BR112019000811B1 - Métodos de análise de um fluido de contato de substrato e de um substrato em contato com a água industrial - Google Patents

Métodos de análise de um fluido de contato de substrato e de um substrato em contato com a água industrial Download PDF

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Abstract

Trata-se de um método para analisar um substrato que contata um fluido presente em um sistema industrial. O método compreende criar uma série de imagens digitais do substrato durante o contato com o fluido presente no sistema industrial. Uma região de interesse na série de imagens digitais do substrato é definida. Uma característica de corrosão na região de interesse na série de imagens digitais do substrato é identificada. A característica de corrosão na região de interesse na série de imagens digitais do substrato é analisada para determinar uma tendência de corrosão no sistema industrial. Em certas modalidades do método, o fluido é água industrial, e o sistema industrial é um sistema de água industrial.

Description

[001] Este pedido é um pedido internacional (isto é, PCT) que reivindica o benefício do Pedido de Patente Provisório n° U.S. 62/364.130, depositado em 19 de julho de 2016, cuja revelação está incorporada ao presente documento a título de referência em sua totalidade.
ANTECEDENTES
[002] Pode-se usar testagem padrão que utiliza cupons de corrosão para medir as taxas de corrosão geral e local em sistemas de água industriais. A testagem padrão envolve a colocação de um cupom de corrosão padrão da indústria em um espaço de teste (por exemplo, um sistema de água industrial) e permite que o cupom de corrosão seja exposto às condições do espaço de teste, o que pode causar corrosão do cupom de corrosão. Após um período de tempo de exposição, geralmente de 30 a 90 dias ou mais, o cupom de corrosão é removido das condições do espaço de teste. Um ou mais dentre uma série de testes é então realizado para determinar a corrosão do cupom de corrosão, que geralmente corresponde à corrosão encontrada nas superfícies do espaço de teste.
[003] A testagem padrão usando cupons de corrosão tem desvantagens. Por exemplo, monitoramento e análise em “tempo real” não são possíveis, já que o cupom (ou cupons) de corrosão é exposto às condições do espaço de teste com pouca ou nenhuma observação. Se os cupons estiverem localizados de modo a serem observados, a observação a olho nu é subjetiva e, geralmente, não é capaz de observar diferenças sutis nos cupons quando o início da corrosão começa a ocorrer. Além disso, os sistemas para detectar a corrosão geral normalmente não possuem a capacidade de detectar ou prever corrosão localizada.
SUMÁRIO
[004] A invenção é dirigida ao uso de imagem digital de um substrato para analisar a corrosão em um sistema industrial, que em certas modalidades é um sistema de água industrial.
[005] Um método de análise de um fluido de contato de substrato presente em um sistema industrial é fornecido. O método compreende a criação de uma imagem digital do substrato enquanto o substrato entra em contato com o fluido presente no sistema industrial. Uma região de interesse na imagem digital do substrato é definida. Uma característica de corrosão na região de interesse na imagem digital do substrato é identificada. A característica de corrosão na região de interesse na imagem digital do substrato é analisada.
[006] Um método de análise de um fluido de contato de substrato presente em um sistema industrial é fornecido. O método compreende a criação de uma série de imagens digitais do substrato enquanto o substrato entra em contato com o fluido presente no sistema industrial. Uma região de interesse na série de imagens digitais do substrato é definida. Uma característica de corrosão na região de interesse na série de imagens digitais do substrato é identificada. A característica de corrosão na região de interesse na série de imagens digitais do substrato é analisada para determinar uma tendência de corrosão do sistema industrial.
[007] Um método de análise de um substrato em contato com a água industrial presente em um sistema de água industrial é fornecido. O método compreende tratar a água industrial do sistema de água industrial com um inibidor de corrosão. Uma série de imagens digitais do substrato é criada enquanto o substrato entra em contato com a água industrial presente no sistema de água industrial. Uma região de interesse na série de imagens digitais do substrato é definida. Uma característica de corrosão na região de interesse na série de imagens digitais do substrato é identificada. A característica de corrosão na região de interesse na série de imagens digitais do substrato é analisada para determinar uma tendência de corrosão do sistema de água industrial, e age-se com base na análise da característica de corrosão na região de interesse na série de imagens digitais do substrato.
BREVE DESCRIÇÃO DAS VÁRIAS VISTAS DOS DESENHOS
[008] A Figura 1 é uma vista esquemática de uma modalidade de um sistema que pode ser utilizada para realizar os métodos aqui descritos.
[009] A Figura 2 é uma vista esquemática de uma modalidade alternativa de um sistema que pode ser utilizada para realizar os métodos aqui descritos.
[0010] A Figura 3 mostra uma modalidade de um dispositivo de posicionamento de substrato que pode ser utilizado em sistemas e métodos aqui descritos.
[0011] A Figura 4 é uma vista esquemática de uma modalidade alternativa de um sistema que pode ser utilizado para realizar os métodos aqui descritos.
[0012] A Figura 5 mostra uma imagem de uma série de imagens de uma vista de bordo de um substrato submetido a um método aqui descrito.
[0013] A Figura 6 é uma vista esquemática de um sistema que pode realizar os métodos aqui descritos.
[0014] A Figura 7 mostra exemplos de imagens, criadas enquanto se pratica um método aqui descrito, de um substrato sofrendo corrosão em quatro intervalos de tempo.
[0015] A Figura 8 mostra exemplos de imagens submetidas a um método aqui descrito.
[0016] A Figura 9 mostra um exemplo de uma imagem de uma série de imagens submetidas a um método aqui descrito.
[0017] A Figura 10 é um fluxograma de lógica que é utilizado em uma modalidade de um método aqui descrito.
[0018] A Figura 11 mostra exemplos de imagens submetidas a ummétodo aqui descrito.
[0019] A Figura 12 mostra exemplos de imagens submetidas a um método aqui divulgado.
[0020] A Figura 13 mostra um exemplo de uma imagem de uma série de imagens submetidas a um método aqui descrito.
[0021] A Figura 14 é uma ilustração gráfica de uma propriedade de certas cavidades de corrosão presentes na imagem da Figura 13.
[0022] A Figura 15 é um gráfico da profundidade do pite de corrosão versus tempo para certas experiências realizadas em um certo tipo de substrato.
[0023] A Figura 16 mostra exemplos de imagens submetidas a um método aqui descrito, que aponta certas características do substrato representado.
[0024] A Figura 17 mostra gráficos de modalidades que refletem análises de uma série de imagens digitais, uma para cada uma dentre refletância de luz vermelha, verde e azul.
[0025] A Figura 18 mostra exemplos de imagens, criadas enquanto se pratica um método aqui descrito, de um substrato sofrendo corrosão em seis intervalos de tempo.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[0026] Um método de análise de um fluido de contato de substrato presente em um sistema industrial é fornecido. O método compreende a criação de uma imagem digital do substrato enquanto o substrato entra em contato com o fluido presente no sistema industrial. Uma região de interesse na imagem digital do substrato é definida. Uma característica de corrosão na região de interesse na imagem digital do substrato é identificada. A característica de corrosão na região de interesse na imagem digital do substrato é analisada.
[0027] Um método de análise de um substrato em contato com um fluido presente em um sistema industrial é fornecido. O método compreende a criação de uma série de imagens digitais do substrato durante o contato do fluido presente no sistema industrial. Uma região de interesse na série de imagens digitais do substrato é definida. Uma característica de corrosão na região de interesse na série de imagens digitais do substrato é identificada. A característica de corrosão na região de interesse na série de imagens digitais do substrato é analisada para determinar uma tendência de corrosão do sistema industrial. Em certas modalidades do método, o fluido é água industrial e o sistema industrial é um sistema de água industrial.
[0028] Em uma modalidade preferida, o método é um método de analisar um substrato que contata a água industrial em um sistema de água industrial. Em certas modalidades, o método é um método de quantificação da corrosão de um substrato em contato com água industrial em um sistema de água industrial. As frases “analisando um substrato”, “definindo uma região de interesse”, “sintetizando dados de tendência” e “quantificando a corrosão de um substrato” e a terminologia relacionada (por exemplo, formas conjugadas) são usadas aqui para descrever aspectos dos métodos, com “analisando um substrato” incluindo “quantificando a corrosão de um substrato”, “definindo uma região de interesse” e “sintetizando dados de tendência”, que são todos subconjuntos de análise. O termo “substrato”, “cupom de corrosão” e termos semelhantes devem ser interpretados como incluindo “ou uma porção do mesmo”.
[0029] Em certas modalidades dos métodos e sistemas aqui fornecidos, o substrato é um cupom de corrosão. Em certas modalidades dos métodos e sistemas aqui fornecidos, o substrato é uma seção de um conduto. Em certas modalidades dos métodos e sistemas aqui fornecidos, o cupom de corrosão é representativo de um material de construção do sistema de água industrial. Em certas modalidades dos métodos e sistemas aqui fornecidos, o substrato, por exemplo, o cupom de corrosão, é construído a partir de um metal, que pode ser selecionado dentre aço, ferro, alumínio, cobre, latão, níquel, titânio e ligas relacionadas. O aço pode ser de aço macio, aço inoxidável ou aço carbono. Em certas modalidades, o latão é de latão almirantado. Em certas modalidades, o metal é capaz de passivação e, em outras modalidades, o metal é incapaz de passivação.
