图1  MWV专门用于用环境监测的测试片机柜间

本文通过实例分析揭示腐蚀对控制系统潜在的危险，讨论了控制系统腐蚀防护的必要性及措施、防腐蚀标准，并介绍了控制系统防腐具体解决方案。

仪表控制系统在过程工业中扮演着重要的作用，从分离元件电动单元组合仪表到以集成电路为主的DCS控制系统，其可靠性越来越高，控制系统的可靠性决定了生产装置的可控性。从20世纪70年第一代DCS代开始，到如今经过近半个世纪的发展，人们对控制系统的显性故障已经有了成熟的应对策略，但是对腐蚀这一类隐性故障的认识、研究及对策相比于管道及设备专业在防腐方面的研究和投入还不够。

腐蚀对控制系统的潜在危害

仪表控制系统由主系统、从系统、分系统、机柜和印刷电路板构成，每一个结构单元都是可更换的独立单元，其核心部件是由计算机芯片及电子元器件构成的。成千上万的部件如同人的神经系统分布于控制系统各子系统和各部位，担负着DCS系统的各级信号控制与传递。

在计算机芯片及电子元器件集成I/O板卡、控制单元、存储单元、通信单元及各部件构成系统的过程中，大量使用焊接、插接、粘结等工艺进行器件、部件连接。这些器件、部件的连接处暴露在空气中，极易受到腐蚀性气体的侵蚀，引起控制系统故障。而任何一个部件故障都将导致整个控制系统或某一控制设备无法正常工作或停役。因此，有效预防DCS系统受腐蚀性物资侵蚀引起故障，对确保控制系统的安全、稳定运行具有重要意义。

工业环境中引起电子元器件腐蚀的主要是气体腐蚀、主要以硫化物为主，地处沿海区域的厂区还受盐雾腐蚀。

以上海石化中压加氢装置FSC系统为例，该系统从2008年开始经常发生板卡故障报警。2008年至2010年初故障统计如下：

该系统1999年投用，是Honeywell FCS系统，用于中压加氢装置安全连锁保护系统。该装置同焦化、硫磺装置同在一个区域、同一个机柜间、同一个控制室，机柜间及控制室在装置区内中心位置。该系统从2008年开始频繁出现卡版故障，系统自诊断为卡版故障，故障代码提示更换卡件。

图2  测试片放置现场3个月后外观

故障分析

对FSC系统板卡故障报警频发现象，最初以为是系统老化，FSC厂家技术人员对此问题也是一筹莫展，但是提供了一条重要信息，该产品为早期产品，确认该系统板卡不是G3防腐标准的板卡，而同处一个机柜间的其他系统都是G3标准的板卡，因而故障少。因此怀疑这种频繁故障报警是腐蚀造成的。加上近年来加工劣质高硫原油比例增大，现场环境大不如从前。

为了验证机柜间的环境，我们请专业化公司（MWV）做了机柜间环境检测，用特制的铜质测试片，安放在近于关键设备的地方，保证两者所处的污染环境（包括：腐蚀性物质和浓度、相对湿度、温度、空气流参数）相同。现场放置1~3 个月后，样品再次被密封保存后寄回检验中心，进行电化学剥离分析。通过腐蚀厚度分析，得出年腐蚀速率，并判断在此情况下电子部件的腐蚀损坏情况。

从测试结果看，机柜间环境已经相当糟糕，机柜内比机柜间要稍好些，但是依然超标。MWV 研发部门长时间的研究表明，当大气环境造成的年度当量腐蚀明显超过0.1μm/a时，会造成微电路系统的多次当机，其严重程度是不可接受的。

控制系统的防腐标准

1985年美国仪器设备协会（ISA）发布了一项标准：ISA-S71.04-1985“过程测量和控制装置环境条件:腐蚀性气体”。根据ISA-S71.04 标准建立的4种腐蚀程度分类，最佳程度为GI，在此程度范围，腐蚀情况不是影响设备可靠程度的因素，信息计算机系统和集散控制系统一般要求G1条件。由于环境潜在腐蚀程度的增加，其相应严重程度划分为G2、G3和GX(最严重情况)。同时在此标准中湿度和温度的影响也被进行了量化。

解决方案

针对该控制室的实际状况，我们提出了一个空气防腐蚀的改造方案。主要对FSC系统的3个机柜进行通风系统改造，具体为改进原有的负压排风式风扇，并进行机柜密封，同时安装一套MWV公司小型的空气防腐蚀设备。以保证机柜内处于干净的新风环境中并保持一定的微正压状态。

同时用MWV公司的Honeycomb Matix HMTM化学模块替换原控制室已有旧的新风机中的活性碳过滤器。

图3  机柜底部密封图片

在2010年8月，我们对３个机柜进行了通风改造，拆除原有的风扇，并进行机柜底部的密封，安装了MWV公司的机柜式SERIES 90HMTM空气防腐蚀设备。设备的主要部件为MWV公司的Honeycomb Matix HMTM特殊化学模块及一台德国的小型风机。该设备安装在FSC系统机柜顶部，取代了原有的风扇。

方案评估

故障率

该设备自2010年8月10日投用到2011年4月FSC整体卡件升级共9个月中，系统运行较稳定。期间共有4次报警，其中1次为硬件本身故障，进行了更换，其余3次发生时间较为集中，经过分析及事后处理，确定为现场仪表故障间接引起的报警，非硬件本身故障。相对与2008年下半年开始的平均每月1次的故障率，故障率明显降低。对于整个机柜室的空气质量问题，在更换了新风系统的过滤介质后，也有明显的好转，24VDC稳压电源的故障率也明显降低。

机柜内空气质量

从连续６个月的两次跟踪测试数据来看，经新风改造后3个FSC机柜内的空气质量有明显改善，达到了G1的质量等级。

结束语

通过该控制系统运行环境防腐蚀改造的案例，FSC机柜内的空气质量有明显改善，有效降低了卡件因腐蚀而产生的故障率。证明了空气质量的重要性。无论是对于人员还是对于设备，优质的空气质量，是安全稳定生产的保障。

随着人们对控制系统防腐问题的重视，控制系统在制造及选型方面已经有达到相应标准的产品，但是对于机柜间环境的要求无论对于新系统还是老系统仍然是十分重要的因素，改善机柜间环境质量是提高控制系统防腐能力的有效手段及措施。