气体监控（精选5篇）
气体监控 篇1
1 引言
由于矿山地质构造比较复杂,随着矿井延深,矿井瓦斯涌出量增大,突出频繁,容易产生瓦斯爆炸、瓦斯突出以及瓦斯中毒窒息事故。因此,使得企业在安全生产方面的难度越来越大。为了防止和避免事故发生,检测有害气体的仪器以及监控系统应运而生。对于生产规模小的矿场,常用便携式瓦斯检测仪来检测瓦斯浓度,它可以随身携带,当空气中的甲烷含量超过预警值时,可发出声光报警。对于生产规模比较大的矿场来说,常常有一套监控系统来实现整个企业的管控一体化。然而一些检测仪器和监测系统在功能和性能方面各有千秋,有的功能比较单一,有的监测数据不能在企业内部达到共享。
本文设计的有害气体检测终端能实时采集矿山瓦斯和一氧化碳气体浓度,同时还采集温度和巷道风速,并记录数据采集时的时间。当瓦斯和一氧化碳气体浓度达到预设报警值时,自动发出相应报警,提醒井下人员做出相应反应并立刻撤出;同时,企业的管理和技术人员也能第一时间得到此信息,便于启动相关的安全应急预案。
2 检测终端总体结构
检测终端由气体传感器、风速传感器、信号调理和A/D转换电路、温度和时间采集电路、微控制器、LCD显示、声光报警、数据通信等几部分组成。其中,三种传感器输出的三路模拟信号经调理后送到A/D转换电路,A/D转换结果送到微控制器。由数字温度传感器和时钟芯片分别采集的温度和时间直接送往微控制器。该终端以微控制器为核心,负责瓦斯、CO、风速、温度和时间的实时采集和LCD本地显示,并对采集的气体浓度进行处理和预警判断,并把采集数据通过串口发送到CAN节点,然后CAN节点上的数据上传至监控系统内部网络,便于远程监控和数据共享。终端总体框图如图1所示。
3 硬件电路设计
检测终端以单片机STC89C52?为核心处理芯片,整个硬件电路由数据采集电路,信号处理和转换电路、数据处理和转发几个部分组成。终端选用STC89C52单片机,利用串口即可对它进行编程,性价比较高。一氧化碳传感器选用C O/C F A-1 0 0 0 0,测量范围为0～10000ppm,输出信号15±4nA/ppm,分辨率5ppm,工作寿命3年[4]。利用100欧姆电流采样电阻,将一氧化碳传感器输出的小电流信号转换为电压信号。风速传感器采用TSI8455,它运用热风力测定技术来测量风速,测量范围宽,最高可达50m/s,传感器输出信号在0～5V之间。LCD显示采用1602液晶显示屏,实时显示采集的数据。数据通信部分利用串口传输数据。下面将对瓦斯检测、信号调理、A/D转换、时间和温度采集、声光报警这几部分电路进行详细说明。
3.1 瓦斯检测电路
目前,检测气体的方法一般有电化学法、光学法、电气方法以及气体色谱法等[1]。瓦斯的主要成分是甲烷,相应地,矿用甲烷传感器有红外型、热催化燃烧型、气敏型、生物型等几类传感器。催化燃烧方法是检测瓦斯最有效、最经济的方法。但是,载体催化元件有个致命的缺陷,就是只能测量4%浓度以下的甲烷气体,当空气中的瓦斯浓度值超过4%后,元件就会发生“激活”现象造成永久损坏。而甲烷在空气里的爆炸极限是5.3～14.0%(体积比),所以催化燃烧方法不能宽范围地检测甲烷浓度,达不到瓦斯爆炸提前预警的目的。
如果采用气敏传感器来检测瓦斯气体浓度,采集值受到温度和湿度的影响程度很大。本设计曾经使用过MQ-5半导体气敏传感器,通过简单的驱动电路即可将传感器的电导率变化转换为对应气体浓度的输出信号[3],其具体检测电路如图2所示:
由图2可以看出,MQ-5是通过负载电阻R5获得输出信号。但是,通过调节负载电阻来标定传感器难度较大。根据MQ-5传感器的工作原理,传感器通电后存在一个初始动作。同时,使用MQ-5传感器时应考虑温度和湿度的影响。因此,为了保证传感器的稳定性和可靠性,需要增加延时和温度补偿电路。这样,传感器的灵敏度就受到了很多方面的制约和影响,导致可靠性较差,并且测量范围较窄,不易校准。
根据系统的性能指标要求,本文选用了GJG40H(A)型红外甲烷传感器,它采用红外吸收测量原理、扩散式采样和数字式温度补偿等技术,检测精度高,环境适应能力强。调校周期大于一年,输出信号4～20mA,测量范围0～40.0%(体积比)。利用1欧姆电流采样电阻,将甲烷传感器输出的小电流信号转换为电压信号,便于A/D转换。
3.2 信号调理电路
对于传感器输出的微弱信号,使用仪用放大器能有效抑制传感器电路产生的共模电压干扰,并具有高输入阻抗,低输出阻抗、高增益和低噪声等特点。AD620是一种低功耗、高精度的仪用放大器,内部经典的三级运放结构有效的减小了共模输入的干扰。设置增益时只需接一个外部电阻,增益范围在1至1000之间[5]。AD620使用+5v和-5V供电,采用L7805电压稳压器提供+5v电压,L7905电压稳压器提供-5v电压。
