摘要：作为国内第一套无线腐蚀在线监测系统，中国石油天然气股份有限公司大连石化分公司采用了霍尼韦尔公司OneWireless无线解决方案。本文详细阐述了该系统的网络架构、无线在线采集和监测分散在厂区内的各个管道的腐蚀速度信息，与DCS无缝数据集成，真正实现腐蚀数据为工艺服务的目标。

   关键词：石化；管道；腐蚀；在线监测；无线通讯；OneWireless；解决方案；ISA100

   1 霍尼韦尔的工业无线解决方案

    霍尼韦尔的工业无线解决方案是由多功能节点（Multinode）和现场设备接入点（FDAP）这两种无线网络节点共同构建一个通讯速度非常快的无线Mesh主干网络，现场无线变送器可以自动选择与任何一个无线网络节点进行无线通讯。最多可以由40个无线网络节点构建一个无线主干网络，每个无线网络节点都可以带60台无线变送器（大于1秒刷新时）或16台无线变送器（1秒刷新时）。无线变送器电池供电寿命4.5年（1秒刷新、常温时）或10年（大于1秒刷新、常温时）。

   每个无线网络节点都可以同时作为网关有线接入控制系统，采用标准通讯协议 Mobus TCP/IP，OPC，Modbus RTU等。如果同霍尼韦尔的Experion PKS DCS控制系统进行数据集成，那么完全内嵌式集成，支持CDA方式同C300控制器和服务器点对点通讯，支持同DCS的组态工具和诊断工具直接对无线网络和无线变送器进行组态、诊断、管理和维护。

   整个无线网络自组织、自愈合、冗余网关设计、没有单点故障，同时采用了2.4GHz ISM频段DSSS跳频通讯，确保无线通讯能够达到工业等级的可靠性和安全性。

   同一个无线架构支持多种无线应用，同时支持与无线变送器的无线通讯、支持无线视频监视、移动工作站、无线巡检、腐蚀监测、振动监测、无线可燃气体监测及人员定位等[1]。

   2 大连石化工业无线应用的项目概况

   腐蚀监测一直是炼化企业腐蚀完整性管理的重要组成部分和先行军。近年来，随着技术的不断发展，腐蚀监测开始出现了实时在线化、无线化、智能化、网络化的趋势。

   大连石化分公司的溶剂再生装置和酸水气提装置共有8个测点需要在线监测管道腐蚀速度，以期达到提高装置运行的安全性和可靠性，减少腐蚀失效事故的发生，保证装置平稳运行的目的。由于测点分布较为分散，按传统有线方案方式铺设电缆成本较高，施工困难，分散的仪表安装给后期仪表维护带来不便，因此本工程采用无线传输方案。智能无线网络既满足腐蚀监测要求，且后期维护方便。该系统是国内第一套无线腐蚀在线监测系统。

   用户要求腐蚀探针和腐蚀测量变送器在现场可以整体安装，既便于安装，又减少事故点；输出的数据通过无线传输，并可直接输出给DCS，真正实现腐蚀数据为工艺服务的目标；结合线性极化电阻法(LPR)、电化学噪声法(EN)[2]及谐波失真分析法(HDA)，输出4个参数：总体腐蚀速率、点蚀系数、在线B值和腐蚀机理因子参数；探头系列齐全，可适合各种介质和工况；探针、电极可以在线更换。

   3 大连石化的工业无线技术方案

   在控制室和现场分别安装多功能节点M1和M2，各测点的无线腐蚀变送器自动寻找同多功能节点进行无线通讯。M1同时作为网关有线接入监控微机系统，采用标准通讯协议Modbus RS485，实现同控制系统无缝式数据集成。多功能节点M1和M2之间相互无线通讯，构建无线mesh主干网络，通讯速度最快达54Mbps；构建冗余无线通讯路径；自组织、自愈合，安全、可靠。多功能节点防护等级IP66，可在户外安装，适合环境温度-40℃～75℃；危险认证适合1级2区（Zone2），M1与M2需要24VDC，0.5A外部供电，如图1所示。
             
                  
                                    图1 现场安装示意图 

    在各测点分别安装SmartCET无线腐蚀变送器。无线腐蚀变送器同任意一个多功能节点无线通讯，构建冗余的通讯路径、跳频、自组织、自愈合。无线腐蚀变送器数据刷新速度可以设定为30秒，可以设定为更慢如1、2、3、4、5分钟（其它无线变送器的刷新速度最快可设定为1秒）。无线变送器隔爆可以应用在危险区域如1级1区，防护等级IP66/67，防腐蚀等级G3和NEMA Type4X；适合环境温度-40℃~85℃；无线变送器由电池供电。

