DE19512220C2

DE19512220C2 - Measuring device for material removal from materials

Info

Publication number: DE19512220C2
Application number: DE1995112220
Authority: DE
Inventors: Peter Westerfeld
Original assignee: Westerfeld Peter Dipl-Ing 61169 Friedberg De
Current assignee: WESTERFELD, PETER, DIPL.-ING., 61169 FRIEDBERG, DE
Priority date: 1995-03-22
Filing date: 1995-03-22
Publication date: 1998-11-05
Anticipated expiration: 2015-03-23
Also published as: DE19512220A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung für den Materialabtrag durch Korrosion an Werkstoffen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a measuring device for material removal by corrosion Materials according to the preamble of claim 1.

Eine solche Meßeinrichtung ist für den Fall "Bauteil" aus dem DE-GM 88 02 516 bekannt. Die Erfindung betrifft außerdem Meßeinrichtungen für den Materialabtrag durch Abrasion an Werkstoffen und für den Materialabtrag durch Korrosion und Abrasion an Werkstoffen. Die in Betracht kommenden Werkstoffe werden in Form von Maschinenelementen, Bauteilen oder als Mantel von Gefäßen in verfahrenstechnischen Anlagen verwendet und infolge Korrosion und/oder Abrasion abgezehrt.Such a measuring device is known for the "component" case from DE-GM 88 02 516. The invention also relates to measuring devices for material removal by abrasion Materials and for material removal through corrosion and abrasion on materials. The materials in question are in the form of machine elements, components or used as a jacket of vessels in process plants and as a result Corrosion and / or abrasion wasted.

Aus der DE-PS 8 66 561 ist bekannt, daß sich die Ultraschall-Eigenfrequenz eines Werkstücks durch Fehlstellen des Werkstücks ändert.From DE-PS 8 66 561 it is known that the natural ultrasonic frequency of a workpiece due to defects in the workpiece.

Aus der DE 35 31 975 A1 ist ein Verfahren zum Ermitteln des korrosiven Abtrags der inneren Oberfläche von Rohrleitungen bekannt.DE 35 31 975 A1 describes a method for determining the corrosive removal of the inner Surface of pipelines known.

In den oben erwähnten verfahrenstechnischen Anlagen werden unter anderem aggressive Stoffe verarbeitet, befördert, gelagert und abgefüllt, die zu Korrosionserscheinungen an den aus metallischen Werkstoffen bestehenden Gefäßwandungen, wie beispielsweise. Wärmetauscher, Behälter, Rohrleitungen sowie darin integrierte Meßeinrichtungen, beispielsweise für Füllstand, Temperatur und Druck, führen. Unerkannt gebliebene Korrosion über einem gefäßspezifischen Grenzwert, der durch die Temperatur, die Druckverhältnisse innerhalb des Gefäßes sowie die Strömungsverhältnisse und die Art des umschlossenen Stoffes beeinflußt wird, führt regelmäßig zu Katastrophen, häufig mit Personenschaden.Among other things, aggressive processes are used in the process engineering plants mentioned above Processed, transported, stored and filled substances that cause corrosion to the vessel walls made of metallic materials, such as. Heat exchangers, containers, pipelines and measuring devices integrated therein, for example for level, temperature and pressure. Undetected corrosion above a vessel-specific limit, which is determined by the temperature, the pressure conditions inside the vessel as well as the flow conditions and the type of enclosed Influenced substance leads to catastrophes, often with personal injury.

In gleicher Weise stellt der Materialabtrag durch Abrasion an Bauteilen aus beliebigen Werkstoffen ein Gefahrenpotential mit denselben Folgen wie bei der Korrosion dar. In the same way, the abrasion of components from any material Materials represents a potential hazard with the same consequences as corrosion.

Durch Geometrieveränderungen an den Gefäßen zur Reduktion der Strömungsgeschwindigkeit und Einsatz von Sonderwerkstoffen an besonders korrosionsgefährdeten Bereichen sowie regelmäßige Wandstärkenmessung ist zwar die Zeitspanne bis zum nächsten Durchbruch verlängerbar, jedoch eine explizite, zeitlich determinierte Warnung vor einem bevorstehenden korrosions- beziehungsweise abrasionsbedingten Durchbruch ist mit diesen Mitteln nicht möglich.By changing the geometry of the vessels to reduce the Flow rate and the use of special materials in particular Corrosion-prone areas and regular wall thickness measurement is the The period until the next breakthrough can be extended, but it is an explicit, temporal Determined warning of an upcoming corrosion or Breakthrough due to abrasion is not possible with these agents.

