ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТИ КОРРОЗИИ МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКИМ ДАТЧИКОМ
CORROSION MEASUREMENT SYSTEM WITH MULTIVARIATE SENSOR

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
0001
[] Настоящее изобретение относится к коррозии компонентов в разнообразных положениях. Более конкретно, настоящее изобретение относится к мониторингу такой коррозии.
0002
[] Коррозия представляет собой постепенное разрушение материалов в результате химической или другой реакции с окружающей их средой. Коррозия ухудшает полезные свойства материалов и конструкций, включающие прочность, внешний вид и проницаемость для текучих сред. Многие конструкционные сплавы корродируют только при воздействии влаги в воздухе, но на процесс может сильно влиять воздействие определенных веществ. Коррозия может быть локально сосредоточенной с образованием оспины или трещины, или же она может распространяться по обширной площади с равномерным ржавлением поверхности.
0003
[] Область измерения, контроля и предотвращения коррозии является очень широкой. Измерение коррозии выполняют разнообразными способами для определения, насколько коррозионно-агрессивной является окружающая среда, и с какой скоростью проявляется потеря металла. Некоторые способы измерения коррозии могут применяться в режиме реального времени, при непрерывном воздействии технологического потока, тогда как в других предусматривается отдельное измерение, проводимое в лабораторном анализе. Некоторые способы дают непосредственную меру потери металла или скорость коррозии, тогда как другие используются, чтобы сделать вывод о том, что может существовать коррозионно-агрессивная среда.
0004
[] Скоростью коррозии обусловливается то, как долго любая технологическая установка может работать производительно и безопасно. Измерение коррозии и действие для предотвращения высоких скоростей коррозии позволяют достигать наиболее экономичной эксплуатации установки, в то же время сокращая связанные с эксплуатацией расходы в течение срока службы.
0005
[] Нижеследующий список приводит подробности о распространенных способах мониторинга коррозии, которые применяются в отраслях промышленности.
- коррозионные образцы (измерения потери веса)
- электрическое сопротивление (ER)
- линейное поляризационное сопротивление (LPR)
- гальванический (ZPA) I потенциал
- проникновение водорода
- микробиальный мониторинг
- песчаная эрозия
0006
[] Способ определения потери веса является наиболее известным и простейшим способом мониторинга коррозии. Способ предусматривает подвергание образца материала (купона) воздействию технологической среды в течение времени заданной продолжительности, затем извлечение образца для анализа. Основным измерением, которое определяется по коррозионному купону, является потеря веса. Скорость коррозии может быть рассчитана делением потери веса на плотность материала, площадь поверхности купона и продолжительность воздействия. Мониторинг с использованием купонов является наиболее полезным в средах, где скорости коррозии существенно не изменяются на протяжении длительных периодов времени. Однако они могут обеспечивать полезную корреляцию с другими способами.
0007
[] ER-зонды могут рассматриваться как «электронные» коррозионные купоны. ER-зонды проводят базовое измерение потери металла, и значение потери металла может быть измерено в любое время, пока зонд находится на месте. ER-способом измеряют изменение электрического сопротивления корродированного металлического элемента, подвергаемого воздействию технологической среды. Действие коррозии на поверхность элемента обусловливает сокращение площади его поперечного сечения с соответствующим увеличением его электрического сопротивления.
0008
[] LPR-способ основывается на электрохимической теории. На электроды в растворе подается небольшое напряжение. Ток, необходимый для поддерживания заданного сдвига профиля напряжения (типично 10 мВ) непосредственно соотносится с коррозией на поверхности электрода в растворе. По измерению тока может быть выведена скорость коррозии. Преимущество LPR-способа состоит в том, что измерение скорости коррозии выполняется моментально, тогда как с купонами или ER для определения скорости коррозии требуется некоторый период времени. LPR-способ может исполняться только в средах чистых водных электролитов, и не будет действовать в газах.
0009
[] Коррозия во многих системах связана с расходами. Влияние коррозии включает снижение производительности, время простоя системы, отказы системы, а также время и затраты на ремонт. Существует насущная потребность в предотвращении и мониторинге коррозии.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
0010
[] Система измерения коррозии включает датчик коррозии, имеющий выходной сигнал датчика, соответствующий коррозии вследствие воздействия технологической текучей среды. Датчик технологического параметра выдает выходной сигнал технологического параметра, зависящий от переменной характеристики технологической текучей среды. Измерительная схема, связанная с датчиком коррозии и датчиком технологического параметра, выдает выходной сигнал, соответствующий коррозии, на основе выходного сигнала датчика коррозии и выходного сигнала датчика технологического параметра.
