新風除濕系統對精密電氣設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.中海油安全技術服務有限公司，天津 300450）

0 引言

石油天然氣的產能穩定對我國經濟與產業結構具有直接影響[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，其中工作環境潮濕且存在鹽霧等腐蝕性氣體，給電氣設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備元件的運行環境、腐蝕防護、新風除濕、除鹽霧控制技術和應用情況進行研究，給出對海洋石油平臺及沿海重鹽霧地區精密電氣設備的防護方法，提高精密電氣設備的穩定性。

1 海洋大氣環境

海洋大氣環境的鹽霧、霉菌、高溫、高濕等特點是造成電氣設備腐蝕的主要原因。各類電氣設備及元器件因為工作原理及其結構組成的差異，其腐蝕特性也各不相同。相關研究結果表明，環境相對濕度超過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 ℃，腐蝕反應速度就會升高2 倍左右。環境中的氯離子是鹽霧腐蝕的最直接原因。在潮濕環境下，氯離子會在銅、鎳、銀等電氣設備常用金屬或合金的表面產生腐蝕反應。而且，環境濕熱也非常容易造成霉菌滋生，霉菌會改變電氣設備的物理性能，進而造成功能損害，并與絕緣材料發生化學反應，損害電化學平衡[3]。

2 電氣設備腐蝕

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

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、環境溫度、濕度等。環境溫度的升高，會加劇絕緣材料的極化，增大電導率、減小電阻值。當絕緣材料工作在相對濕度大的環境中，會吸收一定的水分，造成表面潮濕或表面覆蓋水膜，使絕緣材料的電導性能增加、電阻值減小。絕緣材料被電流、環境溫度、環境濕度以及所含鹽霧所影響，會出現老化衰弱的情況，從而導致絕緣性能降低。

電氣設備在工作環境中受到各種腐蝕，生成的腐蝕產物會慢慢積聚，在金屬的表面形成腐蝕產物膜。電氣設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。腐蝕產物膜往往具有較高的電阻，會對電氣設備的電性能和功能造成影響。

如果環境中鹽霧等腐蝕介質的濃度比較高，會加速電氣元器件導體材料的腐蝕。積累在電氣接觸面的腐蝕產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生的概率[4]。

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

3 防護技術

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

環境控制防護技術主要是通過對局部環境的調整，消除、改善危害電子產品的環境因素，例如濕度、鹽霧含量等，以達到防止精密電氣設備腐蝕的目的。環境控制防護技術中比較常見的有內循環鹽霧控制與氣相緩蝕劑技術[3]。

其中，內循環鹽霧控制技術通過調整電氣設備運行的局部環境，使電氣設備工作在溫度恒定、濕度低、鹽霧含量低的外部環境中，以保證電氣設備的穩定運行，在海洋石油平臺上應用較多。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 ℃的環境中活性最高，容易繁殖生長[6]。綜合調整控制微環境中溫度、濕度、鹽霧等因素，能有效地防止電子電氣設備腐蝕。降溫、除濕能很好地抑制氯離子與金屬表面的電化學反應速度。鹽霧控制技術按照技術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[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。該技術方法的設備復雜，運維費高。

（2）離心力分離除鹽。通過旋風產生離心力，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。該技術方法的設備運維復雜、費用高。

（3）超重力分離除鹽。在高速旋轉的超重力環境中，含鹽空氣中氯化物和水分經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。該技術方法除鹽霧效果好，但設備復雜、費用高。

（4）鹽霧過濾。通過過濾介質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備或系統，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。

在內循環鹽霧控制技術中，鹽霧過濾技術相對比較成熟、成本較低，因此，較多應用于海洋石油平臺電氣設備間內。鹽霧過濾技術可通過設置自動控制系統，對環境中的鹽霧沉降量、濕度、過濾器壓差等進行實時監控，并根據參數變化調整除濕機等的工作狀態，實現對局部環境的智能控制。

4 防護應用實例

渤海某油田群岸電應用工程位于海區，為防止海風進入房間，減輕其對設備的腐蝕，通風空調系統采用正壓送風方式和分體空調系統。房間的冷熱負荷由分體空調或電加熱承擔，正壓送風系統保障房間壓力高于室外，從而避免室內電氣設備受海風腐蝕?？紤]到平臺無人值班的特點，為保證各電氣設備正常運行，通風空調系統的主要設備設計為100%備用，發生故障時可自動切換。正壓送風系統維持房間正壓30～50 Pa。新風經除鹽霧和除濕、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。

變壓器室設置全年運行的通風系統，進風口設置鹽霧過濾器，排風設備采用屋頂軸流風機，不設置空調。當室內出現火災時，自動將系統電源切斷，待火災被撲滅且確認不會復燃后，啟動排風機進行排煙，室內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、預留35 kV 降壓變設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置全年運行的冷暖空調系統，空調設備按1 用1 備設計。獨立設置軸流風機事故排風系統。當室內出現火災時自動切斷系統電源，待火災被撲滅且確認不會復燃后啟動排風機進行排煙。

每個蓄電池室各設置2 臺平時兼事故的排風系統，排風機采用防爆式直聯軸流風機，按1 用1 備設計。蓄電池室設置氫氣檢測器報警裝置，進風口設置鹽霧過濾器。排風的吸風口設置在房間上部，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 室設置全年運行的冷暖空調系統，空調設備按1 用1 備設計，并設置獨立的軸流風機事故排風系統。常時風機關閉，室內設置SF6檢測器報警裝置。排風系統設置在室內下部，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，用于排出火災后產生的余煙及氣體滅火系統產生的殘留氣體。此工況下，運行人員根據現場情況就地開啟排風機，也可遠程手動控制開啟。當室內出現火災時，自動將系統電源切斷，待火災被撲滅且確認不會復燃后啟動排風機排煙。

電容器室設計有全年運行的冷暖空調系統，空調設備按1 用1 備設計，并設置獨立的事故后排風系統，排風系統采用軸流風機。

海上變電站平臺設置一套通風空調自動監控系統，具有遠程監視和自動控制的功能。該通風空調自控系統與消防控制系統實現數據共享，可以在發生火災時關閉所有通風空調系統。通風空調自控系統的監視內容包括：空調設備運行狀態、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備運行環境的溫濕度及鹽霧過濾效果。海上變電站的應急配電室、繼電器及通信室、蓄電池室、消防設備間的通風空調系統電源要求設計有應急電源，通風空調自動監控系統的所有控制盤電源也要求設計有應急電源。

5 結束語

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