本文采用AD620对甲烷、一氧化碳两路传感器信号进行调理。由于采集得到的甲烷和一氧化碳浓度信号都是毫伏级电压,为了进行A/D转换,需要把电压放大到0～5V之间。对于甲烷浓度信号而言,需要放大150倍,AD620外接330欧的电阻。对于CO浓度信号,需要放大300倍,AD620外接160欧的电阻。对于风速信号,该信号直接接电压跟随器,起到隔离的作用,输出阻抗较低。具体信号调理电路如图3。
3.3 A/D转换电路
常用的A/D转换器种类很多,积分型A/D转换器用简单电路就能获得高分辨率,但转换速率极低。逐次比较型A/D转换器速度较高、功耗低,但在高精度应用领域中性价比不高。并行比较型A/D转换器比较适用于视频AD转换器等速度特别高的领域。因此,在矿山应用场合,需要高精度测量气体浓度时,传统的积分型和逐次比较型A/D转换器实现起来难度较大,且成本很高。
本文选用AD7706∑-Δ型A/D转换器,它具有高分辨率、宽动态范围、自校准,低功耗及优良的抗噪声性能,非常适用于仪表测量和工业控制等领域[1]。它是16位A/D转换芯片,具有三个模拟量输入通道,可以同时采集CO、CH4和风速。AD780为AD7706提供2.5V精密基准电压,提高模数转换的精度。A/D转换电路如图4所示[6]。
3.4 温度和时间采集电路
为了采集矿场环境温度,该设计采用DALLAS公司的DS18B20型单总线数字温度传感器,能直接输出串行数字信号,减少了A/D转换的环节。该传感器温度测量范围为-55℃～+125℃,分辨率为0.5℃,转换时间200ms。DS18B20采用外接电源方式,DQ引脚要接4.7K?的上拉电阻[7]。为了记录数据采集的时间,以便历史数据的分析与利用,本文利用实时时钟芯片DS1302实现时间的准确采集。DS1302是DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路,它可以对年、月、日、时、分、秒进行计时,采用三线接口与单片机进行通信,三根信号线都需接4.7K?的上拉电阻。为了让系统断电后时钟芯片能继续计时,使用3V的纽扣电池作为后备电源[8]。温度和时间采集电路如图5所示。
3.5 声光报警
当浓度超过报警限后,可以通过单片机把ALARM信号置为低电平,三极管导通,通过蜂鸣器和红色发光二极管产生声光报警。声光报警电路如图6所示[2]。
4 程序设计
系统的软件设计部分有数据采集、数据处理和数据发送三部分。其中数据采集部分包括A/D转换、时间和温度数据采集。数据处理部分包括滤波、浓度补偿和声光报警等。其中,对采集的温度数据进行中值滤波[9],有效克服因偶然因素引起的波动干扰。数据发送部分完成串口通信功能。软件设计流程如图7所示。?由此软件结构图可知,系统采用等时间间隔循环进行数据采集,使得采集的数据能及时上传至CAN节点。AD7706芯片初始化工作主要是对A/D转换器的时钟和设置寄存器进行设置,使其启动A/D转换。DS1302芯片初始化工作主要是给时钟芯片设置初始时间,启动计时。
5 检测终端测试
在传感器数据的标定阶段,利用甲烷和一氧化碳标准气体来测试传感器的检测精度和稳定性。表1和表2分别给出了甲烷和一氧化碳终端检测数据与对应标准气体的比较结果,测试数据的相对误差在要求的范围以内。同时,从检测终端试用的情况来看,温度、风速和时间的数据采集都很准确,瓦斯和一氧化碳气体检测可靠性高,达到了系统性能指标的要求。
6 结束语
综上所述,该终端设计以矿山有害气体监测为主线,利用监测得到的瓦斯、一氧化碳、风速和温度数据综合分析判断有害气体的浓度和通风情况,并及时做出报警动作,为矿山的应急指挥和安全预案提供了技术上的支持。
参考文献
[1]周严主编.测控系统电子技术[M].北京:科技出版社,2007.[2]杜伟主编.80C51单片机及接口技术[M].北京:化学工业出版社,2008.2.
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[5]ow Cost Low Power Instrumentation Amplifier-AD620.DATA,SHEET[R].2004.
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[8]DS1302 Trickle Charge Timekeeping Chip.2005,7.
[9]马忠梅,籍顺心,张凯,马岩编著.单片机的C语言应用程序设计(第三版)[M].北京:北京航空航天大学出版社,2003,11.
