新风除湿系统对精密电气设备的保护与影响分析

孙 俊，刘建伟，杨 珺

（1.中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300459；2.中海油安全技术服务有限公司，天津 300450）

0 引言

石油天然气的产能稳定对我国经济与产业结构具有直接影响[1]。海上石油平台是海上采集和临时处理油气的重要工作场所，其中工作环境潮湿且存在盐雾等腐蚀性气体，给电气设备的正常运行造成严重威胁[2]。本文对海洋石油平台精密电气设备元件的运行环境、腐蚀防护、新风除湿、除盐雾控制技术和应用情况进行研究，给出对海洋石油平台及沿海重盐雾地区精密电气设备的防护方法，提高精密电气设备的稳定性。

1 海洋大气环境

海洋大气环境的盐雾、霉菌、高温、高湿等特点是造成电气设备腐蚀的主要原因。各类电气设备及元器件因为工作原理及其结构组成的差异，其腐蚀特性也各不相同。相关研究结果表明，环境相对湿度超过65%时，洁净空气中的金属也会生锈；当相对湿度上升到80%时，金属腐蚀速度将会提高1～2.5 倍，而温度每升高10 ℃，腐蚀反应速度就会升高2 倍左右。环境中的氯离子是盐雾腐蚀的最直接原因。在潮湿环境下，氯离子会在铜、镍、银等电气设备常用金属或合金的表面产生腐蚀反应。而且，环境湿热也非常容易造成霉菌滋生，霉菌会改变电气设备的物理性能，进而造成功能损害，并与绝缘材料发生化学反应，损害电化学平衡[3]。

2 电气设备腐蚀

电气设备主要由导体材料与绝缘材料两部分构成，导体材料的功能主要是触点接触、导电接地等；绝缘材料的作用是隔离绝缘等。长时间工作在腐蚀环境下，材料原有性能会由于腐蚀而产生变化，电子元器件导体的导电性和绝缘材料的绝缘性都会降低。相同环境下的不同导体材料与绝缘材料，受到影响程度不同，这与材料自身的性能有关。

材料绝缘性的影响因素主要包含电气元器件表面洁净度、所处电场强度、环境温度、湿度等。环境温度的升高，会加剧绝缘材料的极化，增大电导率、减小电阻值。当绝缘材料工作在相对湿度大的环境中，会吸收一定的水分，造成表面潮湿或表面覆盖水膜，使绝缘材料的电导性能增加、电阻值减小。绝缘材料被电流、环境温度、环境湿度以及所含盐雾所影响，会出现老化衰弱的情况，从而导致绝缘性能降低。

电气设备在工作环境中受到各种腐蚀，生成的腐蚀产物会慢慢积聚，在金属的表面形成腐蚀产物膜。电气设备及元器件部件中的金属材料触点连接点位置的腐蚀，会比其他位置腐蚀造成更严重的后果。腐蚀产物膜往往具有较高的电阻，会对电气设备的电性能和功能造成影响。

如果环境中盐雾等腐蚀介质的浓度比较高，会加速电气元器件导体材料的腐蚀。积累在电气接触面的腐蚀产物膜会使接触面积减少，同时造成接触电阻增加，这将降低电气元器件的可靠度，增加接触失效事故发生的概率[4]。

对电气设备的腐蚀严重程度进行判定，大多数是通过金属化学腐蚀的三要素来进行的：第一个要素是化学腐蚀性物质的浓度，第二个要素是环境的相对湿度参数，第三个要素是金属保护面本身的疵点和破绽[5]。由此可知，在电气设备防腐蚀管理中，降低电气设备运行环境的腐蚀性物质浓度与相对湿度是简单、直接、有效的手段。

3 防护技术

电气防护技术包括涂层防护与环境控制防护两种。涂层防护技术是通过在电子器件、电路板的表面喷涂符合相关要求的防腐蚀涂层，以达到防止电子元件线路腐蚀的目的，包括传统电子防护漆涂覆与纳米涂层防护技术。

环境控制防护技术主要是通过对局部环境的调整，消除、改善危害电子产品的环境因素，例如湿度、盐雾含量等，以达到防止精密电气设备腐蚀的目的。环境控制防护技术中比较常见的有内循环盐雾控制与气相缓蚀剂技术[3]。

其中，内循环盐雾控制技术通过调整电气设备运行的局部环境，使电气设备工作在温度恒定、湿度低、盐雾含量低的外部环境中，以保证电气设备的稳定运行，在海洋石油平台上应用较多。高温、高湿、盐雾、霉菌是海洋石油平台上造成精密电气设备腐蚀的主要原因。一般金属的临界腐蚀湿度为60%～75%，霉菌在相对湿度80%～95%、温度25～30 ℃的环境中活性最高，容易繁殖生长[6]。综合调整控制微环境中温度、湿度、盐雾等因素，能有效地防止电子电气设备腐蚀。降温、除湿能很好地抑制氯离子与金属表面的电化学反应速度。盐雾控制技术按照技术原理及特点可以分为雾化喷淋除盐、离心力分离除盐、超重力分离除盐、盐雾过滤等技术[7]。

