构建油蒸汽监测系统的初探

2018-06-22陈炜林显霖李小松

科学与财富 2018年15期

陈炜林显霖李小松

摘要：后方油库需建立高效可靠的油蒸汽监测系统来对可燃气体进行实时监测，以防止可燃气体发生燃烧和爆炸，进而确保油库系统的安全运行。本文介绍了油蒸汽监测系统的特点、功能，构建了油蒸汽监测系统的总体构架。

关键词：油蒸汽；监测；系统

后方油库是储存、供应和输转石油以及石油产品的专业综合仓库，为保障军队在信息化条件下完成作战任务和执行非战争军事行动起着举足轻重的作用。然而，后方油库在组织油料接收、存储、运输和发放过程中，不可避免地会存在着油气的蒸发损耗，这些气体一旦泄露并积聚在后方油库危险区中，将成为燃烧、爆炸等恶性事故的隐患。因此，利用油气构建有效的安全监测系统对后方油库危险区油气进行实时监测，具有十分重要的现实意义。

一、油蒸汽监测系统特点简介

油蒸汽监测系统应具有的特点如下：

（1）易操作性

系统拥有友好的人机操作界面，可以实现数据和图形的双重显示功能，操作简单、方便易懂，操作人员只需要经过短时间的培训，即可熟练操作。

（2）安全性

后方油库是对安全要求极高的场所，因此本系统需要充分考虑到系统的安全性。在设计过程中，采用必要的安全机制，在设备的选择上，选用达到防爆等级的设备，进而确保后方油库系统的安全。

（3）可靠性

油蒸汽监测系统需要测量和传输准确的数据，运行稳定，出现故障时有相关措施及时进行解决，快速恢复正常运行。另外，应具有较强的抗干扰能力，从而保证系统可靠运行。

（4）可扩性和通用性

系统应具有很好大的可扩性和通用性，系统规模可大可小，可根据需要很方便地增减检测点数目，而无需增加大量地投资，且广泛应用于其他带有可燃气体或液体的场所。

二、油蒸汽监测系统功能简介

本文设计的监测系统的需求进行全面的分析，确定系统所能实现的功能，如图1：

根据后方油库信息化建设规划的要求，所设计的监测系统主要实现以下功能：

（1）油气浓度的实时监测

根据信息化建设规划的要求，本系统应该实现对后方油库危险区油气的实时浓度进行监测，并能够满足采集系统相关的实时动态数据，以曲线的形式显示在用户界面上。

（2）油气浓度报警值设定

本系统能够实现对系统所监测的相关气体浓度报警值进行设定，当相关气体的浓度达到报警值时，发出警报信号，使气体浓度在开始报警到采取相关措施这一段时间内被控制在最低爆炸限度以内。

（3）实时报警及处置功能

当某监测点位置的油气浓度超过设定的报警值时，系统将通过安装在库区内的防爆声光报警器发出警报信号，并在第一时间开启对应监测点的风机进行排风，同时提醒值班人员前往该位置进行相关情况的检查和采取相应措施。

（4）历史数据查看功能

当需要查看过去的某一段时间内的油气浓度数据时，由系统使用人员选择时间间隔，从数据库中提取相应时间段的油气浓度采样值，通过切分窗口显示详细而且丰富的多视图，为用户呈现该时间段的气体体积分数走向。

（5）数据报表功能

系统将实现数据库与报表控件连接，实时显示报表、统计报表、打印报表和查询任何一个时刻的油气浓度。

（6）监测记录打印功能

根据后方油库的实际需要，可以将报警记录按报表表格方式进行打印存档。

三、油蒸汽检测系统的总体构架

本文设计的油蒸汽监测系统，由硬件部分，软件部分以及其他一些辅材组成。其中硬件部分包括红外可燃气体探测器；软件部分则指本文所设计的监测软件；其他的一些辅材包括485集线器，安全栅，备用电源，信号电缆屏蔽线，监控计算机等。系统的组成图如图2：