Aus dem oben genannten DE-GM 88 02 516 ist eine Vorrichtung zur Korrosionsprüfung in Lagerbehältern für Flüssigkeiten bekannt, bei der mehrere Probekörper aus dem Material des Lagerbehälters an einem flexiblen Verlängerungsteil angebracht sind und in die Flüssigkeit einsinken können. Die Probekörper können von Zeit zu Zeit entnommen werden, und es kann die Korrosion untersucht werden.From the above-mentioned DE-GM 88 02 516 is a device for corrosion testing in Storage containers for liquids known, in which several test specimens made of the material of Storage containers are attached to a flexible extension part and in the liquid can sink in. The test specimens can be removed from time to time and it can the corrosion are examined.

Zur Bestimmung des Abzehrungsgrades sind die Probekörper dem Lagerbehälter zu entnehmen, der dabei zwangsweise zu öffnen ist.The test specimens are to the storage container to determine the degree of consumption remove, which is forced to open.

Nachteiligerweise bleibt diese Vorrichtung daher auf Behälter zur druckfreien Lagerung von Flüssigkeiten beschränkt. Darüber hinaus ist als nachteilig anzusehen, daß der Abzehrungsgrad des Probekörpers und damit der Behälterwandung ausschließlich durch Entnahme und Inaugenscheinnahme der Probekörper feststellbar ist. Dabei besteht die Gefahr des Unerkanntbleibens unzulässiger Abzehrungen. Weiterhin besteht infolge der labilen Aufhängung der Probekörper die Gefahr, daß durch Bewegung der gelagerten Flüssigkeit zumindest der unterste Probekörper beschädigend gegen Teile der Lagerbehälterwandung geschlagen wird.Unfortunately, this device therefore remains on containers for pressure-free storage of Limited liquids. In addition, it is considered disadvantageous that the Degree of wear of the test specimen and thus of the container wall exclusively through Removal and inspection of the test specimen can be determined. There is the Danger of inadmissible consumption being undetected. Furthermore, due to the unstable suspension of the test specimen, the risk of movement by the stored Liquid at least the lowest specimen damaging against parts of the Storage container wall is struck.

Ausgehend von der Meßeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, diese Meßeinrichtung so zu verbessern, daß eine kontinuierliche, werkstoffspezifische Aussage über den Abnutzungsgrad der Gefäßwandungen ermöglicht wird.Starting from the measuring device according to the preamble of claim 1 The invention therefore has for its object to improve this measuring device so that a continuous, material-specific statement about the degree of wear of the vessel walls is made possible.

Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine Meßeinrichtung für den Materialabtrag durch Abrasion und eine Meßeinrichtung für den Materialabtrag durch Korrosion und Abrasion bereitzustellen, die eine kontinuierliche werkstoffspezifische Aussage über den Abnutzungsgrad der Gefäßwandungen erlaubt.The invention is also based on the object of a measuring device for material removal by abrasion and a measuring device for the Provide material removal through corrosion and abrasion that is continuous material-specific statement about the degree of wear of the vessel walls allowed.

Darüber hinaus ist es wünschenswert, mit vorgebbarer Vorhaltzeit bei Unterschreitung eines Grenzwertes einen Alarm auslösen zu können. In addition, it is desirable to have a predefinable lead time when the value falls below one Limit can trigger an alarm.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Patentansprüche 1-3 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 4 bis 11 beschrieben.According to the invention, this object is achieved by claims 1-3. Beneficial Embodiments of the invention are described in claims 4 to 11.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Wenngleich der Gegenstand der Erfindung in allen technischen Gebieten, in denen Bauteile der Korrosion und/oder Abrasion unterliegen, anwendbar ist, wird als besonders relevante Ausführungsform als Präventivmaßnahme gegen Katastrophen der Einbau in Gefäßen in verfahrenstechnischen Anlagen beschrieben.The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment. Although the subject of the invention in all technical fields in which components which are subject to corrosion and / or abrasion, is considered to be particularly relevant Embodiment as a preventive measure against disaster installation in vessels in process engineering systems described.

