Методи за анализ на корозия

Начало > Автоматизация > Статии > Сп. Инженеринг ревю - брой 6, 2006

ПОДОБНИ СТАТИИ

Ъглови хващачи

Комбинирани машини за щанцоване и лазерно рязане

Защо е важно измерването на грапавост

Оборудване за обработка на стружки

Сензори за автомобилостроенето

Корозията във функцията на процесна променлива

Корозията е сред най-опасните явления, съпътстващи експлоатацията на металните съоръжения в областта на индустрията. Ако се направи прецизен анализ на икономическите загуби, които причинява корозията, сумата вероятно ще се окаже от порядъка на милиони. Това е достатъчно основателна причина на корозията да се обръща все по-голямо внимание. Според схващанията на съвременната автоматизация, корозията е сред процесните параметри, които следва да се контролират в реално време с цел оптимизиране на производствените процеси.

Методите за оценка на корозията, използвани от инженерите, често се базират на анализ на опитни образци или т.нар. купони, които се поставят в тръбопроводите. Тези образци са прецизно претеглени преди монтажа им в процесната среда, анализират се за загуби на метал и някои други дефекти и служат като основа за определяне нивото на общата и локалната корозия, характерни за съответния процес. Чрез други купони, поставени на различни места, се осигурява по-голям обем от информация за оценка на корозията, на базата на която е възможно съставянето на детайлна корозионна картина. Наличните инструменти за оценка на корозията осигуряват на експертите достатъчно подробна и точна информационна база за установяване степента на кородиралост на изследваните съоръжения. За съжаление, тази информация е полезна само за специалистите, но не и за операторите или за системните инженери. Поради тази причина, през последните години все по-успешно се използва технологията за оценка на корозията, базирана на трансмитери за корозия. Тя превърна в реалност дългогодишните стремежи на операторите и системните инженери да разглеждат корозията като процесна променлива.

Новите технологии

Тези трансмитери съдържат патентовани, интелигентни алгоритми и техники за анализ на данни, които прецизно измерват степента на общата и локалната корозия, наричана още точкова корозия. Анализът на хармоничните изкривявания (АХИ) се прилага, за да се повиши ефективността на възприетия в промишлеността метод на Линейно поляризационно съпротивление (ЛПС), използван за измерване на корозията. Като допълнение, в трансмитера се въвежда специфична за приложението стойност на Стерн-Гири (В-стойност), която се подбира с оглед съответствието й с геометрията на конкретната тръба и характеристиките на веществото или материала, който се транспортира или съхранява в тях.

По време на измервателния процес, трансмитерът излъчва уникален електрохимичен шум (ЕХШ), измерването на който, в комбинация с данните за степента на корозия, позволява определянето на локалната корозия. В края на всеки измервателен цикъл, съответната степен на корозията (или големината на точковата корозия) се калкулира и предава на оператора под формата на сигнал 4-20 mА.

Методите ЛПС и АХИ

Методът ЛПС дълго време е бил наложен като промишлен стандарт за мониторинг на общата корозия и е базиран на отношението на Стерн-Гири. Споменатата В-стойност е съотношение на възбудените потенциали към измерения корозионен ток, резултатът от което представлява поляризационно съпротивление. Това съпротивление е било използвано за определяне нивото на общата корозия. Точността на метода в голяма степен зависи от използването на точната В-стойност, поради което ЛПС се счита за ненадежден измервателен принцип за определяне степента на корозия. Анализът на хармоничните изкривявания представлява следващ етап от развитието на метода ЛПС. Чрез прилагане на нискочестотна синусоидална съставна към измервателния ток, съпротивлението на разтвора, предизвикващ корозия, може да бъде изчислено посредством анализ на хармониците в резултантните сигнали. Чрез двата параметъра - съпротивлението на поляризация и съпротивлението на разтвора, предизвикващ корозия, много по-точно може да се определи степента на обща корозия.

И накрая, чрез метода на електрохимичния шум е възможно да се определи степента на местна корозия. Методът на ЕХШ представлява измерване на спонтанните трептения, генерирани в кородиралата повърхност метал - разтвор. Това измерване е възможно единствено чрез триелектродна сонда и се използва за определяне наличието на местна корозия.

