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    摘要：作為國內第一套無線腐蝕在線監測系統，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。本文詳細闡述了該系統的網絡架構、無線在線采集和監測分散在廠區內的各個管道的腐蝕速度信息，與DCS無縫數據集成，真正實現腐蝕數據為工藝服務的目標。

   關鍵詞：石化；管道；腐蝕；在線監測；無線通訊；OneWireless；解決方案；ISA100

   1 霍尼韋爾的工業無線解決方案

    霍尼韋爾的工業無線解決方案是由多功能節點（Multinode）和現場設備接入點（FDAP）這兩種無線網絡節點共同構建一個通訊速度非常快的無線Mesh主干網絡，現場無線變送器可以自動選擇與任何一個無線網絡節點進行無線通訊。最多可以由40個無線網絡節點構建一個無線主干網絡，每個無線網絡節點都可以帶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）。

   每個無線網絡節點都可以同時作為網關有線接入控制系統，采用標準通訊協議 Mobus TCP/IP，OPC，Modbus RTU等。如果同霍尼韋爾的Experion PKS DCS控制系統進行數據集成，那么完全內嵌式集成，支持CDA方式同C300控制器和服務器點對點通訊，支持同DCS的組態工具和診斷工具直接對無線網絡和無線變送器進行組態、診斷、管理和維護。

   整個無線網絡自組織、自愈合、冗余網關設計、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到工業等級的可靠性和安全性。

   同一個無線架構支持多種無線應用，同時支持與無線變送器的無線通訊、支持無線視頻監視、移動工作站、無線巡檢、腐蝕監測、振動監測、無線可燃氣體監測及人員定位等[1]。

   2 大連石化工業無線應用的項目概況

   腐蝕監測一直是煉化企業腐蝕完整性管理的重要組成部分和先行軍。近年來，隨著技術的不斷發展，腐蝕監測開始出現了實時在線化、無線化、智能化、網絡化的趨勢。

   大連石化分公司的溶劑再生裝置和酸水氣提裝置共有8個測點需要在線監測管道腐蝕速度，以期達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生，保證裝置平穩運行的目的。由于測點分布較為分散，按傳統有線方案方式鋪設電纜成本較高，施工困難，分散的儀表安裝給后期儀表維護帶來不便，因此本工程采用無線傳輸方案。智能無線網絡既滿足腐蝕監測要求，且后期維護方便。該系統是國內第一套無線腐蝕在線監測系統。

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

   3 大連石化的工業無線技術方案

   在控制室和現場分別安裝多功能節點M1和M2，各測點的無線腐蝕變送器自動尋找同多功能節點進行無線通訊。M1同時作為網關有線接入監控微機系統，采用標準通訊協議Modbus RS485，實現同控制系統無縫式數據集成。多功能節點M1和M2之間相互無線通訊，構建無線mesh主干網絡，通訊速度最快達54Mbps；構建冗余無線通訊路徑；自組織、自愈合，安全、可靠。多功能節點防護等級IP66，可在戶外安裝，適合環境溫度-40℃～75℃；危險認證適合1級2區（Zone2），M1與M2需要24VDC，0.5A外部供電，如圖1所示。
             
                  
                                    圖1 現場安裝示意圖 

    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點無線通訊，構建冗余的通訊路徑、跳頻、自組織、自愈合。無線腐蝕變送器數據刷新速度可以設定為30秒，可以設定為更慢如1、2、3、4、5分鐘（其它無線變送器的刷新速度最快可設定為1秒）。無線變送器隔爆可以應用在危險區域如1級1區，防護等級IP66/67，防腐蝕等級G3和NEMA Type4X；適合環境溫度-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的算法和數據分析技術，可以精確測量腐蝕速度和點蝕系數。CETW6000M型設備帶有四個輸出，分別為總腐蝕速度、局部腐蝕指標（腐蝕孔系數）、Stern-Geary常數（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。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）為0.001～1.000，B值為0～100mV，腐蝕機理因子指標為 -2000～+2000。準確度為量程的±0.10%；測量的介質溫度（最大）不超過 260ºC，具體參見探頭的技術規格；測量的介質壓力（最大）不超過3000 psi^[3，4]。

   無線管理平臺安裝在上位監控系統中，支持可視化監測無線網絡的通訊狀態；支持無線設備的遠程在線組態和校驗；負責無線網絡的診斷和安全管理，對無線設備的安全授權。

   無線設備采用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；無線網絡的規模靈活，安裝方便；無線設備有國家無委會核準證，符合開放的ISA100工業無線國際標準。無線網絡擴展非常方便，能夠非常容易地在無線網絡中增加新的測點，而無需增加新的硬件，無需敷設電纜、橋架、電纜保護管，無需接線等。同一個無線主干網絡，同時支持無線視頻監視和移動工作站。

    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。在大多數情況下，在有存水或者靜水的地方容易出現腐蝕。不過，在管道彎曲處，或者以前曾經出現過腐蝕的地方，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（不帶可調壓縮接頭），只需要擰緊一個1/16六角螺母即可。確保介質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套連接到變送器的端子排。

    4 總結

   大連石化管道腐蝕監測點布置分散，布線和敷設電纜很困難。采用霍尼韋爾無線技術方案，在施工過程中不需要考慮布線和敷設電纜問題，無需安裝橋架和電纜保護管，能夠明顯減少改造工作量，降低安裝成本、減少安裝調試時間、減少后期維護工作量。不僅如此，控制室和現場布置也更為簡潔：無接線盒、安全柵、I/O卡件；降低DCS負荷；減少維護工作量和減少故障點。而且無線網絡擴展非常方便，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行遠程診斷；更換容易、即插即用、靈活。

   這套無線腐蝕在線監測系統幫助設備工程師與現場操作人員實時監測裝置腐蝕狀況，幫助工藝工程師基于腐蝕狀況去優化過程運行，優化緩蝕劑、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，并指導維護工程師迅速修復腐蝕泄露與其它失效，幫助生產單元降低資產更新，延長資產與設備壽命（選擇性檢修，而非計劃性大修），幫助企業節省腐蝕成本。

   參考文獻

   [1] OneWireless工業無線網絡概述[Z]. Honeywell產品信息手冊,2011(7).

   [2] 張鑒清,張昭,王建明,曹楚南. 電化學噪聲的分析與應用——電化學噪聲的分析原理[J].中國腐蝕與防護學報,2001(05).

   [3] 于濤.腐蝕監測技術在常減壓裝置中的應用[A].大慶石油學院[C].2008.

    [4] 于濤.電化學腐蝕監測技術現場應用[J].設備管理與維修,2009(10).   

   摘自《自動化博覽》2012年第二期