0011
[] Эти Сущность изобретения и Реферат приведены для представления набора принципов в упрощенной форме, которые далее описываются ниже в Подробном Описании. Сущность изобретения и Реферат не предназначены для идентификации ключевых признаков или существенных признаков заявленного предмета изобретения, но они предполагаются для использования в качестве пособия в определении области заявленного предмета изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
0012
[] ФИГ. 1 представляет график, иллюстрирующий взаимосвязь между скоростью коррозии и температурой.
0013
[] ФИГУРЫ 2А и 2В представляют графики, иллюстрирующие взаимосвязь между давлением и скоростью коррозии.
0014
[] ФИГ. 3 представляет график, иллюстрирующий взаимосвязь между скоростями течением и коррозии.
0015
[] ФИГ. 4 представляет упрощенную технологическую блок-схему системы измерения коррозии для измерения коррозии на основе выходного сигнала от датчика коррозии и вторичного датчика технологического параметра.
0016
[] ФИГ. 5 представляет вид сбоку в разрезе системы измерения коррозии согласно ФИГ. 4, выполненный в виде преобразователя измеряемого технологического параметра.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЛЛЮСТРАТИВНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
0017
[] Представлены система для измерения коррозии и промышленного процесса, которая включает датчик коррозии, а также дополнительный (или вторичный) датчик технологического параметра. Выходные сигналы датчика коррозии и датчика технологического параметра используются для представления дополнительной информации, такой как определение скорости коррозии с повышенной точностью, имеющей отношение к коррозии прогностической информации, имеющей отношение к коррекции информации, имеющей отношение к эксплуатационным характеристикам информации, или другой информации. Датчик коррозии может быть в соответствии с любой подходящей технологией. Подобным образом, датчик технологического параметра может регистрировать любую характеристику технологического процесса, включающую, но не ограничивающуюся этим, давление, температуру, течение, уровень, мутность, рН, проводимость, и т.д.
0018
[] Многие операторы в настоящее время проверяют состояние коррозии во время планового ремонта и технического обслуживания либо с фиксированными, либо с внеплановыми интервалами. Новые технологии позволяют отслеживать коррозию в режиме реального времени с использованием системы управления и автоматизации установки. Это обеспечивает возможность оценки состояния коррозии через короткие промежутки времени со способностью контролировать и сокращать интенсивность накопления повреждения.
0019
[] Встраиванием измерений коррозии в автоматизированные системы мониторинг коррозии легче осуществляется, автоматизируется и сравнивается с другими технологическими параметрами. Этот подход является более экономичным, чем традиционные автономные системы, требует меньше ручного труда, обеспечивает повышенную степень комбинирования с системами для регистрации, контроля и оптимизации.
0020
[] Для операторов установки желательно повышение эффективности и производительности даже на небольшие величины. Однако расходы на борьбу с коррозией являются одной из немногих областей в эксплуатации установки, где возможны крупные усовершенствования наряду со связанным с этим сокращением затрат. Измерение коррозии может рассматриваться как переменный параметр первостепенной важности, который является предметом контроля и оптимизации в процессе.
0021
[] Измерение коррозии представляет собой трудную задачу ввиду ряда факторов, включающих многообразные типы коррозии, разнообразные коррозионно-агрессивные агенты, многочисленные материалы резервуаров, уникальные химические воздействия, и зависимость коррозии от таких переменных характеристик, как температура и давление. Представлен многопараметрический датчик коррозии, который включает не только датчик для непосредственной регистрации коррозии, но и вторичный датчик технологического параметра.
0022
[] На скорость коррозии может оказывать влияние ряд факторов, таких как температура, давление и скорость течения. Например, ФИГ. 1 представляет график, показывающий коррозию как функцию концентрации растворенного кислорода при различных температурах. В дополнение к изменениям температуры, возникающим в пределах процесса, сам процесс коррозии может быть экзотермическим, вызывая повышение температуры, принимать в расчет которое может понадобиться, чтобы точно определять скорость коррозии.
