior.

Perguntas frequentes

P: Os sensores de corrosão IoT podem substituir completamente a inspeção manual e o teste de cupons?

R: Não. Os sensores IoT fornecem dados contínuos em seus locais instalados, mas ainda precisam de calibração e verificação periódicas em relação aos dados de cupom ou de inspeção manual, e cobrem apenas os pontos ou linhas específicas onde estão instalados. A maioria das implantações maduras usa sensores IoT para reduzir a frequência e o escopo da inspeção manual e para priorizar o destino do esforço de inspeção manual, em vez de eliminá-lo totalmente.

P: Os sensores de resistência elétrica (ER) são bons na detecção de corrosão por pites em aço inoxidável?

R: Não são confiáveis ​​por conta própria. Os sensores ER são documentados na literatura-de monitoramento de corrosão como mais adequados para corrosão geral e uniforme porque calculam a média da perda de metal na superfície da sonda; A corrosão localizada, que é a preocupação dominante para o aço inoxidável-exposto a cloreto, é melhor abordada com dados de espessura ultrassônica em vários pontos, triagem de-ondas guiadas ou abordagens mais recentes de multi-sensor e aprendizado de máquina-projetadas especificamente para detecção de corrosão.

P: O que é corrosão sob isolamento (CUI) e por que ela é particularmente adequada para monitoramento de IoT?

R: CUI é a corrosão que ocorre em tubulações ou equipamentos isolados, escondida sob o isolamento e revestimento, onde não pode ser vista durante uma inspeção visual de rotina e é cara para verificar manualmente porque o isolamento precisa ser removido. Sensores UT sem fio ou magnéticos de corrente parasita instalados permanentemente sob o isolamento permitem monitoramento contínuo sem remover e substituir repetidamente o isolamento, razão pela qual CUI é um dos casos de uso mais comumente citados para esta tecnologia.

P: Qual rede sem fio os sensores de corrosão industriais normalmente usam?

R: WirelessHART e LoRaWAN são as duas tecnologias de rede mais comumente usadas em sistemas comerciais de monitoramento de corrosão e UT sem fio, escolhidas por seu longo alcance, baixo consumo de energia e compatibilidade com sistemas de controle de planta. Sensores-alimentados por bateria nessas redes são normalmente classificados para até dez anos de vida útil.

P: Qual norma ASTM rege o monitoramento on-line de corrosão e o que ela realmente especifica?

R: ASTM G96 é o guia padrão para monitoramento on-line de corrosão em equipamentos industriais usando métodos elétricos e eletroquímicos. Ele define a medição de resistência elétrica como Método de Teste A (perda cumulativa de metal) e a medição de resistência de polarização como Método de Teste B (taxa de corrosão eletroquímica instantânea), e deve ser lido junto com ASTM G102 para saber como essas medições brutas são convertidas em taxas de corrosão relatadas.

Resumo

O monitoramento de corrosão IoT transforma a corrosão de uma descoberta de inspeção periódica em um fluxo de dados contínuo, usando resistência elétrica, resistência à polarização e sensores de espessura ultrassônicos sem fio para rastrear a perda de metal e a taxa de corrosão quase em tempo real, em vez de em intervalos programados. Especificamente para o aço inoxidável, o valor da tecnologia depende da correspondência entre o tipo de sensor e o mecanismo de corrosão: sensores de corrosão-gerais, como ER e LPR, são adequados para afinamento uniforme de paredes, mas documentados como fracos na captura de corrosão localizada e ataque causado por cloreto-que é o modo de falha mais comum do aço inoxidável, e é por isso que implementações sérias colocam dados de espessura ultrassônica em camadas, triagem de-ondas guiadas ou abordagens de múltiplos-sensores além do monitoramento eletroquímico básico.

Os retornos mais claros aparecem em ativos-difíceis de{1}}inspecionar - corrosão sob isolamento, tubulações enterradas ou elevadas e equipamentos expostos a cloreto-em operação contínua - onde dados contínuos substituem rodadas de inspeção manual caras ou perigosas, sempre interpretadas de acordo com a ASTM G96 e o ​​programa de integridade mecânica que rege uma instalação, e não como um substituto independente para ele.