电子气体

2024-10-27

电子气体（共6篇）

电子气体篇1

摘要：设计了3种可用称重方案, 并以西门子SIWAREX称重集成技术为重点详细介绍了各种方案的优、缺点。比较得知, SIWAREX称重技术完美集成在西门子自动化控制系统中, 实现了高精度、高速的自动化称重控制, 能够使得生产效率提高, 成本降低。

关键词：称重,西门子,PCS7,SIWAREX

电子气体是指在半导体和其他电子产品生产过程中所用到的高纯度气体, 与传统的工业气体相比, 电子气体在纯净度方面要求极高, 所以也称为电子特种气体。电子气体广泛应用于电子、太阳能电池、移动通信、汽车导航、车载音像系统、航空航天以及军事工业等诸多领域。将电子气体充装至钢瓶中是电子气体生产的最后一道工序, 充装工序除产品纯度外最重要的质量控制点就是重量。电子气体生产DCS系统采用的是西门子PCS7系统, 要实现电子气体充装自动化, 关键在于如何对钢瓶重量进行准确的称量并采集到PCS7系统中以便进行后续自动控制。笔者通过咨询基本了解了称重行业现有的状况, 选用PCS7系统中的S7-400H系列PLC作为主控器件, 原有宏利HL6E称重传感器为称重信号采集转换器, 设计了3套称重方案以实现PCS7系统对称重数据的采集。

1 称重传感器简介 (1)

称重传感器是称重系统的基础, 它是一种考虑了使用地的重力加速度与空气浮力影响之后, 通过把被测量质量转化为另外一种被测量 (输出) 来测量质量的力传感器, 一般由敏感元件、变换元件及测量元件等几部分组成, 有时还需加辅助电源。

敏感元件是直接感受被测量 (质量) 并输出与被测量功能有确定关系的其他量的元件。如电阻应变式称重传感器的弹性体, 是将被测物体的质量转变为形变;电容式称量传感器的弹性体将被测的质量转变为位移。

变换元件又称传感元件, 是将敏感元件的输出转变为便于测量的信号。如电阻应变式称重传感器的电阻应变计 (或称电阻应变片) , 将弹性体的形变转换为电阻量的变化;电容式称重传感器的电容器, 将弹性体的位移转变为电容量的变化。有时某些元件兼有敏感元件和变化元件两者的功能。如压电式称重传感器的压电材料在外载荷的作用下, 在发生形变的同时输出电量。

测量元件 (测量电路) 将变换元件的输出转变为电信号, 为进一步传输、处理、显示、记录或控制提供方便。如电阻应变式称重传感器中的电桥电路, 压电称重传感器的电荷前置放大器。

辅助电源为传感器的电信号输出提供能量。一般称重传感器均需要外接电源才能工作。因此, 作为一个产品必须标明供电的要求, 但不作为称重传感器的组成部分。有些传感器, 如磁电式速度传感器, 由于它输出的能量较大, 故不需要辅助电源也能正常工作。所以并非所有传感器都需要有辅助电源。

称重传感器的种类较多, 但根据工作原理来分, 主要有电阻应变式、电容式、差动变动器式、压磁式、压电式、振频式以及陀螺式等。

宏利公司生产的HL6E称重传感器是一种电阻应变式传感器, 传感器的弹性体 (弹性元件, 敏感梁) 在外力作用下产生弹性变形, 使粘贴在其表面的电阻应变片 (转换元件) 也随之产生变形, 电阻应变片变形后其阻值将发生变化 (增大或减小) , 再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号, 从而完成了将外力变换为电信号的过程, 通过相应的测量仪表检测出这个与外加重量成一定比例关系的电量, 从而测出质量。宏利HL6E称重传感器材料为不锈钢, 防护等级IP68, 量程范围100~350kg, 额定输出2.0 m V/V±0.25%, 推荐工作电压5~12 V (DC) , 工作温度范围-20~60℃。

2 称重方案

2.1 传统称重方案

电子秤是最传统最常用的称量钢瓶的计量衡器。电子秤工作原理为通过称重传感器采集到被测物体的重量并将其转换成电压信号, 输出电压信号通常很小, 需要通过前端信号处理电路进行准确的线性放大, 放大后的模拟电压信号经A/D转换电路转换成数字量被送入到主控电路的单片机中, 再经过单片机控制译码显示器, 从而显示出被测物体的重量, 同时输出4~20m A信号, 经电缆传至PCS7系统中, 如图1所示。

电子秤具有现场称量精度高、装机体积小、应用范围广、易于操作使用及造价便宜等优点, 适用于一些以现场显示重量为准、操作室显示要求不高的场合。电子秤的缺点在于PCS7系统接收信号之前已经过两次A/D、D/A转换, 存在一定误差, 这对称重结果要求很精确的电子气体充装系统来说是不可接受的。