Üblicherweise ist in verfahrenstechnischen Anlagen insbesondere der chemischen Industrie wegen der Art der verarbeiteten Stoffe der korrosive beziehungsweise abrasive Innenangriff auf Gefäßwandungen dominierend gegenüber dem korrosiven Außenangriff der umgebenden Atmosphäre. Demgemäß ist vorgesehen, eine Meßeinrichtung mit einem elektrisch resonant anregbaren, ortsfesten Schwingkörper aus dem auf Materialabtrag zu überwachenden Werkstoff, das ist üblicherweise der Mantelwerkstoff der Gefäßwandung, denselben aggressiven Medien zu derselben Zeit und unter denselben Bedingungen auszusetzen. Dazu befindet sich der Schwingkörper im Inneren des Gefäßes. Soweit der zu erwartende Korrosionsbeziehungsweise Abrasionsgrad selektiv über die innere Mantelfläche des Gefäßes variiert, beispielsweise bei Muldenkorrosion, ist der Schwingkörper dem Ort des höchsten zu erwartenden Materialabtrages zugewiesen. Der Schwingkörper bildet eine Baueinheit mit dem auf Materialabtrag zu überwachenden Gefäß.The chemical industry is particularly common in process engineering plants due to the nature of the processed materials, the corrosive or abrasive internal attack on vessel walls dominating the corrosive external attack of the surrounding The atmosphere. Accordingly, it is provided a measuring device with an electrically resonant stimulable, stationary vibrating body from the material to be monitored Material, that is usually the jacket material of the vessel wall, the same exposing aggressive media at the same time and under the same conditions. To the vibrating body is located inside the vessel. So much for the expected Degree of corrosion or abrasion selectively over the inner surface of the vessel varies, for example with trough corrosion, the vibrating body is the location of the assigned to the highest expected material removal. The vibrating body forms one Unit with the vessel to be monitored for material removal.

Infolge des mechanischen und chemischen bzw. elektrochemischen Angriffs des aggressiven Mediums auf den Werkstoff werden die Gefäßwandungen und der Schwingkörper gleichermaßen abgezehrt. Dabei führt die Abzehrung an dem Schwingkörper infolge des Masseschwundes zu einer zum Korrosions beziehungsweise Abrasionsgrad proportionalen Erhöhung ihrer Resonanzfrequenz. Damit ist die elektrisch meßbare Resonanzfrequenz des Schwingkörpers ein Maß für die materielle Abzehrung des Mantelwerkstoffes.Due to the mechanical and chemical or electrochemical attack of the aggressive medium on the material, the vessel walls and the Swinging body worn out equally. The wasting leads to the Vibrating body due to the mass shrinkage to one to corrosion or degree of abrasion proportional increase in their resonance frequency. The electrically measurable resonance frequency of the vibrating body is thus a measure of the material consumption of the jacket material.

In besonders vorteilhafter Weise ist die Meßeinrichtung wegen des ihr zugrunde liegenden physikalischen Wirkprinzips unabhängig von der verwendeten Werkstoffart. So sind sowohl metallische als auch nichtmetallische sowie beschichtete und Verbundwerkstoffe in gleicher Weise mit der gleichen Einrichtung auf ihren Materialabtrag bewertbar und zwar unabhängig von der Ursache, die zu dem Materialabtrag geführt hat.In a particularly advantageous manner, the measuring device is based on it physical principle of action regardless of the type of material used. So are both metallic and non-metallic as well as coated and Composites in the same way with the same facility on their Material removal can be assessed regardless of the cause leading to the Has led to material removal.

Ein weiterer Vorteil dieser Meßeinrichtung ist darin zu sehen, daß der Materialabtrag unabhängig von der Abzehrungsart meßbar ist. Das bedeutet, daß eine um einen meßbaren Betrag abgezehrte Werkstoffschicht die Summe aus einem Abzehrungsbetrag infolge Korrosion und einem Abzehrungsbetrag infolge Abrasion ist.Another advantage of this measuring device is the fact that the material removal is measurable regardless of the type of consumption. That means one by one measurable amount of material consumed the sum of one Amount of wear due to corrosion and an amount of wear due to abrasion.

