一种高湿断电状态下电控柜防潮控制及监测的方法

罗焕安

(燕达(海门)重型装备制造有限公司，江苏 海门 226156)

0 引言

沿海模块化装置建造中，较多地会用到自立式电控柜，这些配电、控制柜一般均成排成列地布置安装在空间相对独立、密闭的场所(电气配电间或仪表自控间内)，在模块建造中，经调试及试运行后，需进行电控柜断电，整体包装并发往使用地，期间会较多地历经有高温高湿、温差较大的气候条件。特别是远洋航行或雨季期较长时间的运输(有时长达几十天)，内部易发生凝露现象，同时又无法定期开启检查(已包装完整或开启条件较为不利)，或在目的地放置保存较长的一段时间，待到开箱时，其内部可能已有积水及部件生锈或设备报废。若环境温度有所变化，更容易出现配电柜的凝露现象，出现动作不可靠、失效的问题，严重时诱发安全事故[1]，影响高精密电控柜设备的正常运行。为保证电控柜内部的干燥，且能够维持一个较低的相对湿度(RH≤20%，低于试运行时的35%～50%)，并防止各类电仪元件的生锈，本文以化工模块项目现场的电控箱为实例，详细阐述凝露的成形原因，提出对柜内防凝露、防锈的具体措施，并在外部无供电的情况下，利用4G 网络对其柜内的温、湿度及柜体方位进行实时监测，以达到远程监控温湿度的目的。

1 凝露的形成及数量

1.1 外部原因

海岸的空气中含有一定量的水蒸汽，来自江河湖海面和土壤水分的不断蒸发。空气中的水蒸汽含量越多，就越潮湿，反之就越干燥。空气中的干燥和潮湿程度就是空气的湿度，周边环境中的带有水气的空气进入电控柜内部，受此影响柜内空气绝对湿度增加，由此出现凝露[2]。

湿度可定义为绝对湿度、饱和湿度和相对湿度、以及露点。空气中的水分可用绝对湿度定义，绝对湿度(absolute humidity) 是单位体积内的空气中，实际所含的水蒸汽量，用密度单位“g/m3”表示，如1 m3的空气中含有10.8 g 水蒸汽，绝对湿度就是10.8 g/m3。绝对湿度与温度与正比，因气温在一天中不断存在变化，绝对湿度值不易直接测定。

饱和湿度(saturated humidity)：在一定温度下空气中水蒸汽的最大含量称为饱和湿度。饱和湿度的单位以g/m3表示，饱和湿度不是固定不变的，饱和湿度随温度的上升而增大，温度越高单位体积中所能容纳的水蒸汽含量就越多，水汽压就越大，直到达到饱和，此时饱和水汽压也增大到该温度下的最大值。例如：20 ℃时饱和水汽克数为17.3 g/m3，30 ℃时增大到30.35 g/m3。

根据克拉伯龙方程式，可得出：(1) 气温的变化，对蒸发和凝结有重要影响。温度升高时，饱和水汽压变大，使原来饱和的空气变得不饱和，重新出现蒸发；相反，降低饱和空气的温度，饱和水汽压则减小，空气达到过饱和，多余的水汽就会凝结出来，形成凝露现象；(2)对饱和空气降低同样的温度，高温时凝结出的水汽量比低温时多，所以暖季饱和空气中形成的云雾含水量要大些。其方程式如下[3]：

式中：Dv 为饱和湿度(g/m3)；Ed 为在露点温度下的饱和水蒸汽压(Pa)；Mv 为水蒸汽摩尔质量：取18.015 g/mol；R 为摩尔气体常数，取8.314 510 J/(mol·k)；T 为空气样温度(K，=273.16+t ℃)；

例：求33 ℃下饱和湿度值＝(5 035.083×18.015)/[8.314 51×(273.16+33)]=35.63g/m3。

同时，也可通过简单查表法得出[4]，如表1 所示。

表1 水蒸汽在饱和空气中的质量

表中所列数据为总压力是101 325 Pa(1 atm)时在1 m3饱和空气中所含水蒸汽的克数。

相对湿度(relative humidity：RH)：在一定温度下，空气中实际含有的水汽量与同温度下的空气最大水汽量之比的百分数，称为相对湿度。即一定温度下绝对湿度占饱和湿度的百分比数，公式如下：

U=Ed/Et×100%或 U=d1/d2×100% (2)

式中：U 为相对湿度(%)；Ed 为在露点温度下的饱和水蒸汽压(Pa)；Et 为气样温度T 下水的饱和水汽压(Pa)；d1 为气样温度T 饱和湿度(g/m3)；d2 为气样温度T 绝对含水湿度(g/m3)。