   无线腐蚀测量变送器采用先进的算法和数据分析技术，可以精确测量腐蚀速度和点蚀系数。CETW6000M型设备带有四个输出，分别为总腐蚀速度、局部腐蚀指标（腐蚀孔系数）、Stern-Geary常数（B值）、以及帮助诊断腐蚀机制的第四个变量。无线变送器通过一次元件（探头和电极）测量过程的腐蚀参数。测量范围为总腐蚀：每年0～200Mils 或每年0～5mm，局部腐蚀（腐蚀孔系数）为0.001～1.000，B值为0～100mV，腐蚀机理因子指标为 -2000～+2000。准确度为量程的±0.10%；测量的介质温度（最大）不超过 260ºC，具体参见探头的技术规格；测量的介质压力（最大）不超过3000 psi^[3，4]。

   无线管理平台安装在上位监控系统中，支持可视化监测无线网络的通讯状态；支持无线设备的远程在线组态和校验；负责无线网络的诊断和安全管理，对无线设备的安全授权。

   无线设备采用2.4GHz ISM公用频段，DSSS跳频和冗余mesh通讯确保通讯可靠和安全，自组织、自愈合；无线网络的规模灵活，安装方便；无线设备有国家无委会核准证，符合开放的ISA100工业无线国际标准。无线网络扩展非常方便，能够非常容易地在无线网络中增加新的测点，而无需增加新的硬件，无需敷设电缆、桥架、电缆保护管，无需接线等。同一个无线主干网络，同时支持无线视频监视和移动工作站。

    无线腐蚀测量变送器的过程连接：腐蚀检测探头必须安装在对腐蚀最敏感的地点。在大多数情况下，在有存水或者静水的地方容易出现腐蚀。不过，在管道弯曲处，或者以前曾经出现过腐蚀的地方，或者流速较快或存在紊流的地方，腐蚀速度也可能较快。所选的电极应该与可能被腐蚀的管道或其它部件具有同样的金属属性。如果管道为不锈钢，水泵叶轮为碳钢，那么叶轮腐蚀速度会快。这时建议选择与泵叶轮材料相同的电极。一些探头带有可调整的压缩NPT接头，可按照程序拧紧来确保牢固的密封效果。对于固定类探头（不带可调压缩接头），只需要拧紧一个1/16六角螺母即可。确保介质流体的流速不超过每秒20英尺（fps），否则可能损坏带有三指电极的探头。打开变送器后盖，将探头接线穿过电缆护套连接到变送器的端子排。

    4 总结

   大连石化管道腐蚀监测点布置分散，布线和敷设电缆很困难。采用霍尼韦尔无线技术方案，在施工过程中不需要考虑布线和敷设电缆问题，无需安装桥架和电缆保护管，能够明显减少改造工作量，降低安装成本、减少安装调试时间、减少后期维护工作量。不仅如此，控制室和现场布置也更为简洁：无接线盒、安全栅、I/O卡件；降低DCS负荷；减少维护工作量和减少故障点。而且无线网络扩展非常方便，未来增加测点时，直接安装无线变送器即可；可以在控制室直接进行远程诊断；更换容易、即插即用、灵活。

   这套无线腐蚀在线监测系统帮助设备工程师与现场操作人员实时监测装置腐蚀状况，帮助工艺工程师基于腐蚀状况去优化过程运行，优化缓蚀剂、中和剂注入，帮助完整性与可靠性工程师最大化运行时间（周期）并减少意外停车，帮助腐蚀工程师了解腐蚀机理、诊断腐蚀原因，并指导维护工程师迅速修复腐蚀泄露与其它失效，帮助生产单元降低资产更新，延长资产与设备寿命（选择性检修，而非计划性大修），帮助企业节省腐蚀成本。

   参考文献

   [1] OneWireless工业无线网络概述[Z]. Honeywell产品信息手册,2011(7).

   [2] 张鉴清,张昭,王建明,曹楚南. 电化学噪声的分析与应用——电化学噪声的分析原理[J].中国腐蚀与防护学报,2001(05).

   [3] 于涛.腐蚀监测技术在常减压装置中的应用[A].大庆石油学院[C].2008.

    [4] 于涛.电化学腐蚀监测技术现场应用[J].设备管理与维修,2009(10).   

   摘自《自动化博览》2012年第二期