摘要：作為國內第一套無(wú)線(xiàn)腐蝕在線(xiàn)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(wú)線(xiàn)解決方案。本文詳細闡述了該系統的網(wǎng)絡(luò )架構、無(wú)線(xiàn)在線(xiàn)采集和監測分散在廠(chǎng)區內的各個(gè)管道的腐蝕速度信息，與DCS無(wú)縫數據集成，真正實(shí)現腐蝕數據為工藝服務(wù)的目標。

   關(guān)鍵詞：石化；管道；腐蝕；在線(xiàn)監測；無(wú)線(xiàn)通訊；OneWireless；解決方案；ISA100

   1 霍尼韋爾的工業(yè)無(wú)線(xiàn)解決方案

    霍尼韋爾的工業(yè)無(wú)線(xiàn)解決方案是由多功能節點(diǎn)（Multinode）和現場(chǎng)設備接入點(diǎn)（FDAP）這兩種無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)共同構建一個(gè)通訊速度非?？斓臒o(wú)線(xiàn)Mesh主干網(wǎng)絡(luò )，現場(chǎng)無(wú)線(xiàn)變送器可以自動(dòng)選擇與任何一個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通訊。最多可以由40個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)構建一個(gè)無(wú)線(xiàn)主干網(wǎng)絡(luò )，每個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)都可以帶60臺無(wú)線(xiàn)變送器（大于1秒刷新時(shí)）或16臺無(wú)線(xiàn)變送器（1秒刷新時(shí)）。無(wú)線(xiàn)變送器電池供電壽命4.5年（1秒刷新、常溫時(shí)）或10年（大于1秒刷新、常溫時(shí)）。

   每個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)都可以同時(shí)作為網(wǎng)關(guān)有線(xiàn)接入控制系統，采用標準通訊協(xié)議 Mobus TCP/IP，OPC，Modbus RTU等。如果同霍尼韋爾的Experion PKS DCS控制系統進(jìn)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(wù)器點(diǎn)對點(diǎn)通訊，支持同DCS的組態(tài)工具和診斷工具直接對無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )和無(wú)線(xiàn)變送器進(jìn)行組態(tài)、診斷、管理和維護。

   整個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )自組織、自愈合、冗余網(wǎng)關(guān)設計、沒(méi)有單點(diǎn)故障，同時(shí)采用了2.4GHz ISM頻段DSSS跳頻通訊，確保無(wú)線(xiàn)通訊能夠達到工業(yè)等級的可靠性和安全性。

   同一個(gè)無(wú)線(xiàn)架構支持多種無(wú)線(xiàn)應用，同時(shí)支持與無(wú)線(xiàn)變送器的無(wú)線(xiàn)通訊、支持無(wú)線(xiàn)視頻監視、移動(dòng)工作站、無(wú)線(xiàn)巡檢、腐蝕監測、振動(dòng)監測、無(wú)線(xiàn)可燃氣體監測及人員定位等[1]。

   2 大連石化工業(yè)無(wú)線(xiàn)應用的項目概況

   腐蝕監測一直是煉化企業(yè)腐蝕完整性管理的重要組成部分和先行軍。近年來(lái)，隨著(zhù)技術(shù)的不斷發(fā)展，腐蝕監測開(kāi)始出現了實(shí)時(shí)在線(xiàn)化、無(wú)線(xiàn)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(gè)測點(diǎn)需要在線(xiàn)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(fā)生，保證裝置平穩運行的目的。由于測點(diǎn)分布較為分散，按傳統有線(xiàn)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(lái)不便，因此本工程采用無(wú)線(xiàn)傳輸方案。智能無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )既滿(mǎn)足腐蝕監測要求，且后期維護方便。該系統是國內第一套無(wú)線(xiàn)腐蝕在線(xiàn)監測系統。

   用戶(hù)要求腐蝕探針和腐蝕測量變送器在現場(chǎng)可以整體安裝，既便于安裝，又減少事故點(diǎn)；輸出的數據通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸，并可直接輸出給DCS，真正實(shí)現腐蝕數據為工藝服務(wù)的目標；結合線(xiàn)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(gè)參數：總體腐蝕速率、點(diǎn)蝕系數、在線(xiàn)B值和腐蝕機理因子參數；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(xiàn)更換。