[0030] Em certas modalidades dos métodos e sistemas aqui fornecidos, o substrato (por exemplo, um cupom de corrosão) é capaz de passar por um teste de corrosão padrão, por exemplo, um teste de corrosão da Sociedade Americana de Testes e Materiais (“ASTM”).
[0031] Em uma modalidade preferida dos métodos aqui fornecidos, o substrato contata a água industrial presente em um sistema de água industrial. Exemplos de sistemas de água industrial incluem, mas não estão limitados a, sistemas de aquecimento de água (por exemplo, sistemas de caldeiras), sistemas de água de resfriamento (por exemplo, sistemas que incluem uma torre de resfriamento), dutos para transporte de água (por exemplo, transporte de água do mar, transporte para operações de mineração), e similares. Água industrial é qualquer substância aquosa que é ou será usada em um sistema de água industrial. Geralmente, os sistemas de água industrial compreendem água industrial que pode ser tratada de alguma maneira para tornar a água mais adequada para uso no sistema de água industrial de interesse. Por exemplo, a água industrial usada em sistemas de aquecimento de água (por exemplo, sistemas de caldeiras) pode ser desaerada. A água industrial usada em sistemas de aquecimento de água pode ser tratada com um inibidor de corrosão. Outros tratamentos podem ser processados para vários sistemas industriais de água. Em certas modalidades dos métodos aqui fornecidos, a água industrial do sistema de água industrial é tratada com um inibidor de corrosão. Em certas modalidades dos métodos aqui fornecidos, o sistema de água industrial é um sistema de aquecimento de água, que pode ser um sistema de caldeira. Em certas modalidades dos métodos aqui fornecidos, aágua industrial do sistema de aquecimento de água foi desaerada.
[0032] Geralmente, a água industrial está presente em um sistema de água industrial quando a água industrial está contida ou de outro modo fluindo através de um conduto ou recipiente do sistema de água industrial. Por exemplo, a água industrial fluindo através de um conduto conectado a um processo industrial (por exemplo, um sistema de resfriamento, um sistema de caldeira, etc.) - independentemente de o conduto ser, por exemplo, um conduto de linha principal, um conduto de fluxo lateral, um conduto de linha de alimentação, ou um conduto de linha de saída, e assim por diante - representa água industrial presente em um sistema de água industrial.
[0033] Exemplos de inibidores de corrosão adequados incluem, mas não estão limitados a, um azol, uma composição de dietilamina substituída quaternizado, uma amina, uma amina quaternária, um aldeído insaturado, uma composição inibidora à base de fósforo, um sal contendo molibdênio solúvel em água, um polímero poli(aminoácdo), um ácido sulfônico orgânico, derivados dos mesmos (por exemplo, oxazol, tiazol, etc.), múltiplos dos mesmos (por exemplo, mais do que um azol) e combinações dos mesmos. Em certas modalidades aqui apresentadas, o inibidor de corrosão, além de compreender uma ou mais das composições listadas na sentença anterior, compreende ainda um sal de iodeto. Exemplos de sais de iodeto adequados incluem, mas não estão limitados a, iodeto de lítio, iodeto de sódio, iodeto de potássio, iodeto de cálcio, iodeto de magnésio, iodeto de amônio, iodeto de tetraetilamônio, iodeto de tetrapropilamônio, iodeto de tetrabutilamônio, iodeto de tetrapentilamônio, iodeto de tetra-hexilamônio, iodeto de tetra- heptilamônio, tetrafenilamônio iodeto, iodeto de feniltrimetilamônio e iodeto de (etil)trifenilfosfônio. Em certas modalidades aqui apresentadas, o inibidor de corrosão é dosado para a água industrial do sistema de água industrial em um solvente orgânico e opcionalmente um tensoativo.
[0034] Outros exemplos de inibidores de corrosão são descritos nasPatentes n° 9.175.405, 9.074.289, 8.618.027, 8.585.930, 7.842.127, 6.740.231, 6.696.572, 6.599.445, 6.488.868, 6.448.411, 6.336.058, 5.750.070, 5.320.779 e 5.278.074; Pedidos de Patente n° 2005/0245411 e 2008/0308770; e Pedidos De Patente de n° 62/167.658, 62/167.697, 62/167.710, e 62/167.719, cujas descrições estão aqui incorporadas por referência em suas totalidades para todos os fins.
[0035] Exemplos de azóis adequados incluem, mas não se limitam a, composições contendo azol, composições contendo azolina, derivados das mesmas (por exemplo, oxazóis, tiazóis, acridinas, cinolinas, quinoxazolinas, piridazinas, pirimidinas, quinazolinas, quinolinas, isoquinolinas, etc.), múltiplos das mesmas e combinações das mesmas. No que se refere a esta descrição, outra maneira de descrever um azol é uma composição que possui um anel aromático contendo azoto. Exemplos de composições contendo azol incluem, mas não se limitam a, imidazóis, pirazóis, tetrazóis, triazóis e semelhantes. Os azóis particularmente adequados incluem, por exemplo, mercapto-benzotiazol (“MBT”), benzotriazol (“BT” ou “BZT”), butil- benzotriazol (“BBT”), tolitriazol (“TT”), naftotriazol (“NTA”), e composições relacionadas. Exemplos de composições contendo azolina incluem, mas não estão limitados a, iminoimidazinas, amido imidazolinas, derivados das mesmas, múltiplos das mesmas e combinações das mesmas. Em certas modalidades aqui apresentadas, o azol é quaternizado. Exemplos de azóis são descritos em mais detalhe nas Patentes n° 5.278.074, 6.448.411 e 8.585.930, as quais foram aqui incorporadas por referência.
[0036] Exemplos de composições de dietilamina substituídas adequadas incluem, mas não se limitam àquelas descritas nas Patentes n° 6.488.868, 6.599.445 e 6.696.572, que foram aqui incorporadas por referência. Em certas modalidades aqui apresentadas, a composição de dietilamina substituída é quaternizada. A composição de dietilamina substituída pode também ser um azol, por exemplo, uma diacrilaminaimidazolina quaternizada.
[0037] Exemplos de aminas adequadas (quaternizadas ou não) incluem, mas não se limitam, àquelas descritas nas Patentes n° 7.842.127, 8.618.027, que foram aqui incorporados por referência.
[0038] Exemplos de aldeídos insaturados adequados incluem, mas não se limitam, àqueles descritos na Patente n° 7.842.127, que foi aqui incorporada por referência.
[0039] Exemplos de composições inibidoras à base de fósforo adequadas incluem, mas não se limitam a, composições inibidoras à base de fósforo inorgânico, composições inibidoras à base de fósforo orgânico, composições organofosforadas e combinações das mesmas. Exemplos de composições inibidoras à base de fósforo inorgânico incluem, mas não se limitam a, ADD e combinações do mesmo. Exemplos de composições inibidoras à base de fósforo orgânico incluem, mas não estão limitados a, fosfatos orgânicos, fosfonatos orgânicos e combinações das mesmas. Exemplos de fosfatos orgânicos incluem fosfatos orgânicos não poliméricos e fosfatos orgânicos poliméricos. Para os propósitos da mesma divulgação, “polimérico” descreve uma composição com unidades de repetição e “não polimérico” descreve uma composição sem unidades de repetição. Exemplos de fosfonatos orgânicos incluem, mas não estão limitados a, ácido 2- fosfonobutano-1,2,4-tricarboxílico (“PBTC”), ácido 1-hidroxietilideno-1,1- difosfônico (“HEDP”), ácido aminotrimetileno-fosfônico fosfinicobis monossódico (ácido succínico). Exemplos de composições organofosforadas incluem fosfinas.
[0040] Exemplos de ácidos sulfônicos orgânicos adequados incluem, mas não se limitam, àqueles descritos na Patente Número US 8.618.027, que foi aqui incorporada por referência. Exemplos de ácidos sulfônicos orgânicos adequados incluem, mas não se limitam a, ácido benzenossulfônico, ácido dodecilbenzenossulfônico (“DDBSA”) e, de um modo preferido, DDBSAramificada.
[0041] Exemplos de sais contendo molibdênio solúveis em água adequados incluem, mas não estão limitados a, molibdatos alcalinos, por exemplo, molibdato de sódio, molibdato de potássio, molibdato de amônio, molibdato de estrôncio e semelhantes.
[0042] Em certas modalidades, o polímero de poli(aminoácido) tem uma cadeia lateral contendo ácido hidroxâmico. Um exemplo de um polímero de poli(aminoácido) adequado possuindo uma cadeia lateral contendo ácido hidroxâmico inclui, mas não está limitado a, aquele da Fórmula geral (I):
Figure img0001
em que W é CO2MX ou CONHOH, em que MX é um íon metálico; Y é CH2CONHOH ou CH2CO2My, em que My é um íon de metal igual ou diferente de Mx, M1 é um metal alcalino, um metal alcalino-terroso ou amônia; (a+b)/(a+b+c+d)*100%+(c+d)/(a+b+c+d)*100% = 100% varia de cerca de 0,1% a cerca de 100%, de preferência, de 5% a 70%, com mais preferência, de 10% a 50%; (c+d)/(a+b+c+d)*100% varia de 0% a 99,9%; a/(a+b)*100% varia de 0% a 100%; b/(a+b)*100% varia de 0% a 100%; a/(a+b)*100%+b/(a+b)*100% = 100%; c/(c+d)*100% varia de 0% a 100%; d/(c+d)*100% varia de 0% a 100%; c/(c+d)*100%+d/(c+d)*100% = 100%; e o peso molecular varia de cerca de 300 a cerca de 200.000 dáltons. Outros exemplos de polímeros de poli(aminoácido) adequados com uma cadeia lateral contendo ácido hidroxâmico são descritos na Patente n° US 5.750.070, que foi incorporada por referência.
