ES2324187T3

ES2324187T3 - Aparato y procedimiento de medicion de la corrosion en tiempo real.

Info

Publication number: ES2324187T3
Application number: ES06847489T
Authority: ES
Inventors: Weiguo Chen; Yu Zhang; Gaorong He; Peter Sam Allison; Yikang Gu; Yao Chen; Wei Cai; Brian Walter Lasiuk; Shengxian Wang; Chang Wei
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2006-11-27
Publication date: 2009-07-31
Anticipated expiration: 2026-11-27
Also published as: AU2006320798A1; BRPI0620481A2; WO2007064567A2; WO2007064567A3; CN101341390B; ATE430929T1; CN101341390A; TW200728704A; US20070120572A1; US20070159187A1; EP1957957B1; EP1957957A2; DE602006006718D1

Abstract

Un sensor (1) que comprende unos módulos de procesamiento y comunicación adaptados para determinar las corrosiones general y local que comprende al menos un elemento de corrosión (10) de impedancia característica capaz de conducir corriente eléctrica y una pluralidad de electrodos (14) distribuidos sobre el elemento de corrosión, en el que una impedancia de un segmento (16) del elemento de corrosión (10) medida entre dos electrodos predeterminados se refiere a la corrosión de dicho elemento, y en el que la impedancia de cada segmento en relación con la impedancia de otro segmento (16) se mide para distinguir entre las corrosiones general y local.

Description

Aparato y procedimiento de medición de la corrosión en tiempo real.

Antecedentes de la invención

La invención se refiere en general a un detector de la corrosión y a unos procedimientos de detección tanto de la corrosión general como de la corrosión localizada en el mismo sensor o testigo.

Diversos procesos industriales afectan a fluidos y procesos corrosivos. Un entorno de este tipo degrada y corroe el equipamiento industrial, incluyendo tuberías, recipientes, intercambiadores térmicos, etc., lo que a su vez incrementa los costes de producción, origina retardos, aumenta los costes de mantenimiento, y compromete las operaciones de seguridad. Con el fin de mitigar dichos problemas, la supervisión de la corrosión es una herramienta valiosa.

En la actualidad, la degradación y la corrosión se determinan utilizando diversas técnicas convencionales. En un ejemplo, unos testigos de la corrosión son expuestos a un entorno corrosión para medir la corrosión real sobre componentes mecánicos, como por ejemplo recipientes de fluido. Dichos testigos son inspeccionados y analizados periódicamente, típicamente cada mes. Esta técnica cuantifica el ritmo de la corrosión general mediante la medición de la pérdida de peso de los testigos debida a la corrosión, y normaliza la pérdida de peso por unidad de tiempo. Los testigos corroídos son también examinados al microscopio para determinar las profundidades de cualesquiera picaduras o "corrosión localizada". Este procedimiento supone una tarea ardua y proporciona un medio defectuoso para correlacionar la corrosión episódica con las perturbaciones en tiempo real.

Otra técnica convencional es medir el cambio de la resistancia eléctrica de un alambre o sensor. Los procesos de corrosión provocan una degradación del material y de las tuberías y los recipientes metálicos, lo que se traduce en una pérdida de metal. Esta pérdida de metal afecta a la resistancia de una manera definida.

En otra técnica convencional conocida como resistancia de polarización lineal (LPR), la resistancia de polarización de un electrodo corrosivo se mide para determinar la corriente de corrosión, la cual es una medida directa del ritmo de la corrosión. Un potencial eléctrico bajo, del orden de 10 a 20 mV se aplica a través de un elemento de sensor de corrosión y se mide la corriente inducida resultante. La resistancia de polarización se calcula en base al potencial y la corriente, que se considera como inversamente proporcional a la tasa de corrosión uniforme. La técnica de resistancia de polarización lineal no mide directamente la degradación de la pared del tubo o del recipiente y requiere la adopción de hipótesis de constantes del material así como una temperatura constante en el entorno, lo que introduce incertidumbres acerca del ritmo y la cantidad de la corrosión.

Otra técnica convencional es la medición del ruido electroquímico, que se utiliza típicamente en un entorno de fluido para medir la corrosión localizada. Esta técnica detecta cambios en los incrementos repentinos aleatorios de localización de la corriente o potencial producidos durante el proceso de corrosión.

Ninguna de estas técnicas convencionales proporciona una vigilancia fiable de las corrosiones general y localizada en tiempo real. Por tanto, persiste la necesidad de unas técnicas mejoradas.

Breve descripción de la invención

De acuerdo con ello, la presente invención proporciona unos sensores o testigos de la corrosión, y unos procedimientos de medición tanto de las corrosiones generales como de las locales en un único sensor.

La presente invención proporciona así mismo unos sensores y unos procedimientos de medición de las corrosiones general y local en tiempo real. Tal como se utiliza en la presente memoria, la expresión "tiempo real" incluye la medición de las corrosiones de forma continua y/o continuamente en periodos de tiempo predeterminados, por ejemplo, cada minuto, cada n minutos, cada hora, cada día, etc.

Un sensor inventivo está adaptado para determinar las corrosiones general y local. El sensor comprende al menos un elemento de corrosión de impedancia característica capaz de conducir corriente eléctrica y una pluralidad de electrodos distribuidos sobre el elemento de corrosión. La impedancia de un segmento del elemento de corrosión medida entre dos electrodos predeterminados se relaciona con la corrosión existente en ese segmento, y las impedancias de los elementos son comparadas para distinguir entre las corrosiones general y local.

El(los) elemento(s) de corrosión puede(n) ser lineal(es) o no lineal(es), como por ejemplo, en forma de serpentina o en espiral, y puede(n) tener un área en sección transversal variable. El elemento de corrosión puede estar integrado en un material eléctricamente aislado. El elemento de corrosión tiene al menos una dimensión proporcional a una dimensión de picadura característica de un procedimiento metalúrgico predeterminado. El sensor puede estar dispuesto sobre un chip MEM, y una unidad central del campo puede comunicar con cada chip de forma inalámbrica.

