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    摘要：作為國內(nèi)第一套無線腐蝕在線監(jiān)測系統(tǒng)，中國石油天然氣股份有限公司大連石化分公司采用了霍尼韋爾公司OneWireless無線解決方案。本文詳細(xì)闡述了該系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、無線在線采集和監(jiān)測分散在廠區(qū)內(nèi)的各個管道的腐蝕速度信息，與DCS無縫數(shù)據(jù)集成，真正實現(xiàn)腐蝕數(shù)據(jù)為工藝服務(wù)的目標(biāo)。

   關(guān)鍵詞：石化；管道；腐蝕；在線監(jiān)測；無線通訊；OneWireless；解決方案；ISA100

   1 霍尼韋爾的工業(yè)無線解決方案

    霍尼韋爾的工業(yè)無線解決方案是由多功能節(jié)點（Multinode）和現(xiàn)場設(shè)備接入點（FDAP）這兩種無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點共同構(gòu)建一個通訊速度非常快的無線Mesh主干網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場無線變送器可以自動選擇與任何一個無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進(jìn)行無線通訊。最多可以由40個無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點構(gòu)建一個無線主干網(wǎng)絡(luò)，每個無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都可以帶60臺無線變送器（大于1秒刷新時）或16臺無線變送器（1秒刷新時）。無線變送器電池供電壽命4.5年（1秒刷新、常溫時）或10年（大于1秒刷新、常溫時）。

   每個無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都可以同時作為網(wǎng)關(guān)有線接入控制系統(tǒng)，采用標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議 Mobus TCP/IP，OPC，Modbus RTU等。如果同霍尼韋爾的Experion PKS DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)集成，那么完全內(nèi)嵌式集成，支持CDA方式同C300控制器和服務(wù)器點對點通訊，支持同DCS的組態(tài)工具和診斷工具直接對無線網(wǎng)絡(luò)和無線變送器進(jìn)行組態(tài)、診斷、管理和維護(hù)。

   整個無線網(wǎng)絡(luò)自組織、自愈合、冗余網(wǎng)關(guān)設(shè)計、沒有單點故障，同時采用了2.4GHz ISM頻段DSSS跳頻通訊，確保無線通訊能夠達(dá)到工業(yè)等級的可靠性和安全性。

   同一個無線架構(gòu)支持多種無線應(yīng)用，同時支持與無線變送器的無線通訊、支持無線視頻監(jiān)視、移動工作站、無線巡檢、腐蝕監(jiān)測、振動監(jiān)測、無線可燃?xì)怏w監(jiān)測及人員定位等[1]。

   2 大連石化工業(yè)無線應(yīng)用的項目概況

   腐蝕監(jiān)測一直是煉化企業(yè)腐蝕完整性管理的重要組成部分和先行軍。近年來，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，腐蝕監(jiān)測開始出現(xiàn)了實時在線化、無線化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的趨勢。

   大連石化分公司的溶劑再生裝置和酸水氣提裝置共有8個測點需要在線監(jiān)測管道腐蝕速度，以期達(dá)到提高裝置運行的安全性和可靠性，減少腐蝕失效事故的發(fā)生，保證裝置平穩(wěn)運行的目的。由于測點分布較為分散，按傳統(tǒng)有線方案方式鋪設(shè)電纜成本較高，施工困難，分散的儀表安裝給后期儀表維護(hù)帶來不便，因此本工程采用無線傳輸方案。智能無線網(wǎng)絡(luò)既滿足腐蝕監(jiān)測要求，且后期維護(hù)方便。該系統(tǒng)是國內(nèi)第一套無線腐蝕在線監(jiān)測系統(tǒng)。