例：温度20 ℃，相对湿度49.09% 状态下，大气中水蒸汽压为1 148.28 Pa，含水汽量为8.488 g/m3，见表2[3]。

表2 不同温度下的饱和水蒸汽压

相对湿度只表示空气离饱和的程度，不表示空气湿度的绝对值的大小。例如，温度在10 ℃、15 ℃时，若相对湿度均为70%，其绝对湿度值是不同的，经查表1，10℃时绝对湿度是9.40 g×70%=6.58 g/m3，15 ℃时为12.8 g×70%=8.96 g/m3。通常所说的相对湿度小，就表示空气距同温度下的饱和湿度远，空气较干燥，相反就表示距离同温度下的饱和湿度近，空气较潮湿。某温度下的相对湿度为100%时水汽达到饱和，水汽压达到同温度下的最大值。温度与相对湿度的关系是：如果某一时刻的温度不变，绝对湿度的高低决定相对湿度的大小。因为在一定的温度下，空气的饱和湿度是固定不变的，所以绝对湿度越高，占饱和湿度的百分比也越高，相对湿度必然越大，反之则越小。

露点(dew point：DP)：如果将不饱和水汽变为饱和水汽，只需将温度降低到一定程度，多余的水蒸汽就会产生凝结形成水珠或凝露，使空中的不饱和水汽变成饱和水汽时的温度、或使空气中水蒸汽产生凝结时的温度，称为“露点”。例如：某库房温度为30 ℃，绝对湿度为23.0 g/m3，30 ℃时的饱和湿度为30.35 g/m3，则相对湿度是76%，若绝对湿度不变，库温下降，则库温内相对湿度随温度下降而上升。当温度下降到25 ℃时，查表可知：空气中最大水汽含量为23.0 g/m3(与30 ℃时的绝对湿度相等)，绝对湿度与饱和湿度百分比正好为100%，此时未饱和水汽变为饱和水汽，25 ℃便是露点。

要得出电控箱内的结露值，可选用电控箱发运期(按30 天计)前一年中最高温度值来计算电控柜中空气的含水量，以确定对电控柜内放置的干燥剂数量，以江苏海门为例，如果于2023 年3 月5 日进行电控箱模块的发运，可选用2022 年3 月5 日至4 月5 日期间最高气温32 ℃和最高相对湿度，经上式计算空气中的最大水含量为33.8×60%=20.28 g/m3。

1.2 内部水珠形成

包装中包装辅料所含的水分挥发所形成的水气。

1.3 运输及储存过程中，透过阻隔包装材料渗透到电控柜中的水蒸汽

为保证大气中透入电柜的水气减少到最低。其外包材料应符合GB/T 14188—2008 《气相防锈包装材料选用通则》的要求，并经比选，对整体外部气相防锈及防潮膜选用CORTEC 公司的热缩膜VPCI-126 Blue 来进行外封口防水，具体操作时应先清理柜内外的积灰及水气，热缩用相应的热风枪进行，并注意尽量排尽柜外部与膜间的空气，使膜与电箱贴紧，外包的底部与地面贴紧后，用胶带进行封口。

2 干燥剂及除锈剂的种类及数量

2.1 干燥剂的选用及计算

硅胶作为吸附除湿的代表材料，因其吸附能力强、热稳定性好、化学性质稳定、有较高的机械强度，可循环重复利用、无毒无污染等特点[5]，在精密机械、计量仪器、电子、纺织和化工等生产过程中得到更广泛的应用。

本次考虑到电控柜的精密性与低湿度的要求，经比较，对柜内选用A 型细孔球形一等品硅胶干燥剂(RH=20% 吸湿率10%)[6]，柜内干燥剂理化指标要求如表3 所示。

表3 柜内干燥剂理化指标要求

在25±2 ℃条件下，RH=20%的情况下，一个单位干燥剂的吸附能力应不少于3 g，故一个单位干燥剂用量为3 g÷10%=30 g。

柜内干燥剂用量可由式(3)计算[7]：

式中：n 为所需使用的干燥剂单位(unit)数；a 为目标湿度条件下，一个单位干燥剂所能吸收的水蒸汽量(g)(相对湿度下取20%：3g)；V 为包装的内容积(m3)(按最大1 m×1 m×2 m 选用2 m3)； b 为初始包装时温湿度条件下的空气水含量(g/m3)(经算为20.28 g/m3)；m 为包装内含水包装辅料的质量(kg)(选用材料均为禁水材料，取0)；c 为含水包装辅料的含水率(‰)(取0)；A 为阻隔包装材料的的表面积(m2)(取7 m2)；e 为目标湿度条件下的校正系数(相对湿度下取20%：0.9；40%：0.7；50%：0.65；60%：0.6)；WDD 为透过阻隔包装材料的水蒸汽量 (g/m2·d)(采用水蒸汽透过率为1.0 g·m2·d 的VPCI 126 防潮防锈膜+电控柜外壳，可取50%)；t 为储存运输的天数(d)(取 40d)。