La característica de impedancia puede ser una resistancia eléctrica, una impedancia reactiva, la cual incluye tanto la capacitancia como la inductancia. El elemento de corrosión puede así mismo ser un elemento de dos dimensiones.

Al menos una superficie del elemento de corrrosión puede tener una rugosidad sustancialmente similar a la rugosidad de una superficie interior de un recipiente donde el sensor es desplegado. Otro elemento de corrosión puede tener la rugosidad de la superficie incrementada. El elemento o sensor de la corrosión puede ser desplegado como un sensor de referencia expuesto a condiciones ambientales similares como los sensores de medición, pero no a los fluidos corrosivos.

Breve descripción de los dibujos

Estas y otras características, aspectos y ventajas de la presente invención se apreciarán con mayor claridad cuando la descripción detallada subsecuente se interprete con referencia a los dibujos que se acompañan, en los cuales las mismas referencias numerales representan las mismas partes a lo largo de los dibujos, en los que:

La Fig. 1 es una ilustración esquemática de los cambios de la impedancia como una función de la superficie del sensor. La Fig. 1A es una ilustración esquemática de un circuito de impedancia ejemplar que ofrece una resistancia, una capacitancia, y una inductancia apropiadas para su uso con la presente invención.

La Fig. 2 muestra una vista esquemática simplificada de un sensor de la corrosión resistivo lineal para detectar tanto la corrosión general como la corrosión localizada construido de acuerdo con una forma de realización de la presente invención. La Fig. 2A es una vista alternativa del sensor mostrado en la Fig. 2. La Fig. 2B es una forma de realización alternativa bidimensional.

La Fig. 3 muestra un sensor de la corrosión en forma de serpentina para detectar tanto la corrosión general como la corrosión localizada construido de acuerdo con una forma de realización de la presente invención.

La Fig. 4 muestra un sensor de la corrosión con forma de remolino para detectar tanto la corrosión general como la corrosión localizado construido de acuerdo con una forma de realización de la presente invención.

La Fig. 5A muestra otra disposición del sensor de serpentina de la Fig. 3. La Fig. 5B es una vista desde arriba de una porción del sensor de la corrosión resistivo lineal aislado de la Fig. 5A que muestra una corrosión local idealizada. La Fig. 5C es una vista lateral de la Fig. 5B. La Fig. 5D es una representación esquemática del sensor de las Figs. 5B y 5C como un circuito eléctrico equivalente. La Fig. 5E es un gráfico idealizado de la resistancia y profundidad de la corrosión local.

La Fig. 6A muestra una vista en sección transversal de un sensor de la corrosión integrado total sobre un chip, que incluye el elemento de detección y los elementos electrónicos construidos de acuerdo con una forma de realización de la invención. La Fig. 6B muestra una vista desde abajo de la Fig. 6A junto con los componentes esquemáticos del circuito.

La Fig. 7 es una vista esquemática del sensor mostrado en las Figs. 6A y 6B mostrado dentro de un tubo.

La Fig. 8 es una vista esquemática de un controlador central o UCP del uso en el campo con una pluralidad de los chips sensores de la corrosión mostrados en las Figs. 6A y 6B.

La Fig. 9A es un gráfico que ilustra la relación del diámetro con la profundidad de los cambios de las picaduras como una función del metal de base. La Fig. 9B es un gráfico que ilustra la sensibilidad de un sensor de la presente invención y de un sensor de muestra después de su despliegue en el campo.

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Descripción detallada de formas de realización preferentes

Un aspecto de la invención se refiere a un sensor de la corrosión que tiene la capacidad de detectar al menos dos tipos diferentes de la corrosión, cuando está situado dentro, en contacto con, o en proximidad a un sistema o aparato elegido como diana respecto del cual se desea la detección y/o el análisis de la corrosión. El sensor inventivo es capaz de detectar la corrosión general así como la corrosión local o localizada, de acuerdo con lo expuesto con mayor detalle más adelante. Aunque el sistema elegido como diana puede fabricarse con cualquier material, un sistema típico elegido como diana, incluye, pero no se limita a tubos, recipientes, contenedores, intercambiadores térmicos, etc., a través de los cuales un fluido corrosivo discurre/circula.

El fluido del sistema elegido como diana puede ocasionar daños al sistema por medios químicos (por ejemplo, corrosión) o daños mecánicos (por ejemplo, erosión). En algunas formas de realización, estas condiciones pueden incluir, pero no se limitan a, una presión incrementada/reducida, una temperatura incrementada/reducida, un caudal relativamente alto/relativamente bajo, y similares, y combinaciones de éstas. El fluido corrosivo es típicamente acuoso, y la mayoría de las veces predominante agua. Sin embargo, el fluido corrosivo puede así mismo incluir cualquier/cualesquiera líquido(s), gas(es), o combinación(es) de éstos. Así mismo, en algunas formas de realización, el fluido corrosivo puede contener elementos heterogéneos, como por ejemplo determinadas partículas sólidas, coloides, o similares. Por ejemplo, el fluido corrosivo puede ser agua, hidrocarburos, disolventes orgánicos, o similares, o combinaciones de éstos. El agua puede incluir, por ejemplo, aguas residuales, agua purificada, agua del grifo, una solución de sales acuosas, como por ejemplo, una solución salina o agua de mar, o similares. Los hidrocarburos pueden, en algunas formas de realización, incluir mezclas con componentes orgánicos, por ejemplo, reactivos al aceite/petróleo, intermedios, y/o subproductos.

Los recipientes y los tubos industriales están típicamente hechos de metales o de aleaciones metálicas, por ejemplo, cobre, aleaciones de cobre, aleaciones de hierro, como por ejemplo aceros, aleaciones de níquel, inconeles, titanio, aleaciones de titanio, aluminio, aleaciones de aluminio, aleaciones de magnesio, aleaciones de cromo, aleaciones de cobalto, aleaciones de tántalo, aleaciones de tusgteno, aleaciones de cinc, aleaciones de circonio, o similares, o combinaciones de éstos. Los tubos y los recipientes elegidos como diana pueden estar hechos alternativamente de materiales no metálicos o combinaciones de materiales metálicos y no metálicos.

