(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
腐食測定システムであって、
プロセス流体に対する暴露による腐食に関する腐食センサ出力を有した腐食センサと、
プロセス流体のプロセス変数に関するプロセス変数出力を有したプロセス変数センサと、
腐食センサ出力及びプロセス変数出力に基づいた腐食に関する出力を有した、腐食センサ及びプロセス変数センサに結合された測定回路と、を含み、
腐食測定システムが、低減した腐食の時期に低減した電力を使用して動作することが可能となるように、流速測定が増加する場合に前記腐食センサ出力のサンプリングレートが増加する、腐食測定システム。
【請求項２】
プロセス変数センサが圧力センサを含む、請求項１に記載の腐食測定システム。
【請求項３】
プロセス変数センサが温度センサを含む、請求項１に記載の腐食測定システム。
【請求項４】
プロセス変数センサが流量センサを含む、請求項１に記載の腐食測定システム。
【請求項５】
腐食センサ及びプロセス変数センサが、単一のハウジングに保持される、請求項１に記載の腐食測定システム。
【請求項６】
腐食センサ及びプロセス変数センサのうちの少なくとも１つが、遠隔に配置される、請求項１に記載の腐食測定システム。
【請求項７】
腐食に関する出力が腐食レートを指示する、請求項１に記載の腐食測定システム。
【請求項８】
腐食に関する出力が予測腐食を指示する、請求項１に記載の腐食測定システム。
【請求項９】
腐食に関する出力がプロセス要素の残寿命を指示する、請求項１に記載の腐食測定システム。
【請求項１０】
腐食に関する出力が診断情報を含む、請求項１に記載の腐食測定システム。
【請求項１１】
プロセス流体に関する情報を記憶するように構成されたメモリを含む、請求項１に記載の腐食測定システム。
【請求項１２】
プロセス容器に関する情報を記憶するように構成されたメモリを含む、請求項１に記載の腐食測定システム。
【請求項１３】
腐食出力及びプロセス変数出力とプロセス要素の腐食との間の相関に関する情報を記憶するように構成されたメモリを含む、請求項１に記載の腐食測定システム。
【請求項１４】
相関が検索テーブルに基づく、請求項１３に記載の腐食測定システム。
【請求項１５】
相関が曲線当てはめに基づく、請求項１３に記載の腐食測定システム。
【請求項１６】
腐食に関する出力が実用的な出力を含む、請求項１に記載の腐食測定システム。
【請求項１７】
実用的な出力が、オペレータに要素を交換するように命じる出力を含む、請求項１６に記載の腐食測定システム。
【請求項１８】
クロックを含む、請求項１に記載の腐食測定システム。
【請求項１９】
腐食に関する出力がクロックからの時間に関する情報を含む、請求項１８に記載の腐食測定システム。
【請求項２０】
腐食に関する出力が無線出力を含む、請求項１に記載の腐食測定システム。
【請求項２１】
腐食センサ出力のサンプリングレートが、プロセス変数出力に応じて変化する、請求項１に記載の腐食測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
分野
本発明は、種々の設定における要素の腐食に関する。より詳細には、本発明は、このような腐食の監視に関する。
【０００２】
発明の背景
腐食は、環境との化学又は他の反応による材料の緩やかな破壊である。腐食は、強度、外観、及び流体に対する透過性を含む材料及び構造の有用な性質を劣化させる。多くの構造合金が、空気中の湿気に対する暴露だけで腐食するが、プロセスは、特定の物質への暴露に強く影響を受ける場合がある。腐食は、ピット又は亀裂を形成するように局所的に集中するか、又は広いエリアにわたって延在して表面を一様に腐食する場合がある。
【０００３】
腐食測定、制御、及び防止の分野は、非常に広範である。腐食測定は、環境にどの程度の腐食性がありかつ金属損失がどれぐらいのレートで生じているかを決定するために様々な技術を利用する。いくつかの腐食測定技術は、プロセスの流れに常に暴露されて、オンラインで使用され、他の腐食測定技術は、オフライン測定を提供して、実験室分析において決定される。いくつかの技術は、金属損失又は腐食レートの直接の測定を行うが、他の技術は、腐食性環境が存在する可能性があることを推定するために使用される。
【０００４】