0023
2
2
2
[] Подобным образом, во многих ситуациях скорость коррозии возрастает при повышении давления. Это может быть обусловлено рядом таких причин, как сильнодействующие коррозионно-агрессивные агенты, например, СО, HS и О, будучи более растворимыми в воде при более высоком давлении. ФИГУРЫ 2А и 2В представляют графики зависимости скорости коррозии от давления при двух различных температурах.
0024
[] Подобно температуре и давлению, скорость течения также может вызывать повышение скорости коррозии. Повышенная скорость коррозии может обусловливаться усиленной эрозией присутствующими твердыми дисперсными материалами, такими как песок, в технологической текучей среде. Усиленное течение также будет повышать скорости химической коррозии согласно различным механизмам, таким как десорбирование ингибирующих коррозию пленок, или пополнение коррозионно-агрессивных агентов, таких как растворенный кислород. ФИГ. 3 представляет график взаимосвязи между различными концентрациями сульфида, показывающий возрастание скорости коррозии с повышением скорости течения.
0025
[] Как обсуждалось ранее, было бы желательным получение информации с помощью усовершенствованного измерения коррозии. Такие улучшения включают простоту применения, улучшенную производительность, проведение измерений многочисленных технологических параметров, обеспечение прогностической аналитики, и получение корректруемой сообразно применению информации, конкретной для уникальных технологических условий.
0026
[] ФИГ. 4 представляет упрощенную блок-схему, показывающую многопараметрическую систему 100 измерения скорости коррозии, связанную с технологическим резервуаром 102, в соответствии с одним примерным вариантом исполнения. Технологический резервуар 102 содержит коррозионно-агрессивную технологическую текучую среду 104. Система 100 включает датчик 106 технологического параметра, который конфигурирован для регистрации переменной характеристики технологической текучей среды 104. Датчик 110 коррозии предназначен для выдачи выходного сигнала, который имеет отношение к коррозии. Датчик 110 коррозии действует в соответствии с любой подходящей технологией, включающей те, которые конкретно обсуждаются здесь, а также другие. Датчик 110 коррозии может быть в непосредственном контакте с технологической текучей средой 104, или может проводить дистанционный мониторинг текучей среды 104. Датчик 110 коррозии также может быть рассчитан на бесконтактное измерение коррозии. Датчик 110 коррозии соединен с электрической схемой 120 датчика, которая конфигурирована для измерения выходного сигнала или характеристики датчика 110 коррозии. Примерные характеристики включают сопротивление, емкость, напряжение, и т.д. Датчик 106 технологического параметра также выдает выходной сигнал, имеющий отношение к переменной технологической характеристике, на электрическую схему 120 датчика. Как обсуждалось выше, конкретный технологический параметр может быть любой переменной технологической характеристикой промышленного процесса.
0027
[] Контрольно-измерительное устройство 122 соединено с электрической схемой 120 датчика и конфигурировано для действия в соответствии с командами, сохраняемыми в запоминающем устройстве 124. Однако контрольно-измерительное устройство может представлять собой схему более общего назначения, такую как компаратор, или может включать более сложную схему, такую как микропроцессор. На основе выходного сигнала от электрической схемы 120 датчика контрольно-измерительное устройство может сообщаться через устройство 126 ввода-вывода (I/O) и выдавать выходной сигнал, относящийся к скорости коррозии, как зарегистрированной датчиком 106. Электрическая схема 120 датчика, контрольно-измерительное устройство 122 и запоминающее устройство 124 представляют одну примерную конфигурацию измерительной схемы для применения в определении коррозии.
0028
[] Иллюстрированная в ФИГ. 4 система 100 обеспечивает возможность многопараметрического измерения датчиком 110 коррозии. Датчик 106 технологического параметра может быть датчиком давления, температуры, уровня, течения, или другой характеристики, включающим аналитический сенсор, такой как датчик рН, кислорода, проводимости, и т.д. Также может быть предусмотрено любое число дополнительных датчиков технологических параметров. Система 100 может быть выполнена в стандартной конфигурации, такой как используемая в существующих преобразователях измеряемого технологического параметра, как обсуждается ниже.
