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以蜂巢式物联网传感器解决碳氢化合物加工业隐藏管线的腐蚀问题

作者:Lorenzo Amicucci时间:2021-11-07来源:CTIMES收藏

连接技术的支持下,无线技术可以为石油和天然气加工业及以炼油厂查看管线末端的状况。

碳氢化合物加工业要付出高昂费用来预防隐藏在隔绝层下腐蚀(CUI)问题;或者说,不采取防护措施要付出的代价会更高。

什么是CUI挑战?
在2016年的一项研究中,全球防腐管理机构(NACE International)估计全球因腐蚀而损失的金额为每年2.5兆美元,相当于全球GDP的3.4%左右。

CUI尤其是一个严重且隐藏的问题。它会严重影响钢管、储存槽、货柜箱和其他受极端温度波动影响的工厂加工设备。虽然采用工业标准材料形式的隔绝材料,例如用于管线或容器的矿物或玻璃棉、硬质或软质泡沫、聚乙烯、硅酸钙或玻璃纤维,可以减轻热循环带来的影响,但危机往往潜伏在表面之下。管线的隔绝层中存在接缝或间隙,这会使得管线容易遭受外部湿气、甚至工业过程中使用的化学品和气体的渗透。在移除隔绝层进行例行检查之前,或者更糟糕的是,当管线出现泄漏时,人们才会检测到由此产生的腐蚀现象。

例如,在碳钢炼油厂的碳氢化合物管线中,当管壁厚度降低到无法承受内部压力的程度时,CUI问题可能导致管线故障,由此可能产生的后果包括强制关闭、生产损失和对环境的有害影响。

在极端情况下,一段隔绝制程管线的故障可能导致爆炸或火灾,使得人员处于危险之中,被迫进行现场疏散,并且导致价值数百万美元的设施损失。

使用IIoT平台的无线CUI
尽管可以避免CUI腐蚀的最严重后果,但预防工作是需要付出代价的。CUI的情况几乎都跟包覆层内的相对湿度和水有关。在出现问题时,人们几乎没有选择,只能拆除包覆层来进行检查,然后重新组装数公里长度的工程管线。

石油和天然气公司因缺乏有效且可以负担的检测方法,因此每年要花费数十亿美元来检查和升级隔绝管线。Trisense是设立于挪威卑尔根市的科技公司,该公司开发了Fusion 310 CUI,并宣称这是世界上第一个使用工业(IIoT)平台、经过验证和认证的无线CUI产品。

用户可将多个Fusion 310 CUI单元安装在管线和接头关键区段的适当位置。每个单元测量相对湿度、温度和包覆保温材管线内的水含量。因此,这些传感器可以检测到异常情况并预测即将发生的故障,以及识别可能腐蚀的位置。同样重要的是,这项技术可以排除不太可能出现CUI的区域,因此无需在未受影响的区域拆除检查和重新安装数公里的保温材包覆层和绝缘材料。

运用这项技术,生产程序的负责人可以从被动维护的方式转变为预防性和预测性维护,并且大大降低与绝缘管线检查和升级相关的成本。这款解决方案改变了CUI管理实践的流程。Trisense已与跨国能源和石化公司Equinor (前身为Statoil)和Shell Global建立了CUI传感器的持续试点项目。

实现云端连接的技术
Trisense的CUI解决方案使用了低功耗。这个基于传感器的解决方案可以监控CUI,并利用现有的NB-IoT/LTE-M(4G/5G)无线网络直接向云端提供有关漫长管线区段的准确信息。运用充分利用成熟的网络,用户无需大量投资建设额外的基础设施。

Trisense的解决方案使用了Nordic的nRF9160 SiP来提供LTE-M/NB-IoT连接和 GPS定位。凭借这个SiP产品,Fusion 310 CUI传感器平台能够提供可靠、精确和及时的数据。这个IP67等级防风雨传感器经认证可用于危险区域,通过现有的蜂巢式网络,用户可以使用nRF9160将CUI数据传输到云端平台以进行远程监控和分析。

Trisense平台的独特之处,在于CUI传感器可以通过NB-IoT/LTE-M将信息直接传送到IIoT云端系统,而无需使用因特网网关。

Trisense的客户长(CCO)Ronny Karlsen指出,nRF9160具有多功能性和简便性,从而实现了仅包含单个SiP的传感器设计。除此之外,Karlsen并表示,Trisense依靠使用新的Nordic Connect SDK来开发韧体。这款软件开发套件包含了应用层协议、应用实例和LTE调制解调器韧体,这些韧体作为预认证和预编译下载而提供。

有了蜂巢式物联网连接技术,解决CUI问题将会更容易,而且成本可大为降低。

(本文作者Lorenzo Amicucci任职于Nordic Semiconductor公司)

[延伸阅读] 国际防腐技术的预防、应用和经济措施(IMPACT)研究

全球腐蚀成本估计为2.5万亿美元,相当于全球国内生产总值(GDP)的3.4%(2013年)。通过使用现有的腐蚀控制作法,估计可节省15%至35%的腐蚀成本:亦即在全球基础上,每年节省3,750亿至8,750亿美元,节省了一个天文数字。此外,这些成本通常不包括个人安全或环境后果。

全球防腐管理机构(NACE International)国际启动了腐蚀技术预防、应用和经济国际措施(IMPACT)研究,以审查腐蚀管理在行业和政府中当前的作用,并建立最佳作法。

这项研究最重要的结果是,通过降低仍然高得惊人的腐蚀成本,需要改变腐蚀决策的方式。虽然继续投资于腐蚀控制技术很重要,但需要将这项技术纳入组织管理系统环境,并按业务影响证明腐蚀控制行动的合理性。需要最适应此变化的小区是腐蚀行业。这一职业必须能流利地使用管理制度的语言,并采用那些作出财务决策的人使用的财务和风险工具。归根结柢,要产生组织或全行业的影响,就需要各级组织致力于这种共同的工作方式。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/202111/429451.htm


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