2.2 总线式称重仪表方案

总线式称重仪表方案采用的是意大利LAUMAS-TLB称重仪表, 系统工作原理为由TLB称重仪表接收处理称重信号, 处理过程同普通称重仪表基本相同, 不同之处在于单片机处理后信号不再进行D/A转换, 而是直接以数字信号的形式, 通过可选的PROFIBUS DP及PROFINET等通信协议将信号直接传送到PCS7系统中, 测量结果精确, 现场显示由TLB称重仪表本身完成, 具体配置如图2所示。

TLB称重仪表特点为:每个TLB称重仪表可以接收处理一路称重信号, 高精度达万分之一;本身带现场显示和按键标定, 导轨式安装, 占用空间小;有PROFIBUS DP及PROFINET等多种通信协议可供选择;现场与操作室显示均比较精确, 价格适中, 但清零、除皮等操作必须在现场进行, 不能满足自动充装系统的需求。

2.3 西门子称重系统集成方案

西门子称重集成方案如图3所示, 由于钢瓶称重属于静态称重, 精度要求不是特别高, 故选择能与西门子控制器完美集成的SIWAREX_U称重模块。称重传感器的重量信号直接传送给SI-WAREX_U称重模块, 将重量模拟信号转换成实际重量值。

2.3.1 SIWAREX_U称重模块

SIWAREX_U是一种用于各种简单的称重和力的测量任务的多功能称重模块, 一种直接在SI-MATIC S7 300或通过ET 200M连接到外围设备的功能模块 (FM) , 主要任务就是测量传感器电压并将这个测量结果转换为重量值, 它与称重仪表相比具有以下显著优点:

a.S7统一的设计技术和通过SIMATIC S7中的兼容通信;

b.与SIMATC管理器统一的组态;

c.在ET 200M (PROFIBUS, PROFINET) 中, 作为分布式I/O使用;

d.重量和力的测量, 分辨率高达16位;

e.精度高达0.05%;

f.测量速度高达50 Hz;

g.限位值的监视;

h.灵活地适用于SIMATIC控制中不同的需要;

i.SIWATOOL_U程序通过RS232端口对秤进行简单的设定;

j.在没有标定砝码的情况下可以进行理论标定;

k.换新的模块, 无需重新校秤;

l.本身具有防爆2区的ATEX防爆认证;

m.本质安全称重传感器, 可用于防爆区域1 (可选用SIWAREX_IS) ;

n.集成于SIMATIC S7中的自诊断功能。

2.3.2 称重系统

西门子SIWAREX_U双模块集成于ET-200M系统中, 由SIWAREX_U模块接收处理称重信号, 通过ET-200M走PROFIBUS DP协议将信号传送到PCS7系统当中, 现场显示部分由TTY现场显示表完成。称重模块采用双通道SIWAREX_U模块, 可以通过一个20针前连接器连接两路模拟量称重传感器信号。每个SIWAREX_U有两个串行接口。TTY接口用来连接数字远程显示器, 若双通道模块连接一只TTY显示表, 则TTY显示表只能即时的显示一路称重数据, 两路称重信号交替的显示, 也可以将两块TTY显示表串联起来同时显示两路称重信号。此外, TTY显示表与SI-WAREX_U模块的距离不能超过30m, 过长的传输距离可能造成显示数据的不准确或无法显示。RS 232接口用于SIWAREX_U与PC的通信, 利用RS 232接口将两者通信上后, 就可利用随称重模块配置的SIWATOOL软件对秤进行调零、标定和参数设置等操作, 称重系统如图4所示。

通过对模块进行组态编程可方便地对秤进行调零、标定以及除皮等操作。如图5所示在组态运行画面上即可方便地进行调零、除皮等操作, 每次充装开始之前调零, 可根据需要选择是否在放上钢瓶后进行除皮操作, 后设定好钢瓶重量即可开始充装, 根据钢瓶重量自动控制电磁阀开关。

西门子称重系统集成化解决方案的优点在于:称重模块直接集成在PCS7系统中, 结构紧凑;标准导轨安装, 安装和更换方便;与PCS7系统之间无需额外的通信接口;传输速度高;称重信号与西门子CPU之间采用数字量传输, 精度高;支持扩展各种西门子功能模块, 实现强大的控制和通信功能;具有与SIMATIC统一的编程组态平台;通过编程组态可以方便的对秤进行调零、标定及参数设置等操作。

