海洋性大气环境当中户外电器设备的防护新思路.docx
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海洋性大气环境当中户外电器设备的防护新思路
海洋性大气环境当中户外电器设备的防护新思路
摘要:
利用膨体聚四氟乙烯薄膜ePTFE材料构成的新一代的耐用、高效的滤膜可截留水分和腐蚀性颗粒的特性,针对海洋设施户外设备特别是电器设备的特殊要求,提出对海洋设施户外设备特别是电器类的设备进行防潮、防腐改造的新思路,使之有效提高设备的安全性及运行寿命,大大降低设备的危险隐患,减少作业费用。
根据海洋设施户外设备及透气膜的各自实际特性,提出了一种改造、设计新型海洋设施户外设备特别是电器设备防潮、防腐的新思路和新工艺。
关键词:
膨体聚四氟乙烯薄膜ePTFE户外防腐电器设备
随着科技进步和人类对海洋资源的开发,越来越多的海洋性设施,比如远洋捕捞船舶、勘探船、货轮、科学考察船舶、军事舰艇、海洋采油平台等设施被设计、建造及应用于海洋性大气环境当中或者热带海洋性气候环境当中。
这些应用对设备的防腐及外壳防护提出了相当高的要求,以避免设备可靠性下降、寿命减小带来的损失。
对于电器设备,特别是应用于恶劣大气环境当中的电器设备,防护措施不到位就会带来设备内部器件的快速污染、腐蚀,进而使这些器件的品质快速下降,大大缩短其使用寿命进而严重威胁到设施的安全运行。
在器件受到污染及腐蚀的同时,也往往意味着电器绝缘性能的严重下降,这都严重威胁到人身与设施的安全。
与此同时,设备的维护及使用成本都大大增加,既不符合设备的使用及维护要求,也不符合节能减排及创建绿色GDP的国家战略。
上述所提的海洋设置当中,有些是迫于要求等原因不得不将电器设备设置在户外运行。
这些电器设备在运行时会产生不等的热量。
如果设备的发热量大,则在外界恶劣的大气环境当中,设备的散热,防护及防腐就会成为一个相对矛盾的问题。
热量的积聚得不到及时的疏散就会给设备带来危害。
很多情况下,设备的元器件安装于特定的外壳内,器件似乎好像生物一样需要呼吸,以保持外壳内外的压力平衡以及对器件进行及时散热。
传统的做法侧重于提高电器产品本身的防护防腐性能,进而提高其本身品质并极力避免将其安装于户外。
但使用电器的成套设备,避免不了有各种金属器件的存在,在潮湿、高温、含盐份的海洋性大气环境当中,器件本身很难抵抗这些不利因素。
特别是有些功率大的电器设备本身要求强制通风,这大大提高了对设备的防护要求。
为满足这些要求,以往人们不得不采用更为昂贵和复杂的系统来进行处理,传统p这种散热过滤器可直接替代换热器(HEX)或空调(AC)系统,或结合空调使用,有助于有效降低运行成本。
经实践证明适用于各种极端工作条件,包括:
含盐空气、疾风暴雨、重工业污染和高温环境。
这大大降低了设备的资本及作业费用,提高了设备的可靠性和安全性并明显延长寿命。
它可以在-40°C~+65°C的温度范围内安全工作,完全满足绝大多数户外的气候件。
湿度条件在0~100%RH之间,可以过滤掉直径大于0.3μm以上大的颗粒物,透气率在不增加辅助风机的情况下可以达到99%,寿命视使用环境等因素而定约为3年至5年。
1散热过滤器介绍
散热过滤器外观及结构如图1。
电子产品机柜的高度可靠散热。
与高耗能的大型主动冷却系统不同,这种冷却过滤器能让你充分利用环境空气的自然散热效率,同时降低系统成本。
与庞大的热交换基站和空调机组相比,这种直接空气散热过滤器体积更小,构造更简单。
这有利于减小空间占用,简化设备维护。
实现环境空气散热。
引进具有最高效率和成本效益的散热技术,可用于室外电子产品机柜而推出的散热过滤器。
与空调和换热器等闭合回路系统不同,散热过滤器可以实现大气散热并保护设备免受严酷污染物侵蚀——让你充分利用环境空气的自然散热效率。
散热过滤器的优点。
散热过滤器内部使用了最新一代的独特微孔滤膜。
于1973年最先将该技术引入关键工业应用领域,这种耐用、高效的滤膜可截留水分和腐蚀性颗粒,同时具有极高的透气性。
各种苛刻应用领域的理想选择。