气体监控 篇2
炼厂气(或称瓦斯气)是炼油厂副产的气态烃,主要来源于原油蒸馏、催化裂化、热裂化、延迟焦化、加氢裂化、催化重整、加氢精制等过程。不同来源的炼厂气其组成各异(见表1),主要成分为C4以下的烷烃、烯烃以及氢气和少量的氮气、二氧化碳等气体。炼厂气的产率随原油加工深度的不同而不同,深度加工的炼厂气一般为原油加工量的6%(质量)左右。可以说炼厂各加工装置都得到一些常温下是气体的产物[1]。
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炼厂气解决的方法基本上是进行气体分离,剩余部分或作为燃料气。作为燃料气部分的炼厂气一般的流程为:装置排放气体至全厂燃料气放空管网,由此进入气柜回收,再经压缩机压缩进入燃料气管网供装置作燃料气。
装置排放的燃料气不能被有效监控,部分高价值组分作为燃料烧掉造成环境污染和资源浪费。对于燃料气管网系统来讲,产耗不平衡的现象时有发生,瓦斯产大于耗,气柜超限时,需要通过瓦斯放火炬燃放来平衡;瓦斯产小于耗,瓦斯管网压力不够时,需要通过气化重整C5、液化气、天然气等补烃来平衡,不可避免地造成了大量资源的浪费和对环境的污染;造成操作成本增加和安全隐患。
解决这一问题,关键在于对各装置的排放炼厂气进行研究,找出其生成、组成、排放等规律,实现对燃料气系统的统一指挥,消除炼厂气的无序排放,达到彻底消除炼厂气的排放,实现降低损耗,减少环境污染,节能减排的目标。
2 方法
2.1 分析
排放炼厂气由各生产装置产生,由于装置各异,排放压力、气体组分、流量各异,在管路中混合情况、流态都需详细分析,确定连续介质作为可压缩气体在可压缩性呈显著作用时的流动规律以及气体和物体之间的相互作用规律,才能很好地对管网内混合气体的状态有明确的了解,进一步对气体进行管控[2,3]。
催化装置产出的干气产率占新鲜原料的3%～6%,干气中有乙烷、乙烯、甲烷及氢气,少量的丙烷、丙烯和少量的轻重烃类。一般甲烷小于碳二[4]。加氢裂化产生的气体为低分子烃类(碳四以下)、非烃化合物(硫化氢等)、氢气带入的一氧化碳、氮气等。两者流速、温度、压强、密度都不相同。为此,需对排放气体在管网中的状态加以分析,确定多相流在固定管路中的状态是否能模拟,从而确定管网内气体可控,进一步采取手段达到炼厂气平衡调控。
由于多相流技术具有显著的经济效益,世界石油工业界加大了研究力度,先后建立了大型研究中心,专门从事多相流研究工作。对于炼油企业工艺复杂,大时滞,强扰动连续的工业过程,一般不可能建立准确的瓦斯预测模型,需要依赖实时性对该过程中的预测模型进行在线校正。当两者之间的差异大于预定阈值时,需要干预。对于炼化企业装置特殊工况如紧急停车等无法控制[5],还需要安装在各装置排放口的流量计提供数据支持。有鉴于此,采用流量计监控炼厂气排放状况是最直观、最容易接受的方法。
2.2 气体质量流量计的应用
2.2.1 炼厂排放气的状况分析
在《中国石油化工股份公司炼油火炬系统安全运行指导意见》及《石油石化可燃气体排放系统设计规范》中要求,“可出现凝结液的可燃性气体排放管道末端的马赫数不宜大于0.5”。以某公司为例,其排放的炼厂气由多套生产装置产生,在进入火炬前得速度为小于0.5Ma。这样可以认为管线内炼厂气可视为不可压缩流体,其性质是任何扰动立即传播到整个流场。因此可以认为管路末端火炬入口各装置排放气完全混合。利用流量计可以对排放的炼厂气计量,但由于火炬排放的炼厂气量程比很宽,最高达2700多倍,一般的流量计并不适用,因此,采用气体超声波质量流量计计量炼厂排放气就成为首选。
2.2.2 气体超声波质量流量计应用
1980年后国外开发出气体超声波质量流量计,可以对火炬排放炼厂气这种组分变化极大、流量变化巨大、流速快的介质进行计量。其原理是利用时差法,具体为利用超声波在流体中顺流传播和逆流传播的时间差与流体流速成正比这一原理测量流体流量。其优势在于:量程比大(对于专用火炬超声波流量计量程比大2750∶1);适用于气体组分的急剧变化,对脉动流等不稳定流不受影响;不受流体的物理性质和参数影响;输出与流量呈良好线性;测量精度高;响应快速。超声波质量流量计在火炬排放气系统中,可以应用于泄漏监测、全厂物料平衡状况和蒸汽注入量的控制。
超声波气体质量流量计用于炼厂气的平衡监测,可以避免有用的炼厂气大量损失,环保排放超标。超声波质量流量计可以测出瞬间排放气平均分子量,与装置排放气平均分质量进行对比,对装置乱排乱放进行有效的监管,为炼厂气的平衡及减少排放提供了可靠的工具,同时还可以估算出炼厂的总产气量。
超声波质量流量计还可用于控制火炬顶端蒸汽的注入量,掌握了火炬内精确的气体流量与平均分子量,火炬顶端的蒸汽需求量可被精确控制,符合污染控制规章的同时实现节能。