3 结束语

将3种方案进行比较可知, 西门子称重系统集成化方案将SIWAREX称重功能与SIMATIC强大的自动控制、通信和可编程能力融合在一起, 减少了称重信号转换和传递过程中的精度损失和滞后, 大大提高了数据实时性和称重控制精度, 充分利用了SIMATIC的可扩展和集成性能, 降低了系统的扩展成本, 具有较高的灵活性。实际应用经验证明西门子称重系统集成化方案大大提高了电子气体充装的称重和控制的自动化水平, 是实现工业称重与控制系统相结合最理想的选择。

电子气体篇2

关键词：电子鼻,医用气体监测,传感器,模式识别,数据库

0 引言

医院供气系统由气体机房到各科室病房的终端组成,分布在系统中的各个角落,起着重要的生命支持作用。医用气源也成为医疗系统中的核心部分。现代医院往往采取集中供气系统。科学有效的医用气源储备与管理是医疗救治及战争保障的重要物质基础,对于减少灾害事故、保障战斗效能具有重要作用[1]。

医院物资中存在着易燃、易挥发的物质,与此同时,很多物品对于存储条件有着特殊要求,单纯凭借人工管理耗时耗力。据研究发现,当出现燃烧、霉变、包装破损等现象时,空气中均会出现特征气体、药物气溶胶及粉尘。特征监测成为避免危险进一步发展的重要依据。

目前,医院气体储备及管理面临着存储物品种类繁多、人员紧张、存储空间有限等问题。因此,在物资的存储过程中,需要开发自动化监测系统,密切关注存储环境中气体的体积分数变化,以防火灾。同时对存储的耗材及药品质量能够进行质量控制,监测其有效时间,及时进行替换更新。

借助于传感器矩阵电子鼻技术,不仅可以同时监测多种特征气体,而且可以实现气体连续采集与识别,对于特殊应用环境下的气体监测具有识别率高、连续性好等优点。鉴于此,本文研制了基于电子鼻技术的泄漏医用气体监测系统,现报道如下。

1 系统设计

1.1 设计要求

该系统需要监测环境内气体状态的变化,还应具有监测环境内潜在危险的报警能力。需要监测的项目如下:

(1)霉变。当仓储环境局部湿度升高时,仓储的被装、织物等易发生霉变,霉菌可产生黄曲霉毒素、单端子孢霉毒素等物质,弥漫于空气中,通过实时监测这些菌落标志物,便于及时排查曲霉、青霉[1,2,3,4]以及交链孢霉等半寄生菌;同时甲烷、硫化氢等也可作为霉菌滋生的辅助监测气体。

(2)挥发性气溶胶物质。该类物质主要有乙醇等。当仓库内发生该类物质泄漏时,局部富集易发生燃烧等事故,需要及时发现[5]。

(3)固体粉尘监测。凡呈现细粉状态的固体粉尘都称为粉尘,能燃烧和爆炸的粉尘称为可燃粉尘,医疗行为中浮在空气中的粉尘叫做悬浮粉尘[6]。

(4)可燃气体监测。可燃气体主要包含一氧化碳、甲烷、乙烷、乙炔、丙烷、丁烯、丁烷、丙炔、丁炔、乙烯、丙烯、硫化氢、磷化氢等。

(5)温湿度监测。仓库环境内温湿度过高,易于发生霉变、火灾等事故。温湿度监测主要通过温度传感器以及湿度感应器实现。

1.2 系统组成

该系统由气体传感器阵列、信号预处理单元及模式识别单元组成(如图1所示)。气体传感器阵列由具有广谱响应特性、较大的交叉灵敏度以及对不同气体有不同灵敏度的气敏传感器元件组成。工作时气敏元件对接触的气体能产生响应并产生一定的响应模式[7],经信号转换后发往信号预处理单元,对传感器的响应模式进行预加工,以达到漂移补偿、信息压缩和减少信号起伏的目的,完成特征提取的任务[8,9]。模式识别单元对信号预处理单元所发出的信号做进一步的处理,完成对气体信号定性和定量的识别(包括数据处理分析器、智能解释器和知识库)。最终,通过操作界面响应用户请求。

1.气敏传感器;2.模数转换接口;3.数据转换接口;4.OEM传感器;5.信号预处理单元;6.生成器;7.用户交互接口;8.知识库;9.操作界面

1.2.1 传感器设计

系统传感器采用多种传感器组成传感器矩阵,针对不同气体产生信号矩阵,根据这些电信号强弱可获得与待测气体特异性较高的传感器,从而建立传感器矩阵与气体类别的对应关系。

传感器系统由采样系统、转换器及输入输出系统组成。采样系统的主要功能是将被测样品顶部的挥发混合物引入泄漏医用气体监测系统(或密闭容器中)。采用固体吸附剂吸附-热解吸气体浓缩法将气体浓缩后由通气管路导入传感器阵列。传感器采用德国AIRSENSE公司的PEN2便携式电子鼻传感器阵列(详见表1)以及smart GAS公司出品的红外监测气体传感器组。