[0043] O inibidor de corrosão pode estar presente na água industrial a uma concentração de cerca de 0,01 ppm a cerca de 1.000 ppm em peso, incluindo desde cerca de 0,1 ppm ou desde cerca de 1 ppm a cerca de 500 ppm, ou a cerca de 200 ppm.
[0044] Em certas modalidades dos métodos aqui fornecidos, é medido um parâmetro do sistema de água industrial. Os parâmetros incluem, mas não se limitam a, temperatura, pressão, pH, condutividade, potencial de redução da oxidação, resistência à polarização linear, derivados dos mesmos e combinações dos mesmos. Em uma modalidade preferida, os métodos aqui descritos compreendem ainda medir a resistência de polarização linear do fluido no sistema industrial, e agir com base em pelo menos uma das análises da característica de corrosão na região de interesse da imagem digital, ou série das mesmas, do substrato, e a resistência de polarização linear medida do fluido do sistema industrial. Em uma modalidade preferida, a invenção é direcionada para utilizar imaginologia digital de um substrato e resistência à polarização linear para analisar a corrosão em um sistema de água industrial.
[0045] O substrato é suficientemente iluminado para permitir a criação de imagens digitais do substrato localizado no sistema de água industrial. Em modalidades preferidas, o substrato suficientemente iluminado utilizando um diodo emissor de luz e, de um modo mais preferido, uma pluralidade de diodos emissores de luz.
[0046] Em certas modalidades dos métodos aqui divulgados, é criada uma série de imagens digitais do substrato. Em certas modalidades preferidas, a série de imagens digitais do substrato é criada enquanto o substrato está localizado em um sistema industrial, por exemplo, um sistema de água industrial. Embora não seja preferido, a série de imagens digitais do substrato pode ser criada enquanto o substrato não está localizado em um sistema industrial. Nas modalidades preferidas, o substrato localizado no sistema industrial, por exemplo, um sistema de água industrial, está geralmente em contato com um fluido, por exemplo, água industrial.
[0047] Quando utilizada, a série de imagens digitais pode ter duas ou mais imagens digitais. Em certas modalidades dos métodos aqui fornecidos, a série de imagens digitais compreende uma quantidade de imagens digitais suficiente para realizar a análise de tendências das imagens digitais e, assim, do substrato. Em modalidades preferidas dos métodos aqui fornecidos, a série de imagens digitais é uma quantidade suficiente para realizar a análise de tendência de corrosão do substrato. Em certas modalidades dos métodos aqui fornecidos, a série de imagens digitais é criada em um intervalo de tempo fixo, isto é, cada imagem é tirada após um período fixo de tempo. Em certas modalidades dos métodos aqui fornecidos, a série de imagens digitais é criada em um intervalo de tempo fixo quando um parâmetro do sistema industrial, por exemplo, sistema de água industrial, está dentro de um limite de controle, mas a série de imagens digitais é criada em um intervalo de tempo menor que o intervalo de tempo fixo quando o parâmetro do sistema industrial não está dentro do limite de controle. Em outras palavras, quando o processo está sob controle, uma imagem digital é criada a uma taxa de uma imagem digital a cada comprimento t de tempo, mas quando o processo está fora de controle, uma imagem digital é criada a uma taxa mais rápida do que uma imagem digital a cada comprimento t de tempo.
[0048] Em certas modalidades dos métodos aqui proporcionados, a imagem digital, ou séries das mesmas, do substrato, é analisada para determinar uma tendência de corrosão do substrato no sistema industrial, por exemplo, sistema de água industrial. Em certas modalidades, a análise compreende definir uma região de interesse na série de imagens digitais do substrato e sintetizar dados de tendência da região de interesse a partir da série de imagens. Em algumas modalidades, a análise compreende a transformação matemática de dados para sintetizar informações relacionadas ao tamanho (por exemplo, uma medição unidimensional ou cálculo da área de superfície para inferir a profundidade do pite), perfil de cor, número de características de corrosão, área percentual coberta por características de corrosão, área de superfície média das características de corrosão, porcentagem de características ativos de corrosão e combinações dos mesmos, para calcular uma tendência de corrosão (por exemplo, uma taxa de corrosão localizada). A corrosão localizada e exemplos de transformações matemáticas de dados são discutidos aqui mais adiante. Em certas modalidades dos métodos aqui proporcionados, o método compreende ainda a estimativa da profundidade do pite do elemento de corrosão com base na área superficial estimada da característica de corrosão. Em certas modalidades dos métodos aqui proporcionados, o método compreende ainda a estimativa da profundidade do pite da característica de corrosão com base em uma medição unidimensional da característica de corrosão. Exemplos de medições unidimensionais de uma característica de corrosão incluem, mas não estão limitados a, comprimento (por exemplo, uma medição ponto a ponto através de uma característica de corrosão), perímetro (por exemplo, circunferência em torno de uma característica de corrosão) e medidas e estimativas dos mesmos.
[0049] Em certas modalidades, os métodos compreendem a definição de uma região de interesse na imagem digital, ou série da mesma, do substrato. A região de interesse pode compreender uma superfície do substrato. Em certas modalidades dos métodos aqui fornecidos, a região de interesse é uma superfície, ou porção da mesma, de um substrato (por exemplo, um cupom de corrosão).
[0050] Em certas modalidades dos métodos aqui fornecidos, a região de interesse compreende uma ou mais características de corrosão. Em certas modalidades dos métodos aqui fornecidos, uma pluralidade de características de corrosão é identificada na região de interesse. As características de corrosão podem ser contadas e/ou rastreadas quanto a alterações em número, o que pode fornecer informações relacionadas ao ambiente corrosivo que pode estar presente no sistema industrial, por exemplo, sistema de água industrial. Em certas modalidades, o método compreende a identificação de uma característica de corrosão na região de interesse, que pode ainda compreender a previsão de um futuro evento de corrosão baseado na característica de corrosão. Em certas modalidades dos métodos aqui fornecidos, é calculada a área da superfície da característica de corrosão, o que permite uma previsão da profundidade do pite estimada com base na área da superfície da característica de corrosão.
[0051] A corrosão localizada tende a formar sulcos em superfícies de materiais e, portanto, é às vezes chamada de corrosão por “formação de pites”. A corrosão localizada pode ser descrita como um processo estocástico com taxas variáveis. Geralmente, a corrosão localizada é responsável por muitas falhas do sistema industrial, particularmente relacionadas a sistemas de água industriais. Embora a corrosão geral dos sistemas industriais possa ser um pouco previsível usando monitoramento de corrosão convencional (por exemplo, resistência à polarização linear, (“LPR”)), a corrosão localizada tem sido mais difícil de monitorar e/ou prever em tempo real, geralmente exigindo instrumentação sofisticada e procedimentos analíticos. Em certas modalidades dos métodos aqui fornecidos, a tendência de corrosão determinada para o sistema industrial é uma tendência de corrosão localizada.
[0052] Em certas modalidades, um potencial evento de corrosão futuro é previsto com base na análise, ou subconjuntos das mesmas, da série de imagens digitais. Em certas modalidades dos métodos aqui proporcionados, o potencial evento de corrosão futuro é um ou mais dentre os seguintes: taxa de corrosão, falha por corrosão e combinações das mesmas.
[0053] Em certas modalidades dos métodos aqui fornecidos, é tomada uma ação (isto é, “age-se”) com base na análise da característica de corrosão na região de interesse da imagem digital, ou série das mesmas, do substrato. Geralmente, a ação tomada será uma ou mais ações para evitar ou diminuir os efeitos da corrosão (de preferência corrosão localizada) no sistema industrial, por exemplo, um sistema de água industrial. Qualquer uma ou mais ações podem ser tomadas, incluindo, mas não se limitando a, aumentar a dosagem do inibidor de corrosão, selecionar um inibidor de corrosão diferente, modificar o inibidor de corrosão, alterar uma propriedade física do sistema industrial, desligar o sistema industrial e combinações dos mesmos.
