海洋性大氣環(huán)境當(dāng)中戶外電器設(shè)備的防護(hù)新思路

摘 要：利用膨體聚四氟乙烯薄膜ePTFE材料構(gòu)成的新一代的耐用、高效的濾膜可截留水分和腐蝕性顆粒的特性，針對(duì)海洋設(shè)施戶外設(shè)備特別是電器設(shè)備的特殊要求，提出對(duì)海洋設(shè)施戶外設(shè)備特別是電器類(lèi)的設(shè)備進(jìn)行防潮、防腐改造的新思路，使之有效提高設(shè)備的安全性及運(yùn)行壽命，大大降低設(shè)備的危險(xiǎn)隱患，減少作業(yè)費(fèi)用。根據(jù)海洋設(shè)施戶外設(shè)備及透氣膜的各自實(shí)際特性，提出了一種改造、設(shè)計(jì)新型海洋設(shè)施戶外設(shè)備特別是電器設(shè)備防潮、防腐的新思路和新工藝。

關(guān)鍵詞：膨體聚四氟乙烯薄膜ePTFE 戶外防腐 電器設(shè)備

中圖分類(lèi)號(hào)：TG174 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）06（a）-0106-04

隨著科技進(jìn)步和人類(lèi)對(duì)海洋資源的開(kāi)發(fā)，越來(lái)越多的海洋性設(shè)施，比如遠(yuǎn)洋捕撈船舶、勘探船、貨輪、科學(xué)考察船舶、軍事艦艇、海洋采油平臺(tái)等設(shè)施被設(shè)計(jì)、建造及應(yīng)用于海洋性大氣環(huán)境當(dāng)中或者熱帶海洋性氣候環(huán)境當(dāng)中。這些應(yīng)用對(duì)設(shè)備的防腐及外殼防護(hù)提出了相當(dāng)高的要求，以避免設(shè)備可靠性下降、壽命減小帶來(lái)的損失。

對(duì)于電器設(shè)備，特別是應(yīng)用于惡劣大氣環(huán)境當(dāng)中的電器設(shè)備，防護(hù)措施不到位就會(huì)帶來(lái)設(shè)備內(nèi)部器件的快速污染、腐蝕，進(jìn)而使這些器件的品質(zhì)快速下降，大大縮短其使用壽命進(jìn)而嚴(yán)重威脅到設(shè)施的安全運(yùn)行。在器件受到污染及腐蝕的同時(shí)，也往往意味著電器絕緣性能的嚴(yán)重下降，這都嚴(yán)重威脅到人身與設(shè)施的安全。與此同時(shí)，設(shè)備的維護(hù)及使用成本都大大增加，既不符合設(shè)備的使用及維護(hù)要求，也不符合節(jié)能減排及創(chuàng)建綠色GDP的國(guó)家戰(zhàn)略。

上述所提的海洋設(shè)置當(dāng)中，有些是迫于要求等原因不得不將電器設(shè)備設(shè)置在戶外運(yùn)行。這些電器設(shè)備在運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生不等的熱量。如果設(shè)備的發(fā)熱量大，則在外界惡劣的大氣環(huán)境當(dāng)中，設(shè)備的散熱，防護(hù)及防腐就會(huì)成為一個(gè)相對(duì)矛盾的問(wèn)題。熱量的積聚得不到及時(shí)的疏散就會(huì)給設(shè)備帶來(lái)危害。很多情況下，設(shè)備的元器件安裝于特定的外殼內(nèi)，器件似乎好像生物一樣需要呼吸，以保持外殼內(nèi)外的壓力平衡以及對(duì)器件進(jìn)行及時(shí)散熱。

傳統(tǒng)的做法側(cè)重于提高電器產(chǎn)品本身的防護(hù)防腐性能，進(jìn)而提高其本身品質(zhì)并極力避免將其安裝于戶外。但使用電器的成套設(shè)備，避免不了有各種金屬器件的存在，在潮濕、高溫、含鹽份的海洋性大氣環(huán)境當(dāng)中，器件本身很難抵抗這些不利因素。特別是有些功率大的電器設(shè)備本身要求強(qiáng)制通風(fēng)，這大大提高了對(duì)設(shè)備的防護(hù)要求。為滿足這些要求，以往人們不得不采用更為昂貴和復(fù)雜的系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行處理，傳統(tǒng)方法提高這些設(shè)備的安全性和防腐蝕性能似乎走入了一個(gè)絕境。

