重度腐蚀环境下智能卡件的防护

文章出处：http://www.nexussmartsolutions.com 作者：张志军 张志远   人气： 发表时间：2011年10月07日

    粘胶短纤在生产中易燃、易爆、腐蚀性气体多、有害气体排放量大，对周围环境影响很大，尤其对于DCS 控制室、MCC室内的电器元件。目前，国内粘胶短纤行业使用的DCS 系统控制器，一般采用电器柜柜内安装，柜顶部加风扇降温的形式，但有时由于粘胶短纤行业中排风系统不完善，导致DCS 控制室空气中含有近10mg/m3 硫化氢，侵蚀智能卡件，缩短其使用寿命。

    一、环境对智能卡件的影响

    由大规模集成电路、各种晶体管、CMOS 器件构成智能卡件，工作环境要求较为苛刻。大多智能卡件电路板采用贴模技术制作，考虑到散热和普通应用场合，表面仅是一般抗腐蚀性防护。而在空气中含有较高浓度硫化氢、二硫化碳的环境下，电路板中的铜制元件、线路与硫化氢反应，生成大量硫化亚铜，使集成电路线路短路、断路或阻值发生变化，是造成智能卡件高故障率的根源。

    温度偏高，易使机器散热不畅，工作参数产生漂移，影响电路的稳定性和可靠性，严重时造成元器件的击穿损坏。空气的潮湿，易引起设备的金属部件和插接件管部件产生锈蚀，引起电路板、插接件和布线的绝缘降低，严重时可造成电路短路。 

    卡件本身热量和周围环境温度过高、环境湿度过大，不仅直接造成卡件故障，同时加速具有氧化性的硫化氢气体对于卡件的腐蚀，这样一个恶性循环，也是造成卡件易损坏、高故障率的原因。

    二、智能卡件的防护系统

    依据有关规范和运行经验，一般智能卡件温度控制在18～25℃，湿度40%～60%较为适宜。而现场实际环境温度10～35℃,湿度有时达到85%，环境硫化氢腐蚀气体浓度较高。为了改善环境条件，稳定运行，如改造整体空调系统，则成本较高；如使用专用防腐卡件，因卡件制造厂家实际技术、用户财力限制等，初期投资增大2～3 倍；如使密封箱隔离腐蚀性气体，有时智能卡件箱内温度较高，箱体内外热量交换效率低，多余热量无法排出。经多次试验，从清除腐蚀性气体，温度、湿度，智能卡件散热，稳定运行等综合性考虑，研发了一种智能卡件的防护系统。

    1.智能卡件防护系统结构及功能（图1）

    （1）电气保护箱体部分。电气保护箱体采用304 不锈钢材料制作，厚度为1.5～2mm，要求防护等级达到IP65 标准，箱体内外不喷漆，利于热量传导。箱内安装DCS 系统智能卡件。箱体正面安装带透明视窗前端盖，有利于观察电气箱体内控制器等智能卡件的运行状态。箱体上部安装散热片和强冷风扇（60W），使箱体快速冷却，加速智能卡件热量的散发。箱体内装有吸收盒，内装炭粒、硅胶等吸附剂，可吸收箱体内硫化氢等腐蚀气体和水分。箱体内顶部安装的PT100 热电阻用于测量箱内温度。箱体内还悬挂经过打磨的紫铜铜片，通过观察其颜色变化，监测箱内腐蚀程度。箱体外部侧面安装单向排气调节阀，用于箱体内换气、降温。

    （2）压缩空气输送、净化、过滤系统。主要由压缩空气过滤罐、吸附剂和空气输送管组成。压缩空气过滤罐内部填装吸收水分的硅胶和吸收有毒气体H2S 等的活性炭粒，对压缩空气起净化、过滤作用。压缩空气进气调节阀与电气箱箱体外部侧面安装的单向排气调节阀配合使用，以利箱体内的换气，降温。因使用气源量不大和气源的洁净，用Φ8 四氟气源管与自控仪表气源连接。

    （3）电气保护箱体的温度监控系统。PT100 热电阻信号，通过智能卡件输入卡、控制器至上位机，用于显示温度曲线和温度报警。

    2.智能卡件防护系统工作原理

    （1）腐蚀问题的解决方法。一般情况下在重腐蚀场合，其所提供的压缩空气内部也含有硫化氢等腐蚀成分，夏季空气中湿度高达86%以上，与腐蚀性气体共同作用下，加速智能卡件腐蚀速度，超标水分和硫化氢等腐蚀成分需经该装置中的吸收盒、过滤罐过滤装置去除，以便满足智能卡件要求。

    含有腐蚀性物质硫化氢和水分的压缩空气经进气管进入过滤罐，压缩空气首先经过过滤罐内低层的吸水硅胶，吸咐压缩空气中的水分，再经过过滤罐的上层专用活性炭粒（专用于吸咐腐蚀性物质H2S 等），去掉压缩空气中的H2S，此后洁净的压缩空气经压缩空气输送管进入电气箱。在环境温度较低（低于20℃），箱内温度达30℃，在智能卡件正常工作范围以内，箱内部可不加或少量加入压缩空气。利用箱内的吸收盒吸收渗入箱内的水气和H2S，起到空气净化的作用，防止卡件氧化腐蚀。

    （2）实现温度控制方法。在箱内底部的风扇（15W）使电气保护箱内空气快速流动，智能卡件热量分布均匀，箱体内壁均匀散热，箱体上部的散热片和强冷风扇，使箱体快速冷却，卡件散发的热量快速传导出去。当箱体内温度较高时，箱内通入经过过滤的压缩空气，进气量可通过压缩空气进气调节阀调节，通过单向排气调节阀排出多余过热气体，降低电气箱内环境温度。通过在箱内加装温度传感器，监测箱内温度，其信号进入被保护的输入卡，在控制器的上位机中，显示其曲线，当报警箱内温度高于40℃时，通过调节进气阀和排气阀，加大箱内进气和排气量，使箱内温度降低到正常值40℃以下。如排气量较大，可在箱内外增加散热片，加强散热。

    三、维护保养

    在日常维护中，可观察箱内上部悬挂的经过打磨的紫铜铜片，监视箱内腐蚀程度，如铜片变黑，生成硫化亚铜，说明活性炭已失效，尽快更换。同时在满足卡件环境温度的前提下，尽量减少压缩空气的通气量，保持箱内微正压，延长活性炭和硅胶的使用周期。在卡件日常维修时，打开箱盖时间尽量缩短，减少腐蚀性气体侵蚀。
 
    通过试验运行，有效改善了智能卡件的运行环境，控制系统运行可靠，智能卡件运行稳定，稳定了生产，降低了智能卡件的维修费用。

    (文/唐山兴达化纤股份有限公司 张志军 张志远)