海上風電環(huán)境監(jiān)測控制系統(tǒng)

1、海上風電環(huán)境監(jiān)測控制系統(tǒng)一、項目基本情況項目背景與必要性海上風電機組時刻運行于高鹽霧、高濕度和硫化氫氣體積累的惡劣海洋環(huán)境鹽霧指含氯化鈉等氯化物的大氣，氯離子會穿透金屬表面的氧化層發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，使機艙內(nèi)的機械和電子元件受到腐蝕；硫化氫氣體由風機基礎(chǔ)周圍海泥物質(zhì)分解產(chǎn)生而來，容易在底塔積累，溶于水后對鋼結(jié)構(gòu)有電化學(xué)腐蝕性，且劇毒。因此，海上風機的正常運行，需要一套嚴格的環(huán)境監(jiān)測與有害指標控制系統(tǒng)，用以監(jiān)測和控制各類有害成分，保護風機工作人員的安全健康和風機重要設(shè)備、結(jié)構(gòu)的安全運行。公司以此前研發(fā)的油品監(jiān)測系統(tǒng)為基本框架，開發(fā)了針對海上風電環(huán)境氣體鹽霧和濕度的監(jiān)測系統(tǒng)，并對氣體與濕度的排放和去除

2、手段做了完善的配套。海上風電環(huán)境監(jiān)測與控制系統(tǒng)應(yīng)用于海上風電塔筒和機艙，通過對塔筒和機艙的有害有毒氣體硫化氫、腐蝕性鹽霧和過大的濕度進行實時監(jiān)測，并在線控制排風風機、除濕風機等執(zhí)行機構(gòu)，將硫化氫和鹽霧濕氣等排放至塔筒和機艙外部，保障海上風機工作人員和設(shè)備的正常運行。國內(nèi)外市場分析風能行業(yè)作為綠色清潔能源，在中國發(fā)展迅猛，我國近海10米水深的風能資源約1億千瓦，近海20米水深的風能資源約3億千瓦，近海30米水深的風能資源約4.9億千瓦。僅2019年，我國海上風電裝機量新增量就達到了1.71GW（400套）。海上風電場的造價約為陸上風電場的23倍，平均發(fā)電成本也遠遠高于陸上風電，海上單臺機組平均運

3、維費用也達到了30萬/年（5MW機組）。隨著裝機量的大幅提升，保養(yǎng)維修的成本和難度以及折舊費用將會占運營成本的大部分比例。因此，海上風電的設(shè)備安全長期運行和保養(yǎng)工作人員的安全健康將會逐步占有更多比重，維護保障產(chǎn)品也將會逐步提升配套設(shè)備的市場占比。國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢據(jù)統(tǒng)計，海上風電機組中所有故障中20-25是由濕氣和腐蝕直接或間接造成的，且硫化氫造成的人員中毒事件也屢見不鮮，針對性的抗鹽霧和除硫化氫手段在目前的海上風電產(chǎn)業(yè)中至關(guān)重要。通常的防鹽霧涂層在電容器、變流器或電氣接線等部位的應(yīng)用技術(shù)難度很高；通常的抽水、密封等防硫化氫的方案也存在工作量巨大，效果一般留有隱患等缺陷。因此一

4、套通過監(jiān)測、排放手段進行除鹽霧除硫化氫的系統(tǒng)將會在海水風電產(chǎn)業(yè)中有很高的市場前景。通過通風排放的手段去除有害氣體（煙霧等），已有應(yīng)用先例。本系統(tǒng)通過使用防爆設(shè)計通風機（防爆等級dIIBT3）進行硫化氫排放，并輔以吸附式輪轉(zhuǎn)除濕排風機構(gòu)進行鹽霧的排放和濕度的去除。優(yōu)點簡單、直觀根浙上解決拽術(shù)可行-成熟經(jīng)虺倍麻、經(jīng)儕、可排除除硫化試外的其他汽休缺點工作基大泥戟憎硫酸鹽還原諭及毓化氫茁果不好T不能完全帶封硫化丸壓打積略有爆炸陰患淤泥仍可戒斛硫酸鹽還原菌無行業(yè)應(yīng)用對壞境有語響備注如加某鳳場采取的方案響水杲鳳場.采取的方案國外采用方案密封方案加藥劑方案通鳳方案二、主要內(nèi)容和技術(shù)指標總體目標和主要內(nèi)容妨礙