[0054] Em certas modalidades dos métodos aqui fornecidos, as limitações de escala de tempo e/ou de medição do ponto final da monitorização de substrato são abordadas integrando um sistema de imagem no sistema industrial, por exemplo, um sistema de água industrial. Em certas modalidades dos métodos aqui fornecidos, o substrato é um cupom de corrosão e o sistema de formação de imagens é integrado como parte de um bastidor de cupons padrão. Em certas modalidades dos métodos aqui fornecidos, o sistema de imagem não é intrusivo. Em certas modalidades dos métodos aqui fornecidos, o sistema de imagem fornece a capacidade de capturar a atividade de corrosão em tempo real na superfície de um cupom em contato com um fluido (por exemplo, água industrial) presente em um sistema industrial (por exemplo, um sistema de água industrial. Por exemplo, a Figura 1 mostra uma parte de um sistema industrial, neste exemplo, um sistema de água industrial, compreendendo o sistema de imagem 1 ligado ao sistema de água industrial em um tubo de fluxo de processo. A porção do sistema de água industrial compreende o tubo 100 que transporta um fluido, neste exemplo, água industrial, para o substrato 101 (por exemplo, um cupom de corrosão) retido no tubo pelo suporte de substrato 102 conectado à passagem 103 inserido no tubo em t 104. O substrato 101 pode ser construído de um metal que é representativo dos materiais molhados de construção do sistema de água industrial a ser monitorado, que em certas modalidades compreende aço carbono, latão (por exemplo, latão almirantado), aço inoxidável, alumínio e/ou ligas relacionadas. Outras opções de seleção são que uma ou mais superfícies do substrato têm um certo acabamento, por exemplo, terra, jato de areia, polido, etc., e se o substrato é passivado ou não. Os componentes 100 a 104 podem parcialmente ou inteiramente compreender hardware de montagem de cupom padrão usado em racks de cupom de corrosão comercialmente disponíveis (por exemplo, EnviroAqua Consultants Inc., 7116 Sophia Ave, Van Nuys, CA, Modelo ACR-22) projetados de acordo com as especificações ASTM.
[0055] O sistema de imagem requer acesso óptico para visualizar o substrato em contato com o fluxo de fluido do processo, ou seja, a água industrial. Geralmente, os sistemas comerciais de bastidor de cupom usam tubos de PVC transparentes para fornecer aos operadores a capacidade de inspecionar visualmente um cupom de corrosão, o que permite a montagem direta do sistema de geração de imagens. Se o tubo for opaco, serão necessárias modificações, como a instalação de uma seção de tubo de PVC transparente ou a modificação do tubo para fornecer acesso óptico. A Figura 1 mostra o acesso óptico como janela 105.
[0056] A Figura 2 mostra uma modalidade alternativa do sistema de imagem 1, que inclui muitas das mesmas características que a modalidade ilustrada na Figura 1. Por exemplo, os sistemas de imagem das Figuras 1 e 2 compreendem a câmera 106, que pode ser uma câmera complementar de semicondutor de óxido metálico (“CMOS”) ou uma câmera de dispositivo de carga acoplada (“CCD”), equipada com a lente 107. Nas modalidades das Figuras 1 e 2, a câmera 106 é montada no acessório 108 através do estágio de tradução linear 109, o que permite o ajuste do foco. Em alternativa, pode utilizar-se uma câmera com uma função de focagem automática como, por exemplo, o modelo de câmera de geração de imagens DKF72AU02-F (6926 Shannon Willow Road, Charlotte, NC 28226), evitando a necessidade de um estágio de tradução linear 109. A câmera 106 pode ser a preto e branco ou preferivelmente colorida para proporcionar uma percepção adicional da dinâmica da corrosão. Na modalidade das Figuras 1 e 2, fontes de luz 110 são usadas para iluminar o cupom, o que pode não ser necessário dependendo da luz natural e/ou de outra luz artificial disponível em qualquer local particular.
[0057] Múltiplas fontes de luz podem ser usadas para iluminar de diferentes direções para acentuar as características desejadas no substrato ou superfície do mesmo, ou para melhorar o perfil geral de iluminação. Por exemplo, iluminar uma superfície do substrato com uma fonte de luz posicionada quase perpendicular à superfície pode fornecer uma iluminação de campo claro. Nesse caso, o dispositivo de imageamento captura a maior parte da luz refletida direta. Colocar uma ou mais fontes de luz com grande ângulo (ou ângulos) de incidência em relação à superfície normal pode melhorar características salientes, como arranhões ou depressões, na superfície. Além disso, a luz pode ser direcional ou difusa. A iluminação difusa proporciona uma iluminação mais uniforme e atenua o componente especular ao iluminar superfícies reflexivas. A luz pode ser proveniente de um ou mais dentre um diodo emissor de luz (“LED”), uma lâmpada incandescente, uma lâmpada de halogênio de tungstênio, luz transportada através de fibra óptica ou qualquer combinação destes ou outros meios padrão para fornecer iluminação. Em certas modalidades dos sistemas e métodos aqui proporcionados, quatro fontes de luz de LED são utilizadas e dispostas de tal modo que cada uma das quatro fontes de luz LED direcione luz em um padrão X na direção do substrato, um exemplo do que é mostrado na Figura 2.
[0058] Um exemplo de uma fonte de luz LED está disponível como CREEXPE2-750-1 junto a Cree, Inc., 4600 Silicon Drive Durham, Carolina do Norte, 27703, que em certas modalidades está equipada com uma lente Carclo modelo 10138, disponível junto a Carclo Optics, Rua Faraday 6 e 7, Área Industrial de Rabans Lane, Aylesbury HP19 8RY, Inglaterra, ReinoUnido.
[0059] Nas modalidades das Figuras 1 e 2, as fontes de luz 110 são montadas em montagens 111 que permitem o ajuste de ângulo e altura. O espectro de comprimento de onda de emissão de luz pode cobrir a região de luz branca ou faixas de comprimento de onda específicas para destacar características específicos. Por exemplo, comprimentos de onda específicos podem ser usados para destacar a cor na superfície do substrato ou usados com a câmera preta e branca para extrair informações de cor da superfície. Em certas modalidades dos métodos aqui apresentados, o substrato é iluminado com luz tendo uma banda de comprimentos de onda de cerca de 390 nm a cerca de 700 nm.
[0060] O controle de aquisição de imagem pode ser feito por um PC, microprocessador, controlador externo e/ou processador incorporado na câmera. Câmeras digitais comerciais geralmente vêm de fábrica com velocidades de aquisição de imagem de 30 quadros por segundo (“fps”) ou maiores. Devido ao fato de que corrosão geralmente ocorre a uma escala de tempo muito mais longa (por exemplo, dezenas de minutos a semanas), o controle de aquisição de imagem é o método preferido, ou seja, a aquisição de uma imagem única ou média de imagens N a uma frequência que pode ser, por exemplo, fixa, variável e/ou orientada a eventos. A coleta de dados dessa maneira utiliza o armazenamento de dados com mais eficiência. Por exemplo, uma taxa de aquisição de imagem de uma vez por dia, ou uma vez por semana, pode ser suficiente para certos sistemas industriais se apenas as alterações brutas nas características de corrosão forem de interesse. No entanto, se o sistema industrial sofrer um impacto, por exemplo, uma queda no pH, a dinâmica das características de corrosão pode ser perdida com a aquisição de imagem pouco frequente. Neste caso, desencadear um aumento na frequência da criação das imagens digitais no momento da perturbação permite coletar dados de imagem em uma resolução de tempo mais precisa.
[0061] A interface entre o sistema de imagem e uma corrente de fluido em um sistema industrial (por exemplo, uma corrente de água industrial em um sistema de água industrial) pode ser feita montando diretamente o sistema de imagem em um tubo de processo, como mostrado nas Figuras 1 e 2, usando, por exemplo, braçadeiras de montagem 112. A placa de fundo 113 e o alojamento de invólucro 114 proporcionam proteção aos componentes internos quanto ao ambiente. Adicionalmente, a placa de fundo 113 e a caixa de invólucro 114 controlam a luz ambiente quanto a interferir com a luz produzida pelas fontes de luz 110. Comunicação e/ou energia elétrica podem ser fornecidas aos componentes do sistema de imagem por conexões de cabos e/ou antenas.
[0062] O controle de iluminação adicional pode ser proporcionado através da utilização de filtros e/ou polarizadores na fonte de luz (ou fontes de luz) 110 e/ou dispositivo de geração de imagens 106. Por exemplo, a adição de polarizadores lineares 115 e 116 permite a remoção de reflexos ou pontos quentes (por exemplo, brilho intenso de alta intensidade de luz) da imagem provenientes dos raios da fonte de luz que, por exemplo, podem refletir da janela ou tubo transparente. Além disso, ou em vez disso, os filtros de cor (por exemplo, passagem de banda, entalhe, passagem curta e/ou passagem longa) podem ser usados para aprimorar detalhes específicos da imagem ou remover efeitos de luz de fundo. A filtragem pode ser aplicada na câmera, na fonte de luz ou em ambos. Por exemplo, as características vermelhas em uma superfície podem ser melhoradas utilizando uma fonte de luz com um passa- banda ou filtro de passagem longa superior a 600 nm, por exemplo, 600 a 1.100 nm, ou mais preferencialmente 600 a 700 nm e ainda mais preferencialmente 630 nm. Nesse caso, a luz vermelha refletirá a partir das superfícies vermelhas do substrato para o dispositivo de detecção de imagens que também pode ser equipado com um filtro semelhante. Isso permite que apenas a luz refletida da superfície na faixa de transmissão de comprimento de onda do filtro atinja o detector, resultando em aprimoramento da característica vermelha.