腐食のレートは、どの程度の長さにわたり任意のプロセスプラントが有用かつ安全に動作することができるかを表す。腐食の測定及び高い腐食レートを修正する動きは、動作と関連するライフサイクルコストを低減させながら、最もコスト効果のあるプラント動作を達成することを可能にする。
【０００５】
以下のリストは、産業用途において使用される一般的な腐食監視技術を詳細に示す。
・腐食試験片（重量損失測定）
・電気抵抗（ＥＲ）
・直線分極抵抗（ＬＰＲ）
・ガルバニック（ＺＲＡ）Ｉ電位
・水素透過
・微生物
・砂／浸食
【０００６】
重量損失技術は、最も周知かつ単純な腐食監視技術である。方法は、材料の標本（試験片）を所与の期間プロセス環境に暴露すること、次いで分析のために標本を除去することを伴う。腐食試験片から決定される基本測定値は、重量損失である。腐食レートは、材料密度、試験片表面積、及び暴露の時間で重量損失を除算することによって算出され得る。試験片監視は、腐食レートが長期間にわたって大きく変化しない環境において最も有用である。しかしながら、試験片監視は、他の技術との有用な相関を提供することができる。
【０００７】
ＥＲプローブは、「電子」腐食試験片と考えることができる。ＥＲプローブは、金属損失の基本測定値を提供し、プローブがその場にある間はいつでも金属損失の値を測定することができる。ＥＲ技術は、プロセスに暴露された腐食している金属要素の電気抵抗の変化を測定する。要素の表面上の腐食の働きは、表面の電気抵抗の増加と対応した表面の断面積の減少を引き起こす。
【０００８】
ＬＰＲ技術は、電気化学理論に基づく。小さい電圧が溶液内の電極に加えられる。特定の電圧シフト（典型的に１０mV）の維持が必要とされる電流は、溶液内の電極の表面上の腐食に直接関連する。電流を測定することによって、腐食レートは導出され得る。試験片又はＥＲでは、ある程度の期間の暴露が腐食レートを決定するために要求されるのに対し、ＬＰＲ技術の利点は、腐食レートの測定が瞬時に行われることである。ＬＰＲ技術は、きれいな水性電解質環境において行われるのみであり、気体においては動作しない。
【０００９】
腐食は、多くのシステムにおいて負担である。腐食の影響としては、生産低下、システムダウン時間、システム故障、並びに修理時間及び出費が挙げられる。腐食を防止及び監視する重要な必要性が存在する。
【００１０】
概要
腐食測定システムは、プロセス流体に対する暴露による腐食に関する腐食センサ出力を有した腐食センサを含む。プロセス変数センサは、プロセス流体のプロセス変数に関するプロセス変数出力を提供する。腐食センサ及びプロセス変数センサに結合された測定回路は、腐食センサ出力及びプロセス変数出力に基づいて腐食に関する出力を提供する。
【００１１】
この概要及び要約は、下の発明を実施するための形態において更に説明される概念の選択を単純な形態で紹介するために提供される。概要及び要約は、請求される主題の鍵となる特性又は不可欠な特性を識別すること、請求される主題の範囲を決定する際の補助として使用することを目的としない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】腐食レートと温度との間の関係を例示したグラフである。
【図２Ａ】圧力と腐食レートとの間の関係を例示したグラフである。
【図２Ｂ】圧力と腐食レートとの間の関係を例示したグラフである。
【図３】流れと腐食レートとの間の関係を例示したグラフである。
【図４】腐食センサ及び二次プロセス変数センサからの出力に基づいて腐食を測定する腐食測定システムの簡略ブロック図である。
【図５】プロセス変数トランスミッタにおいて実施された図４の腐食測定システムの側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
腐食センサ並びに追加的な（又は二次）プロセス変数センサを含んだ、腐食及び産業プロセスを測定するシステムが提供される。腐食センサ及びプロセス変数センサからの出力は、改善された精度の腐食レートの決定、予測腐食に関する情報、補正に関する情報、性能に関する情報、又は他の情報などの、追加的な情報を提供するために使用される。腐食センサは、任意の適切な技法に従うことができる。同様に、プロセス変数センサは、圧力、温度、流量、レベル、濁度、pH、伝導率などを含むがこれらに限定されない任意のプロセス変数を検知することができる。
【００１４】