5、海上風機的正常運行各因素中，以風機基礎(chǔ)海泥產(chǎn)生的硫化氫氣體，和高濕度高鹽霧濃度為主。海上風電環(huán)境監(jiān)測與控制系統(tǒng)以各采集器和設(shè)備控制終端、報警裝置等組成的SCADA為主，加入對執(zhí)行機構(gòu)的遠程實時控制，做到對有害環(huán)境指標的實時監(jiān)測和智能凈化。數(shù)據(jù)采集器有硫化氫、鹽霧濃度、溫濕度傳感器；執(zhí)行機構(gòu)為硫化氫排放風機、吸附式輪轉(zhuǎn)除濕機等。通過基于RS485的高速數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)和基于以太網(wǎng)的RTU遠程終端進行遠程在線分析和控制。分別將風電機組機艙內(nèi)部和塔架內(nèi)部的空氣含鹽量傳輸至監(jiān)測中心服務(wù)器，根據(jù)設(shè)備運行環(huán)境要求范圍設(shè)定報警值，當機艙環(huán)境超過設(shè)定報警值時，系統(tǒng)可發(fā)出報警提示，同時自啟動空氣排放過濾系統(tǒng)，控制環(huán)

6、境中的鹽霧、硫化氫含量和空氣濕度。系統(tǒng)報警通過取單位時間內(nèi)的平均值，從而降低虛警率，準確高效地凈化有害氣體等。方案設(shè)計：本系統(tǒng)是通過建立一套SCADA系統(tǒng)，對海上風機機組塔筒和機艙內(nèi)部的硫化氫和鹽霧進行實時在線監(jiān)測，并通過系統(tǒng)智能診斷結(jié)果，控制防爆和除濕通風機構(gòu)進行各類有害氣體含量的遠程控制。根據(jù)塔筒和機艙的情況測算傳感器的布置點位，傳感器數(shù)據(jù)和通風機構(gòu)的控制單元（繼電器熔斷器等）通過數(shù)據(jù)采集器進行數(shù)據(jù)和指令的打包及收發(fā)；通過RS485轉(zhuǎn)工業(yè)以太網(wǎng)模塊將數(shù)據(jù)傳輸至集控單元。根據(jù)具體要求可以進行數(shù)據(jù)無線遠程和聲光報警等配套。數(shù)擁采癢器硫化氫濃應(yīng)樓感器鹽霧噥度估感器圖1系統(tǒng)流程圖傳感器原理：硫化氫

7、濃度傳感器用以監(jiān)測塔筒內(nèi)的硫化氫濃度，其電化學(xué)原理如圖2所示硫化氫氣體在工作電極發(fā)生氧化反應(yīng)而氧氣同時在對電極上發(fā)生還原反應(yīng)，兩極間產(chǎn)生極間電流遵循法拉第定律。由于參比電極不產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)中，因此工作電極將會保持在一個相對穩(wěn)定的電位上，且由于氧氣在還原反應(yīng)時產(chǎn)生的法拉第電流很小可以忽略不計，因此硫化氫氣體電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的法拉第電流與其濃度成正比。H：S+3()2tSOj+H<)+6c圖2硫化氫濃度傳感器原理鹽霧沉降量監(jiān)測原理為電化學(xué)原理，海上鹽霧沉積在金屬表面會因吸潮水解而形成薄液膜，測定薄液膜的導(dǎo)納/阻抗可以獲知液膜中鹽的濃度，根據(jù)其變化規(guī)律即可以計算鹽霧濃度和鹽粒沉降速率。通風機構(gòu)