En una forma de realización preferente, al menos una porción del sensor de la corrosión, y específicamente el elemento de detección tiene una composición química sustancialmente similar a la de los tubos u otras superficies de contacto de los fluidos del sistema elegido como diana. En cualquier caso, el sensor de la corrosión puede ventajosamente estar hecho de cualquiera de los metales o aleaciones anteriormente descritos. Preferentemente, los elementos de detección tienen un acabado de superficie similar al de los tubos o al de las superficies de contacto de los fluidos de los sistemas elegidos como diana. Esto asegura que se produzcan ataques corrosivos similares sobre el sistema elegido como diana a los que se producen sobre el sensor.

Cuando una superficie metálica de un tubo, de un recipiente o sensor está corroída, su resistancia o impedancia laminar se modifica como una función de la geometría de la superficie tal y como se ilustra en la Fig. 1. Los cambios de la resistancia pueden ser cuantificados de acuerdo con la siguiente ecuación:

1

Esta ecuación puede generalizarse para explicar la impedancia más general del circuito por medio de:

2

Donde R_{S} es la resistancia (y Z_{s} es la impedancia) a través del segmento preseleccionado; V_{1} y V_{2} son la tensión a través del mismo segmento; y I es la corriente a través del mismo, como esquemáticamente se muestra en la Fig. 1. La tensión puede ser o bien de corriente continua o bien de corriente alterna. Los experimentos han demostrado que los cambios de la resistancia son mensurables entre los límites de miliohmios utilizando un equipamiento estándar. La presente invención se describe por debajo del cambio de las propiedades resistivas del circuito. Sin embargo, los mismos principios pueden también aplicarse al componente reactivo de la impedancia del elemento de detección, como advertirá un experto en la materia. Como todos los componentes de la impedancia, resistivos o reactivos, son una función de la geometría de los electrodos, cualquier proceso que altere la forma, la separación, la orientación, etc. de los electrodos afectará a la impedancia. Un circuito generalizado se muestra en la Fig. 1A, y resulta gobernado por la siguiente ecuación:

3

donde Z es la impedancia, R_{S} es la resistancia del circuito, L_{S} es la inductancia del circuito, Z_{S} es la capacitancia del circuito y \omega es la frecuencia angular.

Como se indicó anteriormente, tanto la corrosión general general como la corrosión localizada pueden ser medidas sobre un único sensor. La corrosión general se expande de forma generalizada y se produce a una escala relativamente amplia o sobre un área relativamente amplia. La corrosión general es relativamente uniforme en la superficie de un tubo de unos recipientes del sistema elegido como diana, o en un sensor. La corrosión general daña y elimina masa metálica, lo que modifica la geometría, esto es, el grosor de la superficie, y provoca una degradación o vaciado del material original. La corrosión general compromete la rigidez estructural y la integridad de un tubo o recipiente. La corrosión general ejemplar puede incluir, pero no se limita a, una oxidación superficial a gran escala, por ejemplo, para formar óxidos metálicos. Por otro lado, la corrosión localizada puede extenderse o quedar limitada a solo unas pocas áreas del sistema elegido como diana, pero en general es relativamente no uniforme y se produce a una escala relativamente pequeña. La corrosión localizada ejemplar puede incluir, pero no se limita a, la picadura, el cuarteamiento por tensiones de medio activo (ESC), la acritud (por absorción de hidrógeno), y similares, así como combinaciones de éstas.

La medición simultánea de la corrosión general y de la corrosión localizada sobre un único sensor puede llevarse a cabo por un sistema lineal resistente a la corrosión, como por ejemplo el mostrado en la Fig. 2. La Fig. 2 muestra el sensor 1 de la corrosión que comprende un elemento 10 lineal resistente a la corrosión, unos cables 12a, 12b, y unas barras o electrodos de medición 14 (en adelante electrodos 14). El elemento de corrosión 10 puede mostrar tanto una corrosión general 20 como una corrosión localizada 22. Los cables 12a, 12b del sensor conectan el elemento de corrosión 10 a una fuente de energía eléctrica (CA o CC) para suministrar energía eléctrica al sensor 1. La pluralidad de electrodos 14 está dispuesta en una formación lineal y están en contacto eléctrico con el elemento de corrosión 10 y se extienden genéricamente alejados del elemento de corrosión 10. Un segmento o unidad del elemento de corrosión 10 entre pares de electrodos adyacentes 14 se designa como segmento 16. Preferentemente, los electrodos 14 comprenden unos conductores de alambre relativamente delgados para que la cantidad de energía eléctrica absorbida desde el elemento de corrosión 10 se reduzca al mínimo. La separación 18 entre los electrodos adyacentes 14 a lo largo del elemento de corrosión 10, también conocida como paso 18, se selecciona para que sea aproximadamente la misma que la dimensión característica de las corrosiones localizadas esperadas para el procedimiento metalúrgico concreto. La relación del diámetro a la profundidad diferente de las picaduras en diferentes procedimientos metalúrgicos se muestra en la Fig. 9A.

Cuando la electricidad pasa a través del elemento de corrosión 10 por medio de los cables 12a y 12b del sensor, una o más propiedades eléctricas, preferentemente la resistancia de cada elemento 16 descrito mediante la ecuación anteriormente plasmada, pueden ser medidas entre pares de electrodos 14, colectivamente designados mediante R_{i}, donde i oscila de 1 a (n - 1), donde n es el número de electrodos dispuesto sobre el elemento de corrosión 10. En otras palabras, para un número de electrodos n, hay n - 1 números de segmentos 16 cuyas resistancia son mensurables.