[0063] Em certas modalidades, os métodos fornecem a capacidade de monitorar vários locais do substrato. Por exemplo, uma pluralidade de câmeras e fontes de luz montadas em posições diferentes em relação ao substrato podem fornecer a capacidade de visualizar diferentes lados, bordas e ângulos do substrato (por exemplo, cupom).
[0064] Alternativamente, como mostrado na Figura 3, pode utilizar-se o dispositivo de posicionamento de substrato 300, o qual permite que o substrato 103 seja rodado para posições diferentes para fazer a imagem de ambos os lados do substrato (frente e verso), bem como vistas laterais e/ou angulares. O sistema mostrado na Figura 3 compreende o dispositivo de posicionamento de substrato 300 ligado ao suporte de substrato 102 que é inserido através de passagem 304. A passagem 304 utiliza vedantes 301 (por exemplo, anéis em O) para proporcionar uma vedação e permitir que o suporte de substrato 102 gire. Caso contrário, o sistema de imagem 1 da Figura 2 é a mesma configuração do sistema 1, como mostrado na Figura 1. O dispositivo de posicionamento de substrato 300 pode ser de controle manual, servomotor ou tipo de passo para controlar a posição do cupom.
[0065] Outro exemplo de dispositivo de posicionamento de substrato 300 é mostrado na Figura 4, que para esta modalidade é construído de um tampão chaveado modificado para ser ligado ao suporte de substrato 102, que se liga ao substrato 103. O suporte de substrato 102 e o substrato 103 são inseridos através de passagem 304. A passagem 304 utiliza uma ou mais vedações 301 para proporcionar uma vedação e permitir que o suporte de substrato 102 gire. Como na modalidade da Figura 3, dispositivo de posicionamento de substrato 300 da Figura 4 pode ser de controle manual, servomotor ou tipo de passo para controlar a posição do cupom. Os dispositivos de posicionamento de substrato das Figuras 3 e 4 podem serutilizados como parte dos sistemas de qualquer uma das Figuras 1 e 2.
[0066] Um exemplo de caso em que o substrato é fotografado em uma posição diferente é mostrado na Figura 5 para uma vista lateral de um cupom de aço macio exposto à Água A durante 22 dias. A imagem do lado do cupom permite a captura de detalhes sobre a altura (altura máxima) dos produtos de corrosão formados na superfície do cupom. A magnitude da altura e o monitoramento da mudança de altura no tempo fornecem informações sobre o nível de atividade de corrosão, por exemplo, uma grande mudança na altura, sugerindo um aumento no nível de atividade de corrosão.
[0067] Em certas modalidades, uma pluralidade de dispositivos de imagem é utilizada para criar uma pluralidade de imagens digitais, ou séries (plural) das mesmas, de um ou mais substratos. Por exemplo, vários sistemas de imagem podem ser montados em um sistema de água industrial para monitorar em diferentes pontos e/ou variadas metalurgias de substrato. A Figura 6 mostra um exemplo de um bastidor de cupons com 4 pontos de montagem de cupons 400 compreendendo ainda uma haste de suporte de cupons, porca de suporte e cupom, embora os dispositivos de posicionamento de substrato de qualquer das Figuras 3 e 4 poderiam ser utilizados. O bastidor de cupons está equipado com três sistemas de imagem 1 (rotulados de 1a a 1c para diferenciá-los entre si) como descrito anteriormente e mostrado nas Figuras 1 e 2. Os sistemas de geração de imagens interagem diretamente com o controlador 404 que pode ser um PC, microprocessador, gateway ou combinação de tais dispositivos para estabelecer comunicação eletrônica para controle de aquisição, bem como armazenar e/ou transmitir dados de imagem. A Figura 6 mostra o cabeamento 405 conectando os sistemas de imagem 1a e 1b. Em certas modalidades (por exemplo, sistemas de imagem 1a e 1b), o cabeamento 205 fornece energia e transferência de dados bidirecional, isto é, coleta dados de imagem ou envio de comandos para controlar as configurações da câmera digital. Como alternativa, um protocolo sem fio (por exemplo, um ou mais dentre Wi-Fi, ZigBee, LoRa, Thread, BLE OnRamp, RPMA, a família de rede EEE 802.11, IEEE 802.15.4, Bluetooth, HiperLAN, etc.) pode ser usado para comunicação entre o dispositivo de imagem e o controlador 404, como mostrado para o dispositivo de imagem 1c equipado com um dispositivo de comunicação sem fios comunica com o controlador 404 via antenas 406. A alimentação das unidades de imagem pode ser feita através do cabo 405, bateria, energia solar ou outros meios de captação de energia, por exemplo, vibração ou térmica. A combinação do uso de um protocolo sem fio com um método autoalimentado permite a instalação conveniente em vários locais. Os dados de imagem coletados pelo controlador 404 podem ser armazenados, processados usando algoritmos avançados de análise de imagem, processados e reduzidos a variáveis-chave de tendências, transmitir dados a um servidor remoto ou se comunicar com um dispositivo de controle, por exemplo, um sistema de controle distribuído (“DCS”, por exemplo, a tecnologia Nalco 3D, disponibilizada pela Nalco Water, uma empresa Ecolab, 1601 West Diehl Road, Naperville, Illinois 60563), um sistema de gerenciamento de informações laboratoriais (por exemplo, um pacote de software/hardware “LIMS”) e/ou um sistema de computação na nuvem.
[0068] A criação da imagem digital pode ser obtida simplesmente tirando-se uma foto do substrato, e uma série de imagens digitais pode ser obtida tirando-se duas ou mais fotos do substrato ao longo do tempo. Em certas modalidades, calcula-se a média das imagens digitais dentre a série de imagens digitais, o que pode proporcionar uma relação sinal-ruído melhorada, como mostrado na Figura 7, que, por exemplo, pode ser usada para criar um vídeo com lapso de tempo sincronizado para processar os dados coletados medindo um parâmetro da água industrial no sistema de água industrial. O método pode ainda compreender analisar (por exemplo, sintetizar) os dados recolhidos a partir da imagem digital, ou séries dos mesmos, transformando matematicamente os dados, o que, em certas modalidades, pode proporcionar uma melhor percepção da corrosão detectada. Para a simples coleta de dados instantâneos mostrada na Figura 7, um conjunto de quatro imagens é mostrado cobrindo um período de 21 dias para um cupom de aço macio pré- tratado. Neste caso, o cupom foi exposto à água com a seguinte composição (um exemplo de água industrial, a seguir denominada “Água A”): TABELA 1: A COMPOSIÇÃO DA ÁGUA A.
Figure img0002
[0069] A Água A foi tratada com 100 ppm de um inibidor de corrosão compreendendo 4,5% de ortofosfato, 4,5% de oligômero de succinato de fosfina, 1,2% de benzotriazol, 0,3% de toliltriazol e 5,4% de polímero de alta tensão marcado (disponível junto à Nalco, uma Companhia Ecolab, como inibidor de corrosão 3DT189). As alterações nas características de corrosão na superfície do cupom são claramente visíveis nas imagens digitais da Figura 7 como indicado pelas áreas escuras contra o fundo do cupom. O tamanho e a aparência de novas características são observados para o teste de 21 dias. A capacidade de capturar a imagem do cupom em diferentes momentos fornece um meio de monitorar as alterações que ocorrem na superfície do cupom, neste caso, devido à corrosão. Além disso, a capacidade de armazenar dados de imagem fornece a capacidade de comparar dados de imagens atuais a observações passadas de diferentes substratos de todos os tipos, por exemplo, substratos situados de maneira semelhante no mesmo sistema de água industrial, substratos situados em sistemas de água industriais diferentes, análises de uma população de substratos e semelhantes. Por exemplo, uma série de imagens digitais de um substrato pode ser criada a cada 5, 10, 15... dias e analisada em relação a dados históricos de imagens digitais coletados nos mesmos períodos incrementais para um ou mais substratos localizados na mesma posição dentro do sistema de água industrial. As diferenças observadas entre os dados podem indicar mudanças no processo devido ao programa de tratamento e/ou qualidade da água.
[0070] A utilização de algoritmos de processamento digital de imagens pode fornecer uma avaliação quantitativa das imagens digitais, que fornece uma avaliação quantitativa da corrosão do substrato e, portanto, da corrosão do sistema industrial. Os dados coletados a partir da série de imagens digitais podem ser usados para desenvolver tendências gerais relacionadas a uma característica (ou uma pluralidade da mesma) ou a alterações na área de superfície do substrato.
[0071] Um exemplo descrevendo as etapas para identificar o número de características de corrosão e tamanho médio é mostrado na Figura 8. Uma região de interesse é definida para limitar a análise da série de imagens digitais do substrato. Uma análise de limiar é aplicada para identificar características de corrosão e reduzir a imagem de N bits para uma imagem binária, como mostrado no quadrante inferior esquerdo da Figura 8. A partir da imagem binária na Figura 8, uma distinção clara entre o substrato onde não há atividade de corrosão presente (fundo preto) e as características de corrosão (branco) pode ser observada. As áreas de superfície das características de corrosão são calculadas e armazenadas para gerar uma distribuição. A partir da distribuição, estáticas descritivas gerais, como desvio padrão da média, faixa, etc., podem ser calculadas e armazenadas com o registro de data e hora correspondente. Realizar os passos em cada imagem de uma série de imagens permite traçar os dados reduzidos, por exemplo, como um gráfico de tendência para a contagem de características e área média (ver, por exemplo, a Figura 9).