2.2.3 应用的注意点
超声波气体质量流量计应用于火炬排放气的测量,可以大大提高计量精度,精确度等级可达±0.1级,重复性达到允许误差的1/3[6],但应用中要注意以下几个方面:
(1)超声波气体质量流量计安装要保留前后直管段。
由于火炬排放前管线内排放气速度变化大,流速廓形畸变,旋转流(涡流)以及脉动流等流体流态特性变化及影响存在旋流等现象,为了获得流体沿管道中心平行对称地流动,应充分保证超声波质量流量计前后直管段的长度,确保流场的充分发展,否则将影响其数学模型。因此,超声波气体质量流量计前后直管段要求为前20D后5D为宜。
(2)
超声波气体质量流量计宜设温度压力补偿[7]。
(3)减少声波干扰源。
声波干扰对超声波气体质量流量计计量干扰影响很大,安装位置要远离噪音源,避免管路震动及其他附近管线的震动影响,避开主要噪声频率带,降低超声波流量计对噪声的敏感性。
(4)加强炼厂排放气的脱液工作。
超声波质量流量计适用于较纯净的介质,受固体液体颗粒影响较大,严重的可造成流量计不工作。在进入质量流量计前要充分利用脱液装置、气液分离装置将炼厂排放气中的固体、液体颗粒脱出。
(5)安装位置。
超声波气体质量流量计安装在火炬排放管线上,从经济的角度考虑将超声波气体质量流量计安装于火炬末端,装置出口不再安装;从技术角度考虑排放气在到达火炬终点时混合最为均匀,声波干扰源最少。
(6)声程选择。
采用多少声程声道的主要依据是测量精确度要求和安装仪表管段流动状况以及管径大小。一般对于火炬系统这种大口径复杂应用的管道可选用单声程或双声程,安装简单。
3 结论
超声波气体质量流量计以其大量程、大口径、高精度及特有的测量平均分子量的优势,在炼厂排放气测量中得到越来愈多的应用,并取得良好的效果。尤其是在火炬气泄漏的快速查找、工艺隐患的及早发现,炼厂系统炼厂气精确平衡方面应用效果良好。
摘要：超声波气体质量流量计应用于炼厂火炬排放气的计量工作,不仅可以精确地计量出排放量,为炼厂降低损耗提供可靠的数据,同时还可以用于检测装置气体泄漏,平衡全厂燃料气,减少排放,减少损耗,有效降低火炬系统的蒸汽消耗。
关键词：炼厂气,燃料气平衡,管网,排放,超声波质量流量计,平均分子量,泄漏,时差法
参考文献
[1]华东石油学院炼油工程教研室.石油炼制工程(第二版)[M].北京:石油工业出版社,1982.
[2]张兆顺,崔桂香.流体力学[M].北京:清华大学出版社,1998.
[3]林兆福.气体动力学[M].北京:北京航空航天大学出版社,1988.
[4]陈俊武.催化裂化工艺与工程(第二版)[M].北京:中国石化出版社,2005.
[5]韩崇仁.加氢裂化工艺与工程[M].北京:中国石化出版社,2006.
[6]GB/T18604-2001,用气体超声流量计测量天然气流量[S].
气体监控 篇3
关键词：SF6断路器,密度继电器,压力传感器,温度传感器
0 引言
目前SF6断路器中采用SF6气体作为灭弧和绝缘介质, 要保证断路器的正常运行, 在工作中, 要监视SF6气体的情况, 尤其是压力值, 本文根据目前监视SF6气体压力被后台监控的情况, 分析了存在的问题, 提出了改进的措施。
1 目前SF6断路器气体压力监视情况
纯净的SF6气体无色、无味、不燃, 在常温下化学性能特别稳定, 属惰性气体, 是空气比重的5倍多。但在电力系统中, 由于SF6气体主要充当绝缘和灭弧介质, 在电弧及局部放电、高温等因素影响下, SF6气体会进行分解。它的分解物遇水分后变成腐蚀性电解质, 尤其是某些高毒性分解物, 如SF4、S2、F2、HF、SO2等, 如大量吸入人体会引起头晕和肺水肿, 甚至昏迷及死亡。
SF6断路器是利用压缩的SF6气体为灭弧和绝缘介质, 利用电弧的能量, 产生SF6压缩气体, 熄灭电弧, 用以切断额定电流和故障电流、转换线路、实现对高压输变电线路和电气设备的控制和保护, 并配以操作机构进行分、合闸及自动重合闸。
2 SF6断路器气体压力监视存在的问题
2.1 安全问题
SF6断路器中的SF6气体具有压力并保持一定的气体密度, 以便保持断路器内部的绝缘。一旦发现气体密度下降, 应当发出信号并要求充入SF6气体, 以免发生断路器内部闪络引发事故。另外安装SF6高压设备的室内空间一般都较密闭, 一旦发生SF6气体泄漏, 由于空气流通极其缓慢, 毒性分解物在室内沉积, 不易排出, 从而对进入SF6开关室的工作人员产生极大的危险, 而且, 由于SF6气体的比重较氧气大。当发生SF6气体泄漏时SF6气体将在低层空间积聚, 造成局部缺氧, 使人窒息。另一方面, 由于SF6气体本身无色无味, 发生泄漏后不易让人察觉, 这就增加了对进入泄漏现场工作人员的潜在危险性, 严重威胁人员的安全和健康, 甚至造成恶性事故。
