行业解决方案

腐蚀对石油化工、电力、交通等行业的许多设施和装备都会产生不同程度的破坏作用,如输油管道、天然气长输管道、石油炼化系统、储油罐、桥梁钢结构和混泥土结构、输电线路等设备腐蚀,在这些领域的腐蚀将导致相关设施或装备的性能及可靠性下降,使用寿命缩短,甚至出现故障或完全失效。因此在许多行业,为了减缓和控制腐蚀,保证各种设施和装备的正常使用和运行,同时延长其使用寿命,相关维护部门需要对其进行腐蚀维护或大修,包括表面清洗、腐蚀检查、重新涂刷防腐涂层、修理更换等作业。此类维护需要投入大量的人力和物力,施工难度大而且持续时间长,必然会降低设施和装备的使用率并导致相关维护成本大量增加。

美国Aginova公司与美国西南研究院合作开发的ICE集成腐蚀监测传感器系统和MAS多电极阵列腐蚀监测传感器系统,可用于对各种设施和装备的腐蚀状况进行实时在线监测。ICE系统由传感器电子装置和多个不同类型的腐蚀探头组成,其中涂层老化探头用于对防腐涂层的完好性进行监测,表面湿度探头用于探测表面液(水)膜的存在及湿润时间。MAS系统包括传感器电子装置和1个多电极阵列腐蚀探头,用于监测金属结构的腐蚀速率。ICE和MAS系统代表了目前最先进的腐蚀实时在线监测技术,其主要组织结构包括: 

(1)数据采集(传感器探头)

 ICE和MAS系统配置有多种类型的传感器探头,可分别对电化学阻抗、腐蚀电流、环境温度/相对湿度等腐蚀参数进行精确的测量。采用最新一代的电化学腐蚀探测技术,这些探头具有体积小、灵敏度高、精度高、耐久性强、应用范围广等特点。

(2)数据传输(传感器装置)

在石油石化、电力、交通等许多行业装备或设施上可以部署多点分布的实时在线监测传感器系统,其主要难点在于如何将分布在不同区域的传感器装置实时采集的大量数据,以高效、可靠、安全及低成本的方式回传至监控中心。ICE和MAS系统的传感器装置由电路主板、信号处理器、操作系统、内置存储模块、电源模块和低功耗Wi-Fi无线收发模块等组件构成。部署在不同区域的传感器装置构成了一个分布式的无线传感器网络(WSN),每个传感器装置都是其中一个节点,可在本地对传感器探头采集的数据进行处理和存储,并通过现有或专门构建的Wi-Fi无线网络将腐蚀数据回传至监控中心。监控中心可通过Wi-Fi无线网络向每个传感器装置发送控制指令,对其工作模式和状态进行远程管理和监控。基于Wi-Fi无线传感器网络技术的数据传输架构,其主要优势在于 :

1)可以快速、方便地部署无线网络设备,消除因建设有线传输网络而产生的工程难度和布线限制,同时降低网络建设成本和维护成本。

2)同其它各种短距离无线通信协议如ZigBee、WirelessHART、ISA100等相比,WiFi(IEEE 802.11)在技术标准的成熟性、网络性能及可靠性、数据链路的安全性、应用的广泛性以及设备厂商的支持度等方面具有巨大的优势。

此外,ICE和MAS系统采用独特设计的超低功耗Wi-Fi技术,在不更换电池的情况下可以长时间地运行(5~10年),极大地提高了工作可靠性并降低了维护成本。下图为ICE和MAS传感器装置的实物图以及数据传输架构的示意图。

(3)数据分析(后台应用软件)

部署在不同行业装备或设施上的ICE和MAS系统可以按照用户设定的采样速率对各种腐蚀参数进行测量,并按照用户设定的时间间隔将采集的数据回传至监控中心。安装在监控中心主机上的后台应用软件接收这些数据,并对其进行处理和分析。由于是实时在线测量,随着系统运行时间的推移,可以获取大量的腐蚀数据。如本文开头所述,在装备或设施上部署该系统的主要目的,是提供一个全新的腐蚀视情维护的决策工具,即在确定装备或设施腐蚀维护或大修工程周期的决策过程中,为相关维护部门提供准确可靠的决策依据,而该决策依据的基础就是实时采集并不断累积的腐蚀数据。

为了便于维护人员快速有效地判读和分析数据,该应用软件采用可视化的方式对腐蚀数据进行处理,将每个传感器装置及其探头连续采集的数据转化为沿时间轴分布的点状图或曲线图。通过查看这些图形,维护人员可以直观地了解每个装备或设施不同部位的腐蚀发生和发展变化过程,掌握当前最新的腐蚀损伤程度。

方案特点:

■ 腐蚀实时监测

◆ 实时、不间断地采集各种腐蚀数据

◆ 及时准确地掌握涂层老化失效、早期腐蚀的形成与发展过程以及当前最新的腐蚀损伤程度

◆ 为腐蚀视情维护提供准确可靠的决策依据,制定最佳的腐蚀维护方案和维护周期 

◆ 提高设施的运行可靠性,延长其使用寿命

◆ 最大程度地降低因腐蚀引起的故障隐患

◆ 减小腐蚀维护工作的盲目性,避免不必要的维护或大修工程,显著节约腐蚀维护成本

◆ 对不同类型防腐涂料的防腐性能进行定性和定量的评估

◆ 对现有的腐蚀防护措施进行定性和定量的评估 

◆ 建立完整的腐蚀数据库和精确的腐蚀模型,为设计部门、建设部门和运行维护部门改进和完善结构设计、施工方法和防腐措施提供科学的依据

■ 低功耗Wi-Fi无线传感器

◆ 利用现有的Wi-Fi网络设施,或快速方便地部署无线网络设备以构建专用的无线网络,消除因建设有线传输网络而产生的工程难度和布线限制,同时降低网络建设成本和维护成本

◆ 同其它各种短距离无线通信技术相比,Wi-Fi(IEEE 802.11)在技术标准的成熟性、网络性能及可靠性、数据链路的安全性、应用的广泛性以及设备厂商的支持度等方面具有巨大的优势

◆ 超低功耗设计,系统在不更换电池的情况下可以长时间地运行,极大地提高了工作可靠性,并将维护成本降至最低

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