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在蜂巢式物聯(lián)網(wǎng)連接技術(shù)的支持下,無(wú)線傳感器技術(shù)可以為石油和天然氣加工業(yè)及以煉油廠查看管線末端的狀況。
碳?xì)浠衔锛庸I(yè)要付出高昂費(fèi)用來(lái)預(yù)防隱藏在隔絕層下腐蝕(CUI)問(wèn)題;或者說(shuō),不采取防護(hù)措施要付出的代價(jià)會(huì)更高。
什么是CUI挑戰(zhàn)?
在2016年的一項(xiàng)研究中,全球防腐管理機(jī)構(gòu)(NACE International)估計(jì)全球因腐蝕而損失的金額為每年2.5兆美元,相當(dāng)于全球GDP的3.4%左右。
CUI尤其是一個(gè)嚴(yán)重且隱藏的問(wèn)題。它會(huì)嚴(yán)重影響鋼管、儲(chǔ)存槽、貨柜箱和其他受極端溫度波動(dòng)影響 的工廠加工設(shè)備。雖然采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)材料形式的隔絕材料,例如用于管線或容器的礦物或玻璃棉、硬質(zhì)或軟質(zhì)泡沫、聚乙烯、硅酸鈣或玻璃纖維,可以減輕熱循環(huán)帶來(lái)的影響,但危機(jī)往往潛伏在表面之下。管線的隔絕層中存在接縫或間隙,這會(huì)使得管線容易遭受外部濕氣、甚至工業(yè)過(guò)程中使用的化學(xué)品和氣體的滲透。在移除隔絕層進(jìn)行例行檢查之前,或者更糟糕的是,當(dāng)管線出現(xiàn)泄漏時(shí),人們才會(huì)檢測(cè)到由此產(chǎn)生的腐蝕現(xiàn)象。
例如,在碳鋼煉油廠的碳?xì)浠衔锕芫€中,當(dāng)管壁厚度降低到無(wú)法承受內(nèi)部壓力的程度時(shí),CUI問(wèn)題可能導(dǎo)致管線故障,由此可能產(chǎn)生的后果包括強(qiáng)制關(guān)閉、生產(chǎn)損失和對(duì)環(huán)境的有害影響。
在極端情況下,一段隔絕制程管線的故障可能導(dǎo)致爆炸或火災(zāi),使得人員處于危險(xiǎn)之中,被迫進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)疏散,并且導(dǎo)致價(jià)值數(shù)百萬(wàn)美元的設(shè)施損失。
使用IIoT平臺(tái)的無(wú)線CUI傳感器
盡管可以避免CUI腐蝕的最嚴(yán)重后果,但預(yù)防工作是需要付出代價(jià)的。CUI的情況幾乎都跟包覆層內(nèi)的相對(duì)濕度和水有關(guān)。在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí),人們幾乎沒(méi)有選擇,只能拆除包覆層來(lái)進(jìn)行檢查,然后重新組裝數(shù)公里長(zhǎng)度的工程管線。
石油和天然氣公司因缺乏有效且可以負(fù)擔(dān)的檢測(cè)方法,因此每年要花費(fèi)數(shù)十億美元來(lái)檢查和升級(jí)隔絕管線。Trisense是設(shè)立于挪威卑爾根市的科技公司,該公司開(kāi)發(fā)了Fusion 310 CUI傳感器,并宣稱這是世界上第一個(gè)使用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)平臺(tái)、經(jīng)過(guò)驗(yàn)證和認(rèn)證的無(wú)線CUI傳感器產(chǎn)品。
用戶可將多個(gè)Fusion 310 CUI傳感器單元安裝在管線和接頭關(guān)鍵區(qū)段的適當(dāng)位置。每個(gè)單元測(cè)量相對(duì)濕度、溫度和包覆保溫材管線內(nèi)的水含量。因此,這些傳感器可以檢測(cè)到異常情況并預(yù)測(cè)即將發(fā)生的故障,以及識(shí)別可能腐蝕的位置。同樣重要的是,這項(xiàng)技術(shù)可以排除不太可能出現(xiàn)CUI的區(qū)域,因此無(wú)需在未受影響的區(qū)域拆除檢查和重新安裝數(shù)公里的保溫材包覆層和絕緣材料。
運(yùn)用這項(xiàng)技術(shù),生產(chǎn)程序的負(fù)責(zé)人可以從被動(dòng)維護(hù)的方式轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)防性和預(yù)測(cè)性維護(hù),并且大大降低與絕緣管線檢查和升級(jí)相關(guān)的成本。這款解決方案改變了CUI管理實(shí)踐的流程。Trisense已與跨國(guó)能源和石化公司Equinor (前身為Statoil)和Shell Global建立了CUI傳感器的持續(xù)試點(diǎn)項(xiàng)目。