2.2 准确度问题
在SF6断路器运行时, 为了保证其正常稳定地运行, 通过密度继电器监视SF6的气体压力情况, 密度继电器的主要作用是监视断路器中的SF6气体密度, 说是密度, 实际上是带有温度补偿的压力监视。在目前的实际工作中, SF6气体发生泄漏或在压力不正常运行时, 运行人员结合监控系统后台机上报出的SF6压力低或压力低闭锁分合闸信号, 并到现场察看SF6压力表的具体情况, 才能进行判断是误报或者压力真的有问题, 在这里就存在一些问题:
(1) 实际的运行环境气温高低影响着SF6压力的情况, 在运行中的巡视检查时, 既需要记录SF6气体的密度 (或压力) 值和环境温度, 又需要记录SF6断路器的负荷电流和温升情况, 只有通过各种因素的分析、比较, 才能正确地判断出设备是否出现漏气或回路电阻增大等异常现象, 所有这些都将影响运行人员的正确判断, 给设备安全运行和巡视检查带来了一定困难。
(2) 当断路器出现异常运行时, 对于值班员要到设备旁边, 近处检查断路器的运行情况, 这样无形中会给值班员的安全带来一定的隐患。
为了克服目前后台机上不能有效监视SF6压力的情况, 从而不能对断路器的实际运行状态进行正确的判断, 这里提出一种改进措施, 能将SF6断路器内压力的真实情况反映到监控系统后台机上, 从而能够正确、安全地对断路器进行运行监视, 保证系统正常的运行。
我们知道, SF6断路器中的SF6气体是密封在一个固定不变的容器内的。在20℃时的额定压力下, 它具有一定的密度值, 在断路器运行的各种允许条件范围内, 尽管SF6气体的压力随着温度的变化而变化, 但是, SF6气体的密度值始终不变, 所以现场用SF6气体密度继电器来检测SF6电气设备本体中SF6气体密度的变化。
2.3 密度继电器存在的问题
(1) 由于SF6气体密度继电器因不经常动作, 经过一段时期后常出现动作不灵活或触点接触不良的现象, 有的还会出现温度补偿性能变差, 当环境温度变化时容易导致SF6气体密度继电器误动作, 它们只能够在SF6断路器退出运行时, 即在SF6断路器内部温度和外部环境温度相同的时候, 才能够准确测量出SF6气体的密度值, 而当向断路器充注SF6气体时或断路器投入运行之后, 它们的测量就不一定准确。
(2) SF6断路器在运行时, 密度表读数误差的大小, 取决于断路器的负荷电流和回路电阻所引起的温升的大小, 并且误差的大小与环境温度无关, 当负荷电流通过导电回路电阻和接触电阻时, 消耗的电能转化成热能, 使SF6气体产生温升, 由此便产生压力增量, 具有只能按环境温度变化进行补偿的装置就不能补偿由于内部温升引起的压力增量。所以, SF6断路器一般另外装设压力表进行监视, 报警和闭锁元件仍使用密度继电器, 而且对动作值正负误差范围的要求也比较宽, 达10%~15%左右。当投入运行后, 特别是负荷电流较大的情况下, 其误差会更大, 所以不能因为SF6气体实际密度不随温度变化而变化, 就认为密度表读数也不随环境温度变化而变化。在实际工作中, 如果发现密度表读数误差较大时, 也不能就肯定密度表质量有问题。
(3) 在运行人员对密度继电器的读数和判断中, 人为因素比较大, 从而会出现误判断现象, 根据几年来密度表在冬、夏季的统计分析结果, 负荷电流越大, 误差越大, 误差可达0~20%。当对类似这种情况不能正确理解时, 往往会怀疑密度表或压力表质量差、指示不准确等, 而当成缺陷处理, 要求更换密度表或压力表。
(4) 当监控人员发现SF6断路器出现压力低报警或闭锁时, 如果此时运行中的SF6断路器确实出现了一定的问题, 如果让运行值班人员再去检查和读取密度继电器的读数, 会出现不安全因素。
(5) 现场采用的SF6断路器来自不同的厂家, 部分厂家生产的密度继电器在密封上不好, 在运行中会出现受潮或进水现象, 导致内部节点短路, 从而造成SF6气体泄漏, 气体压力值降低, 给系统造成不安全运行隐患。
3 采用的改进措施
采取的改进措施是在断路器连接压力表的管道中或者灭弧室中装设一个压力传感器PMR300和一个温度传感器PT100。
3.1 压力值获取
压力传感器的构成一般是由测量电路、过程连接元件以及差压元件传感器组合而成的, 它可以把接收到的气体和液体等的压力信号有效地转换成为标准的电流信号, 接着提供给调节器、记录仪以及指示报警仪来进行相关的过程、指示以及测量的调节。