1.2.2 信号预处理

为实现监测气体的定性或定量分析,该系统采用噪声消除、特征提取、信号放大等环节,对传感器原始采集数据进行处理,从而减少误差,简化模型。

采用AT89S52单片机设计数据采集系统,单片机电路由复位电路、振荡电路组成。单片机通过传感器组进行信号采集[10],采集信号经过信息处理系统进行采集、预处理[3,10,11]。

为了方便后续数据处理和在一定程度上排除外部条件及传感器本身所引起的误差,对传感器阵列采集的原始数据进行去基准、平滑滤波,并进行归一化的预处理。随后将采集的数据通过相对差分法进行有效参数筛查,将数据去除奇点后校正,采用曲线拟合算法进行拟合分析。

1.2.3 模式识别

该系统的模式识别包括关联分析、降维、识别等过程。通过关联分析,分别确定气体对应的特征响应谱矩阵,从而可根据响应谱信息获得气体种类、体积分数等信息。采用多维数据分析,无疑将大大提高系统识别难度,故该系统采用主成分分析法实施降维,将气体传感器控制为19种与监控气体关联性较高的传感器组件,并通过构建神经网络实现识别过程。识别过程采用Matlab R2012a软件构建BP(back propagation)神经网络系统分类器实现信号分离。如图2所示,识别过程由3层BP神经网络实现分类,将19种传感器输入信号作为信号处理输入层(层数为19),输出层层数为1(分别采用-1~+1连续值标志输出结果)。通过测试,将隐蔽层层数选为6。

2 系统测试

系统测试在密闭气体室(34 cm×26 cm×37 cm)进行,分别采用定量瓶装气体进行测试。试验按照如下步骤进行:(1)如图3所示,布置实验环境;(2)连接气源并控制通气;(3)待气室气压稳定,3 min后记录传感器读数;(4)气室换气。

每种气体分别独立测试5次后,统计数据并绘制雷达图,如图4所示。氢气、氨气传感器组线性度较高,分别与W6S、SM-NHL传感器线性相关,能够满足监测需求;部分烷烃类物质(例如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷)以及一氧化氮、苯、硫化氢、一氧化碳、二氧化碳气体分别与2种以上传感器具有相关性。其中,一氧化氮气体体积分数与SM-F22、W5S、SM-NHL、W1W传感器测量数值相关性较大;苯与W1C、W3C传感器测量数值相关性较大;丙烷与SM-PAL、W5C传感器测量数值相关性较大;硫化氢与W2W、W1W传感器测量数值相关性较大;一氧化碳与SM-AYL、W2S传感器测量数值相关性较大;乙烷与SM-AYL、W5C传感器测量数值相关性较大;氨气与SM-NHL传感器测量数值相关性较大;丁烷与SM-BUL、W5C传感器测量数值相关性较大;乙烯与SM-EYL、W5C传感器测量数值相关性较大;二氧化碳与SM-CDM、W5S传感器测量数值相关性较大。通过多种传感器联合测试实现对应气体的鉴别[12,13,14],对于医用战备库内明火、油料挥发、物资霉变、部分药物泄漏具有潜在的监测能力。

1.分压阀;2.气瓶;3.气室;4.传感器组

在试验中存在由于湿度导致气体监测受到干扰的问题,因此在气溶胶监测前应先进行湿度传感器监测设计,提高监测精度;背景噪声干扰较为特殊,比如货架、机械部件的机油挥发易导致传感器误差,系统气体富集也易导致误差。考虑通风系统气流对于空气监测的影响较大,因此在上风位置安置传感器组。监测药物的状态也对监测结果产生影响,相对而言,固态粉尘较之气性液滴监测精度相对较高。考虑温度变化对气体监测过程的影响,采用比例-积分-微分控制器(proportion integration differentiation,PID)控温方法,调节精度达到0.3%,降低了传感器误差[1]。

3 结语

电子气体篇3

1856年12月18曰,约瑟夫.约輸.汤姆孙(Joseph John Thomson,1856-19 40)诞生于英国曼彻斯特的一个出版商家庭。14岁时,汤姆孙进入欧文斯学院(后改为曼彻斯特大学)读书。他学习刻苦,成绩突出,深受教授们的赞赏,得到司徒华教授的精心指导。1876年,汤姆孙获得剑桥的数学奖金而进入剑桥大学三一学院深造。1880年毕业后留校,在瑞利(J.W.S.Rayleigh,1842-1919)领导下的卡文迪许实验室从事研究工作,很快取得了一系列重大成果。1884年,年仅28岁的汤姆孙被选为皇家学会会员,并接替瑞利,担任了卡文迪许实验室的主任职务。此后,直到1919年卢瑟福(E.Rutherford,1871-1937)接替他为止,领导这个实验室达35年之久。在汤姆孙的组织领导下,卡文迪许实验室成为世界第一流的物理学研究基地,并培养出许多优秀的物理学家,其中有7名后来获得了诺贝尔奖。