實(shí)現(xiàn)云端連接的技術(shù)
Trisense的CUI解決方案使用了低功耗蜂巢式物聯(lián)網(wǎng)。這個(gè)基于傳感器的解決方案可以監(jiān)控CUI,并利用現(xiàn)有的NB-IoT/LTE-M(4G/5G)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)直接向云端提供有關(guān)漫長(zhǎng)管線區(qū)段的準(zhǔn)確信息。運(yùn)用充分利用成熟的蜂巢式網(wǎng)絡(luò),用戶無(wú)需大量投資建設(shè)額外的基礎(chǔ)設(shè)施。
Trisense的解決方案使用了Nordic的nRF9160 SiP來(lái)提供LTE-M/NB-IoT連接和 GPS定位。憑借這個(gè)SiP產(chǎn)品,Fusion 310 CUI傳感器平臺(tái)能夠提供可靠、精確和及時(shí)的數(shù)據(jù)。這個(gè)IP67等級(jí)防風(fēng)雨傳感器經(jīng)認(rèn)證可用于危險(xiǎn)區(qū)域,通過(guò)現(xiàn)有的蜂巢式網(wǎng)絡(luò),用戶可以使用nRF9160將CUI數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫似脚_(tái)以進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和分析。
Trisense平臺(tái)的獨(dú)特之處,在于CUI傳感器可以通過(guò)NB-IoT/LTE-M將信息直接傳送到IIoT云端系統(tǒng),而無(wú)需使用因特網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。
Trisense的客戶長(zhǎng)(CCO)Ronny Karlsen指出,nRF9160具有多功能性和簡(jiǎn)便性,從而實(shí)現(xiàn)了僅包含單個(gè)SiP的傳感器設(shè)計(jì)。除此之外,Karlsen并表示,Trisense依靠使用新的Nordic Connect SDK來(lái)開(kāi)發(fā)韌體。這款軟件開(kāi)發(fā)套件包含了應(yīng)用層協(xié)議、應(yīng)用實(shí)例和LTE調(diào)制解調(diào)器韌體,這些韌體作為預(yù)認(rèn)證和預(yù)編譯下載而提供。
有了蜂巢式物聯(lián)網(wǎng)連接技術(shù),解決CUI問(wèn)題將會(huì)更容易,而且成本可大為降低。
(本文作者Lorenzo Amicucci任職于Nordic Semiconductor公司)
[延伸閱讀] 國(guó)際防腐技術(shù)的預(yù)防、應(yīng)用和經(jīng)濟(jì)措施(IMPACT)研究
全球腐蝕成本估計(jì)為2.5萬(wàn)億美元,相當(dāng)于全球國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)的3.4%(2013年)。通過(guò)使用現(xiàn)有的腐蝕控制作法,估計(jì)可節(jié)省15%至35%的腐蝕成本:亦即在全球基礎(chǔ)上,每年節(jié)省3,750億至8,750億美元,節(jié)省了一個(gè)天文數(shù)字。此外,這些成本通常不包括個(gè)人安全或環(huán)境后果。
全球防腐管理機(jī)構(gòu)(NACE International)國(guó)際啟動(dòng)了腐蝕技術(shù)預(yù)防、應(yīng)用和經(jīng)濟(jì)國(guó)際措施 (IMPACT)研究,以審查腐蝕管理在行業(yè)和政府中當(dāng)前的作用,并建立最佳作法。
這項(xiàng)研究最重要的結(jié)果是,通過(guò)降低仍然高得驚人的腐蝕成本,需要改變腐蝕決策的方式。雖然繼續(xù)投資于腐蝕控制技術(shù)很重要,但需要將這項(xiàng)技術(shù)納入組織管理系統(tǒng)環(huán)境,并按業(yè)務(wù)影響證明腐蝕控制行動(dòng)的合理性。需要最適應(yīng)此變化的小區(qū)是腐蝕行業(yè)。這一職業(yè)必須能流利地使用管理制度的語(yǔ)言,并采用那些作出財(cái)務(wù)決策的人使用的財(cái)務(wù)和風(fēng)險(xiǎn)工具。歸根結(jié)柢,要產(chǎn)生組織或全行業(yè)的影響,就需要各級(jí)組織致力于這種共同的工作方式。