8、的設(shè)計：機艙：機艙有害環(huán)境成分以鹽霧和濕度為主，設(shè)計采用吸附式輪轉(zhuǎn)除濕機構(gòu)和鹽霧過濾裝置進行鹽霧的排放和濕度去除。主體結(jié)構(gòu)是一個不斷旋轉(zhuǎn)的蜂窩轉(zhuǎn)干燥轉(zhuǎn)輪，轉(zhuǎn)輪主要被分成兩個區(qū)域：270°的除濕區(qū)和90°的再生區(qū)。在除濕機處理進風口和再生進風口安裝G4等級的初效過濾袋和為F9等級的中效過濾網(wǎng)，以過濾掉鹽霧中的含氯有害成分。在除濕機工作時，潮濕空氣被風機送入轉(zhuǎn)輪上的除濕區(qū)，空氣中的水分被轉(zhuǎn)輪上的硅膠吸濕劑吸附，從而經(jīng)過轉(zhuǎn)輪后潮濕氣流變?yōu)楦稍?，吸附了水分的轉(zhuǎn)輪緩緩地轉(zhuǎn)入再生區(qū)。在再生區(qū)轉(zhuǎn)輪被電加熱器產(chǎn)生的熱空氣烘干，將吸濕劑內(nèi)的水分解吸出來，并通過風機排到塔筒外，恢復(fù)吸濕能力的硅

9、膠再重新轉(zhuǎn)入除濕區(qū)，如此循環(huán)險漲料輪塔筒：塔筒部分有害氣體以硫化氫為主。硫化氫為易燃易爆氣體，因此通風機應(yīng)采用防爆設(shè)計，防爆等級超過dIIBT3的離心風機即可完成塔筒通風機構(gòu)的主體設(shè)計。除濕機濕空氣出鳳管磴化氫排鳳機，瞌化氨傳感霽硫優(yōu)氫排基礎(chǔ)蓋飯4解決的關(guān)鍵問題：（1）實時獲取鹽霧、硫化氫、濕度等關(guān)鍵指標，及時對惡劣環(huán)境進行報警與處理；（2）降本增效。以合理的成本和高效的處理方式解決需求，降低風機運維在防腐和人員安保方面的巨大技術(shù)難度和成本；（3）在線監(jiān)測、智能凈化。全面符合海上風電產(chǎn)業(yè)要求的SCADA系統(tǒng)，實現(xiàn)風機監(jiān)測和數(shù)據(jù)處理平臺的國產(chǎn)化，解決部分關(guān)鍵系統(tǒng)的進口依賴。主要技術(shù)和性能指標主要

10、技術(shù)：1、在線監(jiān)測技術(shù)2、智能凈化技術(shù)3、SCADA系統(tǒng)性能指標：1、監(jiān)測參數(shù)：空氣中硫化氫含量、鹽霧含量、相對溫濕度；2、凈化效果：額定風量600m3/h，再生風量200m3/h，除濕量2.5kg/h，硫化氫量程0ppm50ppm；3、數(shù)據(jù)傳輸：監(jiān)測參數(shù)同步、可靠，實時可見，有數(shù)據(jù)統(tǒng)計以及變化趨勢分析；4、通訊參數(shù)：通訊端口RS485，通訊方式配套RS485轉(zhuǎn)RJ45以太網(wǎng)工業(yè)模塊、光纖傳輸；5、系統(tǒng)參數(shù)：使用環(huán)境溫度-20+60°C，使用環(huán)境濕度0%100%RH，測量頻率70140Hz，信號幅值50mV5V(AC)。三、項目經(jīng)濟和社會效益分析經(jīng)濟效益分析1、降低海上風電機艙和塔筒兩個腐蝕重點部位的