重度腐蝕環境下智能卡件的防護

文章出處：http://hz-huyue.com 作者：張志軍 張志遠   人氣： 發表時間：2011年10月07日

    粘膠短纖在生產中易燃、易爆、腐蝕性氣體多、有害氣體排放量大，對周圍環境影響很大，尤其對于DCS 控制室、MCC室內的電器元件。目前，國內粘膠短纖行業使用的DCS 系統控制器，一般采用電器柜柜內安裝，柜頂部加風扇降溫的形式，但有時由于粘膠短纖行業中排風系統不完善，導致DCS 控制室空氣中含有近10mg/m3 硫化氫，侵蝕智能卡件，縮短其使用壽命。

    一、環境對智能卡件的影響

    由大規模集成電路、各種晶體管、CMOS 器件構成智能卡件，工作環境要求較為苛刻。大多智能卡件電路板采用貼模技術制作，考慮到散熱和普通應用場合，表面僅是一般抗腐蝕性防護。而在空氣中含有較高濃度硫化氫、二硫化碳的環境下，電路板中的銅制元件、線路與硫化氫反應，生成大量硫化亞銅，使集成電路線路短路、斷路或阻值發生變化，是造成智能卡件高故障率的根源。

    溫度偏高，易使機器散熱不暢，工作參數產生漂移，影響電路的穩定性和可靠性，嚴重時造成元器件的擊穿損壞。空氣的潮濕，易引起設備的金屬部件和插接件管部件產生銹蝕，引起電路板、插接件和布線的絕緣降低，嚴重時可造成電路短路。 

    卡件本身熱量和周圍環境溫度過高、環境濕度過大，不僅直接造成卡件故障，同時加速具有氧化性的硫化氫氣體對于卡件的腐蝕，這樣一個惡性循環，也是造成卡件易損壞、高故障率的原因。

    二、智能卡件的防護系統

    依據有關規范和運行經驗，一般智能卡件溫度控制在18～25℃，濕度40%～60%較為適宜。而現場實際環境溫度10～35℃,濕度有時達到85%，環境硫化氫腐蝕氣體濃度較高。為了改善環境條件，穩定運行，如改造整體空調系統，則成本較高；如使用專用防腐卡件，因卡件制造廠家實際技術、用戶財力限制等，初期投資增大2～3 倍；如使密封箱隔離腐蝕性氣體，有時智能卡件箱內溫度較高，箱體內外熱量交換效率低，多余熱量無法排出。經多次試驗，從清除腐蝕性氣體，溫度、濕度，智能卡件散熱，穩定運行等綜合性考慮，研發了一種智能卡件的防護系統。

    1.智能卡件防護系統結構及功能（圖1）

    （1）電氣保護箱體部分。電氣保護箱體采用304 不銹鋼材料制作，厚度為1.5～2mm，要求防護等級達到IP65 標準，箱體內外不噴漆，利于熱量傳導。箱內安裝DCS 系統智能卡件。箱體正面安裝帶透明視窗前端蓋，有利于觀察電氣箱體內控制器等智能卡件的運行狀態。箱體上部安裝散熱片和強冷風扇（60W），使箱體快速冷卻，加速智能卡件熱量的散發。箱體內裝有吸收盒，內裝炭粒、硅膠等吸附劑，可吸收箱體內硫化氫等腐蝕氣體和水分。箱體內頂部安裝的PT100 熱電阻用于測量箱內溫度。箱體內還懸掛經過打磨的紫銅銅片，通過觀察其顏色變化，監測箱內腐蝕程度。箱體外部側面安裝單向排氣調節閥，用于箱體內換氣、降溫。

    （2）壓縮空氣輸送、凈化、過濾系統。主要由壓縮空氣過濾罐、吸附劑和空氣輸送管組成。壓縮空氣過濾罐內部填裝吸收水分的硅膠和吸收有毒氣體H2S 等的活性炭粒，對壓縮空氣起凈化、過濾作用。壓縮空氣進氣調節閥與電氣箱箱體外部側面安裝的單向排氣調節閥配合使用，以利箱體內的換氣，降溫。因使用氣源量不大和氣源的潔凈，用Φ8 四氟氣源管與自控儀表氣源連接。

    （3）電氣保護箱體的溫度監控系統。PT100 熱電阻信號，通過智能卡件輸入卡、控制器至上位機，用于顯示溫度曲線和溫度報警。

    2.智能卡件防護系統工作原理

    （1）腐蝕問題的解決方法。一般情況下在重腐蝕場合，其所提供的壓縮空氣內部也含有硫化氫等腐蝕成分，夏季空氣中濕度高達86%以上，與腐蝕性氣體共同作用下，加速智能卡件腐蝕速度，超標水分和硫化氫等腐蝕成分需經該裝置中的吸收盒、過濾罐過濾裝置去除，以便滿足智能卡件要求。

    含有腐蝕性物質硫化氫和水分的壓縮空氣經進氣管進入過濾罐，壓縮空氣首先經過過濾罐內低層的吸水硅膠，吸咐壓縮空氣中的水分，再經過過濾罐的上層專用活性炭粒（專用于吸咐腐蝕性物質H2S 等），去掉壓縮空氣中的H2S，此后潔凈的壓縮空氣經壓縮空氣輸送管進入電氣箱。在環境溫度較低（低于20℃），箱內溫度達30℃，在智能卡件正常工作范圍以內，箱內部可不加或少量加入壓縮空氣。利用箱內的吸收盒吸收滲入箱內的水氣和H2S，起到空氣凈化的作用，防止卡件氧化腐蝕。

    （2）實現溫度控制方法。在箱內底部的風扇（15W）使電氣保護箱內空氣快速流動，智能卡件熱量分布均勻，箱體內壁均勻散熱，箱體上部的散熱片和強冷風扇，使箱體快速冷卻，卡件散發的熱量快速傳導出去。當箱體內溫度較高時，箱內通入經過過濾的壓縮空氣，進氣量可通過壓縮空氣進氣調節閥調節，通過單向排氣調節閥排出多余過熱氣體，降低電氣箱內環境溫度。通過在箱內加裝溫度傳感器，監測箱內溫度，其信號進入被保護的輸入卡，在控制器的上位機中，顯示其曲線，當報警箱內溫度高于40℃時，通過調節進氣閥和排氣閥，加大箱內進氣和排氣量，使箱內溫度降低到正常值40℃以下。如排氣量較大，可在箱內外增加散熱片，加強散熱。

    三、維護保養

    在日常維護中，可觀察箱內上部懸掛的經過打磨的紫銅銅片，監視箱內腐蝕程度，如銅片變黑，生成硫化亞銅，說明活性炭已失效，盡快更換。同時在滿足卡件環境溫度的前提下，盡量減少壓縮空氣的通氣量，保持箱內微正壓，延長活性炭和硅膠的使用周期。在卡件日常維修時，打開箱蓋時間盡量縮短，減少腐蝕性氣體侵蝕。
 
    通過試驗運行，有效改善了智能卡件的運行環境，控制系統運行可靠，智能卡件運行穩定，穩定了生產，降低了智能卡件的維修費用。

    (文/唐山興達化纖股份有限公司 張志軍 張志遠)