（1）雾化喷淋除盐。依靠雾化小水滴与氯离子的相对碰撞，形成大水滴，使其沉降在水池中。该技术方法的设备复杂，运维费高。

（2）离心力分离除盐。通过旋风产生离心力，将较大的盐雾颗粒从气流中分离出来。此类分离器对粒径3～5 μm 以上盐雾的分离效率较高。该技术方法的设备运维复杂、费用高。

（3）超重力分离除盐。在高速旋转的超重力环境中，含盐空气中氯化物和水分经多孔填料将液体撕裂成微小的微雾、液膜，可以有效捕捉盐雾颗粒。该技术方法除盐雾效果好，但设备复杂、费用高。

（4）盐雾过滤。通过过滤介质捕捉不同粒径的氯离子，适用于对盐雾腐蚀防护要求较高的电子设备或系统，具有过滤面积大、阻力低、抗冲击压力高、寿命长等特点，但需定期检查更换过滤材料。

在内循环盐雾控制技术中，盐雾过滤技术相对比较成熟、成本较低，因此，较多应用于海洋石油平台电气设备间内。盐雾过滤技术可通过设置自动控制系统，对环境中的盐雾沉降量、湿度、过滤器压差等进行实时监控，并根据参数变化调整除湿机等的工作状态，实现对局部环境的智能控制。

4 防护应用实例

渤海某油田群岸电应用工程位于海区，为防止海风进入房间，减轻其对设备的腐蚀，通风空调系统采用正压送风方式和分体空调系统。房间的冷热负荷由分体空调或电加热承担，正压送风系统保障房间压力高于室外，从而避免室内电气设备受海风腐蚀。考虑到平台无人值班的特点，为保证各电气设备正常运行，通风空调系统的主要设备设计为100%备用，发生故障时可自动切换。正压送风系统维持房间正压30～50 Pa。新风经除盐雾和除湿、冷却（加热）等集中处理后送入各房间，房间正压值由余压阀控制。

变压器室设置全年运行的通风系统，进风口设置盐雾过滤器，排风设备采用屋顶轴流风机，不设置空调。当室内出现火灾时，自动将系统电源切断，待火灾被扑灭且确认不会复燃后，启动排风机进行排烟，室内顶部的通风机兼做事故后排风用。220 kV 1#、2#变压器室、降压变、预留35 kV 降压变设置平时高温散热排风，温度低于35 ℃时，风机停运；温度超过40 ℃时，开启排风机散热。

继电器及通信室、配电装置室等电气房间设置全年运行的冷暖空调系统，空调设备按1 用1 备设计。独立设置轴流风机事故排风系统。当室内出现火灾时自动切断系统电源，待火灾被扑灭且确认不会复燃后启动排风机进行排烟。

每个蓄电池室各设置2 台平时兼事故的排风系统，排风机采用防爆式直联轴流风机，按1 用1 备设计。蓄电池室设置氢气检测器报警装置，进风口设置盐雾过滤器。排风的吸风口设置在房间上部，吸风口上缘距房顶不大于0.1 m。当房间空气中氢气体积浓度达到爆炸下限的20%时，氢气检测器报警，联锁开启2台事故排风机运行。通信蓄电池室、二次蓄电池室设置电加热器，温度高于8 ℃时，电加热器停运；温度低于5 ℃时，开启电加热器（温控）。

GIS 室设置全年运行的冷暖空调系统，空调设备按1 用1 备设计，并设置独立的轴流风机事故排风系统。常时风机关闭，室内设置SF6检测器报警装置。排风系统设置在室内下部，吸风口的下缘距地面不大于0.3 m。当房间空气中SF6的含量超过6000 mg/m3时检测器报警，联锁开启事故排风机运行。事故排风机兼做事故后排风，用于排出火灾后产生的余烟及气体灭火系统产生的残留气体。此工况下，运行人员根据现场情况就地开启排风机，也可远程手动控制开启。当室内出现火灾时，自动将系统电源切断，待火灾被扑灭且确认不会复燃后启动排风机排烟。

电容器室设计有全年运行的冷暖空调系统，空调设备按1 用1 备设计，并设置独立的事故后排风系统，排风系统采用轴流风机。

海上变电站平台设置一套通风空调自动监控系统，具有远程监视和自动控制的功能。该通风空调自控系统与消防控制系统实现数据共享，可以在发生火灾时关闭所有通风空调系统。通风空调自控系统的监视内容包括：空调设备运行状态、故障报警信号、各房间的温度、湿度、气压、盐雾过滤压差等。以保证平台上精密电气设备运行环境的温湿度及盐雾过滤效果。海上变电站的应急配电室、继电器及通信室、蓄电池室、消防设备间的通风空调系统电源要求设计有应急电源，通风空调自动监控系统的所有控制盘电源也要求设计有应急电源。

5 结束语

本文对海上电气设备运行环境、防护技术等因素进行分析，并结合渤海某油田群岸电应用工程实例，论证了新风除湿除盐雾系统对海上平台电气设备长周期安全运行的重要作用。新风除湿、除盐雾系统可以从源头上降低精密电气设备间的空气湿度及盐雾含量、改善电气设备的运行环境、预防电气设备的腐蚀问题、提高变配电设备安全运行可靠性，保证海洋油田生产的安全稳定运行[8]。在海洋平台及沿海地区变配电设施的管理中，应加强设备防护管理，重点关注电气设备的运行环境指标，以保证相关生产过程的平稳运行。