隧道消防管道保溫控制設備

柴新元

0 引言

北方地區冬季管道防凍一直是困擾工程的一大難題，尤其是北方地區，隧道都分布于山區，消防管道的特殊性，對消防管道的保溫防凍顯得尤其重要，如何使消防管道的保溫控制可靠、穩定、精確、安全運行，對隧道消防安全至關重要。我公司產品在高速隧道的消防管道防凍工程中的應用較好地解決了這個問題，為此類問題的徹底解決嘗試性地開創了一條新的途徑。

管道防凍電伴熱工程，即發熱電纜低溫伴熱系統，是用電能直接轉化為熱能的新型供暖系統。本設備利用先進可靠的RS485通訊技術研究和解決了管道防凍系統電伴熱控制設備的設計、應用的一些技術性問題，使保溫防凍系統自動控制其溫度保持在允許的范圍內，實現了對管道的主動性保溫防凍。

1 傳統電伴熱控制設備的現狀

傳統電伴熱控制設備存在不規范、技術落后、產品參差不齊等問題，本設備將傳統控制系統升級。注重系統的先進性、安全性和可靠性。傳統電伴熱控制有如下幾種控制:

1)大多采用溫控器控制的，只要溫度低于設定溫度，就接通接觸器通電加熱，達到設定上限就停止工作。只滿足基本使用功能，自動化程度低，安全性、可靠性差。溫控器一旦損壞，可能造成加熱不停止工作，很容易造成火災等危險。

2)采用觸摸屏、可編程控制器控制的方式，只是通過補償導線把現場溫度信號引入PLC來進行控制，這樣可能造成溫度傳輸偏差比較大，保護功能不夠完善，控制精度不夠準確，尤其是北方地區和高原地區，一旦發生冰凍，直接導致管道破裂受損，一旦發生火災，不能及時滅火，后果不堪設想。

2 新型電伴熱控制設備工作原理

管道保溫防凍的目的就是補充由于管道外殼內外溫差引起的熱散失。要達到管道防凍保溫的目的，只需要提供給管路損失的熱量，保持管道內流體的熱量平衡，就可維持其溫度基本不變。發熱電纜管道保溫防凍系統就是提供給管路損失的熱量，維持其溫度基本不變，保證管道不受破壞，尤其對消防管道，其一旦受到破壞，安全無法保證。管道電伴熱系統由發熱電纜供電電源系統、管道防冰凍電纜加熱系統和管道電伴熱智能控制報警系統三部分組成。電伴熱智能控制報警系統包括數據采集模塊、溫度傳感器、觸摸屏、PLC、故障蜂鳴報警器及變壓器等電路，以便觀察、控制與調節電伴熱工作情況。工作狀況下，溫度傳感器安置在被加熱的管道上，可隨時測量出其溫度。溫控器根據事先設定好的溫度，與溫度傳感器測出的溫度比較，通過伴熱電纜控制箱內的空氣開關與交流接觸器，及時切斷與接通電源，以達到加熱防凍目的。控制原理框圖見圖1。

圖1 控制原理框圖

本設備為全智能型產品，全圖文觸摸屏顯示并操作，動態檢測管道溫度的工況，曲線記錄參數變化，故障報警可圖文及聲光報警，系統由參數設置，工況監控，運行手冊，操作手冊，運行記錄，注意事項六個頁面完成用戶操作，用戶權限人性化設計，分一般操作，中級操作，高級操作三個等級，有效保障操作安全運行。參數設置可對操作系統進行轉換，包含手動、自動、半自動等功能;工況監控可對電流、電壓、電量、溫度、漏電等進行實時監控和記錄。并通過聲、光報警提示并與消防中控并網。或者將其通過傳輸線異地傳送到總值班室監測事故和運行集中管理。

觸摸屏采用國際著名合資品牌，高亮度，高分辨率，高質量保證，與中央處理模塊單獨架構，實現可靠物理隔離，壁掛及立柜箱體均可適用，中央處理模塊標準導軌安裝，觸摸屏嵌入螺柱頂。

本設備由溫度傳感器、模擬量采集模塊、PLC、觸摸屏、控制電器等組成。溫度傳感器和采集模塊放在現場，避免了長距離傳輸造成的信號誤差，傳統的做法是通過采用熱電耦通過補償導線把信號傳輸回控制室，熱電耦在高溫時精度比較高，熱電阻測量低精度比較高，而本方案是通過RS485通訊技術傳輸信號，不會造成信號的誤差，使控制精度更精確。本設備可實時監測顯示每段管網的溫度。根據溫度傳感器采集管道溫度與控制箱內的觸摸屏設定溫度作比較，不大于觸摸屏設定溫度下限啟動控制箱啟動加熱。不小于觸摸屏設定溫度上限停止加熱。由模擬量采集模塊把現場管道溫度傳感器的信號通過RS485方式傳回PLC控制器，觸摸屏采集PLC控制器信號實時顯示每段管道的溫度，溫度的上下限值可通過觸摸屏來設置，通過和設定值比較后根據不同情況發出聲光報警并控制現場控制箱。本系統經過四年運行一直比較穩定可靠，保證工程的正常運行。本系統具有如下特點:

1)自動化程度高、有手動/自動/半自動兩種控制方式。2)控制精度可達±1%。3)運行可靠，維護方便。4)故障自診斷和自處理功能，對過流、欠壓、過壓、漏電等故障均能自行診斷，并發出報警信號。

3 設備檢查及調試

整個系統安裝完畢要進行全面系統的調試，確保系統正常安全工作。首先檢查所有管道、所有配件均已正確安裝，發熱電纜外觀是否完好無損。其后將全部回路的空氣保護開關斷開，用搖表檢測每個回路并作好記錄。通電前，要測量電源線是否接通，發熱電纜是否接通，檢查電伴熱溫度傳感器是否連接正常，校驗溫度信號是否準確等。通過測試檢查系統啟動是否自如，另外檢查電源箱各開關、顯示燈、報警信號工作是否正常。通電試運行，調節電伴熱工作溫度，3次降低或提高工作溫度，檢查發熱電纜是否正常伴熱。觀察3個伴熱工作周期，記錄每個周期時間。做故障報警實驗即斷路實驗、漏電實驗、高溫低溫實驗，觀察并記錄實驗過程。在寒冷環境溫度下，要觀察電伴熱工作情況及周期。最后，系統測試完畢后填寫調試報告。

4 結語

綜上所述，本隧道消防管道控制設備具有如下優點:

1)智能化高，技術先進。2)安全可靠，反應靈敏。3)溫度均勻，經濟節能。4)安裝方便，無需維護。5)保護環境，實時報警。

［1］ 臺達電子集團.臺達PLC應用技術手冊［M］.北京:中國電力出版社，2003.

［2］ 周建清.PLC應用技術［M］.北京:機械工業出版社，2007.

［3］ 趙俊生，楊懷林，姚年春.電氣控制與PLC技術［M］.北京:機械工業出版社，2007.

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