新疆探空站氫氣泄漏監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施

張春雷，劉 濤，張晨亮

新疆氣象技術(shù)裝備保障中心，新疆烏魯木齊 830002

0 引言

經(jīng)過近些年的發(fā)展，新疆氣象部門已初步建立起一套較為完善的氣象觀測網(wǎng)絡(luò)。目前全區(qū)有14 個(gè)L 波段探空雷達(dá)站，配備有13 部水電解制氫設(shè)備，水電解制氫設(shè)備是氣象高空探測業(yè)務(wù)制取氫氣的主要手段。我區(qū)投入業(yè)務(wù)運(yùn)行的水電解制氫設(shè)備通過多年的運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，制氫設(shè)備的氫氣分離器、電解液循環(huán)、氣體排空、壓力平衡等系統(tǒng)連接處及氫氣輸送管線泄露氫氣的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。氫氣是無色無味的易燃易爆氣體，看不見，摸不著，若不能及時(shí)檢測發(fā)現(xiàn)排除氫氣泄漏點(diǎn)，存在安全隱患，將造成人身及財(cái)產(chǎn)損失。

雖然水電解制氫設(shè)備安裝有壓力、溫度等報(bào)警裝置，但對(duì)氫氣泄漏定期維護(hù)時(shí)需要進(jìn)行人工檢測，不能做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)排除泄漏點(diǎn)。為確保制氫用氫安全，需要在制氫室、充球室、儲(chǔ)氫室安裝氫氣泄漏測報(bào)儀。

氫氣泄漏測報(bào)儀能夠自動(dòng)檢測空氣中氫氣的含量，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警，提醒操作人員及時(shí)檢查排除氫氣泄漏點(diǎn)，保證制氫用氫安全，減少人身財(cái)產(chǎn)損失。

隨著氣象業(yè)務(wù)的發(fā)展，全疆氣象觀測技術(shù)保障體系建設(shè)和技術(shù)保障手段以及效率要與氣象監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)速度及需求相適應(yīng)，特別是某些水電解制氫設(shè)備建在辦公區(qū)域或離住宅區(qū)較近的地方，制氫業(yè)務(wù)安全監(jiān)測工作就顯得尤為重要。因此，開展全區(qū)氫氣泄漏監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)建設(shè)是十分必要的。

1 系統(tǒng)需求

目前，全區(qū)探空站氫氣泄漏監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)的基本需求為：通過氫氣測報(bào)儀和終端軟件對(duì)氫氣流速的監(jiān)測實(shí)現(xiàn)全疆探空站氫氣泄露檢測報(bào)警功能。

當(dāng)制氫站氫氣泄漏時(shí)，臺(tái)站安防聯(lián)控主機(jī)將持續(xù)發(fā)出蜂鳴聲，并自動(dòng)以手機(jī)短信的方式將報(bào)警信息發(fā)送到指定手機(jī)上。系統(tǒng)中心端氫氣泄漏監(jiān)測報(bào)警功能頁面上，站點(diǎn)圖標(biāo)變成紅色報(bào)警狀態(tài)，同時(shí)顯示氫氣泄露動(dòng)畫圖標(biāo)。

通過該功能，便于業(yè)務(wù)管理人員、技術(shù)保障人員、制氫人員實(shí)時(shí)瀏覽全疆制氫站制氫、用氫情況，制氫安全生產(chǎn)監(jiān)測技術(shù)手段得到大幅提升。

2 總體設(shè)計(jì)

2.1 建設(shè)目標(biāo)與思路

本系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)是：一、氫氣泄漏時(shí)，臺(tái)站安防聯(lián)控主機(jī)將持續(xù)發(fā)出蜂鳴聲，并自動(dòng)以手機(jī)短信的方式將報(bào)警信息發(fā)送到指定手機(jī)上；二、搭建中心端管理平臺(tái)，便于業(yè)務(wù)管理人員、技術(shù)保障人員、制氫人員實(shí)時(shí)瀏覽全區(qū)制氫站制氫、用氫情況。

2.2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了滿足我區(qū)各級(jí)氣象部門對(duì)探空站氫氣泄漏監(jiān)測報(bào)警需求，該系統(tǒng)應(yīng)采用三級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：各個(gè)氣象站為一級(jí)網(wǎng)絡(luò)，各地市氣象局為二級(jí)網(wǎng)絡(luò)，自治區(qū)氣象局管理中心端為三級(jí)網(wǎng)絡(luò)。