Los pares de electrodos medidos 14 pueden ser adyacentes entre sí, pero también pueden utilizarse electrodos no adyacentes para variar la separación o paso 18. En otras palabras, la separación 18 puede modificarse seleccionando los electrodos para las mediciones, por ejemplo, de los electrodos adyacentes, un electrodo sí y otro no, cada tres electrodos, etc. o electrodos al azar.

Por ejemplo, la resistancia del elemento de corrosión 10 puede ser medida mediante la aplicación de una corriente CC o CA conocida a través de los cables 12a y 12b del sensor y mediante la medición de la tensión resultante a través de los pares de electrodos 14. Como una alternativa, puede ser aplicada una tensión de CC o CA a los cables 12a y 12b y ser medida la corriente a través de los segmentos 16 de los elementos de corrosión 10. La impedancia a lo largo del entero elemento de corrosión 10, esto es, en cada segmento 16, puede ser determinada. Antes de que se produzca cualquier tipo de corrosión en el elemento de corrosión 10, la resistancia inicial R_{o} debe ser sustancialmente la misma para cualquier segmento 16 del elemento de corrosión 10. En un momento determinado t después de que el elemento de corrosión 10 es sumergido en un fluido corrosivo, cualquier corrosión que se produzca reduce el área en sección transversal del elemento de corrosión 10, e incrementa la resistancia del electrodo donde la corrosión se ha producido, como se expone con mayor detalle más adelante y se muestra en las Figs. 5B a 5E.

Los valores de impedancia múltiples de los segmentos 16 entre los correspondientes pares de electrodos 14 en cualquier momento determinado, individualmente designados como R_{i} (t), pueden ser utilizados para el análisis de la corrosión o pueden ser comparados con la precorrosión R_{o} para obtener un valor diferencial \DeltaR_{i} (t), para el análisis de la corrosión. Alternativamente, un sensor de referencia 1_{ref} (no mostrado) que contiene un elemento conductivo sustancialmente similar 10_{ref} (no mostrado), puede estar integrado en un sustrato aislante que aísle el sensor de referencia respecto del entorno corrosivo pero que lo exponga a unas condiciones ambientales similares, como por ejemplo la temperatura y la presión, como sensor de medición. Este sensor de referencia 1_{ref} puede proporcionar un valor no corrosivo R_{x} (t) para la comparación con el valor R_{i} (t). R_{x} (t) debe ser sustancialmente el mismo que o sustancialmente similar al valor de precorrosión R_{o}, cuando las condiciones ambientales entre el entorno de precorrosión, cuando R_{o} se mide y el entorno corrosivo cuando R_{x} (t) se mide, son similares. En otro caso, la diferencia entre R_{x} (t) y R_{o} puede ser indicativa de dichas condiciones, por ejemplo, deriva térmica. De esta manera, las derivas térmicas pueden ser corregidas para obtener unas lecturas más precisas. Como una alternativa, un termopar puede ser añadido al sensor para medir directamente la temperatura del sensor.

Uno u otro valor, \DeltaR_{i} (t) o R_{i} (t) para cada segmento 16 puede ser trazado sobre el eje y de un histograma de fracción de tiempo o gráfico de barras, por ejemplo, con el eje x representando la posición de los segmentos 16 a lo largo de la extensión del elemento de corrosión 10. Si se utiliza R_{i} (t), también puede trazarse R_{o} o R_{x} (t) como una línea horizontal sobre el histograma para su comparación. La corrosión general 20 puede determinarse de dos maneras. La corrosión general puede indicarse mediante diferencias relativamente pequeñas entre R_{i} (t) y R_{o} o R_{x} (t), o mediante un cambio uniforme entre los pares de electrodos. La corrosión localizada 22 se indica típicamente mediante diferencias relativamente amplias entre R_{x} (t) y R_{o} o R_{x} (t), o mediante cambios únicamente en pares de electrodos discretos, específicos. Como la resistancia es una función del área en sección transversal del segmento 16_{i} entre los electrodos i^{ésimo} e (i + 1)^{ésimo} 14, la presencia de la corrosión localizada 22 entre los electrodos (i + 1)^{ésimo} y i^{ésimo} significa un área en sección transversal menor en el segmento 16 entre aquellos y por tanto una resistancia medida más alta. En otras palabras, las corrosiones localizadas pueden ser detectadas mediante una resistancia relativamente más alta k_{i} (t) en uno o más segmentos 16 en comparación con otros valores R_{i} (t) en otros segmentos 16. Por otro lado, la corrosión general puede ser detectada mediante el incremento más extendido de resistancia a lo largo de un número mayor de segmentos 16.

Así mismo, una sola incidencia de corrosión localizada 22 puede reducir de manera considerable la capacidad de la electricidad para fluir a través de esa corrosión localizada, si esa corrosión local reduce sustancialmente o se abre camino a través del grosor del elemento de corrosión 10. Esto produce una señal muy acusada de que la corrosión ha completamente erosionado la profundidad del electrodo.

La Fig. 3 muestra una vista desde arriba de una variante en serpentina del sensor de corrosión 1 de la Fig. 2. Aquí, el elemento de corrosión 10 resistivo lineal está conformado en una pauta de serpentina bidimensional sobre un sustrato eléctricamente aislante 30. El sustrato aislante 30, debe extenderse por dentro de los espacios existentes entre el pauta de serpentina del elemento de corrosión 10 para asegurar que la electricidad fluye a lo largo del elemento de corrosión 10 y que no se produce un cortocircuito eléctrico. En esta forma de realización, hay una pluralidad de cables de sensor, 12a, 12b, 12c, etc., dispuestos para reducir al mínimo el problema potencial de la corrosión localizada que aísle o se abra camino a través del elemento de corrosión 10. Por ejemplo, si el elemento de corrosión 22 mostrado situado entre los cables 12f y 12g resulta corroído a su través, el resto del sensor puede seguir siendo alimentado con electricidad a través de los cables 12a a 12f y 12g a 12l, etc. No mostrada desde la perspectiva de la Fig. 3 se encuentra la pluralidad de electrodos 14 orientada en la dirección normal respecto del plano según se muestra. La pauta de serpentina reduce también al mínimo el espacio requerido para contener una longitud deseada del elemento de corrosión 10, y proporciona también un sensor 2 - D aunque empleando un elemento lineal.