汤姆孙在物理学领域有许多重要贡献。例如,1903年,他最早提出了_个原子结构模型—汤姆孙原子模型;1912年,他指出了同位素的存在;在电学理论方面,他在研究电磁波被自由带电粒子散射时,发现了汤姆孙散射,得到了光被自由电子散射的情况下有效截面的表达式,即汤姆孙公式。汤姆孙最杰出的贡献是发现了电子的存在。他因对科学的杰出贡献而获得了极高的荣誉:1906年,他获得诺贝尔物理学奖;1908年,他被封为爵士;自1909年,他几次连任近代物理世界年会主席;1915年他当选为英国皇家学会会长;1918年他担任剑桥大学三一学院院长……直至1940年8月30曰,汤姆孙在剑桥大学去世。他的遗体和牛顿、达尔文、幵尔文等著名学者一起安葬在伦敦中心的威斯敏斯特教堂。

电子气体篇4

压缩气体和液化气体

基于储运和使用方便的需要, 常将气体用降温加压法压缩或液化后储存于钢瓶内。在钢瓶中处于气体状态的称为压缩气体, 处于液体状态的称为液化气体。压缩气体和液化气体属于第2类危险化学品。根据其理化性质, 压缩气体和液化气体可分为三项:易燃气体 (如正丁烷、氢气、乙炔) 、不燃气体 (如氮、二氧化碳、氙) 及有毒气体 (如氯气、二氧化硫、氨气) 。

从近几年的压缩气体和液化气体安全事故可以看出, 不论是发生泄露、火灾或爆炸, 还是造成人员中毒, 其源头有一大部分是因为钢瓶漏气, 因此, 我们把储运及使用过程中的钢瓶作为压缩气体和液化气体安全储运的关键控制点, 并找到储运及使用环节可能发生事故的关键点, 逐个考虑可以采取的预防措施, 并对其进行改进和监控, 制定纠正措施。

在运输过程中, 不合格的运输车辆、运输人员的错误操作及相关知识的缺乏可能导致气体泄露, 而钢瓶的质量和摆放也可能导致气体的泄露。气体泄露后, 如若不能及时采取相应措施, 也可能会导致不可挽回的事故。为了防止气体在储存期间发生泄露以及泄露后可能导致的火灾、爆炸等伤害性事故, 这就要求对仓库的硬件基础及相关人员进行严格的管理。因此, 我们认为, 以钢瓶为关键控制点的压缩气体和液化气体的运输、储存以及使用过程中, 对安全管理起到关键作用的因素有硬件基础、相关人员以及应急措施等。下文中我们分别就这几个因素进行分析。

硬件基础

由于压缩气体和液化气体都要在特定的条件下储运及使用, 因此对专用钢瓶质量的要求非常高。

为了便于区分钢瓶中所灌装的气体, 企业须严格使用国家有关部门统一规定的钢瓶的标志, 包括钢瓶的外表面颜色、所用字样和字样颜色等, 如氧气瓶的外表面为天蓝色, 并标有黑色的“氧”字样;氢气瓶外表面为深绿色, 标有红色的“氢”字样和红色的横条;盛放压缩空气的钢瓶外表面为黑色, 标有白色的“压缩气体”字样。

在运输之前、入库储存前以及储存与使用过程中, 要定期检查钢瓶上的漆色及标志与各种单据上的品名是否相符, 包装、标志、防震胶圈是否齐备, 安全帽是否完整、拧紧, 瓶壁是否有腐蚀、损坏、凹陷、鼓泡和伤痕等, 钢瓶是否有“咝咝”漏气声, 是否有强烈刺激性臭味或异味。此外, 还要检查钢瓶钢印标志的有效期。

钢瓶专用的运输车辆要安装有橡胶垫, 配有防火栓, 同时罐体下还要有防火沙。槽车需设置有安全阀、安全起跳设备, 这样可以保证达到一定压力时起跳, 以防罐体破裂。在运输过程中必须要戴好钢瓶上的安全帽。钢瓶一般应平放, 并应将瓶阀端朝向同一方向, 不可交叉;高度不得超过五层且不得超过车辆的防护拦板, 并用三角木垫卡牢, 防止滚动。

