以蜂巢式物聯(lián)網(wǎng)傳感器解決碳?xì)浠衔锛庸I(yè)隱藏管線的腐蝕問題

在蜂巢式物聯(lián)網(wǎng)連接技術(shù)的支持下，無線傳感器技術(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)用來預(yù)防隱藏在隔絕層下腐蝕（CUI）問題；或者說，不采取防護(hù)措施要付出的代價會更高。

什么是CUI挑戰(zhàn)?
在2016年的一項研究中，全球防腐管理機(jī)構(gòu)（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(dāng)于全球GDP的3.4%左右。

CUI尤其是一個嚴(yán)重且隱藏的問題。它會嚴(yán)重影響鋼管、儲存槽、貨柜箱和其他受極端溫度波動影響的工廠加工設(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，這會使得管線容易遭受外部濕氣、甚至工業(yè)過程中使用的化學(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，人們才會檢測到由此產(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)管壁厚度降低到無法承受內(nèi)部壓力的程度時，CUI問題可能導(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)，使得人員處于危險之中，被迫進(jìn)行現(xiàn)場疏散，并且導(dǎo)致價值數(shù)百萬美元的設(shè)施損失。

使用IIoT平臺的無線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的。CUI的情況幾乎都跟包覆層內(nèi)的相對濕度和水有關(guān)。在出現(xiàn)問題時，人們幾乎沒有選擇，只能拆除包覆層來進(jìn)行檢查，然后重新組裝數(shù)公里長度的工程管線。

石油和天然氣公司因缺乏有效且可以負(fù)擔(dān)的檢測方法，因此每年要花費(fèi)數(shù)十億美元來檢查和升級隔絕管線。Trisense是設(shè)立于挪威卑爾根市的科技公司，該公司開發(fā)了Fusion 310 CUI傳感器，并宣稱這是世界上第一個使用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）平臺、經(jīng)過驗(yàn)證和認(rèn)證的無線CUI傳感器產(chǎn)品。

用戶可將多個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。每個單元測量相對濕度、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到異常情況并預(yù)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(xiàn)CUI的區(qū)域，因此無需在未受影響的區(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)用這項技術(shù)，生產(chǎn)程序的負(fù)責(zé)人可以從被動維護(hù)的方式轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)防性和預(yù)測性維護(hù)，并且大大降低與絕緣管線檢查和升級相關(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(xù)試點(diǎn)項目。

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）無線網(wǎng)絡(luò)直接向云端提供有關(guān)漫長管線區(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來提供LTE-M/NB-IoT連接和 GPS定位。憑借這個SiP產(chǎn)品，F(xiàn)usion 310 CUI傳感器平臺能夠提供可靠、精確和及時的數(shù)據(jù)。這個IP67等級防風(fēng)雨傳感器經(jīng)認(rèn)證可用于危險區(qū)域，通過現(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_以進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和分析。

Trisense平臺的獨(dú)特之處，在于CUI傳感器可以通過NB-IoT/LTE-M將信息直接傳送到IIoT云端系統(tǒng)，而無需使用因特網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。

Trisense的客戶長（CCO）Ronny Karlsen指出，nRF9160具有多功能性和簡便性，從而實(shí)現(xiàn)了僅包含單個SiP的傳感器設(shè)計。除此之外，Karlsen并表示，Trisense依靠使用新的Nordic Connect SDK來開發(fā)韌體。這款軟件開發(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問題將會更容易，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(yù)防、應(yīng)用和經(jīng)濟(jì)措施（IMPACT）研究

全球腐蝕成本估計為2.5萬億美元，相當(dāng)于全球國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）的3.4%（2013年）。通過使用現(xiàn)有的腐蝕控制作法，估計可節(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)省了一個天文數(shù)字。此外，這些成本通常不包括個人安全或環(huán)境后果。

全球防腐管理機(jī)構(gòu)（NACE International）國際啟動了腐蝕技術(shù)預(yù)防、應(yīng)用和經(jīng)濟(jì)國際措施（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。

這項研究最重要的結(jié)果是，通過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(jié)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。