La Fig. 4 muestra una variante del sensor de corrosión 1 de la Fig. 2 en forma de torbellino 2-D. Aquí, el elemento de corrosión 10 está conformado en una pauta en espiral bidimensional sobre un sustrato aislante 30 (no mostrado). Como en la Fig. 3, los electrodos 14 (no mostrados) eléctricamente conectados al elemento de corrosión 10 están conectados genéricamente en la dirección normal al plano según se muestra. Los cables 12 del sensor están también conectadas al elemento de corrosión 10 para suministrar electricidad de CA o CC.

Las dimensiones del(de los) elemento(s) de corrosión 10, como por ejemplo el área en sección transversal, pueden adaptarse especialmente de forma ventajosa a las dimensiones características de la corrosión del sistema elegido como diana, así como a la gama dinámica del sensor, como se describió anteriormente en el gráfico que mostraba diferentes relaciones del diámetro a la profundidad de las picaduras para diferentes materiales. Las dimensiones típicamente dependen de los materiales específicos del sistema elegido como diana, del fluido corrosivo existente durante la detección/análisis de la corrosión y del tipo de flujo, por ejemplo, laminar o turbulento, del sistema elegido como diana, y de la cantidad de corrosión esperada. Mediante la variación del área en sección transversal de múltiples elementos de corrosión 10, como en el sensor de la Fig. 5A, pueden determinarse, por ejemplo, las dimensiones características de la corrosión localizada. Esto puede llevarse a cabo mediante diversos procedimientos. Uno de ellos comporta la estimación del tamaño de los episodios de corrosión localizada a largo plazo mediante la aceleración del ritmo de corrosión del sistema, por ejemplo, mediante el incremento de la temperatura y/o mediante el incremento de la concentración de un componente particularmente corrosivo del fluido. Esto necesariamente requiere el empleo de un dispositivo de muestreo de flujo lateral. Otro procedimiento comporta la extrapolación del tamaño a largo plazo de los episodios de corrosión localizados a partir de mediciones abreviadas de la corrosión en tiempo real por el fluido corrosivo bajo condiciones operativas. Las dimensiones esperadas de los episodios de corrosión localizados a largo plazo están relacionadas con el tamaño del(de los) elemento(s) de corrosión 10.

En una forma de realización, la separación 18 del segmento 16 entre los electrodos 14, y el tamaño y la forma de los electrodos depende de las dimensiones típicas de la corrosión localizada, y de la gama dinámica requerida o de la medición. En la Fig. 9B se muestran ritmos de corrosión típicos de los sistemas industriales, recubiertos de bandas de sensibilidad de geometrías de electrodo diferentes. La Fig. 9B, muestra unos datos reales de sensor a partir de despliegues en el campo. La sensibilidad del sensor puede ser seleccionada eligiendo la geometría de electrodo apropiada.

El número total de electrodos 14 eléctricamente conectados al(a los) elemento(s) de corrosión 10 puede variar, por ejemplo, en base a la separación 18 y a la longitud L del(de los) elemento(s) de corrosión 10, o en términos más generales, al tamaño absoluto del sensor de corrosión 1. En general, no hay límite para el número de electrodos que pueden ser depositados sobre un testigo inteligente. Sin embargo, los dispositivos prácticos que van a ser desplegados en un tubo con un diámetro nominal de 2,54 a 5,08 cm, para el consumo de energía moderado que va a conseguirse, y para un muestreo estadístico satisfactorio de muchos electrodos para desentrañar la corrosión general y local, 16 electrodos son la forma de realización preferente. En otras formas de realización, el sensor de corrosión 1 incluye desde aproximadamente 3 a aproximadamente 250 electrodos, preferentemente desde, de forma aproximada, 3 a aproximadamente 100 electrodos, y más preferentemente, de forma aproximada, de 5 a aproximadamente 20 electrodos. Sin embargo, puede utilizarse cualquier número de electrodos.

Con referencia de nuevo a la Fig. 5A, el sensor de corrosión 1 comprende una pluralidad de elementos de corrosión 10 que tienen áreas en sección transversal variables, y cada uno de los cuales está dispuesto entre pares de elementos 12, tal y como se muestra. En este ejemplo, los elementos de corrosión tienen secciones transversales 32, 34, 36, 38 variables o progresivas, siendo la sección transversal 32 la más pequeña y la sección 38 la más grande. En una forma de realización ilustrada mediante la Fig. 5A, los cables 12 del sensor suministran la energía eléctrica, así como la medición de la resistancia R_{S} de cada elemento de corrosión. Cuando la corrosión ataca los elementos de corrosión 10, los que tienen áreas en sección transversal más pequeña, esto es, los de la sección 32, serían cortados en primer término, esto es, ya no podrían conducir electricidad o su resistancia es demasiado alta o próxima a la infinitud. A medida que la corrosión continúa, los elementos de corrosión 10 deben progresivamente detener la conducción de electricidad en relación directa con el tamaño de su área en sección transversal. Por tanto, cuando el(los) elemento(s)
de corrosión 10 con el área en sección transversal 32 cesa(n) de conducir electricidad, entonces el tamaño de la corrosión es sustancialmente el mismo que la sección transversal 32. Cuando el(los) elemento(s) de corrosión 10 con el área en sección transversal 34 cesa(n) de conducir electricidad, entonces la corrosión tiene sustancialmente ese tamaño, y así sucesivamente. En este ejemplo del sensor de la Fig. 5A, los electrodos 14 son opcionales, dado que los cables 12 del sensor pueden ser utilizados tanto para proporcionar energía eléctrica como para medir la corriente y la tensión. El área en sección transversal de los elementos de corrosión 10 afecta también a la resistancia de los elementos de corrosión, esto es, un área en sección transversal menor produciría una resistancia medida más alta.

