構(gòu)建油蒸汽監(jiān)測系統(tǒng)的初探

陳煒 林顯霖 李小松

摘要：后方油庫需建立高效可靠的油蒸汽監(jiān)測系統(tǒng)來對可燃氣體進行實時監(jiān)測，以防止可燃氣體發(fā)生燃燒和爆炸，進而確保油庫系統(tǒng)的安全運行。本文介紹了油蒸汽監(jiān)測系統(tǒng)的特點、功能，構(gòu)建了油蒸汽監(jiān)測系統(tǒng)的總體構(gòu)架。

關(guān)鍵詞：油蒸汽；監(jiān)測；系統(tǒng)

后方油庫是儲存、供應(yīng)和輸轉(zhuǎn)石油以及石油產(chǎn)品的專業(yè)綜合倉庫，為保障軍隊在信息化條件下完成作戰(zhàn)任務(wù)和執(zhí)行非戰(zhàn)爭軍事行動起著舉足輕重的作用。然而，后方油庫在組織油料接收、存儲、運輸和發(fā)放過程中，不可避免地會存在著油氣的蒸發(fā)損耗，這些氣體一旦泄露并積聚在后方油庫危險區(qū)中，將成為燃燒、爆炸等惡性事故的隱患。因此，利用油氣構(gòu)建有效的安全監(jiān)測系統(tǒng)對后方油庫危險區(qū)油氣進行實時監(jiān)測，具有十分重要的現(xiàn)實意義。

一、油蒸汽監(jiān)測系統(tǒng)特點簡介

油蒸汽監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)具有的特點如下：

（1）易操作性

系統(tǒng)擁有友好的人機操作界面，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)和圖形的雙重顯示功能，操作簡單、方便易懂，操作人員只需要經(jīng)過短時間的培訓(xùn)，即可熟練操作。

（2）安全性

后方油庫是對安全要求極高的場所，因此本系統(tǒng)需要充分考慮到系統(tǒng)的安全性。在設(shè)計過程中，采用必要的安全機制，在設(shè)備的選擇上，選用達到防爆等級的設(shè)備，進而確保后方油庫系統(tǒng)的安全。

（3）可靠性

油蒸汽監(jiān)測系統(tǒng)需要測量和傳輸準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，運行穩(wěn)定，出現(xiàn)故障時有相關(guān)措施及時進行解決，快速恢復(fù)正常運行。另外，應(yīng)具有較強的抗干擾能力，從而保證系統(tǒng)可靠運行。

（4）可擴性和通用性

系統(tǒng)應(yīng)具有很好大的可擴性和通用性，系統(tǒng)規(guī)模可大可小，可根據(jù)需要很方便地增減檢測點數(shù)目，而無需增加大量地投資，且廣泛應(yīng)用于其他帶有可燃氣體或液體的場所。

二、油蒸汽監(jiān)測系統(tǒng)功能簡介

本文設(shè)計的監(jiān)測系統(tǒng)的需求進行全面的分析，確定系統(tǒng)所能實現(xiàn)的功能，如圖1：

根據(jù)后方油庫信息化建設(shè)規(guī)劃的要求，所設(shè)計的監(jiān)測系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下功能：

（1）油氣濃度的實時監(jiān)測

根據(jù)信息化建設(shè)規(guī)劃的要求，本系統(tǒng)應(yīng)該實現(xiàn)對后方油庫危險區(qū)油氣的實時濃度進行監(jiān)測，并能夠滿足采集系統(tǒng)相關(guān)的實時動態(tài)數(shù)據(jù)，以曲線的形式顯示在用戶界面上。

（2）油氣濃度報警值設(shè)定

本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)所監(jiān)測的相關(guān)氣體濃度報警值進行設(shè)定，當(dāng)相關(guān)氣體的濃度達到報警值時，發(fā)出警報信號，使氣體濃度在開始報警到采取相關(guān)措施這一段時間內(nèi)被控制在最低爆炸限度以內(nèi)。

（3）實時報警及處置功能

當(dāng)某監(jiān)測點位置的油氣濃度超過設(shè)定的報警值時，系統(tǒng)將通過安裝在庫區(qū)內(nèi)的防爆聲光報警器發(fā)出警報信號，并在第一時間開啟對應(yīng)監(jiān)測點的風(fēng)機進行排風(fēng)，同時提醒值班人員前往該位置進行相關(guān)情況的檢查和采取相應(yīng)措施。

（4）歷史數(shù)據(jù)查看功能

當(dāng)需要查看過去的某一段時間內(nèi)的油氣濃度數(shù)據(jù)時，由系統(tǒng)使用人員選擇時間間隔，從數(shù)據(jù)庫中提取相應(yīng)時間段的油氣濃度采樣值，通過切分窗口顯示詳細而且豐富的多視圖，為用戶呈現(xiàn)該時間段的氣體體積分數(shù)走向。

（5）數(shù)據(jù)報表功能

系統(tǒng)將實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫與報表控件連接，實時顯示報表、統(tǒng)計報表、打印報表和查詢?nèi)魏我粋€時刻的油氣濃度。

（6）監(jiān)測記錄打印功能

根據(jù)后方油庫的實際需要，可以將報警記錄按報表表格方式進行打印存檔。

三、油蒸汽檢測系統(tǒng)的總體構(gòu)架

本文設(shè)計的油蒸汽監(jiān)測系統(tǒng)，由硬件部分，軟件部分以及其他一些輔材組成。其中硬件部分包括紅外可燃氣體探測器；軟件部分則指本文所設(shè)計的監(jiān)測軟件；其他的一些輔材包括485集線器，安全柵，備用電源，信號電纜屏蔽線，監(jiān)控計算機等。系統(tǒng)的組成圖如圖2：