钢瓶的贮存要遵守国家危险品贮存法规, 其专用仓库要符合《建筑设计防火规范》的要求, 必须配备具有专业知识的技术人员, 其库房和场所应设专人管理, 配备可靠的适用气体性质的防毒用品、急救药剂和适量灭火器材, 并设置“危险”、“严禁烟火”的标志。仓库内不得有地沟、暗道, 严禁一切明火和热源, 严禁使用易产生火花的机械设备和工具。库内应阴凉通风, 温度不宜超过30C°, 保证钢瓶瓶体的干燥, 同时应使钢瓶远离热源、火种, 避免阳光直射, 严禁受热。库内的照明、通风等设施应采用防爆型, 开关设在仓外。库房周围不堆放任何可燃材料。

仓库内的钢瓶存放数量应符合有关安全规定。因有些气体相互接触后会发生化学反应引起爆炸。因此, 应将内容物性质相互抵触的气瓶进行分库储存, 如氢气钢瓶与液氯钢瓶、氢气瓶与氧气瓶、液氯钢瓶与液氨钢瓶等, 均不得同库混放。易燃气体不得与其他种类化学危险物品共同储存, 且在盛放助燃气体钢瓶的库房内, 不得存在油脂等容易使泄露气体发生火灾的物质。此外, 存放有毒气体钢瓶的仓库应增加局部通风。

储存过程中, 气瓶应直立放置整齐, 用框架或栅栏围护固定以防倾倒, 并留出通道。同时, 钢瓶应当远离热源、腐蚀性材料和潜在的冲击;在使用过程中, 钢瓶的压力表和减压阀 (特别是气门嘴和减压阀) 上不得沾附有油或其他易燃性有机物, 也不得用棉、麻等物堵住, 以防燃烧引起事故。

电子气体篇5

配置

分类

1.按安装法方式分为固定式、移动式及便携式可燃及有毒气体报警器。

2.按检测气体分为可燃气体检测仪、有毒气体检测仪及氧气检测仪。

3.按被测气体采取方式分为扩散式检测仪和泵吸式检测仪。

配置要求

GB50493—2009《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》中要求, 在生产或使用可燃气体及有毒气体的工艺装置和储运设施 (包括甲类气体和液化烃、甲B、乙A类液体的储罐区、装卸设施、灌装站等) 的区域内, 对可能发生可燃气体和/或有毒气体的泄漏进行监测时, 应设置可燃气体检 (探) 测器和有毒气体检 (探) 测器。具体要求如下:可燃气体或其中含有毒气体泄漏时, 可燃气体浓度可能达到25%LEL (爆炸下限, Lower Explosion Limited) , 但有毒气体不能达到最高容许浓度时, 应设置可燃气体检 (探) 测器;有毒气体或其中含有可燃气体泄漏时, 有毒气体浓度可能达到最高容许浓度, 但可燃气体浓度不能达到25%LEL时, 应设置有毒气体检 (探) 测器;可燃气体与有毒气体同时存在的场所, 可燃气体浓度可能达到25%LEL, 有毒气体的浓度也可能达到最高容许浓度时, 应分别设置可燃气体和有毒气体检 (探) 测器;同一种气体, 既属可燃气体又属有毒气体时, 应只设置有毒气体检 (探) 测器。

SY 6503-2008《石油天然气工程可燃气体检测报警系统安全技术规范》中规定:可能积聚可燃气体的石油天然气站场和石油天然气储运设施, 应按本标准设置可燃气体检测报警系统;石油天然气工程中的油气计量站、集气站、油气输送管道线路截断阀室、边缘地区无人值守的功能简单的小型石油天然气站场 (除甲A类之外) , 可不设固定式可燃气体报警系统, 但应为巡检人员配置便携式可燃气体检测报警器;按本标准规定设置可燃气体检测报警系统的场所, 应采用固定式可燃气体检测报警器, 并宜适量配置便携式可燃气体检测报警器。

随着安全生产投入的增加, 便携式报警器配置量也在逐年增加。虽然没有相关法规标准对石油石化行业便携式报警器的配置进行具体的要求, 但企业应主动将其管理工作做细做实, 使其发挥最大的安全效益。

选型

报警器的选型应根据检测气体的性质来确定。烃类可燃气体可选用催化燃烧型或红外气体检 (探) 测器;当使用场所的空气中含有能使催化燃烧型检测元件中毒的介质时, 应选用抗毒性催化燃烧型检 (探) 测器;在缺氧或高腐蚀性等场所, 宜选用红外气体检 (探) 测器;氢气检测可选用催化燃烧型、电化学型、热传导型或半导体型检 (探) 测器;检测组分单一的可燃气体, 宜选用热传导型检 (探) 测器;硫化氢、氯气、氨气、丙烯腈气体、一氧化碳气体可选用电化学型或半导体型检 (探) 测器;苯气体可选用半导体型或光致电离型检 (探) 测器。在考虑检测气体的同时, 还应根据可燃气体和有毒气体报警器传感器的特点和寿命进行选型。各种可燃气体和有毒气体探测的性能特点和使用寿命详见表1。

