蜂窝物联网传感器为碳氢化合物加工行业解决隐藏管道腐蚀问题

Nordic Semiconductor公司Lorenzo Amicucci

在蜂窝物联网连接的支持下，无线传感器技术可以为石油、天然气加工行业和炼油厂查看管道未端的状况。

碳氢化合物加工业要付出高昂费用来预防隐藏的保温层下腐蚀 (CUI)问题；然而，不采取防护措施的代价会更高。

什么是CUI挑战?

在2016 年的一项研究中，全球防腐管理机构(NACE International)估计全球范围因锈蚀而损失的金额为每年2.5万亿美元，相当于全球 GDP的3.4%左右(国际防腐技术的预防、应用和经济措施(IMPACT))。

特别地，CUI 问题是一个严重且隐蔽的问题。它会严重影响钢管、储罐、集装箱和其他受极端温度波动影响的工厂加工设备。虽然采用工业标准材料形式的绝缘材料，例如用于管道或容器的矿物或玻璃棉、硬质或软质泡沫、聚乙烯、硅酸钙或玻璃纤维，可以减轻热循环带来的影响，但危机往往潜伏在表面之下。管道的绝缘层中存在接缝或间隙，这会使得管道容易遭受外部湿气甚至工业过程中使用的化学品和气体的渗透。在移除绝缘层进行例行检查之前，或者更糟糕的是，当管道出现泄漏时，人们才会检测到由此产生的腐蚀现象。

例如，在碳钢炼油厂的碳氢化合物管道中，当壁厚降低到无法承受内部压力的水平时，可能导致管道故障，产生包括强制关闭导致生产损失和对环境的有害影响的后果。

在极端情况下，一段绝缘工艺管道的故障可能导致爆炸或火灾，使得人员处于危险之中，被迫进行现场疏散，并且导致价值数百万美元的设施损失。

“世界首创”无线CUI传感器

尽管可以避免CUI腐蚀的严重后果，但预防工作是需要付出代价的。CUI问题，几乎都跟包层内的相对湿度和水相关。在出现这类问题时，人们几乎没有选择，只能拆除包层来进行检查，然后重新组装数公里长度的工艺管道。

由于缺乏有效且可以负担的检测方法，石油和天然气公司每年要花费数十亿美元来检查和升级绝缘管道。位于挪威卑尔根的Trisense科技公司可为该问题提供解决方案。该公司开发了Fusion 310 CUI传感器，他们声称这是世界上第一个使用工业物联网(IIoT)平台的经过验证和认证的无线 CUI 传感器产品。

用户可将多个Fusion 310 CUI传感器单元安装在管道和接头关键区段的适当位置。每个单元测量相对湿度、温度和包层管道保温层内的水含量。因此，这些传感器可以检测到异常情况并预测即将发生的故障，以及识别可能腐蚀的位置。同样重要的是，这项技术可以从方程式中排除不太可能出现CUI的区域，因此无需在未受影响的区域拆除检查和重新安装数公里的覆层和绝缘材料。

通过实施这项技术，生产流程的所有者可以从被动维护的方式转变为预防性和预测性维护的方式，并且大大降低与绝缘管道检查和升级相关的成本。这款解决方案改变了CUI 管理实践的流程。Trisense已与跨国能源和石化公司 Equinor（前身为 Statoil）和 Shell Global 建立了 CUI 传感器的持续试点项目。

Nordic技术使能云连接

Trisense的CUI 解决方案使用了低功耗蜂窝物联网。这个基于传感器的解决方案可以监控 CUI，并利用现有的NB-IoT/LTE-M (4G/5G)无线网络直接向云端提供有关漫长管道区段的准确信息。通过充分利用成熟的蜂窝网络，用户无需大量投资建设额外的基础设施。

Trisense的解决方案使用了Nordic的nRF9160 SiP来提供LTE-M/NB-IoT连接和 GPS定位。通过采用这个 SiP，Fusion 310 CUI 传感器平台能够提供可靠、精确和及时的数据。

这个IP67等级防风雨传感器经认证可用于危险区域，通过现有的蜂窝网络，用户可以使用nRF9160将CUI数据传输到云平台以进行远程监控和分析。

Trisense平台的独特之处在于，CUI传感器可以通过NB-IoT/LTE-M将信息直接传送到IIoT云系统，而无需使用互联网网关。

Trisense首席运营官Ronny Karlsen指出，nRF9160具有多功能性和简便性，从而实现了仅包含单个 SiP 的传感器设计。此外，Karlsen表示，该公司依靠使用新的 Nordic Connect SDK来开发固件。这款软件开发套件包含了应用层协议、应用示例和LTE 调制解调器固件，这些固件作为预认证和预编译下载而提供。

借助于蜂窝物联网连接，解决CUI 问题将会更容易，且成本大大降低。