[0072] Em certas modalidades, o processamento de limite de duas etapas é aplicado (como o do exemplo anterior) para identificar a característica (ou características) de corrosão envolvida. O processamento de limite de duas etapas efetuado em cada imagem explica as variações no plano de fundo e as alterações na cobertura da área percentual da característica (ou características) de corrosão. O processamento envolve aplicar um limiar grosseiro à imagem digital para localizar as características de corrosão. Para o exemplo anterior, a área de cada característica do limite grosseiro é maior que a área real. O mascaramento de imagem é aplicado às áreas de limiar grosseiro para remover as características da imagem. Um histograma de intensidade é calculado para determinar a distribuição de intensidade sem características de corrosão, ou seja, somente fundo de substrato. Para determinar a característica de corrosão, um ajuste de limite fino pode ser calculado usando valores limiares de 3o da distribuição de fundo. Por exemplo, aplicar os valores limiares calculados de 3o à distribuição na Figura 8 usando a abordagem de limite de 2 etapas permite a identificação de características de corrosão. Em certas modalidades, são utilizados métodos de processamento de imagem utilizando normalização e/ou identificação de bordas para detectar transições nítidas entre a característica (ou características) de fundo e corrosão.
[0073] Em certas modalidades, a plotagem de variáveis, como porcentagem de cobertura de área e/ou razão da área média dividida pelo número de características, também pode ser criada. A cobertura percentual da área é baseada na proporção da área geral de características de corrosão (soma da área para todos as características identificados) dividida pela área da região de interesse. Isso fornece uma métrica para o nível de corrosão cobrindo a superfície.
[0074] A relação entre a área média dividida pelo número de características fornece uma indicação sobre o tipo de corrosão, isto é, geral versus localizada. Por exemplo, dois substratos com a mesma área somada de características de corrosão não são descritivos em relação ao tipo de corrosão. Incluir a contagem de características e desenvolver uma proporção da área somada dividida pela contagem, forma uma nova variável, que fornece informações sobre o grau de corrosão localizada. Para este exemplo, o substrato com maior contagem de características de corrosão teria um valor de proporção menor que o caso com menos características, indicando que a corrosão localizada é mais predominante.
[0075] Variáveis adicionais também podem ser criadas combinando- se os dados de corrosão associados à série de imagens digitais com dados obtidos de sondas de monitoramento de corrosão, por exemplo, uma sonda de monitoramento de corrosão Nalco (NCM) baseada na resistência de polarização linear (“LPR”). A LPR é uma ferramenta padrão usada para o monitoramento geral instantâneo de corrosão, a fim de dar uma tendência em mils por ano (“mpy”, 0,0254 milímetros por ano) para diferentes metalurgias. Analisando-se dados de uma pluralidade de fontes pode-se criar uma taxa de corrosão localizada em tempo real estimada e um esquema de classificação para alarmes. Por exemplo, um esquema de alarme desenvolvido seguindo os dados da Tabela 1 de Mars G. Fontana5 (Corrosion Engineering, 3a Edição) fornece um exemplo de classificação do nível de corrosão localizada. Os dados fornecem um ponto de partida para desenvolver um esquema de alarme para alertar os usuários sobre a gravidade da corrosão localizada e tomar as medidas corretivas adequadas, se necessário. Além disso, as informações de corrosão localizadas correlacionadas com eventos podem ser usadas como uma ferramenta de solução de problemas. Por exemplo, para um sistema de água industrial, um aumento na corrosão localizada após uma troca de água de reposição pode indicar que a qualidade da água é mais corrosiva do que a água de reposição usada anteriormente. A ação corretiva pode ser tão simples quanto a adição de um inibidor de corrosão adicional e/ou diferente, ou, em casos mais severos, a passagem da água de reposição por uma coluna de troca iônica pode ser necessária para reduzir a corrosividade da água de reposição. TABELA 2. CLASSIFICAÇÃO DE TAXA DE CORROSÃOLOCALIZADA PARA AÇO MACIO, TODOS OS VALORES SÃO APROXIMADOS.
Figure img0003
[0076] Para o aço macio, a estimativa da profundidade do pite de corrosão a partir da análise da série de imagens digitais segue o fluxograma de processamento listado na Figura 10. Primeiro, a profundidade do pite do limite superior é estimada assumindo que uma vez que um pite é iniciado, o mesmo cresce continuamente com transporte de massa ou difusão como fator de controle da taxa. Para um pite bem definido, acredita-se que este seja o pior cenário possível. Para cupons de aço macio pré-tratado com acabamento de duplo-terreno, foi descoberto que o limite superior de profundidade de pite pode ser estimada usando a seguinte transformação matemática (Corrosion Science 50, 2008, 3.193 a 3.204):
Figure img0004
onde t é expresso em dias e a profundidade do pite d em μm.
[0077] A análise do substrato a partir de testes de laboratório e de campo indica a estimativa do limite superior de profundidade de pite D da Equação (1) é sempre maior que a medida real da profundidade do pite. Para cupons construídos com uma metalurgia e acabamento de superfície diferentes, um limite superior de profundidade de pite pode ser obtido empiricamente.
[0078] Além disso, um fator de calibração heurístico desenvolvido a partir de análise de substrato fora de linha, por exemplo, cupom removido de serviço e limpo, mostra que, paro pites isolados bem definidos (por exemplo, aqueles que têm uma mudança de cor acentuada em relação ao fundo do substrato), a razão entre diâmetro equivalente do pite e profundidade para cupons de metal expostos a diferentes condições e durações é m:1, onde m é de cerca de 1 a cerca de 30. Geralmente, o valor de m depende da metalurgia, condições de fluxo de fluido e condições de tratamento do inibidor de corrosão. Por exemplo, assumindo condições típicas para um sistema de água de resfriamento, para cupons de aço leve, m é cerca de 5 e para cupons de latão de almirantado, m é cerca de 15. Assim, a profundidade do pite pode ser inferida a partir da área do pite, exceto no caso em que os pites começam a se sobrepor ou grandes tubérculos se formam devido a subdepósitos, o que resultaria em um diâmetro de pite muito maior que aqueles de pites bem definidos. A condição de exceção pode ser definida como o diâmetro máximo do pite dividido por m maior que o limite superior de profundidade de pite. Abordagens alternativas para o cálculo da profundidade do pite são apresentadas aqui para abordar a exceção.
[0079] Como a corrosão 1) geralmente ocorre em n regiões de pite distintas com áreas de s1, s2,..., sn e profundidade de d 1, d2, ..., dn, a área total no campo de visão de cada imagem digital (que, em certas modalidades torna- se a região de interesse) é SCampoDeVisão; e 2) geralmente resulta em buracos que são de forma hemisférica ou semielipsoidal, o volume de cada buraco é igual a siDi, onde i = 1 a n. Assim, a profundidade média de pite ponderada por áreas de pite pode ser expressa como a seguinte transformação matemática:
Figure img0005
onde Vtotal é a perda total de metal da área total no campo de visão e Stotal é a área total corroída na área total do campo de visão.
[0080] Se a perda de metal, Vtotal, for uniformemente distribuída em Scampo de visão, a profundidade é uma profundidade geral de corrosão, dgeral, pode ser calculada com a seguinte transformação matemática:
Figure img0006
onde Pcorr é porcentagem da área corroída no campo de visão. De acordo com a Equação (3), a profundidade de corrosão localizada média seria proporcional ao recíproco da porcentagem da área corroída.
[0081] Embora Dgeral seja desconhecido, ele pode ser calculado com base em dados LPR. A suposição é que a profundidade geral de corrosão, Dgeral, de um substrato pré-tratado é proporcional à taxa de corrosão integrada de LPR, x, vezes o tempo total de imersão, t, de acordo com a seguinte transformação matemática: dger al =
Figure img0007
onde α é um fator de calibração, x é a taxa de corrosão geral de LPR e t é o tempo total de imersão. Portanto, a taxa média de corrosão localizada é obtida pela combinação da Equação (3) e (4) para obter a transformação matemática da Equação (5):
Figure img0008
onde é a taxa de corrosão localizada média, é a da profundidade de pite média ponderada pelas áreas do pite, α é um fator de calibração, ou seja, uma constante, x é a taxa de corrosão integrada do LPR, t é o tempo total de imersão, Pcorr é a porcentagem de área corroída no campo de visão.
[0082] Um exemplo usando a análise acima é mostrado na Figura 11 para dados de LPR e imagem digital coletados em um cupom de aço macio para estimar o valor de corrosão local integrado em milímetros por ano (mils por ano). As alterações nas características de corrosão na superfície do substrato são mostradas em momentos diferentes. O esquema de alarme desenvolvido para avaliar a corrosão localizada (isto é, medição de corrosão localizada ou “LCM”) de acordo com as diretrizes estabelecidas na Tabela 1. Durante os primeiros 10 dias, o LCM permaneceu baixo, indicando boa resistência à corrosão, com apenas algumas pequenas excursões na região razoável. No entanto, em um período mais longo, o LCM continuou subindo para a região de resistência fraca à corrosão. Um detalhamento da porcentagem de tempo gasto sob as diferentes regiões de resistência à corrosão também é mostrado. Essas informações fornecem uma avaliação rápida da eficácia do programa de tratamento e identificam períodos em que o controle da corrosão era fraco e por quanto tempo. Este exemplo ilustra como a combinação de imagens digitais ao longo do tempo e a medição de LPR podem ser usadas para alertar os operadores sobre o estresse de corrosão no sistema e fornecer análise para controle de retroalimentação, que pode incluir a alteração da quantidade de dosagem ou programa de tratamento. O exemplo também ilustra um método para coletar dados dinamicamente e reduzir os dados para uma variável de tendência para rastreamento, alarme e controle de retroalimentação.