   3 大連石化的工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)方案

   在控制室和現場(chǎng)分別安裝多功能節點(diǎn)M1和M2，各測點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)腐蝕變送器自動(dòng)尋找同多功能節點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通訊。M1同時(shí)作為網(wǎng)關(guān)有線(xiàn)接入監控微機系統，采用標準通訊協(xié)議Modbus RS485，實(shí)現同控制系統無(wú)縫式數據集成。多功能節點(diǎn)M1和M2之間相互無(wú)線(xiàn)通訊，構建無(wú)線(xiàn)mesh主干網(wǎng)絡(luò )，通訊速度最快達54Mbps；構建冗余無(wú)線(xiàn)通訊路徑；自組織、自愈合，安全、可靠。多功能節點(diǎn)防護等級IP66，可在戶(hù)外安裝，適合環(huán)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(chǎng)安裝示意圖 

    在各測點(diǎn)分別安裝SmartCET無(wú)線(xiàn)腐蝕變送器。無(wú)線(xiàn)腐蝕變送器同任意一個(gè)多功能節點(diǎn)無(wú)線(xiàn)通訊，構建冗余的通訊路徑、跳頻、自組織、自愈合。無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)變送器的刷新速度最快可設定為1秒）。無(wú)線(xiàn)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(huán)境溫度-40℃~85℃；無(wú)線(xiàn)變送器由電池供電。

   無(wú)線(xiàn)腐蝕測量變送器采用先進(jìn)的算法和數據分析技術(shù)，可以精確測量腐蝕速度和點(diǎn)蝕系數。CETW6000M型設備帶有四個(gè)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(gè)變量。無(wú)線(xiàn)變送器通過(guò)一次元件（探頭和電極）測量過(guò)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(zhì)溫度（最大）不超過(guò) 260ºC，具體參見(jiàn)探頭的技術(shù)規格；測量的介質(zhì)壓力（最大）不超過(guò)3000 psi^[3，4]。

   無(wú)線(xiàn)管理平臺安裝在上位監控系統中，支持可視化監測無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的通訊狀態(tài)；支持無(wú)線(xiàn)設備的遠程在線(xiàn)組態(tài)和校驗；負責無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的診斷和安全管理，對無(wú)線(xiàn)設備的安全授權。

   無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的規模靈活，安裝方便；無(wú)線(xiàn)設備有國家無(wú)委會(huì )核準證，符合開(kāi)放的ISA100工業(yè)無(wú)線(xiàn)國際標準。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )擴展非常方便，能夠非常容易地在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中增加新的測點(diǎn)，而無(wú)需增加新的硬件，無(wú)需敷設電纜、橋架、電纜保護管，無(wú)需接線(xiàn)等。同一個(gè)無(wú)線(xiàn)主干網(wǎng)絡(luò )，同時(shí)支持無(wú)線(xiàn)視頻監視和移動(dòng)工作站。

    無(wú)線(xiàn)腐蝕測量變送器的過(guò)程連接：腐蝕檢測探頭必須安裝在對腐蝕最敏感的地點(diǎn)。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(guò)，在管道彎曲處，或者以前曾經(jīng)出現過(guò)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(huì )快。這時(shí)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(lái)確保牢固的密封效果。對于固定類(lèi)探頭（不帶可調壓縮接頭），只需要擰緊一個(gè)1/16六角螺母即可。確保介質(zhì)流體的流速不超過(guò)每秒20英尺（fps），否則可能損壞帶有三指電極的探頭。打開(kāi)變送器后蓋，將探頭接線(xiàn)穿過(guò)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(diǎn)布置分散，布線(xiàn)和敷設電纜很困難。采用霍尼韋爾無(wú)線(xiàn)技術(shù)方案，在施工過(guò)程中不需要考慮布線(xiàn)和敷設電纜問(wèn)題，無(wú)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(shí)間、減少后期維護工作量。不僅如此，控制室和現場(chǎng)布置也更為簡(jiǎn)潔：無(wú)接線(xiàn)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(diǎn)。而且無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )擴展非常方便，未來(lái)增加測點(diǎn)時(shí)，直接安裝無(wú)線(xiàn)變送器即可；可以在控制室直接進(jìn)行遠程診斷；更換容易、即插即用、靈活。

   這套無(wú)線(xiàn)腐蝕在線(xiàn)監測系統幫助設備工程師與現場(chǎng)操作人員實(shí)時(shí)監測裝置腐蝕狀況，幫助工藝工程師基于腐蝕狀況去優(yōu)化過(guò)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(shí)間（周期）并減少意外停車(chē)，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(chǎn)單元降低資產(chǎn)更新，延長(cháng)資產(chǎn)與設備壽命（選擇性檢修，而非計劃性大修），幫助企業(yè)節省腐蝕成本。

   參考文獻

   [1] OneWireless工業(yè)無(wú)線(xiàn)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)噪聲的分析與應用——電化學(xué)噪聲的分析原理[J].中國腐蝕與防護學(xué)報,2001(05).

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

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

   摘自《自動(dòng)化博覽》2012年第二期