人們希望設(shè)備能隨時(shí)隨地、在任何條件下使用，因此產(chǎn)品性能的可靠程度至關(guān)重要。然而，為電器設(shè)備設(shè)計(jì)一個(gè)能承受惡劣環(huán)境的密閉殼體或盡可能利用大氣通風(fēng)散熱并且能有效保護(hù)殼體內(nèi)的器件是一件極具挑戰(zhàn)性的事。

近年來(lái)，一種應(yīng)用膨體聚四氟乙烯材料制成的透氣膜的逐步應(yīng)用打開(kāi)了一種對(duì)海洋設(shè)施上戶外電器電子設(shè)備保護(hù)的新思路，開(kāi)拓了新方法。

采用這種材料專為戶外電器產(chǎn)品外殼設(shè)計(jì)的一種散熱過(guò)濾器被普遍應(yīng)用于這些電器設(shè)備上，并取得了極好的效果。

這種散熱過(guò)濾器可直接替代換熱器（HEX）或空調(diào)（AC）系統(tǒng)，或結(jié)合空調(diào)使用，有助于有效降低運(yùn)行成本。經(jīng)實(shí)踐證明適用于各種極端工作條件，包括：含鹽空氣、疾風(fēng)暴雨、重工業(yè)污染和高溫環(huán)境。這大大降低了設(shè)備的資本及作業(yè)費(fèi)用，提高了設(shè)備的可靠性和安全性并明顯延長(zhǎng)壽命。

它可以在-40°C～+65°C的溫度范圍內(nèi)安全工作，完全滿足絕大多數(shù)戶外的氣候件。

濕度條件在0～100%RH之間，可以過(guò)濾掉直徑大于0.3μm以上大的顆粒物，透氣率在不增加輔助風(fēng)機(jī)的情況下可以達(dá)到99%，壽命視使用環(huán)境等因素而定約為3年至5年。（如表1）

1 散熱過(guò)濾器介紹

散熱過(guò)濾器外觀及結(jié)構(gòu)如圖1。

電子產(chǎn)品機(jī)柜的高度可靠散熱。

與高耗能的大型主動(dòng)冷卻系統(tǒng)不同，這種冷卻過(guò)濾器能讓你充分利用環(huán)境空氣的自然散熱效率，同時(shí)降低系統(tǒng)成本。與龐大的熱交換基站和空調(diào)機(jī)組相比，這種直接空氣散熱過(guò)濾器體積更小，構(gòu)造更簡(jiǎn)單。這有利于減小空間占用，簡(jiǎn)化設(shè)備維護(hù)。

實(shí)現(xiàn)環(huán)境空氣散熱。

引進(jìn)具有最高效率和成本效益的散熱技術(shù)，可用于室外電子產(chǎn)品機(jī)柜而推出的散熱過(guò)濾器。與空調(diào)和換熱器等閉合回路系統(tǒng)不同，散熱過(guò)濾器可以實(shí)現(xiàn)大氣散熱并保護(hù)設(shè)備免受?chē)?yán)酷污染物侵蝕—— 讓你充分利用環(huán)境空氣的自然散熱效率。

散熱過(guò)濾器的優(yōu)點(diǎn)。

散熱過(guò)濾器內(nèi)部使用了最新一代的獨(dú)特微孔濾膜。于1973年最先將該技術(shù)引入關(guān)鍵工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，這種耐用、高效的濾膜可截留水分和腐蝕性顆粒，同時(shí)具有極高的透氣性。

各種苛刻應(yīng)用領(lǐng)域的理想選擇。

提升用于苛刻環(huán)境的電子設(shè)備的可靠性。隨著時(shí)間的推移，安裝在設(shè)備殼體上的密封條可能損壞，從而影響產(chǎn)品的性能。造成這些問(wèn)題的根本原因—— 由外部環(huán)境而導(dǎo)致殼體內(nèi)外存在壓差。這種膜的應(yīng)用會(huì)幫助用戶提升如下體驗(yàn)。

（1）在設(shè)計(jì)性能可靠，用于苛刻環(huán)境的產(chǎn)品時(shí)所面臨的挑戰(zhàn)。

（2）壓差產(chǎn)生的原因以及造成的影響。

（3）上述問(wèn)題對(duì)處在惡劣環(huán)境中的電子設(shè)備密閉殼體所產(chǎn)生的影響。

（4）能減輕壓力變化，延長(zhǎng)產(chǎn)品壽命的最新技術(shù)。

（5）保護(hù)產(chǎn)品外殼不受壓力和污染的影響。對(duì)于電信設(shè)備和照明燈具等暴露在戶外環(huán)境中的產(chǎn)品，防水防塵透氣產(chǎn)品可以提供有效的防塵、防污屏障，同時(shí)又能確保產(chǎn)品殼體內(nèi)部在環(huán)境條件變化時(shí)始終保持良好的透氣狀態(tài)。這樣的透氣解決方案可以有效防止產(chǎn)品因殼體內(nèi)部壓力積聚而造成殼體密封條受損，從而避免了靈敏元件暴露于水和雜質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)。