En otra forma de realización también ilustrada en la Fig. 5A, los elementos de corrosión 10 son utilizados con unos electrodos 14 (no mostrados) similares a los de la Fig. 2. Una porción del elemento de corrosión 10 con una corrosión local 22 está ampliada de tamaño y se muestra en las Figs. 5B y 5C. Cuando la corrosión local 22 se produce, el área en sección transversal del elemento de corrosión 10 disminuye. Una forma de determinar el tamaño y/o el emplazamiento de la corrosión 22 se ilustra en las Figs. 5C y 5D. Esta porción del elemento de corrosión 10 se divide, por ejemplo, en tres segmentos 16_{1}, 16_{2} y 16_{3}, entre los electrodos 14, con la corrosión local 22 situada en el segmento 16_{2}. La resistancia de cada segmento 16 se representa de forma esquemática en la Fig. 5D mediante un circuito eléctrico equivalente. La resistancia de los segmentos 16_{1} a 16_{3} esto es R - 16_{1} y R - 16_{3}, es constante o relativamente constante sin que se produzca corrosión local en ellos. La resistancia del segmento 16_{2} esto es R - 16_{2}, es variable dado que el tamaño de la corrosión se incrementa con el tiempo. Así mismo, R - 16_{2} es mayor que R - 16_{1} y que R - 16_{3} debido a la sección transversal reducida provocada por la corrosión 22. El gráfico mostrado en la Fig. 5E, representa de forma esquemática el incremento de la resistancia a medida que se incrementa la profundidad de la corrosión.

Las Fig. 6A y 6B ilustran otra forma de realización en la que el(los) elemento(s) de corrosión 10 está(n) integrado(s)
con la adquisición, procesamiento, y con los elementos electrónicos de comunicaciones existentes en el chip de un sistema microelectromecánico (MEM). Tal y como se muestra, el sensor 1 comprende un (unos) elemento(s) de corrosión 10 dispuesto(s) sobre la parte superior mostrando las corrosiones 20, 22. Una pluralidad de electrodos 14 conecta el(los) elemento(s) de corrosión 10 a la UCP y a otros conjuntos de circuitos por medio de una capa de conexión eléctrica superior 40 y una capa de conexión eléctrica inferior 42, como se conoce en la técnica. Como se muestra en la Fig. 6B, los módulos de procesamiento y comunicación incluyen, pero no se limitan a, una unidad de procesamiento central (UCP), un módulo de medición (incluyendo un voltímetro, un óhmetro, y/o un amperímetro), un conmutador de señales para seleccionar un elemento de corrosión 10 de medición concreta, una batería, y un módulo de comunicación inalámbrico que preferentemente emplee señales de radiofrecuencia, por ejemplo, una tecnología de RFID. Los cables del sensor pueden ser diseñadas de tal manera que cada cable sea un elemento activo de un circuito resonante, comprendiendo cada uno una frecuencia específica. Cuando se produce la corrosión en la superficie de los cables del sensor, la frecuencia resonante específica o su amplitud cambia, este cambio es entonces detectado por un receptor (montado a distancia fuera del tubo). El receptor es también un generador de ondas de radio, de forma que los cables del sensor no necesitan energía. Una serie de cables de sensor pueden también ser diseñados para responder a una serie de frecuencias resonantes, por consiguiente, el perfil de la corrosión puede obtenerse mediante la correlación de la extensión de la corrosión con las frecuencias resonantes. Una cubierta anticorrosión, o carcasa 44, es aplicada para proteger de la corrosión a los electrodos y al conjunto de circuitos.

Es importante destacar que los pequeños elementos de detección MEM pueden ser de estructura similar a la anteriormente descrita o los electrodos pueden ser desplegados sobre una lámina de material. Estrictamente hablando, los electrodos miden y representan gráficamente los cambios de la corriente laminar, más que la corriente que fluye por dentro de los electrodos independientes. La técnica y el dispositivo sobre los que se basan este tipo de sensor se describe en la Patente estadounidense no. 6,922,641. Este sensor también se conoce en la técnica como "RCM sobre un chip".

Un despliegue especial del sensor/chip de corrosión 1, se muestra en la Fig. 7. Un emplazamiento ejemplar incluye las esquinas o las curvas, donde el flujo puede ser turbulento, pero no existe límite para el despliegue del sensor en cualquier emplazamiento que esté en consonancia con la acomodación de su envuelta física. El sensor/chip 1 está fijado a un tapón macho roscado 46 para tubos de manera que el sensor 1 esté en la corriente fluida. Los módulos de procesamiento y comunicación pueden ser reutilizados y están preferentemente insertados en el tapón 46. Debido a la capacidad de comunicación inalámbrica, una pluralidad de sensores/chips 1 de corrosión puede ser desplegada de forma inalámbrica. Cada sensor/chip puede comunicar con un módulo 48 de análisis de datos en el campo, como se muestra en la Fig. 8. Además de la capacidad para comunicar de forma inalámbrica, el módulo de campo 48 puede tener su propia UCP y sus propios módulos de procesamiento de datos tal y como se muestra. El módulo de campo 48 puede estar conectado a un módulo distante 50, el cual puede incluir computadoras y un registrador de datos o memoria de datos, por medio de conexiones con Ethernet o con una LAN.

