以蜂巢式物聯(lián)網(wǎng)傳感器解決碳氫化合物加工業(yè)隱藏管線(xiàn)的腐蝕問(wèn)題

在蜂巢式物聯(lián)網(wǎng)連接技術(shù)的支持下，無(wú)線(xiàn)傳感器技術(shù)可以為石油和天然氣加工業(yè)及以煉油廠(chǎng)查看管線(xiàn)末端的狀況。

碳氫化合物加工業(yè)要付出高昂費用來(lái)預防隱藏在隔絕層下腐蝕（CUI）問(wèn)題；或者說(shuō)，不采取防護措施要付出的代價(jià)會(huì )更高。

什么是CUI挑戰?
在2016年的一項研究中，全球防腐管理機構（NACE International）估計全球因腐蝕而損失的金額為每年2.5兆美元，相當于全球GDP的3.4%左右。

CUI尤其是一個(gè)嚴重且隱藏的問(wèn)題。它會(huì )嚴重影響鋼管、儲存槽、貨柜箱和其他受極端溫度波動(dòng)影響的工廠(chǎng)加工設備。雖然采用工業(yè)標準材料形式的隔絕材料，例如用于管線(xiàn)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，但危機往往潛伏在表面之下。管線(xiàn)的隔絕層中存在接縫或間隙，這會(huì )使得管線(xiàn)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，當管線(xiàn)出現泄漏時(shí)，人們才會(huì )檢測到由此產(chǎn)生的腐蝕現象。

例如，在碳鋼煉油廠(chǎng)的碳氫化合物管線(xiàn)中，當管壁厚度降低到無(wú)法承受內部壓力的程度時(shí)，CUI問(wèn)題可能導致管線(xiàn)故障，由此可能產(chǎn)生的后果包括強制關(guān)閉、生產(chǎn)損失和對環(huán)境的有害影響。

在極端情況下，一段隔絕制程管線(xiàn)的故障可能導致爆炸或火災，使得人員處于危險之中，被迫進(jìn)行現場(chǎng)疏散，并且導致價(jià)值數百萬(wàn)美元的設施損失。

使用IIoT平臺的無(wú)線(xiàn)CUI傳感器
盡管可以避免CUI腐蝕的最嚴重后果，但預防工作是需要付出代價(jià)的。CUI的情況幾乎都跟包覆層內的相對濕度和水有關(guān)。在出現問(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，然后重新組裝數公里長(cháng)度的工程管線(xiàn)。

石油和天然氣公司因缺乏有效且可以負擔的檢測方法，因此每年要花費數十億美元來(lái)檢查和升級隔絕管線(xiàn)。Trisense是設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(chēng)這是世界上第一個(gè)使用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）平臺、經(jīng)過(guò)驗證和認證的無(wú)線(xiàn)CUI傳感器產(chǎn)品。

用戶(hù)可將多個(gè)Fusion 310 CUI傳感器單元安裝在管線(xiàn)和接頭關(guān)鍵區段的適當位置。每個(gè)單元測量相對濕度、溫度和包覆保溫材管線(xiàn)內的水含量。因此，這些傳感器可以檢測到異常情況并預測即將發(fā)生的故障，以及識別可能腐蝕的位置。同樣重要的是，這項技術(shù)可以排除不太可能出現CUI的區域，因此無(wú)需在未受影響的區域拆除檢查和重新安裝數公里的保溫材包覆層和絕緣材料。

運用這項技術(shù)，生產(chǎn)程序的負責人可以從被動(dòng)維護的方式轉變?yōu)轭A防性和預測性維護，并且大大降低與絕緣管線(xiàn)檢查和升級相關(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傳感器的持續試點(diǎn)項目。

實(shí)現云端連接的技術(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控CUI，并利用現有的NB-IoT/LTE-M（4G/5G）無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )直接向云端提供有關(guān)漫長(cháng)管線(xiàn)區段的準確信息。運用充分利用成熟的蜂巢式網(wǎng)絡(luò )，用戶(hù)無(wú)需大量投資建設額外的基礎設施。

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傳感器平臺能夠提供可靠、精確和及時(shí)的數據。這個(gè)IP67等級防風(fēng)雨傳感器經(jīng)認證可用于危險區域，通過(guò)現有的蜂巢式網(wǎng)絡(luò )，用戶(hù)可以使用nRF9160將CUI數據傳輸到云端平臺以進(jìn)行遠程監控和分析。

Trisense平臺的獨特之處，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，而無(wú)需使用因特網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。

Trisense的客戶(hù)長(cháng)（CCO）Ronny Karlsen指出，nRF9160具有多功能性和簡(jiǎn)便性，從而實(shí)現了僅包含單個(gè)SiP的傳感器設計。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)套件包含了應用層協(xié)議、應用實(shí)例和LTE調制解調器韌體，這些韌體作為預認證和預編譯下載而提供。

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] 國際防腐技術(shù)的預防、應用和經(jīng)濟措施（IMPACT）研究

全球腐蝕成本估計為2.5萬(wàn)億美元，相當于全球國內生產(chǎn)總值（GDP）的3.4%（2013年）。通過(guò)使用現有的腐蝕控制作法，估計可節省15%至35%的腐蝕成本：亦即在全球基礎上，每年節省3,750億至8,750億美元，節省了一個(gè)天文數字。此外，這些成本通常不包括個(gè)人安全或環(huán)境后果。

全球防腐管理機構（NACE International）國際啟動(dòng)了腐蝕技術(shù)預防、應用和經(jīng)濟國際措施（IMPACT）研究，以審查腐蝕管理在行業(yè)和政府中當前的作用，并建立最佳作法。

這項研究最重要的結果是，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。雖然繼續投資于腐蝕控制技術(shù)很重要，但需要將這項技術(shù)納入組織管理系統環(huán)境，并按業(yè)務(wù)影響證明腐蝕控制行動(dòng)的合理性。需要最適應此變化的小區是腐蝕行業(yè)。這一職業(yè)必須能流利地使用管理制度的語(yǔ)言，并采用那些作出財務(wù)決策的人使用的財務(wù)和風(fēng)險工具。歸根結柢，要產(chǎn)生組織或全行業(yè)的影響，就需要各級組織致力于這種共同的工作方式。