In besonderer Ausgestaltung der Erfindung weist der Schwingkörper eine gabelförmige Gestalt auf, wobei die Zinken der Schwinggabel eis Hohlkörper mit einer konstanten Wandstärke, die gleich dem höchsten zulässigen Materialabtrag des Werkstoffes ist, ausgeführt sind. Bei beschichteten und Verbundwerkstoffen ist der Schichtenaufbau bei gleichen Schichtdicken für die Schwinggabel invers zum Schichtenaufbau des Bauteils ausgeführt.In a special embodiment of the invention, the vibrating body has a fork-shaped Shape up, with the prongs of the tuning fork ice hollow body with a constant Wall thickness, which is equal to the highest permissible material removal of the material, are executed. In the case of coated and composite materials, the layer structure is with the same layer thicknesses for the tuning fork inverse to the layer structure of the Component executed.

In besonders vorteilhafter Weise ändert sich die Resonanzfrequenz zunächst kontinuierlich proportional zum Grad des Materialabtrages und bei vollständiger Abzehrung der Zinken schlagartig auf eine im wesentlichen gleichbleibende Resonanzfrequenz des abgezehrten Gabelstumpfes. Dieses triggerähnliche Verhalten führt zu einem binären Zustandswechsel über einen vorgebbaren Schwellwert für die Resonanzfrequenz. Auf diese Weise gewinnt die Meßeinrichtung eine zusätzliche vorteilhafte Funktionalität als Grenzsignalgeber.In a particularly advantageous manner, the resonance frequency changes first continuously proportional to the degree of material removal and when complete Weakness of the tines abruptly to an essentially constant Resonance frequency of the emaciated stump. This trigger-like behavior leads to a binary change of state via a predefinable threshold value for the Resonance frequency. In this way, the measuring device gains an additional one advantageous functionality as a limit signal transmitter.

Zur Meßsignalausgabe ist die Schwinggabel mit Mitteln zur proportionalen Frequenz- Strom-Wandlung verbunden, die zum Anschluß an eine 0/4... 20 mA-Schnittstelle geeignet sind. Damit ist die Meßeinrichtung an in der industriellen Steuerungs- und Regeltechnik übliche Signaltransport- und -verarbeitungsmittel, wie beispielsweise. Meßumformer, Speisegeräte und Anzeiger sowie Prozeßleitsysteme, anschließbar. Bei der gewählten Schnittstellenart ist darüber hinaus die Realisierung der Meßeinrichtung in der Schutzart Eigensicherheit für den Einsatz in explosionsgefährdeter Umgebung vorgesehen.To output the measurement signal, the tuning fork is equipped with means for proportional frequency Current conversion connected to connect to a 0/4 ... 20 mA interface are suitable. So that the measuring device is in the industrial control and Control technology usual signal transport and processing means, such as. Transmitter, power supply units and indicators as well as process control systems can be connected. At The selected interface type is also the implementation of the measuring device with intrinsic safety protection for use in potentially explosive environments intended.

Zur kontinuierlichen Überwachung des Grades des Materialabtrages ist die Meßeinrichtung über die 0/4... 20 mA-Schnittstelle mit Mitteln zur Visualisierung und Alarmierung in einer Schaltwarte verbunden.For continuous monitoring of the degree of material removal, the Measuring device via the 0/4 ... 20 mA interface with means for visualization and Alarm connected in a control room.

Darüber hinaus ist die Meßeinrichtung zur diskontinuierlichen Überwachung des Grades des Materialabtrages geeignet. Dazu wird während eines vorgebbar turnusmäßigen Überwachungsvorganges temporär ein mobiles, an die Meßeinrichtung adaptierbares Visualisierungsmittel an die Schnittstelle angeschlossen.In addition, the measuring device for discontinuous monitoring of the Degree of material removal suitable. For this purpose, it can be specified during a Regular monitoring process temporarily a mobile, to the measuring device adaptable visualization means connected to the interface.

Der besondere Vorteil der sowohl kontinuierlichen als auch diskontinuierlichen Überwachung ist in der Ersparnis von Mitteln zur Speisung und Visualisierung in der Schaltwarte zu sehen. Dazu werden nur diejenigen Gefäße kontinuierlich überwacht, deren turnusmäßige diskontinuierliche Überwachung infolge fortgeschrittenen Korrosions- beziehungsweise Abrasionsgrades Anlaß dafür gibt oder die an besonders disponierter Stelle der Anlage eingesetzt sind, während neu installierte Gefäße, die also zunächst korrosions- und abrasionsfrei sind und bei denen über den Zeitraum zwischen aufeinanderfolgenden diskontinuierlichen Überwachungen keine gefahrbringenden Abzehrungen zu erwarten sind, zunächst von der kontinuierlichen Überwachung ausgeschlossen werden. The particular advantage of both continuous and discontinuous Monitoring is in the saving of resources for feeding and visualization in the Control room to see. For this purpose, only those vessels are continuously monitored their regular discontinuous monitoring as a result of advanced The degree of corrosion or abrasion gives reason for this or the particular dispatched point of the system are used, while newly installed vessels that are initially free of corrosion and abrasion and for those over the period between successive discontinuous surveys none dangerous empties are to be expected, initially from the continuous Monitoring be excluded.