Мониторинг в реално време

Използването на управляващ сигнал 4-20 mА предоставя удобства на оператора да тълкува корозионния статус на изследваната повърхност в реално време. Операторът има възможност да сравни предишните нива на корозията с текущото и бързо да определи, например, промени в качеството на водата, промяна в химическия състав или действието на инхибитора (б.ред. инхибиторите са вещества, които се добавят към определена химична реакция, за да забавят протичането й. В противоположност на инхибиторите действат катализаторите - те ускоряват протичането на химичната реакция. Инхибиторите имат голямо значение за антикорозионната защита, тъй като корозията е химична реакция и нейното развитие може чувствително да бъде забавено с използването на подходящи вещества).

Всички тези промени влияят върху корозията на тръбопровода и всяка от тях би могла ефективно да бъде проследявана и контролирана с помощта на система за мониторинг на корозията в реално време. Освен това, познавайки текущото състояние на съоръженията, заводският персонал би могъл в много по-голяма степен да оптимизира графика за поддръжката им. Технологията за изследване на корозията, базирана на трансмитери за корозия, се развива и вече позволява мониториране в реално време на общата и локалната корозия. Това е свързано с многобройни предимства в сравнение с доскоро широко използвания "пост фактум" метод, при който не съществува връзка в реално време между процеса и корозията. Съвременните методи позволяват корозията да бъде контролирана

като всеки друг процесен параметър -

подобно на налягането, разхода, нивото, температурата, рН и други, за разлика от принципите за определянето й през определен период от време, използващи техники за анализ на купони. Във функцията на процесна променлива корозията се мониторира от заводските оператори и системните инженери чрез използването на стандартен човеко-машинен интерфейс.

Сред предимствата на технологията, базирана на трансмитери за корозия, е способността да бъде изследвана и локалната корозия, дори и в приложения, при които нивото на общата корозия е ниско. Това е от критично важно значение за оптималната и безаварийна работа на съоръженията, тъй като локалната корозия би могла да бъде особено опасна, ако не бъде открита и неутрализирана в ранен стадий. Известна е важността на он-лайн контрола на процесни променливи като налягане, ниво и температура за коректното протичане на всеки технологичен процес. Включването на корозията сред контролираните процесни параметри в реално време, във всеки момент, също е от изключително важно значение. Причината е повече от очевидна - често опасностите, свързани с неконтролируеми химични реакции и разливи на вредни, а в много случаи - отровни и взривоопасни вещества, поради кородирали тръби са твърде големи, за да се контролира корозията само през определен период от време.

Приложна област на трансмитерите за корозия

Стандартните сонди, използвани за откриване на корозията, са изградени от три електрода - два измервателни и един базов. За да се реализира точно измерване, електродите трябва да са изработени от същия материал, от който са направени тръбопроводът или резервоарът, които се намират под наблюдение. Електродите се намират в пряк контакт с потока от корозионно опасна среда. Върху тях се прилага малко като големина напрежение. Принципът на работа на трансмитерите се основава на отчитане и анализ на генерираните токови сигнали от трансмитера през период от няколко минути, за да се състави точна и коректна информация за степента на корозия на съоръжението.

Съществуват различни видове механични сонди за пряк или непряк монтаж с фиксирани или променливи дължини. Температурата на процесната среда, при която сондите работят, обикновено е в границите до 125 °С. Работният температурен диапазон на трансмитера най-често е в границите от -30 до +70 °С. Сред условията трансмитерите да работят оптимално е веществото или материалът, които се съхраняват или транспортират, да съдържат минимум 1% вода. Трансмитерите за корозия са подходящи за приложение в широк диапазон от промишлени приложения - от пречистване на отпадни води до химически производства и нефтопреработка.

Важен критерий при избора на трансмитер за корозия е

взривобезопасността на приложението

Ако трансмитерът ще бъде използван за анализ на степента на корозия в пожаро- и взривоопасни производство, видът му следва да бъде съобразен със спецификите на конкретното приложение. Не само видът, но и начинът на монтаж на трансмитера и съответстващият му токов контур следва бъдат изпълнени в съответствие с действащите в страната регулаторни изисквания. Българската нормативна база в областта на взривозащитите е хармонизирана с общоевропейската, твърдят експерти.