检定和维护

可燃气体和有毒气体报警器在使用中会出现误报警、不报警或者延长报警响应时间等故障, 如果出现上述故障, 那么报警器就行同虚设, 埋下更大的安全隐患。因此固定式报警器的维护单位应强化报警器的日常管理和检定管理。

维护

可燃气体检测报警器的管理应由专人负责, 并要经过专门培训, 负责日常检查和维护, 应对报警器系统进行定期检查, 做好检查记录。《石油天然气工程可燃气体检测报警系统安全技术规范》要求:

1.每周应对报警器自检系统试验1次, 检查指示系统的运行状况。

2.每2周进行1次外观检查, 检查项目包括:连接部位、可动部件、显示部位和控制旋钮, 故障灯, 检测器防爆密封件和紧固件, 检测器部件是否堵塞, 检测器防水罩, 现场报警器。

3.如果是安装在高处的检测器, 检查周期可适当延长, 但应保证正常运行。

以上要求适用于上游的生产企业。

GB50493—2009《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》中没有对适用于下游的炼化企业可燃气体和有毒气体报警系统的维护工作提出具体要求, 但中国石化出版社出版的《石油化工设备维护检修规程, 第7册仪表》中进行了具体的要求:

1.定期检查指示、报警系统是否正常。

2.每月检查1次零点。

3.每3个月标定1次量程。

4.应经常检查检测器防雨罩, 防止意外进水, 检测元件浸水受潮后, 将影响其性能。

5.检测器的检测元件长期使用, 其灵敏度可能有所下降。在标定量程时, 经调整指示, 若达不到要求, 如此时无其他异常情况, 则说明检测器需要更换新的检测元件。

由于便携式自身的使用特点, 使其使用和维护方面的管理都不如固定式报警器完善, 目前便携式报警器都是分散管理, 不是由专门的个人负责管理, 无法确保仪器规定的充放电时间和调校周期, 致使便携仪的完好率极低。使用时往往按照使用说明进行操作, 发现故障就直接贴上禁用签, 禁止使用。但使用人员很难发现显示数据存在的偏差, 而且便携式报警器往往被用于“动火作业”“受限空间作业”中可燃气体和有毒气体的动态监测, 如果出现显示数据偏差, 那么就不是在减少安全隐患, 而是增加了安全隐患。

检定

JJG693-2004《可燃气体检测报警器检定规程》中规定:非矿井作业环境中使用的便携式和固定式可燃气体检测报警器的检定周期一般不超过1年;仪器经过非正常振动, 或对示值有怀疑时, 以及更换主要元件后, 应随时送检。

笔者在调研中发现, 某企业的2 000多台固定式报警器在每3个月的检定中存在以下问题:声光报警器坏, 变送器坏, 零点漂。具体校验结果汇总见表2。每3个月校正1次, 就会发现2%左右的不合格率, 那么如果是半年或1年才标定1次, 将会有多少报警器处于误差报警或不报警的状态。虽然是很简单的数字, 但确实应引起各企业的重视。

总的说来, 无论是固定式可燃气体报警器还是便携式可燃气体报警器除了国家强制性规定的每年检定1次, 各企业都能完成外, 其他对维护和标定的具体要求就不是每一个企业都能执行了。调研中笔者发现, 目前各企业便携式报警器的配置台数可赶超固定式报警器的台数, 在便携式报警器使用维护制度还不完善的状况下, 便携式报警器配置量的增加是否能真正有效地削减风险, 确实是值得思考的事。

确保可靠性的建议

业内人士一致认为, 不仅要完善现有的可燃气体和有毒气体报警器的维护和标定标准及管理制度, 更要为管理制度的执行创造好的技术条件。

电子气体篇6

随着我国经济的不断发展, 社会城市化进程的不断加速, 城市所面临的不仅仅是发展机遇, 还有日趋复杂的社会结构和外部环境的变化。创建安全保障型城市, 构建安全保障型社会, 是实现我国发展的必然要求。吉林市是全国最大的化工基地之一, 为全国工业建设输送了大批的石油化工产品, 但同时也给城市安全带来了诸多不稳定因素, 化工厂出现泄露、爆炸等事故会严重威胁到城市的安全, 如早在1958-1982年, 曾发生汞泄漏事件, 2005年, 中国石油吉林石化双苯厂硝基苯精馏塔发生爆炸等等。因此为保障城市安全不受到威胁, 需要对化工厂生产厂区进行严格的监测, 以保证生产过程的可靠进行。针对此问题, 本文开发一种基于Zigbee无线传感器网络的化工厂有毒气体与可燃气体智能报警系统, 可实时检测有毒气体与可燃气体的浓度, 并实时上传数据, 以避免重大事故的发生。