多くのオペレータが、現在、定期又は不定期のスケジューリングされた修理及びメンテナンスの間に、腐食を検査する。新しい技法は、プラント制御及びオートメーションシステムを使用したリアルタイムの腐食の監視を可能にしている。これにより、ダメージのレートを制御及び軽減する能力を有した短い時間間隔での腐食の評価が可能となる。
【００１５】
腐食測定をオートメーションシステム内に統合することによって、腐食監視を、実施すること、オートメーション化すること、及び他のプロセス変数と共に考察することが容易になる。このアプローチは、従来の独立システムよりコスト効果があり、手動操作が少なく、記録、制御、及び最適化するシステムとの高い統合度を提供する。
【００１６】
プラントオペレータにとっては、少量であっても効率及び生産性を上昇させることが望ましい。しかしながら、腐食コストは、関連するコスト低減と共に大きな改善が可能であるプラント動作における数少ない分野の１つである。腐食測定値は、プロセスにおいて制御及び最適化の対象となる一次変数と考えられ得る。
【００１７】
腐食測定は、数々のタイプの腐食、種々の腐食性薬品、様々な容器材料、固有の化学的な影響、並びに温度及び圧力などの変数に対する腐食の依存性を含む多数の要因により、困難である。腐食を直接検知するセンサだけでなく二次プロセス変数センサも含んだ多変数腐食センサが、提供される。
【００１８】
腐食レートは、温度、圧力、及び流速などの多数の要因の影響を受け得る。例えば、図１は、種々の温度において、溶存酸素濃度の関数として腐食を示したグラフである。プロセス内で生じている温度変化に加えて、腐食プロセス自体が発熱性であり、腐食レートを精密に決定するために解明が必要であり得る温度上昇を引き起こす。
【００１９】
同様に、多くの場合、腐食レートは、圧力を増加させることで増加する。これは、重要な腐食剤、例えば高圧で水に可溶なＣＯ２、Ｈ２Ｓ、及びＯ２などの、多数の源による。図２Ａ及び図２Ｂは、２つの異なる温度における、腐食レート対圧力のグラフである。
【００２０】
圧力及び温度と同様に、流速もまた、腐食のレートの増加を引き起こす場合がある。増加した腐食レートは、プロセス流体内の砂などの固体の微粒子の存在により増加した浸食による場合がある。流れを増加させることはまた、異なる機構により、例えば腐食阻止フィルムの剥ぎ取り又は溶存酸素などの腐食性薬品の供給により、化学腐食レートを増加させる。図３は、流れの速度の増加と共に増加する腐食レートを示した流れの速度対硫化物の種々の濃度のグラフである。
【００２１】
先に述べたように、改善された腐食測定情報を提供することが望ましい。このような改善としては、使いやすさ、改善された性能、複数のプロセス変数測定値の取得、予測解析及び固有のプロセス条件にカスタマイズ可能な適用情報の提供が挙げられる。
【００２２】
図４は、例示的な一実施形態に従ってプロセス容器１０２に結合された多変数腐食レート測定システム１００を示した簡略ブロック図である。プロセス容器１０２は、腐食性プロセス流体１０４を保持する。システム１００は、プロセス流体１０４のプロセス変数を検知するように構成されたプロセス変数センサ１０６を含む。腐食センサ１１０は、腐食に関する出力を提供するように配列される。腐食センサ１１０は、本明細書において詳細に述べられる技法などを含んだ任意の適切な技法に従って動作する。腐食センサ１１０は、プロセス流体１０４に直接結合され得るか又は流体１０４を遠隔的に監視することができる。腐食センサ１１０はまた、非侵襲性腐食測定のために実施され得る。腐食センサ１１０は、腐食センサ１１０の出力又は特徴を測定するように構成されたセンサ回路１２０に結合される。例示的な特徴としては、抵抗、容量、電圧などが挙げられる。プロセス変数センサ１０６もまた、センサ回路１２０にプロセス変数に関する出力を提供する。上で述べられたように、特定のプロセス変数は、産業プロセスの任意のプロセス変数であり得る。
【００２３】
制御装置１２２は、センサ回路１２０に結合し、メモリ１２４に記憶された命令に従って動作するように構成される。しかしながら、制御装置は、コンパレータなどの基本回路であり得るか、又はマイクロプロセッサなどの複雑な回路を含むことができる。センサ回路１２０からの出力に基づいて、制御装置は、センサ１０６によって検知されるように、Ｉ／Ｏ回路１２６を経由して通信し、腐食レートに関する出力を提供することができる。センサ回路１２０、制御装置１２２、及びメモリ１２４は、腐食を決定するために使用される測定回路の例示的な一構成を提供する。