   用戶要求腐蝕探針和腐蝕測量變送器在現(xiàn)場可以整體安裝，既便于安裝，又減少事故點；輸出的數(shù)據(jù)通過無線傳輸，并可直接輸出給DCS，真正實現(xiàn)腐蝕數(shù)據(jù)為工藝服務(wù)的目標(biāo)；結(jié)合線性極化電阻法(LPR)、電化學(xué)噪聲法(EN)[2]及諧波失真分析法(HDA)，輸出4個參數(shù)：總體腐蝕速率、點蝕系數(shù)、在線B值和腐蝕機理因子參數(shù)；探頭系列齊全，可適合各種介質(zhì)和工況；探針、電極可以在線更換。

   3 大連石化的工業(yè)無線技術(shù)方案

   在控制室和現(xiàn)場分別安裝多功能節(jié)點M1和M2，各測點的無線腐蝕變送器自動尋找同多功能節(jié)點進(jìn)行無線通訊。M1同時作為網(wǎng)關(guān)有線接入監(jiān)控微機系統(tǒng)，采用標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議Modbus RS485，實現(xiàn)同控制系統(tǒng)無縫式數(shù)據(jù)集成。多功能節(jié)點M1和M2之間相互無線通訊，構(gòu)建無線mesh主干網(wǎng)絡(luò)，通訊速度最快達(dá)54Mbps；構(gòu)建冗余無線通訊路徑；自組織、自愈合，安全、可靠。多功能節(jié)點防護(hù)等級IP66，可在戶外安裝，適合環(huán)境溫度-40℃～75℃；危險認(rèn)證適合1級2區(qū)（Zone2），M1與M2需要24VDC，0.5A外部供電，如圖1所示。
             
                  
                                    圖1 現(xiàn)場安裝示意圖 

    在各測點分別安裝SmartCET無線腐蝕變送器。無線腐蝕變送器同任意一個多功能節(jié)點無線通訊，構(gòu)建冗余的通訊路徑、跳頻、自組織、自愈合。無線腐蝕變送器數(shù)據(jù)刷新速度可以設(shè)定為30秒，可以設(shè)定為更慢如1、2、3、4、5分鐘（其它無線變送器的刷新速度最快可設(shè)定為1秒）。無線變送器隔爆可以應(yīng)用在危險區(qū)域如1級1區(qū)，防護(hù)等級IP66/67，防腐蝕等級G3和NEMA Type4X；適合環(huán)境溫度-40℃~85℃；無線變送器由電池供電。

   無線腐蝕測量變送器采用先進(jìn)的算法和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，可以精確測量腐蝕速度和點蝕系數(shù)。CETW6000M型設(shè)備帶有四個輸出，分別為總腐蝕速度、局部腐蝕指標(biāo)（腐蝕孔系數(shù)）、Stern-Geary常數(shù)（B值）、以及幫助診斷腐蝕機制的第四個變量。無線變送器通過一次元件（探頭和電極）測量過程的腐蝕參數(shù)。測量范圍為總腐蝕：每年0～200Mils 或每年0～5mm，局部腐蝕（腐蝕孔系數(shù)）為0.001～1.000，B值為0～100mV，腐蝕機理因子指標(biāo)為 -2000～+2000。準(zhǔn)確度為量程的±0.10%；測量的介質(zhì)溫度（最大）不超過 260ºC，具體參見探頭的技術(shù)規(guī)格；測量的介質(zhì)壓力（最大）不超過3000 psi^[3，4]。

   無線管理平臺安裝在上位監(jiān)控系統(tǒng)中，支持可視化監(jiān)測無線網(wǎng)絡(luò)的通訊狀態(tài)；支持無線設(shè)備的遠(yuǎn)程在線組態(tài)和校驗；負(fù)責(zé)無線網(wǎng)絡(luò)的診斷和安全管理，對無線設(shè)備的安全授權(quán)。