这里可以采用扩散硅压力传感器, 其原理是当待测介质的压力作用在传感器膜片上的时候, 膜片就会形成一定的微位移, 这个位移是跟介质压力是成正比的关系的, 这个时候就会导致传感器的电阻值发生一定的改变, 使用电子线路对这个变化进行检测, 接着就可以转换输出一个标准的测量信号, 它是与这个压力相对应的, 扩散硅压力芯体作为敏感元件, 内置处理电路将传感器毫伏信号转换成标准电压﹑电流﹑频率信号输出, 可直接与计算机、控制仪表﹑显示仪表等相连, 也可进行远距离信号传输。
3.2 温度值获取
温度传感器热电偶是利用热电效应工作的。温度传感器热电偶是将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来, 构成一个闭合回路, 当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差, 两者之间便产生电动势, 因而在回路中形成一个大小的电流, 这种现象称为热电效应。
在这里温度传感器可采用由感温元件 (电阻体) 、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体。其利用电阻值随温度变化而变化这一特性来测量运行中SF6气体的温度, 并且将输出的信号经温度变送模块转化为0~5 V标准的电压信号, 再经电压/频率转换模块进入数据处理单元, 它的主要特点是测量精度高, 性能稳定。SF6压力传至后台的原理框图如图1所示。
4 结语
根据图1分析, 在SF6断路器气体模块中, 压力传感器把SF6气体的压力值信号转换成标准的电流信号, 传输到数据处理单元;温度传感器也将SF6的实际温度转化为标准的电压信号, 再经电压/频率转换模块进入数据处理单元。在数据处理单元, 利用软件, 根据SF6压力—温度特性关系, 利用软件处理自动换算成20℃时的压力值, 然后将数据传至后台机, 根据数据的不同, 判定是否发生SF6气体泄漏。当气压低至不同程度, 分别报出报警或者闭锁的信号, 从而准确判断运行中SF6断路器的实际情况。
参考文献
[1]王晓燕.浅析SF6断路器气体压力值的后台监控[J].电气世界, 2009 (7)
气体监控 篇4
传统的重力自流式的水箱供水安全可靠, 但它一般要设置在建筑物的顶部 (最高部位) , 对于建筑结构承重或建筑物的外观美感都会造成一些不利影响。消防气体顶压给水设备, 同一般设于建筑物屋顶的高位水箱和消防水稳压系统相比, 缩短了消防给水管网, 占用建筑物面积少, 建设工期短、施工安装方便、节省了管材等投资费用, 且具有供水压力平稳、便于实现集中自动控制、工作安全可靠等优点。因此, 消防气体顶压给水设备是替代高位消防水箱或普通气压罐而兼备高位消防水箱和普通气压罐二者功能非常理想的设备, 也是目前大型应急消防气压给水新产品, 在许多消防工程中也得到了实际应用。但是从目前在工程设计施工和实际应用中, 我们认为对照我国现行相关建筑防火设计规范以及消防稳压设备、火灾报警联动设备产品技术标准, 应通过消防控制中心火灾自动报警联动主机对消防气体顶压给水设备实现监控和联动。
一、消防气体顶压给水设备工作原理
顶压式消防稳压设备主要由气压水罐、水稳压泵组、气稳压泵组、控制箱自动控制系统以及外围安全阀、液位检测装置等组成。其顶压式消防稳压设备1所示。
正常工作情况下, 水稳压泵组工作, 一方面将消防水池中消防用水送至消防管网, 维持消防管网压力, 另一方面将消防水送入气压水罐储备。当气压水罐消防水液位达到设定值时, 液位计将水位上限信号和此时的气压信号传送给控制箱控制稳压水泵停止工作, 此时控制箱自控系统检测到气压水罐系统压力是否达到系统设定的消防管网工作压力, 如果未达到系统设定压力, 气压泵组启动运行, 直至气压水罐内压力达到系统设定的消防管网工作压力时气压泵组停止运行, 消防管网可以保证火灾情况下初期水压要求。
当消防管网系统因管网气压自然泄露等原因造成管网压力下降, 控制箱自控系统工具根据传感器信号, 若气压水罐内储水不足, 则重复启动水压泵组运行补水稳压或重复启动气压泵组运行维持气压水罐压力, 如此周而复始, 设备自动运行维持消防管网压力要求。
当突发火情时自动水喷淋系统和消火栓系统投入运行, 消防用水急剧增加。当管网压力降到消防压力下限或有消防信号输入, 控制箱驱动气压泵组气体顶压装置电磁阀开启, 气体顶压装置投入运行, 将气压水罐里的水顶入消防管网, 并向管网持续提供火灾初期10 min的消防用水。
二、有关消防设计规范对消防稳压设备的要求