圖1 氫氣泄漏監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖

自治區(qū)級(jí)：自治區(qū)級(jí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和建設(shè)重點(diǎn)為中心端管理平臺(tái)的搭建、系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全區(qū)探空站氫氣泄漏監(jiān)測報(bào)警信息資料的在線調(diào)用。

地市級(jí)：地市級(jí)用戶通過B/S 方式直接登錄區(qū)局中心服務(wù)器，對(duì)本地市所轄臺(tái)站進(jìn)行管理、監(jiān)督。

臺(tái)站級(jí)：臺(tái)站級(jí)氫氣泄漏監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)側(cè)重于系統(tǒng)的前端采集單元、氫氣泄露監(jiān)測單元建設(shè)，主要任務(wù)是氫氣泄露檢測單元的正常運(yùn)行。

2.3 總體功能設(shè)計(jì)

氫氣泄漏監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)從功能上進(jìn)行劃分，可分為硬件系統(tǒng)功能和軟件系統(tǒng)功能兩部分。

2.3.1 硬件系統(tǒng)功能

氫氣泄漏監(jiān)測報(bào)警硬件系統(tǒng)功能包括：制氫主機(jī)室氫氣泄露報(bào)警、儲(chǔ)氫室氫氣泄露報(bào)警、充氣室氫氣泄露報(bào)警、信息流存儲(chǔ)、防雷設(shè)計(jì)等。其中：信息流存儲(chǔ)功能實(shí)現(xiàn)報(bào)警信息的存儲(chǔ)。防雷設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)信號(hào)線路防雷與電源線路防雷功能。

2.3.2 軟件系統(tǒng)功能

根據(jù)氫氣泄漏監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)三級(jí)體系架構(gòu)設(shè)計(jì)模式，中心端管理平臺(tái)主要通過接收氫氣測報(bào)儀信號(hào)和終端軟件對(duì)氫氣流速的監(jiān)測實(shí)現(xiàn)探空站氫氣泄露報(bào)警、用戶及角色管理、GIS 管理、設(shè)備管理、自動(dòng)對(duì)時(shí)、“心跳”檢測、視頻流遠(yuǎn)程管理以及日志管理等功能。

軟件系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境：氫氣泄漏監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)編程環(huán)境采用Microsoft Visual Studio 2010，數(shù)據(jù)庫環(huán)境采用Microsoft SQL Server 2008。

監(jiān)測功能：實(shí)現(xiàn)氫氣檢測傳感器接入，并可實(shí)現(xiàn)氫氣泄露自動(dòng)報(bào)警功能。

管理功能：具有對(duì)各級(jí)系統(tǒng)管理員、操作員賬號(hào)、密碼和操作控制權(quán)限靈活管理的功能。

其它功能：實(shí)現(xiàn)用戶多級(jí)遠(yuǎn)程訪問和管理功能；“心跳”信息檢測功能；時(shí)間同步功能；電子地圖功能；可連接報(bào)警設(shè)備，如紅外探頭、警燈等；并可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警功能、遠(yuǎn)程報(bào)警及報(bào)警開關(guān)的功能。

2.3.3 網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)

目前，新疆氣象局內(nèi)網(wǎng)帶寬為6Mb/s 左右，氫氣泄漏監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)默認(rèn)占用帶寬為512kb/s（最小可調(diào)整為300Kb/s左右），若增加攝像監(jiān)控功能，其占用帶寬約為700Kb/s 左右。所以，氫氣泄漏監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)可以直接利用新疆氣象局內(nèi)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，不會(huì)影響正常的氣象業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)帶寬。

3 結(jié)論

新疆探空站氫氣泄漏監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)的建設(shè)，將切實(shí)加強(qiáng)全疆探空站制氫業(yè)務(wù)的監(jiān)測力度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)探空站制氫機(jī)、儲(chǔ)氣罐存在的安全隱患，有效保障全疆探空站制氫業(yè)務(wù)系統(tǒng)的安全運(yùn)行，為新疆氣象事業(yè)的快速發(fā)展保駕護(hù)航。

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