经代入并向上取整，可得：

需要60 个单位的干燥剂用量使湿度保持在20%及以下(60×30 g/unit/bag=1.8 kg)。

2.2 防锈剂及密封条的选用

防锈剂采用CORTEC 公司生产的VPCI Emitter系列，其数量按照说明，按柜内体积的大小选择合适的类型(如2 m3可选用308 型，0.3 m3可选用111 型等)，柜内气相的密封胶条选用不含酸、碱溶剂及挥发性等物质3M 型TANOSEE 胶带。柜内布置如图1 所示。

图1 柜内气相防锈剂、密封条布置图

3 温湿度监控的选用及布置

一般的电控柜为保证柜内的温湿度监控，将一整套微型的温、湿度仪及排风、除湿装置内置于电控柜内，持续保持柜内的湿度在一个可控的范围内，或者是在建造安装过程中，全部使用室内除湿机设定好湿度的范围，进行持续的除湿。但在电控箱元件敏感度较高、柜内空间有限、海运及陆运必须断电客观条件下，上述情况均无法实施，对自动除湿的模块化设计的内置装置也无法使用。但客户基于电控的内部要求，其湿度须低于20%。为满足持续监控温湿度的目的，本次使用了基于4G 网络的一款仅手掌大小的TH41 型便携式温湿度监控仪，在箱内仅安装了该仪器温湿度探头及数据线，将数据与温湿度显示引至电仪控制室外部一微型防潮小盒内，并将小盒固定，盒内放少量干燥剂后将盒关闭密封，仅留出仪器的天线与外界联通。通过内置的9 V 电源和4G 移动卡将数据上传至云端并实时传收数据，在电脑及手机端安装了相关软件后，可实现远程监控温湿度及GPRS 定位的功能目的，实现了高速的数据传输(图2)。较于以往的蓝牙或电控柜内置网络通信技术，该4G 移动网络技术的主要优势在于传输速度快，无需常规供电并功能专业。通常情况下：在模块电仪间在静止状态时，4G 通信的传输速度可达到2 Mb/s；在设备慢速移动时，4G 通信的传输速度约为300 kb/s 至400 kb/s，当设备快速移动时，传输速度仍可达到100 kb/s 至200 kb/s。所以4G 通信可满足环境复杂的海洋及高湿环境对于数据传输速度、便捷性的要求，实现了对温湿度及定位功能数据化的要求，其数据监控可见图3。

图2 便携式温湿度仪基本工作流程图

图3 便携式温湿度仪及监控界面图

4 操作过程及结果

在模块电控柜完成调试后、室内的除湿机工作仍在工作的状态下，保持电仪室内的湿度在30%左右。断开所有电柜的电源，一一对柜内的灰尘进行清除，清除采用吸尘器及无纺抹布进行，清除工作应确保安全环保及无死角，并经相关人员检查确认后，才能开始进行防潮方面的操作：

(1)放置一体式温湿度仪的探头，探头应放置在电控箱的中部并与干燥剂及各电器仪件保持100 mm左右的距离，并将数据线穿过电控箱与室外主机相联接。

(2)用上述的环保胶带对柜内所有穿线处、透气点等与大气相连的部份进行封贴，确认柜内无空气，外界空气无法通过各穿线及透气点进入。

(3)均匀、足量地放置干燥剂、气相防锈盒，用环保尼龙扎带固定，并标记日期；

(4)关闭各电控柜门并锁好，将气相防潮膜全覆盖并热缩固定，底部与地板用胶带封闭完好；

(5)将室外的便携式温湿度仪主机开启并接收数据，将主机固定于防潮盒内，

(6)断开并拆除室内的除湿机及电源，关闭电仪控制间大门。

经过上述操作及数据的接收，在室外湿度50%～80% 且不断变化的高湿情况下，电控箱内的湿度在4 小时内达到了30%，8 小时后降至20%，并持续保持湿度至目的地现场，接收方对其实时处于监控状态，达到了客户的低湿干燥需求。

5 结语

日益高精密的电仪柜在各类化工、石化工程、模块建造中的运用，使得其在断电、高湿环境中的保护越来越受到人们的关注，对电控柜安装、运输、存储等过程中的低湿要求、克服气相的水分的侵蚀也成为工程建造中一项不可忽视的内容，通过该种方法的实施，既对电控箱的内部进行了有效的除湿及监控，又以较低廉的价格、较好地处理了该方面的问题。