（6）透氣和防護(hù)。防水防塵透氣產(chǎn)品一方面可以有效防止產(chǎn)品殼體內(nèi)部滲水，另一方面又能確保殼體內(nèi)部始終保持良好的透氣。這對(duì)包括測(cè)深儀和全球定位系統(tǒng)（GPS）在內(nèi)的各種可能與水接觸的電子設(shè)備而言非常重要。微孔結(jié)構(gòu)的防水防塵透氣產(chǎn)品也是確保家電和其它產(chǎn)品的充電電池始終維持良好的透氣狀況，避免氫氣在電池艙內(nèi)積聚的理想解決方案。

（7）防水保護(hù)膜。防水防塵透氣產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)既結(jié)實(shí)又輕巧，并允許聲音信號(hào)暢通無(wú)阻地通過(guò)，由此可以在毫不犧牲聲音信號(hào)音質(zhì)或音量的情況下為發(fā)聲設(shè)備的元器件提供保護(hù)。同時(shí)，保護(hù)膜的耐化學(xué)腐蝕特性及微孔結(jié)構(gòu)也意味著防水防塵透氣產(chǎn)品是用來(lái)保護(hù)傳感器，尤其是在惡劣環(huán)境下工作的傳感器內(nèi)部元器件的理想材料。

（8）電信行業(yè)所使用的設(shè)備隨著環(huán)境溫度迅速波動(dòng)的影響，同時(shí)還會(huì)接觸各種微粒，并始終暴露于風(fēng)、雨、陽(yáng)光照射等各種氣候條件下。給戶外通信設(shè)備安裝了防水防塵透氣產(chǎn)品后，由于溫度變化而造成的壓差將不再對(duì)設(shè)備殼體構(gòu)成負(fù)面影響，而且它們還將為電信設(shè)備構(gòu)建起有效的防護(hù)屏障，阻擋灰塵、水、鹽分和其它腐蝕性液體的入侵。

電信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

IEC 60529：外殼防護(hù)等級(jí)。

根據(jù)IEC60529規(guī)定的條件和要求，我們的過(guò)濾器提供充分保護(hù)，使機(jī)箱能夠達(dá)到IP55防護(hù)等級(jí)。

GR 487-CORE：電子設(shè)備機(jī)柜通用要求。

第3.28.1節(jié)風(fēng)夾雨

安裝GORE散熱過(guò)濾器的機(jī)箱經(jīng)實(shí)踐證明符合GR-487的70mph風(fēng)夾雨要求。

GR -487-CORE：電子設(shè)備機(jī)柜通用要求。

第3.34.1節(jié)鹽霧

安裝散熱過(guò)濾器的機(jī)箱采取適當(dāng)?shù)拈T(mén)和電纜密封措施后，能夠通過(guò)30天持續(xù)鹽霧試驗(yàn)。

NEMA 250散熱過(guò)濾器的機(jī)箱經(jīng)合適的安裝以及防惡意破壞措施后，可達(dá)到NEMA 3R防護(hù)等級(jí)。

IEC 68-52-2 鹽霧試驗(yàn)散熱過(guò)濾器的機(jī)箱在試驗(yàn)中通過(guò)了 IEC 60068-52-2《環(huán)境試驗(yàn)》規(guī)定的嚴(yán)酷等級(jí)第三級(jí)試驗(yàn)。

UL 900 空氣過(guò)濾機(jī)組。

我們的過(guò)濾器已根據(jù)UL 900《空氣過(guò)濾機(jī)組》阻燃和煙密度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)并通過(guò)實(shí)驗(yàn)。我們的過(guò)濾器達(dá)到一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，即最高標(biāo)準(zhǔn)。