За приложения, определени от съответните нормативни документи като взривобезопасни, трансмитерите за корозия безпроблемно се свързват към аналогов вход на системата за управление на конкретния производствен процес.

Принцип на действие на трансмитерите

При потапяне на неблагороден метал или сплав в електрически проводима течност в резултат на електрохимичен процес се наблюдава развитието на корозия. Например, разграждането на металa, в случая желязо в киселинен разтвор:

Fe ---> Fe2+ + 2e-

2H+ + 2e- ---> H2

Мястото на анода се образува, когато частица метал от повърхността на кородиращия тръбопровод или резервоар преминава в контактуващия с него разтвор, в конкретния пример - течността, предизвикваща корозия, във вид на положително заредени железни йони (Fe2+). Резултатът от този процес е излишък на електрони по металната повърхност, т.е. стените на съда или резервоара се зареждат отрицателно. Създават се условия за протичане на електрохимичен процес, при който електроните се насочват към най-близката катодна точка. Следователно, създава се насочено движение на електрически заредени частици, което представлява токът на корозия (Icorr). Окислителните агенти в корозионно опасния разтвор консумират тези излишни електрони.

Характерна за процеса на корозия е непрекъснатата промяна на анодните и катодните точки по цялата проводима повърхност на метала. Поради случайността на текущата им конфигурация е невъзможно директното измерване на тока на корозия Icorr. За да се преодолеят тези ограничения при технологията, базирана на трансмитери за корозия, се използва спомената електрическа сонда с три измервателни електрода. И то, задължително изработени от същия метал като стените на съда или тръбопровода. Сондата се поставя в разтвора, водещ до кородиране на метала. Благодарение на използването на сонди със специфична конструкция, е възможно дори и при малко напрежение между електродите резултантният ток да се измери с достатъчно висока точност. Големината му ще зависи правопропорционално от степента на корозия на изследвания участък от съоръжението.

На практика чрез внасянето на електродите в корозивната среда се създават условия сходни, в голяма степен идентични на тези, на които са подложени металните съоръжения. Ако електродите са кородирали до висока степен, металните йони, например Fe2+ от горния пример, ще преминават лесно в разтвора и дори ниско напрежение, приложено върху електродите, ще доведе до индуцирането на голям ток, пропорционален на Icorr. Съвсем логично, в приложения, при които електродите са кородирали в ниска степен, скоростта, с която положително заредените йони преминават в разтвора, е ниска. В този случай, прилагането на ниско напрежение към електродите ще предизвика малък като големина токов сигнал. Следователно, критерий за определяне степента на корозия е големината на индуцирания в електродите токов сигнал. На базата на този сигнал чрез използването на съответни алгоритми и методи за анализ на събраните данни, трансмитерите измерват степента на корозия във вид на сигнал 4-20 mА.

За корозията

Корозията представлява постепенно химическо влошаване на качеството на материалите, най-често на металите, като резултат от реакцията им с обкръжаващата ги среда. Корозията е често, макар и крайно нежелано явление във водоохлаждащите системи, при пречистването на промишлени отпадъчни води, обработката на питейна вода и водоснабдителните мрежи, целулозно-хартиените заводи, производството на въглеводороди, химическата индустрия и въобще всички промишлени производства.

В зависимост от вида на пораженията, които предизвиква върху повърхността на металните съоръжения, корозията е два основни вида - обща и точкова. Обща е тази корозия, при която се влошава качеството на сравнително големи участъци от вътрешната повърхност на съдове и тръбопроводи, през които се транспортират или съхраняват корозионно опасни вещества. За разлика от нея, при точковата корозия металът се разрушава в точно определени малки участъци от повърхността.

В терминологията на специалистите по качеството фигурира понятието анализ на купони. Представлява традиционна технология за анализ на корозията, базирана на използването на метални парчета, наречени купони. Купоните се претеглят точно, след което се поставят под действието на корозионноопасната течност в изследваните за корозия съоръжения. След определен период от време се прибират. Определя се загубата им на тегло, на базата на която се прави анализ на степента на корозия. В зависимост от получената корозионна картина се определя видът на корозията. Данните се използват, за да разработи програма за ограничаването й.

Вижте още от Автоматизация