新風除濕系統(tǒng)對精密電氣設(shè)備的保護與影響分析

孫 俊，劉建偉，楊 珺

（1.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459；2.中海油安全技術(shù)服務(wù)有限公司，天津 300450）

0 引言

石油天然氣的產(chǎn)能穩(wěn)定對我國經(jīng)濟與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)具有直接影響[1]。海上石油平臺是海上采集和臨時處理油氣的重要工作場所，其中工作環(huán)境潮濕且存在鹽霧等腐蝕性氣體，給電氣設(shè)備的正常運行造成嚴重威脅[2]。本文對海洋石油平臺精密電氣設(shè)備元件的運行環(huán)境、腐蝕防護、新風除濕、除鹽霧控制技術(shù)和應(yīng)用情況進行研究，給出對海洋石油平臺及沿海重鹽霧地區(qū)精密電氣設(shè)備的防護方法，提高精密電氣設(shè)備的穩(wěn)定性。

1 海洋大氣環(huán)境

海洋大氣環(huán)境的鹽霧、霉菌、高溫、高濕等特點是造成電氣設(shè)備腐蝕的主要原因。各類電氣設(shè)備及元器件因為工作原理及其結(jié)構(gòu)組成的差異，其腐蝕特性也各不相同。相關(guān)研究結(jié)果表明，環(huán)境相對濕度超過65%時，潔凈空氣中的金屬也會生銹；當相對濕度上升到80%時，金屬腐蝕速度將會提高1～2.5 倍，而溫度每升高10 ℃，腐蝕反應(yīng)速度就會升高2 倍左右。環(huán)境中的氯離子是鹽霧腐蝕的最直接原因。在潮濕環(huán)境下，氯離子會在銅、鎳、銀等電氣設(shè)備常用金屬或合金的表面產(chǎn)生腐蝕反應(yīng)。而且，環(huán)境濕熱也非常容易造成霉菌滋生，霉菌會改變電氣設(shè)備的物理性能，進而造成功能損害，并與絕緣材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，損害電化學(xué)平衡[3]。

2 電氣設(shè)備腐蝕

電氣設(shè)備主要由導(dǎo)體材料與絕緣材料兩部分構(gòu)成，導(dǎo)體材料的功能主要是觸點接觸、導(dǎo)電接地等；絕緣材料的作用是隔離絕緣等。長時間工作在腐蝕環(huán)境下，材料原有性能會由于腐蝕而產(chǎn)生變化，電子元器件導(dǎo)體的導(dǎo)電性和絕緣材料的絕緣性都會降低。相同環(huán)境下的不同導(dǎo)體材料與絕緣材料，受到影響程度不同，這與材料自身的性能有關(guān)。

材料絕緣性的影響因素主要包含電氣元器件表面潔凈度、所處電場強度、環(huán)境溫度、濕度等。環(huán)境溫度的升高，會加劇絕緣材料的極化，增大電導(dǎo)率、減小電阻值。當絕緣材料工作在相對濕度大的環(huán)境中，會吸收一定的水分，造成表面潮濕或表面覆蓋水膜，使絕緣材料的電導(dǎo)性能增加、電阻值減小。絕緣材料被電流、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度以及所含鹽霧所影響，會出現(xiàn)老化衰弱的情況，從而導(dǎo)致絕緣性能降低。

電氣設(shè)備在工作環(huán)境中受到各種腐蝕，生成的腐蝕產(chǎn)物會慢慢積聚，在金屬的表面形成腐蝕產(chǎn)物膜。電氣設(shè)備及元器件部件中的金屬材料觸點連接點位置的腐蝕，會比其他位置腐蝕造成更嚴重的后果。腐蝕產(chǎn)物膜往往具有較高的電阻，會對電氣設(shè)備的電性能和功能造成影響。

如果環(huán)境中鹽霧等腐蝕介質(zhì)的濃度比較高，會加速電氣元器件導(dǎo)體材料的腐蝕。積累在電氣接觸面的腐蝕產(chǎn)物膜會使接觸面積減少，同時造成接觸電阻增加，這將降低電氣元器件的可靠度，增加接觸失效事故發(fā)生的概率[4]。

對電氣設(shè)備的腐蝕嚴重程度進行判定，大多數(shù)是通過金屬化學(xué)腐蝕的三要素來進行的：第一個要素是化學(xué)腐蝕性物質(zhì)的濃度，第二個要素是環(huán)境的相對濕度參數(shù)，第三個要素是金屬保護面本身的疵點和破綻[5]。由此可知，在電氣設(shè)備防腐蝕管理中，降低電氣設(shè)備運行環(huán)境的腐蝕性物質(zhì)濃度與相對濕度是簡單、直接、有效的手段。

3 防護技術(shù)