應(yīng)用性能和結(jié)構(gòu)材料。

2 應(yīng)用性能（如表2）

3 結(jié)構(gòu)材料（如表3）

風(fēng)扇控制。

一般而言，散熱過(guò)濾器的初始阻力為50～100 Pa，隨使用壽命增加最終阻力可達(dá)200～250 Pa。針對(duì)其最終阻力還需要考慮所使用的風(fēng)機(jī)。一般常用離心風(fēng)機(jī)其風(fēng)量/靜壓特性在此工作范圍。葉片有前彎葉片和后彎葉片兩種。前彎葉片需要特殊外殼，后彎葉片只需要一個(gè)機(jī)箱。兩種離心風(fēng)機(jī)都應(yīng)置于過(guò)濾器之后，防止其受環(huán)境污染。風(fēng)扇的設(shè)置應(yīng)確保溫度在規(guī)定范圍內(nèi)保持最小波動(dòng)。內(nèi)部溫度的控制受到許多變量的影響，包括：環(huán)境溫度、太陽(yáng)輻射、熱負(fù)荷和過(guò)濾器阻力。這些變量可以利用兩種風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制模式來(lái)實(shí)現(xiàn)，即簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)速控制或高級(jí)（精細(xì)溫控）控制，具體視系統(tǒng)要求而定。盡量選擇合適的風(fēng)扇類(lèi)型和位置，以優(yōu)化電子元件和過(guò)濾器的壽命（如圖2、3）。

過(guò)濾器密封。

為了確保箱體和和散熱過(guò)濾器之間的密封良好，我們提供可選的、經(jīng)認(rèn)證專用于環(huán)境密封的一體式聚氨酯泡沫膠條?？赏ㄟ^(guò)計(jì)算實(shí)現(xiàn)安裝界面良好密封所需的扭矩（Nm）（如圖4）。

中海石油中國(guó)有限公司番禺作業(yè)公司42及51平臺(tái)上采用電潛泵變速驅(qū)動(dòng)，所配的變頻器放置于中央空調(diào)電氣開(kāi)關(guān)間內(nèi)，與之相配套的正弦濾波器因?yàn)樵O(shè)計(jì)及平臺(tái)空間上的原因，放置于戶外。其出廠防護(hù)等級(jí)低只達(dá)到IP22，每臺(tái)設(shè)備在額定功率輸出情況下的散熱量達(dá)14 kW，在運(yùn)行時(shí)有兩臺(tái)風(fēng)機(jī)通過(guò)送風(fēng)及排風(fēng)直接與空氣交換進(jìn)行強(qiáng)制散熱，長(zhǎng)期以來(lái)，沒(méi)有解決防潮防腐的問(wèn)題，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重且每當(dāng)避臺(tái)回去復(fù)產(chǎn)時(shí)大費(fèi)周折，非常影響生產(chǎn)。自從應(yīng)用了這種過(guò)濾器重新進(jìn)行了正弦濾波器的外殼設(shè)計(jì)及更換后，取得了明顯的效果。潮汽及鹽霧積聚腐蝕不再困擾設(shè)備的運(yùn)行，試安裝經(jīng)過(guò)一年多的運(yùn)行考驗(yàn)后，效果非常好，柜內(nèi)保持非常干凈、干燥及無(wú)鹽粒結(jié)晶。下圖為原現(xiàn)場(chǎng)安裝的效果對(duì)比（如圖5～7）。

單臺(tái)正弦濾波器的正面效果圖及組圖，只有一個(gè)簡(jiǎn)單的百葉窗進(jìn)行透氣散熱，無(wú)防雨措施，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重（如圖8～11）。

上表4為最初在番禺油田42平臺(tái)的A06及A10兩口生產(chǎn)井試更換兩臺(tái)室外正弦濾波器機(jī)柜前后實(shí)測(cè)其絕緣的對(duì)比表。從中可以看出更換完成后絕緣水平有了非常大的提升。