Como se expuso anteriormente, el acabado de la superficie del elemento de detección debe ser similar al procedimiento metalúrgico del sistema elegido como diana. Preferentemente, los sensores son desplegados por pares, esto es, un sensor ideal, adecuadamente pulido, similar al del sistema elegido como diana, y otro sensor que tenga el elemento activo ligeramente abradido. Dicho testigo con arañazos superficiales o imperfecto tendería a corroer o quedar sometido a un ataque corrosivo a lo largo de periodos de tiempo más cortos que un testigo nominal, porque los ataques corrosivos localizados en general comienzan cuando la(s) capa(s) de óxido superficial protectora(s) se rompe(n)
y puede iniciarse un ataque directo sobre el metal de la base. Estrictamente hablando, un sensor nominal, muy parecido a una pared de un tubo o recipiente, tiene que tener las capas superficiales protectoras degradadas antes de que pueda comenzar un ataque corrosivo sobre el metal de la base. Ello no se correspondería con el auténtico ritmo de la corrosión en el caso de que hubiera defectos físicos en el tubo o en el recipiente debidos a efectos mecánicos como por ejemplo arañazos, raspaduras, cualquier daño físico durante la fabricación, el transporte, la instalación, etc. del recipiente o tubo. Mediante el despliegue de un testigo con la superficie arañada o imperfecto que ya ha sufrido algún daño superficial donde resulte comprometido el revestimiento de óxido protector, puede medirse un ataque más rápido. Por consiguiente, las mediciones de este par de testigos proporcionarían una gama de ataques de corrosión que podrían producirse en el sistema, incluyendo, el peor (esto es, afectación de las películas de óxido protectoras) o el mejor de los supuestos (esto es, no afectación de la película de óxido protectora). Un sensor de referencia, anteriormente descrito, puede también desplegarse con dicho par.

Dado que el sensor, y los elementos electrónicos asociados, es pequeño, puede desplegarse en numerosos emplazamientos, así como insertarse dentro de la propia infraestructura. Esto es, puede ser situado dentro del sustrato o la pared del tubo o recipiente, y convertirse en parte de la propia estructura. En otras palabras, el sensor puede insertarse dentro de un material de tubo o recipiente sin que se requiera una maquinaria adicional para fijarlo dentro del tubo o recipiente.

Dependiendo de la(s) propiedad(es) eléctrica(s) deseada(s) que va(n) a ser medida(s) y/o analizada(s) y del suministro de potencia disponible, puede suministrarse corriente continúa y/o corriente alterna a través de los cables 12 del sensor. Cualquiera que se la energía que se suministre a través de los cables 12 del sensor, puede incluir un componente (CC) y/o un componente (CA) variable o periódico. Ejemplos de la posible energía suministrada pueden incluir, pero no se limitan a, una tensión/corriente sinusoidal con unas amplitud y frecuencia máximas relativamente constantes, una tensión/corriente sinusoidal con una frecuencia/perioricidad cambiantes, una onda rectangular o en diente de sierra de tensión/corriente con amplitud cambiante, o similares, o cualquier combinación y/o pauta repetitiva de éstas. Dado que las fuentes eléctricas habitualmente disponibles, como por ejemplo la energía eléctrica industrial y/o las baterías, se emplean típicamente para suministrar energía a los cables 12 del sensor, los cables 12 del sensor pueden adoptar la forma de electrodos y/o alambres conectados al(a los) elemento(s) 10 del sensor. No obstante, se contempla para suministrar energía a los cables 12 del sensor otras fuentes de energía, como por ejemplo bobinas de inducción para crear/focalizar campos magnéticos y circuitos para convertir radiofrecuencias en corriente/tensión eléctrica.

El sustrato eléctricamente aislante 30 puede incluir, pero no se limita a: materiales dieléctricos como por ejemplo óxidos metálicos, nitruros metálicos, oxinitruros metálicos, SiLK, o similares; resinas de polímeros no conductivas, como por ejemplo resinas de epoxi, resinas fenólicas, poli(alfaolefina)s (particularmente las que tienen una cristalinidad relativamente alta, como por ejemplo HDPE, i-PP, y similares), poli(alfaoelinfa)s, parcial o completamente halogenadas, (por ejemplo, PVC, PVDC, PVDF, PTFE, FEP, poli(perfluoroacrilato)s, o similares, o mezclas o copolímeros de éstas, polisulfonas, poliimidas, resinas de melamina, resinas alquídicas termoendurecidas, o similares, o mezclas o copolímeros de éstas; agentes reforzadores, como por ejemplo fibras no conductivas o semiconductivas; modificadores de permeación/difusión, por ejemplo, arcillas intercaladas, como por ejemplo montmorillonitas opcionalmente modificadas y similares, otros elementos de relleno no conductivos o semiconductivos; y similares; y mezclas de
éstos.

En una forma de realización alternativa mostrada en la Fig. 2B, cada uno de la pluralidad de electrodos 14 puede por sí mismo funcionar como un cable 12 del sensor. Cualquiera de los dos electrodos 14_{i} y 14_{ii} puede ser selectivamente conectado a una fuente de energía 52. Puede incluirse un dispositivo de medición 54 en el circuito para medir la corriente, la tensión o ambas. Puede determinarse un valor resistivo R_{i} R_{ii} entre los electrodos 14_{i} y 14_{ii}. En otra forma de realización mostrada en la Fig. 2B, el sensor 1 comprende un elemento corrosivo rectangular bidimensional 10 que tiene una pluralidad de electrodos 14 dependientes de aquél, tal y como se muestra en la Fig. 10. En este caso, todos los electrodos están eléctricamente conectados entre sí en o mediante el elemento de corrosión 10. Cualquiera de los dos electrodos 14_{i} y 14_{ii}, incluyendo los electrodos adyacentes pueden ser selectivamente conectados a la fuente de energía 52 y al aparato de medición 54. En las formas de realización mostradas en las Figs. 2A y 2B, si todos los pares adyacentes de electrodos 14 son medidos, pueden determinarse las corrosiones general y local de acuerdo con lo anteriormente descrito. Cualquier par barras aleatorio 14 puede ser interrogado, para obtener información acerca de cualquier zona de interés.

Otro aspecto de la presente invención se refiere a un procedimiento para la detección en tiempo real de al menos dos tipos diferentes de corrosión (por ejemplo, la corrosión general como puede ser la oxidación metálica superficial y la corrosión localizada, por ejemplo las picaduras) originando al menos un sensor de corrosión 1 de acuerdo con lo anteriormente descrito.