電氣防護技術(shù)包括涂層防護與環(huán)境控制防護兩種。涂層防護技術(shù)是通過在電子器件、電路板的表面噴涂符合相關(guān)要求的防腐蝕涂層，以達到防止電子元件線路腐蝕的目的，包括傳統(tǒng)電子防護漆涂覆與納米涂層防護技術(shù)。

環(huán)境控制防護技術(shù)主要是通過對局部環(huán)境的調(diào)整，消除、改善危害電子產(chǎn)品的環(huán)境因素，例如濕度、鹽霧含量等，以達到防止精密電氣設(shè)備腐蝕的目的。環(huán)境控制防護技術(shù)中比較常見的有內(nèi)循環(huán)鹽霧控制與氣相緩蝕劑技術(shù)[3]。

其中，內(nèi)循環(huán)鹽霧控制技術(shù)通過調(diào)整電氣設(shè)備運行的局部環(huán)境，使電氣設(shè)備工作在溫度恒定、濕度低、鹽霧含量低的外部環(huán)境中，以保證電氣設(shè)備的穩(wěn)定運行，在海洋石油平臺上應(yīng)用較多。高溫、高濕、鹽霧、霉菌是海洋石油平臺上造成精密電氣設(shè)備腐蝕的主要原因。一般金屬的臨界腐蝕濕度為60%～75%，霉菌在相對濕度80%～95%、溫度25～30 ℃的環(huán)境中活性最高，容易繁殖生長[6]。綜合調(diào)整控制微環(huán)境中溫度、濕度、鹽霧等因素，能有效地防止電子電氣設(shè)備腐蝕。降溫、除濕能很好地抑制氯離子與金屬表面的電化學(xué)反應(yīng)速度。鹽霧控制技術(shù)按照技術(shù)原理及特點可以分為霧化噴淋除鹽、離心力分離除鹽、超重力分離除鹽、鹽霧過濾等技術(shù)[7]。

（1）霧化噴淋除鹽。依靠霧化小水滴與氯離子的相對碰撞，形成大水滴，使其沉降在水池中。該技術(shù)方法的設(shè)備復(fù)雜，運維費高。

（2）離心力分離除鹽。通過旋風產(chǎn)生離心力，將較大的鹽霧顆粒從氣流中分離出來。此類分離器對粒徑3～5 μm 以上鹽霧的分離效率較高。該技術(shù)方法的設(shè)備運維復(fù)雜、費用高。

（3）超重力分離除鹽。在高速旋轉(zhuǎn)的超重力環(huán)境中，含鹽空氣中氯化物和水分經(jīng)多孔填料將液體撕裂成微小的微霧、液膜，可以有效捕捉鹽霧顆粒。該技術(shù)方法除鹽霧效果好，但設(shè)備復(fù)雜、費用高。

（4）鹽霧過濾。通過過濾介質(zhì)捕捉不同粒徑的氯離子，適用于對鹽霧腐蝕防護要求較高的電子設(shè)備或系統(tǒng)，具有過濾面積大、阻力低、抗沖擊壓力高、壽命長等特點，但需定期檢查更換過濾材料。

在內(nèi)循環(huán)鹽霧控制技術(shù)中，鹽霧過濾技術(shù)相對比較成熟、成本較低，因此，較多應(yīng)用于海洋石油平臺電氣設(shè)備間內(nèi)。鹽霧過濾技術(shù)可通過設(shè)置自動控制系統(tǒng)，對環(huán)境中的鹽霧沉降量、濕度、過濾器壓差等進行實時監(jiān)控，并根據(jù)參數(shù)變化調(diào)整除濕機等的工作狀態(tài)，實現(xiàn)對局部環(huán)境的智能控制。

4 防護應(yīng)用實例

渤海某油田群岸電應(yīng)用工程位于海區(qū)，為防止海風進入房間，減輕其對設(shè)備的腐蝕，通風空調(diào)系統(tǒng)采用正壓送風方式和分體空調(diào)系統(tǒng)。房間的冷熱負荷由分體空調(diào)或電加熱承擔，正壓送風系統(tǒng)保障房間壓力高于室外，從而避免室內(nèi)電氣設(shè)備受海風腐蝕?？紤]到平臺無人值班的特點，為保證各電氣設(shè)備正常運行，通風空調(diào)系統(tǒng)的主要設(shè)備設(shè)計為100%備用，發(fā)生故障時可自動切換。正壓送風系統(tǒng)維持房間正壓30～50 Pa。新風經(jīng)除鹽霧和除濕、冷卻（加熱）等集中處理后送入各房間，房間正壓值由余壓閥控制。

變壓器室設(shè)置全年運行的通風系統(tǒng)，進風口設(shè)置鹽霧過濾器，排風設(shè)備采用屋頂軸流風機，不設(shè)置空調(diào)。當室內(nèi)出現(xiàn)火災(zāi)時，自動將系統(tǒng)電源切斷，待火災(zāi)被撲滅且確認不會復(fù)燃后，啟動排風機進行排煙，室內(nèi)頂部的通風機兼做事故后排風用。220 kV 1#、2#變壓器室、降壓變、預(yù)留35 kV 降壓變設(shè)置平時高溫散熱排風，溫度低于35 ℃時，風機停運；溫度超過40 ℃時，開啟排風機散熱。