【００２４】
図４に例示されるシステム１００は、多変数測定値を腐食センサ１１０に提供する。プロセス変数センサ１０６は、圧力センサ、温度センサ、レベルセンサ、流量センサ、又はpH、酸素、伝導率などの分析センサを含む他のセンサであり得る。任意の数の追加的なプロセス変数センサがまた実施され得る。システム１００は、下で述べるように、既存のプロセス変数トランスミッタと共に使用される構成などの、標準構成で実施され得る。
【００２５】
図５は、腐食測定システム１００が従来のプロセス変数トランスミッタ構成において実施される例示的な構成の断面図である。図５に例示される構成は、単一のプロセス貫通からの複数のプロセス変数の測定を可能にする。図５の例では、プロセス変数センサ１１０は、圧力センサとして実施されて示される。図５に例示されるように、腐食センサ１０６は、プロセス流体１０４への暴露により材料の腐食を測定するように配列される。圧力センサ１１０は、隔離ダイヤフラム２００によってプロセス流体１０４から隔離される。隔離ダイヤフラム２００は、プロセス流体１０４から加えられる圧力に応答して撓み、毛管システム２０２において保持される隔離充填流体を使用して圧力センサ１１０へこの圧力を転送する。トランスミッタ１００は、フランジ２０４を使用してプロセス配管１０２に結合されて示される。しかしながら、任意の適切な結合技術が実施され得る。
【００２６】
センサ回路１２０は、出力を提供するトランスミッタ回路２１０に対する結合として例示される。出力は、プロセス制御ループ２１２などの有線接続を経由することができる。無線制御ループもまた実施され得る。有線通信技術の例としては、４〜２０mA信号、並びに例えばHART（登録商標）Communication Protocolに従って変調された追加的なデジタル情報を有するこのようなアナログ信号が挙げられる。完全デジタル通信技術もまた実施され得る。例示的な無線通信技術としては、IEC 62591 Standardに従ったWireless HART（登録商標）通信プロトコルが挙げられる。腐食測定システム１００は、プロセス制御ループ２１２を経由して受け取られる電力又はバッテリなどの内部電源を含むいくつかの他の源による電力により、電力を供給され得る。
【００２７】
図４に例示されるメモリ１２４は、プロセス流体、容器材料、腐食性薬品に関する定数、及び多項式の係数、検索テーブルなどの補正情報を含んだ構成情報を記憶するために使用され得る。この情報は、プロセス制御室などの遠隔場所から又は図５に例示される手持ち型較正器２２０を使用して、メモリに記憶され得る。このような情報はまた、システム１００の製造又は設置の間に構成され得る。動作の間、制御装置１２２は、所望により、腐食レート、全腐食、予測腐食などを決定し、応答してループ２１２を経由して出力を提供する。検索テーブルなどの情報は、メモリ１２４に記憶されて、特定の温度、圧力、流速などにおける特定の腐食性薬品に対する暴露による種々の容器材料とそれらの腐食レートとの間の相関などの構成情報を記憶するために使用され得る。
【００２８】
腐食は、典型的に、比較的遅いレートで発生する。したがって、腐食レート測定は、頻繁な更新を必要とせず、システム１００は、無線環境に特に好適である。精密な腐食レートの決定は、追加的なプロセス変数を使用して獲得され得る。情報は、腐食レートが特定の構成又はプロセスの設計限界内にあることを検証するために使用され得る。情報は、メモリに記憶された定数並びに測定変数に基づいて腐食レート及び容器寿命を予測するために使用され得る。システム１００は、単なる生の出力よりも実用的な情報を提供することができる。例えば、オペレータは、腐食によりプロセス内の特定の要素を交換又は修理しなければならないという警報を受けることができる。システム１００は、図５に例示されるように、単一のハウジング内に実施され得る。しかしながら、このような構成では、腐食センサを交換又は修理することは困難である。別の構成では、システム１００は、遠隔センサなどの遠隔場所からプロセス変数を受け取ることができる。腐食センサ及び追加的なプロセス変数センサのうちの一方又は両方が、遠隔的に実施され得る。別の例示的な構成では、腐食センサ及び追加的なプロセス変数からの情報は、通信ゲートウェイなどの遠隔場所に通信される。実際の腐食レートの決定は、通信ゲートウェイか又は遠隔場所で行われる。このような構成は、例えば超音波システムなどの非干渉型腐食センサプローブと共に使用されるときに有用である。