我国现行建筑消防设计规范最主要是GB50016-2006《建筑设计防火规范》和GB50016-2006及GB50045-95《高层民用建筑设计防火规范》, 他们对消火栓系统和自动水喷淋系统中消防稳压、消防水箱的设置都有严格的规定。在其它专项消防设计规范中, GB50116-2008《火灾自动报警系统设计规范》对消火栓系统和自动水喷淋系统中消防稳压、消防水箱的监控也有明确要求。目的是保证消防水箱和消防稳压设备满足防火需求, 保证消控中心对其工作状态的监控, 保障火灾时能安全可靠地发挥作用 (见表1) 。
消防水箱的主要作用是供给高层建筑初期火灾时的消防用水量, 并保证相应的水压要求。从上述三个设计规范相关条文中, 我们归纳出以下四个方面基本要素。
第一, 当常高压给水系统不能满足要求或采用临时高压给水系统的建筑应设消防水箱, 且消防水箱要能满足最不利点消火栓栓口静压的要求和自动喷水灭火系统最不利点处喷头的最低工作压力和喷水强度。
第二, 当不能满足最不利点消火栓静水压力0.07 MPa (建筑高度超过1OO m的高层建筑, 静水压力不应低于0.15 MPa) 时, 要设增压设施, 增压设施可采用气压水罐或稳压泵。设置增压设施的目的主要是在火灾初起时, 消防水泵启动前, 满足消火栓和自动喷水灭火系统的水压要求。
第三, 室内消防水箱、气压水罐、水塔以及各分区的消防水箱 (或气压水罐) , 是储存扑救初期火灾用水量的储水设备, 一般考虑10 min扑救初期火灾的用水量。
第四, 消防控制室要能显示消防水箱 (池) 水位、管网压力等监管报警信息。
按照国家公安部标准GA30.1-2002.30.3-2002标准执行生产的消防气体顶压给水设备是替代高位消防水箱或普通气压罐而兼备高位消防水箱和普通气压罐二者功能的设备, 在设计施工和安装调试中, 理所当然的要遵从并体现出以上四个方面要素, 以期发挥其基本消防功能。否则, 一旦消防气体顶压给水设备出现故障, 一旦发生火灾一切形同虚设。
三、有必要对顶压式消防稳压设备实施消控室并行监控和火灾报警联动
作为室内消火栓系统和自动喷水灭火系统中的重要组成环节, 顶压式消防稳压设备在火灾初期发挥的重要作用毋庸置疑。但是顶压式消防稳压设备系统自身虽然能全自动工作, 并具备工况自检功能, 但安装在消防水泵房一般无专人值守, 一旦设备自控系统某个环节或自动检测失效, 消防巡检人员大意不能及时发现异常, 如有火灾发生时消火栓系统和自动喷水灭火系统将无法及时启动, 延误火灾初期最佳灭火时间。这是非常危险的, 有可能给国家及人民生命财产造成不必要的损失。因此, 我们认为有必要对顶压式消防稳压设备的工况实施消控室并行监控和火灾报警并行联动。
从我们目前实际参与施工的一些项目看, 实际工程应用中, 前三个要素基本都能符合规范要求, 而从第四个方面“有关消防控制室要能显示消防水箱 (池) 水位、管网压力等监管报警信息”看, 设计施工或者安装调试, 普遍存在不到位现象, 应该引起设计单位、设备制造商和施工安装单位的高度重视。
(1) 消控室应能监控气压水罐液位状况, 确保储水量满足消防系统火灾初期10 min消防用水量。
(2) 消控室应能监控气压水罐或消防管网水压, 保证满足消防系统最不利点消火栓静水压力和自动喷水灭火系统最不利点处喷头的最低工作压力和喷水强度。
(3) 消控室应能监控顶压式消防稳压设备中水压泵组、气压泵组、电控箱等关键设备的工作状态, 以便于消防值班人员能够在第一时间及时发现和处置其故障状况。
(4) 消控室应能直接联动控制顶压式消防稳压设备中的水压泵组、气压泵组运行, 实现对顶压式消防稳压设备远程控制, 提升在消防应急状态时顶压式消防稳压设备启动的安全可靠性。
在消防控制室, 实现对顶压式消防稳压设备上述四个方面的并行监控和联动控制, 其可操作性并不复杂。首先需要设计单位在施工图设计中, 从经济合理和安全可靠两方面充分加以考量和权衡, 按照规范要求实现设计要求, 施工单位遵照设计意图, 协调顶压式消防稳压设备生产供应商, 按照工程设计要求, 配置相应的消防并行监控和联动控制接口完成施工安装。这样, 才能保证顶压式消防稳压设备在火灾初期发挥的重要作用。
摘要：本文通过介绍消防气体顶压设备系统工作原理, 对照我国现行相关建筑防火设计规范和消防稳压设备、火灾报警联动设备产品标准, 提出在消防气体顶压给水设备实际设计应用中, 应通过消防控制中心火灾自动报警联动主机对其实现并行监控和联动。
关键词：消防水箱,消防稳压,联动控制
参考文献
[1]李念慈, 万月明.建筑消防给水系统的设计施工监理[M].北京:中国建材工业出版社, 2002.
[2]GB50016-2006, 建筑防火设计规范[S], 2006.
[3]GB50045-2005, 高层民用建筑防火设计规范[S], 2005.
[4]GB50116-2008, 火灾自动报警系统设计规范[S], 2008.