繼電器及通信室、配電裝置室等電氣房間設(shè)置全年運行的冷暖空調(diào)系統(tǒng)，空調(diào)設(shè)備按1 用1 備設(shè)計。獨立設(shè)置軸流風機事故排風系統(tǒng)。當室內(nèi)出現(xiàn)火災(zāi)時自動切斷系統(tǒng)電源，待火災(zāi)被撲滅且確認不會復(fù)燃后啟動排風機進行排煙。

每個蓄電池室各設(shè)置2 臺平時兼事故的排風系統(tǒng)，排風機采用防爆式直聯(lián)軸流風機，按1 用1 備設(shè)計。蓄電池室設(shè)置氫氣檢測器報警裝置，進風口設(shè)置鹽霧過濾器。排風的吸風口設(shè)置在房間上部，吸風口上緣距房頂不大于0.1 m。當房間空氣中氫氣體積濃度達到爆炸下限的20%時，氫氣檢測器報警，聯(lián)鎖開啟2臺事故排風機運行。通信蓄電池室、二次蓄電池室設(shè)置電加熱器，溫度高于8 ℃時，電加熱器停運；溫度低于5 ℃時，開啟電加熱器（溫控）。

GIS 室設(shè)置全年運行的冷暖空調(diào)系統(tǒng)，空調(diào)設(shè)備按1 用1 備設(shè)計，并設(shè)置獨立的軸流風機事故排風系統(tǒng)。常時風機關(guān)閉，室內(nèi)設(shè)置SF6檢測器報警裝置。排風系統(tǒng)設(shè)置在室內(nèi)下部，吸風口的下緣距地面不大于0.3 m。當房間空氣中SF6的含量超過6000 mg/m3時檢測器報警，聯(lián)鎖開啟事故排風機運行。事故排風機兼做事故后排風，用于排出火災(zāi)后產(chǎn)生的余煙及氣體滅火系統(tǒng)產(chǎn)生的殘留氣體。此工況下，運行人員根據(jù)現(xiàn)場情況就地開啟排風機，也可遠程手動控制開啟。當室內(nèi)出現(xiàn)火災(zāi)時，自動將系統(tǒng)電源切斷，待火災(zāi)被撲滅且確認不會復(fù)燃后啟動排風機排煙。

電容器室設(shè)計有全年運行的冷暖空調(diào)系統(tǒng)，空調(diào)設(shè)備按1 用1 備設(shè)計，并設(shè)置獨立的事故后排風系統(tǒng)，排風系統(tǒng)采用軸流風機。

海上變電站平臺設(shè)置一套通風空調(diào)自動監(jiān)控系統(tǒng)，具有遠程監(jiān)視和自動控制的功能。該通風空調(diào)自控系統(tǒng)與消防控制系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，可以在發(fā)生火災(zāi)時關(guān)閉所有通風空調(diào)系統(tǒng)。通風空調(diào)自控系統(tǒng)的監(jiān)視內(nèi)容包括：空調(diào)設(shè)備運行狀態(tài)、故障報警信號、各房間的溫度、濕度、氣壓、鹽霧過濾壓差等。以保證平臺上精密電氣設(shè)備運行環(huán)境的溫濕度及鹽霧過濾效果。海上變電站的應(yīng)急配電室、繼電器及通信室、蓄電池室、消防設(shè)備間的通風空調(diào)系統(tǒng)電源要求設(shè)計有應(yīng)急電源，通風空調(diào)自動監(jiān)控系統(tǒng)的所有控制盤電源也要求設(shè)計有應(yīng)急電源。

5 結(jié)束語

本文對海上電氣設(shè)備運行環(huán)境、防護技術(shù)等因素進行分析，并結(jié)合渤海某油田群岸電應(yīng)用工程實例，論證了新風除濕除鹽霧系統(tǒng)對海上平臺電氣設(shè)備長周期安全運行的重要作用。新風除濕、除鹽霧系統(tǒng)可以從源頭上降低精密電氣設(shè)備間的空氣濕度及鹽霧含量、改善電氣設(shè)備的運行環(huán)境、預(yù)防電氣設(shè)備的腐蝕問題、提高變配電設(shè)備安全運行可靠性，保證海洋油田生產(chǎn)的安全穩(wěn)定運行[8]。在海洋平臺及沿海地區(qū)變配電設(shè)施的管理中，應(yīng)加強設(shè)備防護管理，重點關(guān)注電氣設(shè)備的運行環(huán)境指標，以保證相關(guān)生產(chǎn)過程的平穩(wěn)運行。