【００２９】
システム１００は、腐食に関する出力を提供する。この腐食に関する出力の決定は、メモリ１２４に記憶された検索テーブルの使用、メモリ１２４に記憶された多項式の係数を使用した曲線当てはめ技術、規則に基づいた分析、ファジー論理実装などを含んだ任意の適切な技術によることができる。腐食センサは、本明細書において述べられる腐食センサを含む任意のタイプの腐食センサであり得る。例示的な腐食測定システムは、２０１５年３月１３日に出願されたUS Serial No. 14/656,850、標題「CORROSION RATE MEASUREMENT」及び２０１４年９月３０日に出願された、US Serial No. 14/501,755、標題「CORROSION RATE MEASUREMENT USING SACRIFICIAL PROBE」に示され、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００３０】
一構成では、プロセス変数センサ１１０は、腐食センサ１０６に近接して配置された温度センサを含む。これにより、温度センサが腐食センサ１０６の腐食による発熱温度変化を検出することが可能となる。腐食の他の源もまた、このような温度センサによって測定される発熱温度変化を引き起こす場合がある。腐食測定値は、温度センサによって検知され得る発熱温度変化を補正するために使用され得る。同様に、検知された温度は、腐食測定値を補正するために使用され得る。
【００３１】
遠隔プログラミング技術は、システム１００における情報を記憶するために使用され得る。これは、手持ち型較正器、又はプロセス制御室などの集中管理場所からの通信によることができる。入力は、プロセス流体、容器材料などの、定数に関ずるデバイスによって受け取られ得る。腐食レート対プロセス変数などの腐食依存性に関する他の情報もまた、受け取られて記憶され得る。予測分析は、既知の変数並びに測定されたプロセス変数及び測定された腐食レートに基づいて実施され得る。腐食センサからの出力と別のプロセス変数センサからの出力と間の関係は、デバイスの故障又はプロセスで生じた可能性のあるいくつかの事象の識別を含む診断目的のために使用され得る。
【００３２】
いくつかの構成では、制御装置１２２は、クロックを含む。クロックからの情報は、例えばヒストグラムの決定における使用のために並びに変化のレートの決定のために、測定された腐食レート又は追加的なプロセス変数をタイムスタンプするように使用され得る。時間情報を含む情報はまた、その後の分析のためにロギングされ得る。
【００３３】
例示的な一構成では、システムは、自己学習して、測定された腐食と測定された二次プロセス変数との間の関係を監視する。自己学習特性の例としては、アラーム、サンプルレートの決定などを提供することが挙げられる。例示的な一構成では、腐食センサ及び／又はプロセス変数センサの少なくとも１つのサンプリングレートを、他のセンサからの出力に基づいて変化させることができる。例えば、流速測定が実質的に増加する場合に、腐食センサからの出力のサンプリングレートを、それに応じて増加させることができる。これにより、デバイスが、低減した腐食の時期に低減した電力を使用して動作することが可能となる。
【００３４】
本発明が好ましい実施形態を参照にして説明されたが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく形態及び詳細において変更がなされてもよいことを当業者は認識するであろう。本明細書において使用されるとき、追加的なプロセス変数センサは、腐食センサに加えて追加的な（又は二次）プロセス変数を測定する。システムは、腐食レート、予測腐食レート、プロセス要素の予想寿命又は調子を測定して、診断を行うために使用され得る。
【図１】
0006767400.tif 000002
【図２Ａ】
0006767400.tif 000003
【図２Ｂ】
0006767400.tif 000004
【図３】
0006767400.tif 000005
【図４】
0006767400.tif 000006
【図５】
0006767400.tif 000007