En una forma de realización, el procedimiento inventivo incluye las etapas de: la provisión de al menos un sensor de corrosión 1, de acuerdo con lo anteriormente descrito, el cual contenga uno o más elementos de corrosión 10, los cables 12 del sensor, los electrodos 14 dispuestos sobre los elementos de corrosión 10, y un sustrato aislante opcional 30; la provisión de al menos una fuente de energía para suministrar energía al sensor; la división eléctrica de los elementos de corrosión 10 en los segmentos 16 entre pares predeterminados de electrodos 14; y la recogida, manipulación, interpretación, vigilancia, transmisión, y/o almacenaje de los datos relacionados con la resistancia de los segmentos 16 para determinar la información relacionada con las corrosiones general y local. Este procedimiento proporciona así mismo un perfil de la corrosión en tiempo real.

Así mismo, la captura/muestreo (recogida) de los diversos datos de la corrosión ya sea de manera constante o a intervalos de tiempo/tiempos repetidos/regularmente espaciados puede proporcionar información de la corrosión incrementada respecto del sistema elegido como diana y del entorno del fluido corrosivo. Dicho sistema de detección de la corrosión es una mejora en comparación con la necesidad de encargar a un ingeniero de explotación para que inspeccione los testigos de la corrosión y determine la pérdida de peso, típicamente no más a menudo que una vez al mes.

Las formas de realización anteriormente descritas de la presente invención tienen muchas ventajas, las cuales pueden incluir, pero no se limitan a, una cualquiera o más de la siguientes:

\bullet: la recogida, vigilancia, y/o almacenaje de los datos de la corrosión para su transmisión, manipulación, y/o interpretación a distancia desde el emplazamiento del sistema elegido como diana posibilita una determinación del modo de la corrosión sin inspección;

\bullet: la toma de muestras de datos en momentos arbitrarios, o la toma de muestra de datos a intervalos de tiempo/tiempos repetidos/regularmente espaciados ofrece la información y el historial de la información en tiempo real, lo que posibilita la correlación directa de los episodios de la corrosión con los episodios críticos del sistema elegido como diana (vigilancia independiente o integrada); y

\bullet: una capacidad incrementada en cuanto a la exactitud/precisión de la medición, dado que lo que se está haciendo es el cambio de una o más de las propiedades electroquímicas del(de los) elemento(s) conductivo(s) del sensor sobre el sustrato, posibilitando una correlación directa con el comportamiento de la corrosión; en algunos casos de la técnica anterior, solo puede determinarse las propiedades del entorno fluido corrosivo, como por ejemplo con las técnicas de ruido electroquímico (ECN), posibilitando solo una correlación indirecta con el comportamiento de la corrosión.

Claims

1. Un sensor (1) que comprende unos módulos de procesamiento y comunicación adaptados para determinar las corrosiones general y local que comprende al menos un elemento de corrosión (10) de impedancia característica capaz de conducir corriente eléctrica y una pluralidad de electrodos (14) distribuidos sobre el elemento de corrosión, en el que una impedancia de un segmento (16) del elemento de corrosión (10) medida entre dos electrodos predeterminados se refiere a la corrosión de dicho elemento, y en el que la impedancia de cada segmento en relación con la impedancia de otro segmento (16) se mide para distinguir entre las corrosiones general y local.

2. El sensor (1) de la reivindicación 1, en el que el elemento de corrosión (10) es sustancialmente lineal.

3. El sensor (1) de la reivindicación 2, en el que el elemento de corrosión (10) está dispuesto en una pauta no lineal.

4. El sensor (10) de la reivindicación 3, en el que el elemento de corrosión (10) está dispuesto en forma de serpentina o en espiral.

5. El sensor (1) de la reivindicación 1, que comprende una pluralidad de elementos de corrosión (10) con una dimensión en sección transversal variable.

6. El sensor (1) de la reivindicación 1, en el que la impedancia característica comprende una resistencia eléctrica o una impedancia reactiva.

7. El sensor (1) de la reivindicación 6, en el que el elemento de corrosión (10) está integrado en un material eléctricamente aislado, de manera que el elemento de corrosión resistivo no contacta eléctricamente con él mismo.

8. El sensor (1) de la reivindicación 1, en el que al menos dos cables (12a, 12b) del sensor están conectados al elemento de corrosión para proporcionar electricidad al sensor.

9. El sensor (1) de la reivindicación 1, en el que el sensor (1) está dispuesto sobre un chip.

10. El sensor (1) de la reivindicación 1, en el que el elemento de corrosión (10) tiene al menos una dimensión proporcional a una dimensión de picadura característica de un procedimiento metalúrgico predeterminado.

11. El sensor (1) de la reivindicación 1, en el que al menos una superficie del elemento de corrosión (10) tiene una rugosidad sustancialmente similar a la rugosidad de una superficie interna de un recipiente, donde el sensor está desplegado.

12. El sensor (1) de la reivindicación 1, en el que al menos una superficie del elemento de corrosión (10) tiene su rugosidad incrementada.

13. Una formación de sensores de acuerdo con la reivindicación 1, en la que los sensores (1) comprenden diferentes materiales o tratamientos de superficie diferentes para determinar unas mediciones de la corrosión que tengan una gama dinámica amplia y múltiples procedimientos metalúrgicos.

14. La formación de sensores de la reivindicación 13 en la que un primer sensor (1) es un sensor de referencia y un segundo sensor (1) es sustancialmente similar al primer sensor, en la que el sensor de referencia no está expuesto al entorno corrosivo, mientras que el segundo sensor está expuesto al entorno corrosivo y en la que ambos sensores están expuestos a condiciones ambientales sustancialmente similares y el sensor de referencia compensa los efectos ambientales.

15. Un procedimiento de determinación de una corrosión general y de una corrosión local que comprende las etapas de:

(a): la provisión de al menos un sensor (1) de la reivindicación 1;

(b): la recogida de datos relativos a la impedancia de todos los segmentos (16); y

(c): la comparación de los datos de la impedancia para determinar las corrosiones general y local sobre dicho sensor (1).