0029
[] ФИГ. 5 представляет вид в разрезе примерной конфигурации, в которой система 100 измерения коррозии выполнена в виде традиционной конфигурации преобразователя измеряемого технологического параметра. Иллюстрированная в ФИГ. 5 конфигурация позволяет проводить измерения многочисленных технологических параметров из единственного места внедрения в процесс. В примере согласно ФИГ. 5 датчик 110 технологического параметра иллюстрирован выполненным в виде датчика давления. Как иллюстрировано в ФИГ. 5, датчик 106 коррозии предназначен для измерения коррозии материала вследствие воздействия технологической текучей среды 104. Датчик 110 давления изолирован от технологической текучей среды 104 изолирующей диафрагмой 200. Изолирующая диафрагма 200 выгибается под действие давления, прилагаемого технологической текучей средой 104, и передает это давление на датчик 110 давления с использованием изолированной наполняющей текучей среды, заключенной в капиллярной системе 202. Преобразователь 100 показан связанным с технологическим трубопроводом 102 с использованием фланца 204. Однако может быть применен любой пригодный способ присоединения.
0030
[] Электрическая схема 120 датчика иллюстрирована как соединенная со схемой 210 преобразователя, которая выдает выходной сигнал. Выходной сигнал может быть передан по проводному соединению, такому как контур 212 регулирования процесса. Также могут быть применены беспроводные контуры регулирования. Примеры способов проводного соединения включают сигнал от 4 до 20 мА, а также такой аналоговый сигнал с дополнительной модулированной в нем цифровой информацией, как в соответствии с коммуникационным протоколом HART. Также могут быть использованы полностью цифровые способы коммуникации. Примеры способов беспроводной коммуникации включают беспроводной коммуникационный протокол HART в соответствии со стандартом IEC 62591. Система 100 измерения коррозии может питаться энергией, получаемой от контура 212 регулирования процесса, или от другого источника, включающего внутренний источник питания, такой как батарея.
0031
[] Запоминающее устройство 124, иллюстрированное в ФИГ. 4, может быть использовано для хранения информации о конфигурации, включающей относящиеся к технологической текучей среде константы, материал резервуара, коррозионно-агрессивные агенты, корректировочную информацию, такую как полиномиальные коэффициенты, справочные таблицы, и т.д. Эта информация может сохраняться в запоминающем устройстве в отдаленном месте, таком как пульт управления технологическим процессом, или с использованием портативного калибратора 220, иллюстрированного в ФИГ. 5. Такая информация также может быть конфигурирована во время изготовления или монтажа системы 100. Во время работы контрольно-измерительное устройство 122 определяет скорость коррозии, общую коррозию, прогнозируемую коррозию, и т.д., как желательно, и в ответ выдает выходной сигнал через контур 212. Такая информация, как справочные таблицы, может сохраняться в запоминающем устройстве 124 и использоваться для хранения конфигурационной информации, такой как корреляция между разнообразными материалами резервуара и скоростями их коррозии вследствие воздействия конкретного коррозионно-агрессивного агента при конкретных температуре, давлении, скорости течения, и т.д.
0032
[] Коррозия обычно протекает с относительно низкой скоростью. Поэтому измерения скорости коррозии не требуют частых обновлений, и система 100 является весьма пригодной для беспроводной среды. Более точное определение скорости коррозии может быть получено с использованием дополнительного технологического параметра. Информация может быть использована для подтверждения того, что скорости коррозии находятся в пределах проектных значений для конкретных конфигурации или процесса. Информация может быть использована для прогнозирования скоростей коррозии и срока службы резервуара на основе констант, сохраняемых в запоминающем устройстве, а также технологических параметров. Система 100 может предоставлять скорее имеющую практическое значение информацию, нежели просто необработанный выходной сигнал. Например, оператору может быть подан сигнал тревоги о том, что конкретный компонент в процессе должен быть заменен или отремонтирован вследствие коррозии. Система 100 может быть размещена в едином корпусе, таком как иллюстрировано в ФИГ. 5. Однако в такой конфигурации затруднительно заменять или ремонтировать датчик коррозии. В еще одной конфигурации система 100 может принимать технологический параметр из отдаленного места, такого место дистанционного зондирования. Один или оба из датчика коррозии и дополнительного датчика технологического параметра могут быть размещены на расстоянии друг от друга. В еще одной примерной конфигурации информация от датчика коррозии и дополнительного датчика технологического параметра передается в удаленное место, такое как сетевой шлюз. Определение фактической скорости коррозии выполняется в сетевом шлюзе или в удаленном месте. Такая конфигурация полезна, когда используется с бесконтактным зондом как датчиком коррозии, таким как ультразвуковая система, или тому подобным.