為了增加新機(jī)柜的防水能力及抗臺(tái)風(fēng)破壞的能力，我們當(dāng)初在設(shè)計(jì)時(shí)要求在機(jī)柜進(jìn)風(fēng)口的透氣膜框架外面及排風(fēng)機(jī)出口的外面增加防水蓋板，這幾臺(tái)先后安裝的新設(shè)備經(jīng)過(guò)幾次臺(tái)風(fēng)的考驗(yàn)，證明效果不錯(cuò)。躲避臺(tái)風(fēng)回去復(fù)產(chǎn)操作時(shí)馬上打開(kāi)此蓋，測(cè)量得主回路對(duì)地的絕緣電阻達(dá)到了7 MΩ以上，不開(kāi)機(jī)打開(kāi)蓋板24小時(shí)后測(cè)得的主回路絕緣電阻在2 MΩ左右。完全避免了舊機(jī)柜在躲避臺(tái)風(fēng)后絕緣電阻下降太厲害達(dá)不到開(kāi)機(jī)要求需要人工加熱吹風(fēng)烘干費(fèi)時(shí)費(fèi)力的弊端。臺(tái)風(fēng)鲇魚(yú)過(guò)去后，51平臺(tái)電工反映，換過(guò)的三臺(tái)濾波器機(jī)柜內(nèi)的絕緣均高于17 MΩ，最大達(dá)70多MΩ，而沒(méi)有換過(guò)的其他11口井的舊機(jī)柜的絕緣都為零。42平臺(tái)A06井和A10兩口井更換正弦波濾波器機(jī)柜外殼后的機(jī)柜主回路絕緣在臺(tái)風(fēng)鲇魚(yú)過(guò)去后復(fù)測(cè)的結(jié)果分別是114 MΩ和94.8 MΩ。這肯定了我們當(dāng)初的設(shè)想的實(shí)施計(jì)劃，同時(shí)也找到了一個(gè)海油平臺(tái)戶外電器設(shè)備改造的新方法。用新設(shè)計(jì)的不銹鋼機(jī)柜外殼并配置透氣膜代替原有設(shè)備外殼在原位置上重新安裝，不僅費(fèi)用大幅度降低，而且簡(jiǎn)單易行。它將對(duì)生產(chǎn)的影響降到了最低，同時(shí)解決了原先設(shè)備容易進(jìn)水受潮腐蝕帶來(lái)的設(shè)備可靠性降低、避臺(tái)期間設(shè)備損壞率高、影響生產(chǎn)時(shí)率的問(wèn)題。這種思路也為其他海洋設(shè)施戶外電器設(shè)備的防護(hù)及改造提供了一種新的好方法，按照此思路，番禺作業(yè)公司于2010年9月份在番禺42平臺(tái)對(duì)應(yīng)急發(fā)電機(jī)的戶外干式變壓器遮雨房進(jìn)行了改造，這個(gè)改造就是吸收了這種思路。51平臺(tái)的一臺(tái)同類(lèi)變壓器就是因?yàn)閺?fù)臺(tái)時(shí)上電受潮而發(fā)生短路燒毀的事故。下圖為改造前后的效果對(duì)比圖（如圖12～14）。

圖12舊變壓器防護(hù)罩，只通過(guò)百葉窗進(jìn)行空氣對(duì)流散熱，潮汽及鹽份很容易進(jìn)行去。

改造前的效果圖，只有簡(jiǎn)單的百葉窗呼吸透氣。不能有效防雨及防潮，避臺(tái)回去恢復(fù)生產(chǎn)很麻煩。

改造后的效果圖，加裝透氣膜后，完全杜絕了水汽進(jìn)入變壓器防雨房?jī)?nèi)部造成設(shè)備絕緣下降及短路的隱患。

4 結(jié)語(yǔ)

作者應(yīng)用此原創(chuàng)性的工程解決辦法，不但在中海油番禺作業(yè)公司的采油平臺(tái)的戶外正弦濾波器、戶外干式變壓器防雨房的改造中成功進(jìn)行應(yīng)用和實(shí)施，而且在國(guó)產(chǎn)冷凍式壓縮空氣干燥機(jī)的防潮外殼中進(jìn)行了應(yīng)用，事實(shí)上都取得非常好的效果。這一原創(chuàng)性的發(fā)明，解決了長(zhǎng)久以來(lái)在海洋性大氣戶外電器設(shè)備設(shè)計(jì)、應(yīng)用、維護(hù)當(dāng)中的諸多困擾和限制，可大大降低設(shè)備投資及運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，帶來(lái)直接和間接的效益十分可觀。舉例來(lái)說(shuō)，番禺作業(yè)公司用了持續(xù)兩年零八個(gè)月的時(shí)間完成了共28臺(tái)套戶外正弦濾波器的外殼更新工作，全部是在修井、鉆井和計(jì)劃性平臺(tái)停產(chǎn)檢修期間完成的，沒(méi)有因?yàn)檫@項(xiàng)工作而使正常的生產(chǎn)作業(yè)受到任何影響，直接和間接為公司的帶來(lái)了十分可觀的效益。這一方法實(shí)施非常簡(jiǎn)單，投資、運(yùn)行、維護(hù)成本低廉，為海洋性大氣環(huán)境當(dāng)中戶外電器設(shè)備的應(yīng)用開(kāi)辟了一個(gè)非常廣闊的前景。

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