[0083] A estimativa de taxa de corrosão localizada integrada fornece um exemplo de uma transformação matemática que fornece uma indicação do nível de corrosão local e geral. Uma abordagem adicional ou alternativa usa a combinação de imagens digitais e dados LPR com base na premissa de que a corrosão é um processo lento e a detecção de mudanças na área do pite e/ou profundidade ocorre gradualmente ao longo do tempo. Por exemplo, se a taxa de corrosão localizada for, por exemplo, cerca de 100 mpy (isto é, cerca de 290 nm/h), então a profundidade do pite levará 16 horas para aumentar 4,6 μm. Usando a razão heurística de 5:1 entre diâmetro do pite e profundidade, o diâmetro do pite aumentaria 23 mícrons após 16 horas para este caso, o que é detectável por imagem digital. No entanto, a detecção de eventos localizados de corrosão instantânea com base apenas na análise de imagem é limitada devido à ocorrência gradual de corrosão ao longo do tempo.
[0084] Uma segunda abordagem é estender a análise para desenvolver uma taxa de corrosão localizada instantânea, diferenciando a Equação (5) com relação ao tempo para obter a seguinte transformação matemática:
Figure img0009
onde R é a taxa de corrosão localizada em tempo real, α é um fator de calibração, ou seja, uma constante, δ é a taxa de corrosão LPR em tempo real, Pcorr é a porcentagem da área corroída no campo de visão (por exemplo, região de interesse). Geralmente, a mudança de área para um pite ocorre gradualmente, como resultado, a mudança em Pcorr durante um curto período de tempo é aproximadamente zero, simplificando a Equação (6) à seguinte transformação matemática:
Figure img0010
[0085] Aqui, R é a taxa de corrosão localizada média em tempo real, α é um fator de calibração, ou seja, uma constante, δ é a taxa de corrosão LPR em tempo real e PCORR é a porcentagem da área corroída no campo de visão (por exemplo, região de interesse).
[0086] Geralmente, considerando que todos os fatores são constantes, a taxa de crescimento da profundidade do pite não é constante: inicialmente ocorrendo em uma taxa mais rápida e, em seguida, estabilizando ao longo do tempo. Da Equação (2) a profundidade do pite é proporcional a t0,5, isto é,
Figure img0011
portanto,
Figure img0012
cada um dos quais é uma transformação matemática, onde D é a profundidade do pite, R é a taxa média de corrosão localizada em tempo real e t é o tempo total de imersão. Portanto, a taxa de corrosão projetada após três meses de serviço pode ser obtida com base em um menor tempo de tratamento usando a Equação (10). Por exemplo, a razão da taxa de corrosão localizada média em tempo real projetada após o tratamento de três meses (30 dias) para a taxa de corrosão localizada média em tempo real no tempo T pode ser expressa como a seguinte transformação matemática:
Figure img0013
[0087] Usando a Equação (11), a taxa de corrosão de 2,54 mm/ano (100 mpy) após três dias de tratamento é equivalente a 0,4572 mm/ano (18 mpy) após 90 dias. A Equação (11) pode ser combinada com a Equação (7) para dar a seguinte transformação matemática:
Figure img0014
onde Rprojetado é uma taxa de corrosão localizada média em tempo real normalizada durante 90 dias, α é um fator de calibração, ou seja, um, δ é taxa de corrosão LPR em tempo real constante, Pcorr é a percentagem de área corroída no campo de visão, e T é o tempo total de imersão.
[0088] Um exemplo que aplica o conceito de uma taxa de corrosão localizada média em tempo real normalizada é mostrado na Figura 12 juntamente com dados da medição LPR padrão de dados da Figura 11. Na Figura 12, a combinação de dados de imagem e LPR foi usada para redimensionar os dados para refletir a atividade de corrosão localizada. O resultado LCM normalizado inicial é maior que 1,524 mm/ano (60 mpy) com uma leitura do Nalco Corrosion Monitor (“NCM”) < 0,05 mm/ano (<2 mpy) indicando que a corrosão localizada está dominando, consistente com os dados da imagem digital que mostra apenas alguns locais ativos muito pequenos. Conforme o tempo avança, o número de locais de corrosão identificados pela análise de imagens digitais aumenta e os valores normalizados de LCM e LPR são de aproximadamente 1,397 mm/ano (55 mpy) e aproximadamente 0,254 mm/ano (10 mpy), respectivamente. Isso sugere que a densidade das características de corrosão é relativamente alta, por exemplo, a cobertura de área é de aproximadamente 10%, indicando que tanto a corrosão localizada quanto a geral estão presentes.
[0089] Um aspecto adicional dos métodos aqui estabelecidos é o de rastrear a alteração da área superficial da corrosão e o tempo integrado para características individuais de corrosão. A utilização de análise de imagens digitais em combinação com outros dados do sensor, por exemplo, pH, condutividade, ORP, LPR, etc., pode reduzir o tempo de avaliação de um programa de tratamento de corrosão. Em determinadas circunstâncias, evidências experimentais limitadas podem sugerir que a estimativa da profundidade do pite ou taxa de corrosão pode ser obtida muito antes do período típico de serviço de substrato onde a informação é obtida somente após o substrato (por exemplo, cupom) ser retirado de serviço. Um exemplo que suporta esta descoberta é mostrado nas Figuras 13 a 15, onde os tubérculos individuais são identificados e rastreados ao longo do tempo. A Figura 13 mostra um tempo médio normalizado de características de tubérculos capturados por imagem digital após aproximadamente 15 dias de exposição a Água A tratada com 100 ppm de 3DT189. A escala de cinza é normalizada para o tempo total de imersão do cupom. Por exemplo, a área sombreada pela luz indica que a característica está presente há mais tempo, enquanto a aparência da cor mais escura é mais recente, como indicado pela Figura 13. A cor escura clara é uma indicação de que a característica de corrosão, isto é, área de tubérculo, está se expandindo ativamente. Ao usar a imagem da área média do tempo, a identificação e o número de tubérculos ativos podem ser localizados rapidamente. A Figura 14 mostra a mudança de área para cada tubérculo correspondente à característica marcada na Figura 13. Por exemplo, para o tubérculo rotulado 14, a área média de tempo normalizada na Figura 13 é de cor clara, indicando pouca ou nenhuma mudança na área ocorrida durante uma grande parte do tempo total de imersão do cupom. Em contrapartida, a área de tempo média dos tubérculos marcados com 5 e 11 parece muito ativa. As áreas claras para estes tubérculos mostram onde o ponto de iniciação começou com a área em mudança ativa aparecendo escura.
[0090] Em certas modalidades, a análise da série de imagens digitais compreende analisar (por exemplo, sintetizar) a atividade dinâmica de um tubérculo na região de interesse. Utilizando o mesmo conjunto de tubérculos identificados na Figura 13, o perfil de crescimento para cada tubérculo é representado na Figura 14. Os dados mostram um rápido crescimento da área para todos os tubérculos, exceto 5 e 11, durante um período relativamente curto antes de atingir um patamar. Se a região de planalto for considerada inativa, um gráfico do tempo ativo da Figura 14 exibe uma boa correlação com a medição de profundidade de pite de um substrato fora de linha (por exemplo, cupom). Neste caso, a análise de imagens digitais seguiria a mudança de área para tubérculos individuais isolados para identificar o período ativo e extrapolar uma profundidade de fundo com base na curva de calibração mostrada na Figura 15. Essa análise fornece a capacidade de projetar a profundidade do pite ou a taxa de corrosão três meses depois com base nos dados de corrosão coletados em um período muito mais curto.
[0091] Em certas modalidades, os métodos aqui divulgados fornecem a capacidade de identificar locais de corrosão, incluindo locais de corrosão ativos, com base na análise e classificação de cores. Por exemplo, sabe-se que a corrosão do aço macio forma tubérculos compreendendo montes de produtos de corrosão. A cor desses produtos geralmente fornece algumas informações sobre a estrutura do monte. A hematita é geralmente de cor marrom avermelhada a alaranjada, enquanto a magnetita geralmente parece enegrecida. A cor pode fornecer informações relacionadas a se uma característica de corrosão pode ser agressiva. Geralmente, para o aço macio, uma cor do local de corrosão altamente agressiva tende a ter uma aparência mais laranja-avermelhada. Em alguns casos, uma mudança de cor pode ser detectada com a adição de um inibidor, fazendo com que a cor pareça mais escura. Usando um dispositivo de imagem digital em cores, a imagem coletada pode ser associada ao modelo de cores vermelho-verde-azul (“RGB”). Esses planos de cores individuais podem ser extraídos para visualizar e processar, bem como converter para outros modelos de cores, como matiz, saturação, intensidade (“HSI”), que corresponde aproximadamente à forma como o olho humano interpreta a cor. Um exemplo que ilustra a mudança de cor com a adição de um inibidor é mostrado na Figura 16 para um cupom de aço macio exposto à Água A durante 24 horas e depois tratado com um inibidor (neste caso, 3DT189 como aqui descrito).