气体监控 篇5
移动式气体监控系统包括移动式气体检测仪和检测主机2部分, 主要是为解决临时的环境气体检测与多变的环境气体检测。该系统可以根据检测情况, 通过RF无线通信进行2 km2内通信, 把所有检测数据传送给检测主机, 或者通过GPRS通信, 把数据传到检测主机。在使用GPRS通信时也可以通过短信的形式把检测数据发送到工作人员手机上。每台仪器都可以根据检测环境的需要而调整检测气体的种类, 而检测主机可以根据各个仪器传上来的数据, 进行数据处理, 例如:每台仪器检测气体的历史数据曲线、一定区域内的气体平均浓度, 根据用户设定的报警点来产生报警, 也可以打印历史数据和历史曲线。
1 移动式气体检测仪的硬件设计方案
整个移动式气体检测仪由气体采样泵、3种气体传感器、AD转换器、显示液晶、单片机、控制面板、检测电池电压模块、时钟模块和通信模块组成, 见图1。
1) 气室中有3个传感器接口, 把3种气体传感器置于同一气室中, 即可在同一地点检测多种气体。该3种气体传感器可以从8种常用的毒害传感器与可燃气体传感器 (LEL, CO, H2S, NO2, Cl2, SO2, NH3, H2, O2) 中任意选取3种。用户在使用过程中根据需要任意更换气体传感器, 来完成检测。气室进气口应做相应的过滤系统, 例如加过滤膜 (过滤膜的选择应满足:既有良好的过滤作用又有良好的透气性) 。气体采样泵可以由检测仪的设置菜单, 设置成连续工作或间歇式工作, 而间歇式工作的时间可以自由设定。气体传感器做成一个单独的仪器配件——气体传感器智能模块, 即把气体敏感元件和其相应的放大电路做成一个模块。气体传感器智能模块内应包括一个存储器 (空间不需要很大, 建议使用一线式EEROM, 例如:DS2430, 这样可以节约单片机I/O口的使用量) , 用来存储气体敏感元件的气体种类、报警上下限、零点及跨度参数。这样用户在更换检测仪检测气体种类时, 检测仪会自动读取气体传感器智能模块内参数, 然后更新检测仪的显示和设置菜单。
2) 根据检测环境的实际情况, 用户可以选用RF无线通信方式或GPRS通信方式与检测主机进行通信。使用RF无线通信可以节约系统运行成本, 但是通信距离有限制。GPRS通信方式可以利用现有移动或联通公司的通信网络, 进行长距离的通信, 并且数据可以短信的方式通过检测主机发送到检测人员手机上, 使检测人员可以实时掌握现场情况。
3) 在现场的实时通信操作上, 使用检测主机上的一个串口实行轮询, 从而解决总线争用问题。
2 移动式气体检测仪的软件设计方案
整个仪器软件主要包括以下几个模块:控制模块、显示模块、数据采集模块、时钟模块、通信模块及电源管理模块。控制模块主要完成控制面板上键盘的扫描和气体采样泵的开关控制, 以及向显示模块和通信模块输送数据。显示模块主要完成数据的显示功能。采样模块实现对多通道检测数据的收集及处理, 完成模拟信号到实际气体浓度的转换。时钟模块提供一个准确的时间, 为检测仪保存数据提供时间依据。通信模块完成与检测主机的通信, 将实时数据通过RF无线通信或者GPRS通信传到检测主机。电源管理模块主要完成电池的充放电管理, 以及检测仪在开、关机时各个模块的电源的开关。
主程序流程图如图2所示。
检测仪开机后进入仪器初始化程序, 读取各个通道的气体种类、读取各通道气体的零点和跨度参数设置、读取各通道气体的报警上限和下限值并显示、检测仪器的电量并显示, 检测各通道气体传感器是否工作正常 (在不正常的情况下给出报警提示) 、检测各功能模块是否工作正常 (在不正常的情况下给出报警提示) 。在初始化结束后进入检测仪正常的工作状态, 选择第1种气体的模拟通道并启动AD转换, 把转换结果送给单片机, 同样方法依次启动另两种气体的转换与电量的转换。更新显示器上的气体浓度信息并把几种结果与程序中设定的超限值进行比较, 若超出其范围则进行声光报警, 若在其范围内则等待下一组测量结果。更新显示器上电量信息, 与程序中设定的欠压值进行比较, 若超出其范围则进行声报警提示, 若在其范围内则等待下一组测量结果。等待检测主机轮询, 把3组气体检测数据及检测仪电量数据发送给检测主机。检测仪在电量不足的情况下应至少提前20 min给出提示, 并通过RF无线通信或者GPRS通信通知检测主机。
3 检测系统的通信设计方案
系统可以采用RF无线通信或者GPRS通信。RF无线通信方式存在以下几个缺点:① 通信距离受发射功率的限制, 如果通信距离太长就需要加大发射功率, 造成电池消耗过快。② 在通信的过程中容易产生误码, 导致通信混乱。③ 信号传输时穿透能力比较差, 抗干扰能力比较差, 建筑物墙体对信号的屏蔽非常严重。使用GPRS通信方式, 在很大程度上避免了RF无线通信的缺点。GPRS的信号强弱取决于移动或联通公司的网络覆盖程度, 因而基本上可以做到无盲点, 并且数据传输准确率高, 几乎可以做到0误码传输。还可以通过短信的方式把系统的实时数据传送给用户, 以使其随时了解现场的情况。但是, 由于GPRS要使用移动或联通公司的通信网络, 故在运行成本上比使用传统的RF无线通信方式要高, 用户可以根据需要来配制检测系统的通信方式。
4 监控主机软件设计方案
软件主要包含以下几个模块:通信与控制模块、数据记录查询模块、用户管理模块。通信模块通过RF无线通信或者GPRS通信完成与移动式气体检测仪的通信, 从各移动式气体检测仪获取数据, 并控制完成与各个移动式气体检测仪组网的过程。数据记录查询模块向用户提供手动录入功能、分类查询功能、报表与数据曲线打印功能。用户管理模块实现对使用该系统的用户的管理, 包括用户及口令的修改、权限的设置, 以提高系统的安全性。
5 结语
移动式气体监控系统解决了检测仪表只能检测单一气体的问题, 且携带方便、安装简单, 适用于多种危险场合, 既可以作为一个监控系统用于大范围的气体检测, 也可以把移动式气体检测仪作为一个单独的复合式多参数便携式仪表来用。