   無線設(shè)備采用2.4GHz ISM公用頻段，DSSS跳頻和冗余mesh通訊確保通訊可靠和安全，自組織、自愈合；無線網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模靈活，安裝方便；無線設(shè)備有國家無委會核準(zhǔn)證，符合開放的ISA100工業(yè)無線國際標(biāo)準(zhǔn)。無線網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展非常方便，能夠非常容易地在無線網(wǎng)絡(luò)中增加新的測點，而無需增加新的硬件，無需敷設(shè)電纜、橋架、電纜保護(hù)管，無需接線等。同一個無線主干網(wǎng)絡(luò)，同時支持無線視頻監(jiān)視和移動工作站。

    無線腐蝕測量變送器的過程連接：腐蝕檢測探頭必須安裝在對腐蝕最敏感的地點。在大多數(shù)情況下，在有存水或者靜水的地方容易出現(xiàn)腐蝕。不過，在管道彎曲處，或者以前曾經(jīng)出現(xiàn)過腐蝕的地方，或者流速較快或存在紊流的地方，腐蝕速度也可能較快。所選的電極應(yīng)該與可能被腐蝕的管道或其它部件具有同樣的金屬屬性。如果管道為不銹鋼，水泵葉輪為碳鋼，那么葉輪腐蝕速度會快。這時建議選擇與泵葉輪材料相同的電極。一些探頭帶有可調(diào)整的壓縮NPT接頭，可按照程序擰緊來確保牢固的密封效果。對于固定類探頭（不帶可調(diào)壓縮接頭），只需要擰緊一個1/16六角螺母即可。確保介質(zhì)流體的流速不超過每秒20英尺（fps），否則可能損壞帶有三指電極的探頭。打開變送器后蓋，將探頭接線穿過電纜護(hù)套連接到變送器的端子排。

    4 總結(jié)

   大連石化管道腐蝕監(jiān)測點布置分散，布線和敷設(shè)電纜很困難。采用霍尼韋爾無線技術(shù)方案，在施工過程中不需要考慮布線和敷設(shè)電纜問題，無需安裝橋架和電纜保護(hù)管，能夠明顯減少改造工作量，降低安裝成本、減少安裝調(diào)試時間、減少后期維護(hù)工作量。不僅如此，控制室和現(xiàn)場布置也更為簡潔：無接線盒、安全柵、I/O卡件；降低DCS負(fù)荷；減少維護(hù)工作量和減少故障點。而且無線網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展非常方便，未來增加測點時，直接安裝無線變送器即可；可以在控制室直接進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷；更換容易、即插即用、靈活。

   這套無線腐蝕在線監(jiān)測系統(tǒng)幫助設(shè)備工程師與現(xiàn)場操作人員實時監(jiān)測裝置腐蝕狀況，幫助工藝工程師基于腐蝕狀況去優(yōu)化過程運行，優(yōu)化緩蝕劑、中和劑注入，幫助完整性與可靠性工程師最大化運行時間（周期）并減少意外停車，幫助腐蝕工程師了解腐蝕機理、診斷腐蝕原因，并指導(dǎo)維護(hù)工程師迅速修復(fù)腐蝕泄露與其它失效，幫助生產(chǎn)單元降低資產(chǎn)更新，延長資產(chǎn)與設(shè)備壽命（選擇性檢修，而非計劃性大修），幫助企業(yè)節(jié)省腐蝕成本。

   參考文獻(xiàn)

   [1] OneWireless工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)概述[Z]. Honeywell產(chǎn)品信息手冊,2011(7).

   [2] 張鑒清,張昭,王建明,曹楚南. 電化學(xué)噪聲的分析與應(yīng)用——電化學(xué)噪聲的分析原理[J].中國腐蝕與防護(hù)學(xué)報,2001(05).

   [3] 于濤.腐蝕監(jiān)測技術(shù)在常減壓裝置中的應(yīng)用[A].大慶石油學(xué)院[C].2008.

    [4] 于濤.電化學(xué)腐蝕監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用[J].設(shè)備管理與維修,2009(10).   

   摘自《自動化博覽》2012年第二期