[0092] A imagem mostrada na Figura 16 representa o plano vermelho extraído. A intensidade geral das características de corrosão é maior para o caso não inibido em comparação com o mesmo cupom após a adição do inibidor. A diferença é sutil, mas se torna mais clara ao categorizar a intensidade do perfil de linha para a região de interesse selecionada para cada plano de cor. Os valores de posição média são a soma dos perfis de linha divididos pelo número de perfis. Os resultados para vermelho, verde e azul são mostrados na Figura 17. Os perfis tracejados são os casos com inibidor adicionado. Além de o tamanho total não mudar após a adição do inibidor, ocorre uma diminuição significativa na intensidade vermelha e verde, indicando uma diminuição na atividade de corrosão. Essa mudança de cor é um fator discriminador para identificar sítios de corrosão ativa versus inativa.
[0093] Em certas modalidades, os métodos aqui divulgados podem ser utilizados para avaliar as propriedades de corrosão através de corrosão acelerada. Como discutido, o início do pite e o crescimento do pite na presença de um inibidor de corrosão é geralmente um processo lento, rotineiramente levando 3 dias ou mais para gerar cavidades, e duas semanas adicionais ou mais para diferenciar as mudanças de crescimento do pite com um programa inibidor de corrosão. Um exemplo de um substrato de aço macio que mostra a iniciação e o crescimento dos caroços é mostrado na Figura 18 para uma série de imagens digitais coletadas. Na ausência de inibidor de corrosão, o início da geração de pite ocorreu dentro de 30 minutos. Ao controlar a duração do tempo do substrato em contato com a água industrial no sistema de água industrial, o tamanho do pite das características de corrosão também é controlado. Uma vez que o tamanho do pite desejado é alcançado, um inibidor de corrosão pode ser adicionado para reduzir ou extinguir a taxa de corrosão (área e/ou pite). A abordagem de iniciar um tamanho de pite desejado seguido por adição de inibidor pode acelerar o processo de avaliação para a eficácia global de um programa de inibidor de corrosão.
[0094] Em certas modalidades, os métodos compreendem ainda melhorar as características de corrosão na região de interesse através da adição de uma porção fluorescente à água industrial no sistema de água industrial. Ao adicionar uma porção fluorescente à água industrial, a porção fluorescente liga-se ou reage com as características de corrosão. A detecção pode ser feita usando uma fonte de iluminação de excitação no comprimento de onda apropriado. Emissão de luz pode ser capturada pelo dispositivo de imagem para fornecer um mapa 2D da fluorescência proveniente das características de corrosão da superfície do substrato.
[0095] Todas as referências, incluindo publicações, pedidos de patentes e patentes aqui citadas são por meio deste incorporadas por referência na mesma extensão como se cada referência fosse individualmente e especificamente indicada para ser incorporada por referência e fosse estabelecida na sua totalidade neste documento.
[0096] O uso dos termos “um” e “uma” e “o/a” e “pelo menos um” e referentes semelhantes no contexto de descrever a invenção (especialmente no contexto das seguintes reivindicações) será interpretado para cobrir tanto o singular como o plural, a menos que indicado de outra forma neste documento ou claramente contradito pelo contexto. Em particular, a palavra “série” aparece neste pedido e deve ser interpretada de modo a abranger tanto o singular como o plural, salvo indicação em contrário aqui ou claramente contradita pelo contexto. O uso do termo “pelo menos um” seguido por uma lista de um ou mais itens (por exemplo, “pelo menos um de A e B”) será interpretado como significando um item selecionado dos itens listados (A ou B) ou qualquer combinação de dois ou mais dos itens listados (A e B), a menos que aqui indicado de outro modo ou claramente contradito pelo contexto. Os termos “compreendendo”, “tendo”, “incluindo” e “contendo” serão interpretados como termos abertos (isto é, significando “incluindo, mas não limitado a,”), a menos que indicado de outra maneira. A divulgação de faixas de valores neste documento meramente se destina a servir como um método de atalho de se referir individualmente a cada valor separado caindo dentro da faixa, a menos que aqui indicado de outra forma e cada valor separado é incorporado no relatório descritivo como se ele fosse aqui individualmente recitado. Todos os métodos aqui descritos podem ser realizados em qualquer ordem adequada, a menos que aqui indicado de outro modo ou de outro modo claramente contradito pelo contexto. O uso de todos e quaisquer exemplos, ou linguagem exemplar (por exemplo, “tal como”), aqui proporcionado pretende apenas iluminar melhor a invenção e não constitui uma limitação ao escopo da invenção a menos que reivindicado de outro modo. Nenhuma linguagem no relatório descritivo será interpretada como indicando qualquer elemento não reivindicado como essencial para a prática da invenção.
[0097] Modalidades preferidas da mesma invenção são aqui descritas incluindo o melhor modo conhecido pelos inventores para realizar a invenção. Variações dessas modalidades preferidas podem se tornar evidentes para os peritos na arte mediante leitura da descrição anterior. Os inventores esperam que os versados na técnica empreguem tais variações, como apropriado, e os inventores pretendem que a invenção seja praticada de outro modo que não aqui especificamente descrito. Consequentemente, esta invenção inclui todas as modificações e equivalentes da matéria recitada nas reivindicações anexas como permitido por lei aplicável. Além disso, qualquer combinação dos elementos descritos acima em todas as variações possíveis dos mesmos é abrangida pela invenção a menos que aqui indicado de outro modo ou de outro modo claramente contradito pelo contexto.

Claims (20)

1. Método de análise de um fluido de contato de substrato presente em um sistema industrial, sendo que o método é caracterizado pelo fato de que compreende: criar uma imagem digital do substrato enquanto o substrato entra em contato com o fluido presente no sistema industrial; definir uma região de interesse na imagem digital do substrato; identificar uma característica de corrosão na região de interesse na imagem digital do substrato; e analisar a característica de corrosão na região de interesse na imagem digital do substrato.
2. Método de de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que criar uma imagem digital compreendecriar uma série de imagens digitais do substrato enquanto o substrato entra em contato com o fluido presente no sistema industrial; em que a região de interesse compreende uma região de interesse na série de imagens digitais do substrato; em que a característica de corrosão compreende uma característica de corrosão na região de interesse na série de imagens digitais do substrato; e em que analisar a característica de corrosão compreende analisar a característica de corrosão na região de interesse na série de imagens digitais do substrato para determinar uma tendência de corrosão do sistema industrial.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que compreende ainda movimentar o substrato no sistema industrial para expor uma segunda região de interesse para imageamento digital e repetir as etapas do método.
4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a3, caracterizado pelo fato de que o fluido é água industrial e o sistema industrial é um sistema de água industrial.
5. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que ainda compreende: tratar a água industrial do sistema de água industrial com um inibidor de corrosão; e atuar com base na análise da característica de corrosão na região de interesse na série de imagens digitais do substrato.
6. Método, de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que compreende ainda medir um parâmetro da água industrial presente no sistema de água industrial selecionado dentre pH, condutividade, potencial de oxidação e redução, resistência à polarização linear, derivados dos mesmos e combinações dos mesmos.
7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que compreende ainda estimar a área de superfície da característica de corrosão.
8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende ainda estimar a profundidade do pite da característica de corrosão com base na área de superfície estimada da característica de corrosão.
9. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende ainda identificar uma pluralidade de características de corrosão na região de interesse.
10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda identificar uma pluralidade de características de corrosão na região de interesse.
11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende ainda contar a pluralidade de características de corrosão.
12. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende ainda contar e rastrear a pluralidade de características de corrosão.
13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que o substrato é um cupom de corrosão.
14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o cupom de corrosão é capaz de ser submetido a um teste de corrosão ASTM.
15. Método, de acordo com a reivindicação 13 ou 14, caracterizado pelo fato de que o cupom de corrosão é construído a partir de um metal selecionado dentre aço, ferro, alumínio, cobre, latão, níquel e ligas relacionadas.
16. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o metal é aço selecionado dentre aço macio, aço inoxidável, aço carbono e ligas relacionadas.
17. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o aço é aço macio.
18. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 17, caracterizado pelo fato de que atuar compreende pelo menos um dentre aumentar a dose de inibidor de corrosão, selecionar um inibidor de corrosão diferente, modificar o inibidor de corrosão, alterar uma propriedade física do sistema de água industrial e desligar o sistema de água industrial.
19. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 18, caracterizado pelo fato de que analisar a característica de corrosão da região de interesse da série de imagens digitais compreende classificar a corrosão no substrato de acordo com o perfil de cor da região de interesse ou sub-região da mesma de pelo menos uma dentre a série de imagens digitais.
20. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 18, caracterizado pelo fato de que compreende ainda mover o substrato no sistema industrial para expor uma segunda região de interesse para imageamento digital; e repetir as etapas do método.
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