2 系统总体结构

有毒气体与可燃气体智能报警终端系统由Zigbee数据采集节点、Zigbee汇聚节点和网关三部分组成, Zigbee数据采集节点和汇聚节点采用美国TI公司生产的CC2530芯片, 网关采用三星公司生产的高性价比Cortex A8处理器S5PV210, 其中数据采集节点负责采集各个监测点的可燃气体和有毒气体的浓度, 汇聚节点用来汇聚各个数据采集节点的数据, 并将其传送给网关, 网关负责将汇聚到的气体浓度信息, 通过WIFI无线网络数据传送给中央控制室。系统网络结构图如图1所示。

3 Zigbee网关设计

网关是Zigbee无线传感器网络中重要的组成部分, 它在整个网络中那个是惟一的, 所有子节点将数据发送到汇聚节点后, 转发给网关, 并由网关进行地址、协议转换后, 发送到局域网或互联网的中央管理系统;反之, 中央管理系统发送的指令也是通过网关进行地址、协议转换, 发送给Zigbee网络中的各个子节点。简而言之, 网关就是Zigbee无线传感器网络与中央管理系统进行数据交换的中转站。

本文采用三星公司生产的高性价比ARM处理器S5PV210作为网关的中央处理器, S5PV210采用了ARM Cortex TM-A8内核, ARM V7指令集, 主频为1GHZ, 采用64/32位内部总线结构, 具有32/32KB的数据/指令一级缓存, 512KB的二级缓存, 可以实现2000DMIPS (每秒运算2亿条指令集) 的高性能运算能力。片内集成USB host和UART等多种外围接口, 极大方便了网关系统的开发, 网关结构图如图2所示。

WIFI网卡芯片采用Marvell公司生产的88W8686芯片, 电路图如图3所示;网关系统电源有3.3V, 1.8V和1.1V三种, 其中1.8V为CPU的内核工作电压, 3.3V为CPU片内外设的工作电压及其他外围设备的工作电压, 1.1V为系统休眠是工作电压;系统采用Nand Flash作为系统的固态存储器, 容量为2G, 采用DDRAM作为系统的内存, 容量为512M。

4 子节点及汇聚节点设计

子节点与汇聚节点都采用TI公司生产的CC2530芯片, 在硬件电路方面, 与汇聚节点不同, 子节点具有气体采集模块。气体采集模块分为有毒气体检测模块与可燃气体检测模块, 分别采用电化学传感器和催化燃烧传感器。电化学传感器分别采用德国Solidsense公司生产的4SO2-20二氧化硫传感器、英国CITY公司生产的NH33E 5000 SE氨气传感器, 分别用于检测空气中的二氧化硫浓度和氨气的浓度。催化燃烧传感器分别选用日本FIGARO公司生产的TGS816、TGS203和TGS825, 分别检测空气中的一氧化碳浓度、甲烷浓度以及硫化氢气体的浓度。

CC2530是美国TI公司开发的用于2.4-GHzIEEE802.15.4、Zig Bee和RF4CE应用的一个真正的片上系统 (So C) 解决方案, 它能够以非常高的性价比建立强大的Zigbee网络节点, CC2530具有领先的RF收发器的优良性能, 片内集成标准的增强型8051CPU, 且片上资源丰富, 内部集成内可编程闪存, 8-KB RAM和许多其它强大的功能。CC2530有四种不同的闪存版本:CC2530F32/64/128/256, 分别具有32/64/128/256KB的闪存, 可根据项目的资源消耗选取相应的型号。此外, CC2530的另一个重要特点是具有超低功耗模式, 可最大限度的节约系统能源, 保证系统具有更长的工作时间。子节点与汇聚节点的电路图如图4所示。

5 结论

针对大型化工企业的安全生产与管理问题, 本文开发一种基于Zigbee无线传感器网络的有毒气体与可燃气体智能报警终端系统, 此系统通过在安全生产区放置多个基于CC2530无线传感器子节点, 通过子节点上的有毒气体检测传感器和可燃气体检测传感器, 实时将厂区内的有毒气体浓度和可燃气体的浓度传送给中央控制中心, 从而保障生产过称安全、可靠、高效的进行, 避免重大泄露事故的发生。如将本项目应用于实际生产过程中, 具有重大的现实意义。

参考文献

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