（1）甲烷气体检测塔探头：传感监测探头不带任何电路，由气室和光纤组成。能够抵抗电磁干扰，并具有本质安全型。

（2）多通道光纤甲烷监测仪：利用光纤传感技术，结合可调谐激光光谱技术和光分多路技术，实现多通道光纤气体监测。利用波长调制光谱技术提取微弱的吸收信号，抑制激光器的噪声，提高了系统检测的灵敏度，实现了低浓度气体的检测可调谐二级管激光吸收谱获得被测气体的特征吸收光谱范围内的吸收谱线，从而对被测气体进行定性分析或定量计算。

（3）配套软件：本系统上位机采用软件和数据库。监控界面模拟灌区实际分布以及探头在灌区周边的实际分布，实时监测由灌区周边传来的甲烷气体浓度，并显示在界面上。对高于一定浓度值的探头数据，以报警显示。所有监测数据存储在数据库中，以便使用人员随时查看。該软件还具有绘制曲线的功能，可以帮助相关人员绘制一天内或者一周、一个月内的浓度曲线图，并打印成报表输出。

（4）UPS备用电源：电源采用的是后备式直流不间断电源。后备式不间断电源的基本功能就是为设备提供高质量的电源，以避免因电网电压和频率的波动，甚至供电中断以及电网中的尖峰等干扰对设备造成的危害。本检测系统釆用了后备式不间断电源，使得系统的可靠性更强。

（一）油蒸汽监测系统的硬件组成

本文选取的是光线甲烷气体传感器，应用在油库现场的光纤甲烷气体传感器主要由四部分组成：光源部分，传感部分，光电转换部分，锁相滤波及信号处理部分。

（1）光源

光源驱动电路，光源温控电路以及DFB激光器共同组成了传感器的光源部分。DFB激光器是一种具有优良选频特性的单纵模激光器，它的谱线窄，功率大，可以通过调整温度和注入电流来粗调和精调其输出光谱的中心波长及光谱宽度。由于甲烷气体在近红外波段的吸收峰波长为1665nm，而在通过实验，发现在甲烷波长附近，对光的吸收最强，因此采用的是中心波长为1653nm的DFB激光器光源。

（2）传感部分。气室设计的主要原则有如下几点：

①光的准直性好，耦合损耗小；

②透气性好；

③防尘防水效果好。

（3）光电转换部分

光电转换部分包括光电探测器与前置放大电路；从气室中出来的光信号包含了微弱的浓度信息，因此，本文中的传感器使用了低噪声，高灵敏度的InGaAsPLN光电二极管作为光电探测器，波长响应的范围1100nm-1900nm，可以满足甲烷气体浓度检测的要求。同时，提高前置放大器的增益，以便于获得大的电压信号。并采用互阻放大器，来提高系统的频率响

（4）锁相滤波和信号处理。

通过锁相放大器，将光电转换后的电信号里倍频信号取出，这个倍频信号就是反应气体浓度的信号，经过AD转换器转换为数字信号，传输到ARM处理器进行数据处理，将处理的结果通过串口，分别在单片机控制显示屏上以及上位机监控界面上显示。

（二）油库监测系统的软件组成

本文的软件系统是在制作好RS485硬件线路和完成跳线后，通过制定好的通信协议，利用Visual Basic6.0自带的MSComm控件实现上位机与下位机的串口通信。该监控系统实现的功能如下：

（1）文件菜单栏：它包括“巡检”，“查看数据”，“查看曲线”的功能。

巡检：即对在油库现场的仪表进行巡检，查看仪表的工作状态，一旦有仪表出现问题，则提示用户。

查看数据：即可以查看任意时间段，任一探头所测得的甲烷气体浓度数据。

查看曲线：即可以查看任何一个探头在任意时间段的甲烷气体浓度曲线。

（2）系统设置菜单栏：它包括“系统初始化”，“参数标定”，“内部标定”三个功能。

系统初始化：即可以实现仪表的添加，删除，修改信息等功能。

参数标定：即可以实现查看仪表的内部波形图；对仪表进行标定；设定报警值等功能。

内部标定：调整仪表内部的温度值和直流值，以及调整仪表的内部波长值。