Zum Einbau von Gefäßen sind die Schwinggabel und der Gefäßmantel mit druckdichten Befestigungsmitteln ausgestattet. Alternativ sind dafür miteinander verschraubbare Flanschhälften oder eine Stopfbuchsenverschraubung vorgesehen.The tuning fork and the vessel jacket are included for installing vessels pressure-tight fasteners. Alternatively, do this with each other screwable flange halves or a gland screw connection are provided.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, die Meßeinrichtung mit weiteren Sensoren auszustatten, die der Messung von Druck, Temperatur und/oder Durchfluß dienen. Dadurch verringert sich vorteilhafterweise die Anzahl der Durchbrüche durch den Gefäßmantel und somit die Anzahl möglicher Leckstellen. Insbesondere bei beschichteten Werkstoffen wird die resistive Beschichtung nur minimal unterbrochen.In a further embodiment of the invention, the measuring device is provided with to equip further sensors for measuring pressure, temperature and / or Flow serve. This advantageously reduces the number of Breakthroughs through the vessel jacket and thus the number of possible leaks. Especially with coated materials, the resistive coating is only minimally interrupted.

Claims

1.Measuring device for material removal due to corrosion on materials that are exposed to aggressive media in the form of machine elements, components or as a jacket of vessels in process engineering systems, with a test specimen made of the material to be monitored for material removal, the same aggressive media at the same time and is exposed to the same conditions, characterized in that the test specimen is an electrically resonantly excitable, stationary vibrating body, which forms a structural unit with the component consisting of the material and whose corrosion-dependent resonance frequency is a measure of the material removal of the metallic material.

2. Measuring device for material removal by abrasion on materials in the form of Machine elements, components or as a jacket for vessels in process engineering Systems are exposed to aggressive and / or flowing media with a Test specimens from the material to be monitored for material removal, the same - exposed to flowing media at the same time and under the same conditions, wherein the test specimen is an electrically resonant excitable, stationary vibrating body, which forms a structural unit with the component consisting of the material and its abrasion dependent resonance frequency a measure of the material removal of the metallic material.

3. Measuring device for material removal due to corrosion and abrasion Materials in the form of machine elements, components or as a jacket aggressive from vessels in process plants and exposed to flowing media, with a test specimen from the Removal of material to be monitored, the same aggressive media exposed to the same time and under the same conditions, wherein the test specimen is an electrically resonant excitable, stationary vibrating body, which forms a structural unit with the component consisting of the material and its corrosion and abrasion dependent resonance frequency a measure of the Material removal of the metallic material is.

4. Measuring device according to one of claims 1 to 3, characterized, that the vibrating body has a forked shape, the prongs of the Vibrating gait as a hollow body with a constant wall thickness that is equal to the highest permissible material removal of the material of the component is carried out.

5. Measuring device according to one of claims 1 to 4, characterized, that the tuning fork with means for proportional frequency-current conversion connected, which are suitable for connection to a 014 .. 20 mA visual interface.

6. Measuring device according to one of claims 1 to 5, characterized, that the vibrating arm and the vessel jacket with pressure-tight for installation in vessels Fasteners is equipped.

7. Measuring device according to claim 6, characterized, that the fastening means are formed by flange halves which can be screwed together are.

8. Measuring device according to claim 6, characterized, that the fastening means are formed by a gland screw connection.

9. Measuring device according to one of claims 4 to 8, characterized, that the means of continuous monitoring of the degree of corrosion Measuring device via a 0/4 ... 20 mA interface with means for Visualization and alarms are connected in a shaft control room.

10. Measuring device according to one of claims 4 to 8, characterized, that for discontinuous monitoring of the degree of corrosion, a mobile the measuring device adaptable visualization means can be connected.

11. Measuring device according to one of claims 1 to 10, characterized, that additional sensors for at least one of the variables temperature, pressure and Flow are provided.