提升用于苛刻环境的电子设备的可靠性。
随着时间的推移,安装在设备壳体上的密封条可能损坏,从而影响产品的性能。
造成这些问题的根本原因——由外部环境而导致壳体内外存在压差。
这种膜的应用会帮助用户提升如下体验。
(1)在设计性能可靠,用于苛刻环境的产品时所面临的挑战。
(2)压差产生的原因以及造成的影响。
(3)上述问题对处在恶劣环境中的电子设备密闭壳体所产生的影响。
(4)能减轻压力变化,延长产品寿命的最新技术。
(5)保护产品外壳不受压力和污染的影响。
对于电信设备和照明灯具等暴露在户外环境中的产品,防水防尘透气产品可以提供有效的防尘、防污屏障,同时又能确保产品壳体内部在环境条件变化时始终保持良好的透气状态。
这样的透气解决方案可以有效防止产品因壳体内部压力积聚而造成壳体密封条受损,从而避免了灵敏元件暴露于水和杂质的风险。
(6)透气和防护。
防水防尘透气产品一方面可以有效防止产品壳体内部渗水,另一方面又能确保壳体内部始终保持良好的透气。
这对包括测深仪和全球定位系统(GPS)在内的各种可能与水接触的电子设备而言非常重要。
微孔结构的防水防尘透气产品也是确保家电和其它产品的充电电池始终维持良好的透气状况,避免氢气在电池舱内积聚的理想解决方案。
(7)防水保护膜。
防水防尘透气产品的结构既结实又轻巧,并允许声音信号畅通无阻地通过,由此可以在毫不牺牲声音信号音质或音量的情况下为发声设备的元器件提供保护。
同时,保护膜的耐化学腐蚀特性及微孔结构也意味着防水防尘透气产品是用来保护传感器,尤其是在恶劣环境下工作的传感器内部元器件的理想材料。
(8)电信行业所使用的设备随着环境温度迅速波动的影响,同时还会接触各种微粒,并始终暴露于风、雨、阳光照射等各种气候条件下。
给户外通信设备安装了防水防尘透气产品后,由于温度变化而造成的压差将不再对设备壳体构成负面影响,而且它们还将为电信设备构建起有效的防护屏障,阻挡灰尘、水、盐分和其它腐蚀性液体的入侵。
电信行业标准。
IEC60529:
外壳防护等级。
根据IEC60529规定的条件和要求,我们的过滤器提供充分保护,使机箱能够达到IP55防护等级。
GR487-CORE:
电子设备机柜通用要求。
第3.28.1节风夹雨
安装GORE散热过滤器的机箱经实践证明符合GR-487的70mph风夹雨要求。
GR-487-CORE:
电子设备机柜通用要求。
第3.34.1节盐雾
安装散热过滤器的机箱采取适当的门和电缆密封措施后,能够通过30天持续盐雾试验。
NEMA250散热过滤器的机箱经合适的安装以及防恶意破坏措施后,可达到NEMA3R防护等级。
IEC68-52-2盐雾试验散热过滤器的机箱在试验中通过了IEC60068-52-2《环境试验》规定的严酷等级第三级试验。
UL900空气过滤机组。
我们的过滤器已根据UL900《空气过滤机组》阻燃和烟密度标准进行试验并通过实验。
我们的过滤器达到一级标准,即最高标准。
应用性能和结构材料。
2应用性能
3结构材料
风扇控制。
一般而言,散热过滤器的初始阻力为50~100Pa,随使用寿命增加最终阻力可达200~250Pa。
针对其最终阻力还需要考虑所使用的风机。
一般常用离心风机其风量/静压特性在此工作范围。
叶片有前弯叶片和后弯叶片两种。
前弯叶片需要特殊外壳,后弯叶片只需要一个机箱。
两种离心风机都应置于过滤器之后,防止其受环境污染。
风扇的设置应确保温度在规定范围内保持最小波动。
内部温度的控制受到许多变量的影响,包括:
环境温度、太阳辐射、热负荷和过滤器阻力。
这些变量可以利用两种风机转速控制模式来实现,即简单转速控制或高级(精细温控)控制,具体视系统要求而定。
尽量选择合适的风扇类型和位置,以优化电子元件和过滤器的寿命。
过滤器密封。
为了确保箱体和和散热过滤器之间的密封良好,我们提供可选的、经认证专用于环境密封的一体式聚氨酯泡沫胶条。
可通过计算实现安装界面良好密封所需的扭矩(Nm)。
中海石油中国有限公司番禺作业公司42及51平台上采用电潜泵变速驱动,所配的变频器放置于中央空调电气开关间内,与之相配套的正弦滤波器因为设计及平台空间上的原因,放置于户外。