0033
[] Система 100 выдает выходной сигнал, имеющий отношение к коррозии. Определение этого имеющего отношение к коррозии выходного сигнала может быть проведено любым подходящим способом, включающим применение справочной таблицы, сохраняемой в запоминающем устройстве 124, способа аппроксимации кривых с использованием полиномиальных коэффициентов, сохраняемых в запоминающем устройстве 124, анализа по базе правил, применением нечеткой логики, и т.д. Датчик коррозии может представлять собой датчик коррозии любого типа, включающий те, которые здесь обсуждаются. Примеры системы измерения коррозии иллюстрированы в патентных документах с серийным номером US 14/656,850, поданном 13 марта 2015 года, озаглавленном CORROSION RATE MEASUREMENT (Измерение скорости коррозии), и с серийным номером 14/501,755, поданном 30 сентября 2014 года, озаглавленном CORROSION RATE MEASUREMENT USING SACRIFICIAL PROBE (Измерение скорости коррозии с использованием разрушаемого образца), которые включены здесь ссылкой во всей их полноте.
0034
[] В одной конфигурации датчик 110 технологического параметра включает датчик температуры, который размещается поблизости от датчика 106 коррозии. Это позволяет датчику температуры детектировать изменения температуры вследствие экзотермической коррозии датчика 106 коррозии. Другие источники коррозии также могут вызывать изменения температуры вследствие экзотермических процессов, которые измеряются таким температурным датчиком. Измерения коррозии могут быть использованы для корректирования изменений температуры вследствие экзотермических процессов, которые могут быть зарегистрированы датчиком температуры. Подобным образом, детектированная температура может быть использована для корректирования измерения коррозии.
0035
[] Для хранения информации в системе 100 могут быть применены методы дистанционного программирования. Это может быть сделано с помощью портативного калибратора или сообщением с централизованным устройством, таким как пульт управления технологическим процессом. Входные сигналы могут приниматься устройством, имеющим отношение к константам, таким как технологическая текучая среда, материал резервуара, и т.д. Также может приниматься и храниться другая информация, имеющая отношение к коррозионным зависимостям, такая как скорость коррозии относительно технологического параметра. Прогностический анализ может быть проведен на основе известных переменных величин, а также измеренных технологических параметров и измеренной скорости коррозии. Взаимосвязь между выходным сигналом от датчика коррозии и выходным сигналом от еще одного датчика технологического параметра может быть использована для диагностических целей, включающих выявление неисправности в устройстве или некоторого события, которое может произойти в процессе.
0036
[] В некоторых конфигурациях контрольно-измерительное устройство 122 включает часы. Информация от часов может быть использована для отметки времени для измеренной скорости коррозии, или дополнительного технологического параметра, например, для применения в определении гистограммы, а также для определения скорости изменения. Информация, включающая сведения о времени, также может быть зарегистрирована для последующего анализа.
0037
[] В одной примерной конфигурации система является самообучающейся и отслеживает взаимосвязь между измеренной коррозией и измеренным вторичным технологическим параметром. Примеры признаков самообучаемости включают подачу сигнала тревоги, определение частоты опроса, и т.д. В одной примерной конфигурации частота опроса по меньшей мере одного из датчика коррозии и/или датчика технологического параметра может изменяться на основе выходного сигнала от другого датчика. Например, если значительно повышается измеряемая скорость течения, может быть соответственно увеличена частота опроса для получения выходного сигнала от датчика коррозии. Это позволяет устройству действовать, используя меньше энергии во время периодов уменьшенной коррозии.
0038
[] Хотя настоящее изобретение было описано со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления, квалифицированным специалистам в этой области технологии будет понятно, что могут быть сделаны изменения по форме и в деталях без выхода за пределы смысла и области изобретения. Как используемый здесь, дополнительный датчик технологического параметра измеряет дополнительную (или вторичную) переменную характеристику процесса в дополнение к датчику коррозии. Система может быть использована для измерения скорости коррозии, прогнозирования скорости коррозии, ожидаемого срока службы или исправности технологического компонента, а также для выполнения диагностических действий.