其出厂防护等级低只达到IP22,每台设备在额定功率输出情况下的散热量达14kW,在运行时有两台风机通过送风及排风直接与空气交换进行强制散热,长期以来,没有解决防潮防腐的问题,设备腐蚀严重且每当避台回去复产时大费周折,非常影响生产。
自从应用了这种过滤器重新进行了正弦滤波器的外壳设计及更换后,取得了明显的效果。
潮汽及盐雾积聚腐蚀不再困扰设备的运行,试安装经过一年多的运行考验后,效果非常好,柜内保持非常干净、干燥及无盐粒结晶。
单台正弦滤波器的正面效果图及组图,只有一个简单的百叶窗进行透气散热,无防雨措施,设备腐蚀严重。
为了增加新机柜的防水能力及抗台风破坏的能力,我们当初在设计时要求在机柜进风口的透气膜框架外面及排风机出口的外面增加防水盖板,这几台先后安装的新设备经过几次台风的考验,证明效果不错。
躲避台风回去复产操作时马上打开此盖,测量得主回路对地的绝缘电阻达到了7MΩ以上,不开机打开盖板24小时后测得的主回路绝缘电阻在2MΩ左右。
完全避免了旧机柜在躲避台风后绝缘电阻下降太厉害达不到开机要求需要人工加热吹风烘干费时费力的弊端。
台风鲇鱼过去后,51平台电工反映,换过的三台滤波器机柜内的绝缘均高于17MΩ,最大达70多MΩ,而没有换过的其他11口井的旧机柜的绝缘都为零。
42平台A06井和A10两口井更换正弦波滤波器机柜外壳后的机柜主回路绝缘在台风鲇鱼过去后复测的结果分别是114MΩ和94.8MΩ。
这肯定了我们当初的设想的实施计划,同时也找到了一个海油平台户外电器设备改造的新方法。
用新设计的不锈钢机柜外壳并配置透气膜代替原有设备外壳在原位置上重新安装,不仅费用大幅度降低,而且简单易行。
它将对生产的影响降到了最低,同时解决了原先设备容易进水受潮腐蚀带来的设备可靠性降低、避台期间设备损坏率高、影响生产时率的问题。
这种思路也为其他海洋设施户外电器设备的防护及改造提供了一种新的好方法,按照此思路,番禺作业公司于2010年9月份在番禺42平台对应急发电机的户外干式变压器遮雨房进行了改造,这个改造就是吸收了这种思路。
51平台的一台同类变压器就是因为复台时上电受潮而发生短路烧毁的事故。
图12旧变压器防护罩,只通过百叶窗进行空气对流散热,潮汽及盐份很容易进行去。
改造前的效果图,只有简单的百叶窗呼吸透气。
不能有效防雨及防潮,避台回去恢复生产很麻烦。
改造后的效果图,加装透气膜后,完全杜绝了水汽进入变压器防雨房内部造成设备绝缘下降及短路的隐患。
4结语
作者应用此原创性的工程解决办法,不但在中海油番禺作业公司的采油平台的户外正弦滤波器、户外干式变压器防雨房的改造中成功进行应用和实施,而且在国产冷冻式压缩空气干燥机的防潮外壳中进行了应用,事实上都取得非常好的效果。
这一原创性的发明,解决了长久以来在海洋性大气户外电器设备设计、应用、维护当中的诸多困扰和限制,可大大降低设备投资及运行维护费用,带来直接和间接的效益十分可观。
举例来说,番禺作业公司用了持续两年零八个月的时间完成了共28台套户外正弦滤波器的外壳更新工作,全部是在修井、钻井和计划性平台停产检修期间完成的,没有因为这项工作而使正常的生产作业受到任何影响,直接和间接为公司的带来了十分可观的效益。
这一方法实施非常简单,投资、运行、维护成本低廉,为海洋性大气环境当中户外电器设备的应用开辟了一个非常广阔的前景。
参考文献
[1]马伟明,张晓锋,焦俊,等.中国电气工程大典第十二卷:
船舶电气工程[M].中国电力出版社,ISBN978—7—5083—7044—6.
[2]AlanL.Sheldrake.《HandbookofElectricalEngineering》forPractitionesrintheOil,GasandPetrochemicalIndustry.ISBN7—5025—7628—2.
[3]GORE○R散热过滤器技术.
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- 海洋性 大气环境 当中 户外 电器设备 防护 新思路