（1）甲烷氣體檢測塔探頭：傳感監(jiān)測探頭不帶任何電路，由氣室和光纖組成。能夠抵抗電磁干擾，并具有本質(zhì)安全型。

（2）多通道光纖甲烷監(jiān)測儀：利用光纖傳感技術(shù)，結(jié)合可調(diào)諧激光光譜技術(shù)和光分多路技術(shù)，實現(xiàn)多通道光纖氣體監(jiān)測。利用波長調(diào)制光譜技術(shù)提取微弱的吸收信號，抑制激光器的噪聲，提高了系統(tǒng)檢測的靈敏度，實現(xiàn)了低濃度氣體的檢測可調(diào)諧二級管激光吸收譜獲得被測氣體的特征吸收光譜范圍內(nèi)的吸收譜線，從而對被測氣體進行定性分析或定量計算。

（3）配套軟件：本系統(tǒng)上位機采用軟件和數(shù)據(jù)庫。監(jiān)控界面模擬灌區(qū)實際分布以及探頭在灌區(qū)周邊的實際分布，實時監(jiān)測由灌區(qū)周邊傳來的甲烷氣體濃度，并顯示在界面上。對高于一定濃度值的探頭數(shù)據(jù)，以報警顯示。所有監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中，以便使用人員隨時查看。該軟件還具有繪制曲線的功能，可以幫助相關(guān)人員繪制一天內(nèi)或者一周、一個月內(nèi)的濃度曲線圖，并打印成報表輸出。

（4）UPS備用電源：電源采用的是后備式直流不間斷電源。后備式不間斷電源的基本功能就是為設(shè)備提供高質(zhì)量的電源，以避免因電網(wǎng)電壓和頻率的波動，甚至供電中斷以及電網(wǎng)中的尖峰等干擾對設(shè)備造成的危害。本檢測系統(tǒng)釆用了后備式不間斷電源，使得系統(tǒng)的可靠性更強。

（一）油蒸汽監(jiān)測系統(tǒng)的硬件組成

本文選取的是光線甲烷氣體傳感器，應(yīng)用在油庫現(xiàn)場的光纖甲烷氣體傳感器主要由四部分組成：光源部分，傳感部分，光電轉(zhuǎn)換部分，鎖相濾波及信號處理部分。

（1）光源

光源驅(qū)動電路，光源溫控電路以及DFB激光器共同組成了傳感器的光源部分。DFB激光器是一種具有優(yōu)良選頻特性的單縱模激光器，它的譜線窄，功率大，可以通過調(diào)整溫度和注入電流來粗調(diào)和精調(diào)其輸出光譜的中心波長及光譜寬度。由于甲烷氣體在近紅外波段的吸收峰波長為1665nm，而在通過實驗，發(fā)現(xiàn)在甲烷波長附近，對光的吸收最強，因此采用的是中心波長為1653nm的DFB激光器光源。

（2）傳感部分。氣室設(shè)計的主要原則有如下幾點：

①光的準(zhǔn)直性好，耦合損耗?。?/p>

②透氣性好；

③防塵防水效果好。

（3）光電轉(zhuǎn)換部分

光電轉(zhuǎn)換部分包括光電探測器與前置放大電路；從氣室中出來的光信號包含了微弱的濃度信息，因此，本文中的傳感器使用了低噪聲，高靈敏度的InGaAsPLN光電二極管作為光電探測器，波長響應(yīng)的范圍1100nm-1900nm，可以滿足甲烷氣體濃度檢測的要求。同時，提高前置放大器的增益，以便于獲得大的電壓信號。并采用互阻放大器，來提高系統(tǒng)的頻率響

（4）鎖相濾波和信號處理。

通過鎖相放大器，將光電轉(zhuǎn)換后的電信號里倍頻信號取出，這個倍頻信號就是反應(yīng)氣體濃度的信號，經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，傳輸?shù)紸RM處理器進行數(shù)據(jù)處理，將處理的結(jié)果通過串口，分別在單片機控制顯示屏上以及上位機監(jiān)控界面上顯示。

（二）油庫監(jiān)測系統(tǒng)的軟件組成

本文的軟件系統(tǒng)是在制作好RS485硬件線路和完成跳線后，通過制定好的通信協(xié)議，利用Visual Basic6.0自帶的MSComm控件實現(xiàn)上位機與下位機的串口通信。該監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)的功能如下：

（1）文件菜單欄：它包括“巡檢”，“查看數(shù)據(jù)”，“查看曲線”的功能。

巡檢：即對在油庫現(xiàn)場的儀表進行巡檢，查看儀表的工作狀態(tài)，一旦有儀表出現(xiàn)問題，則提示用戶。

查看數(shù)據(jù)：即可以查看任意時間段，任一探頭所測得的甲烷氣體濃度數(shù)據(jù)。

查看曲線：即可以查看任何一個探頭在任意時間段的甲烷氣體濃度曲線。

（2）系統(tǒng)設(shè)置菜單欄：它包括“系統(tǒng)初始化”，“參數(shù)標(biāo)定”，“內(nèi)部標(biāo)定”三個功能。

系統(tǒng)初始化：即可以實現(xiàn)儀表的添加，刪除，修改信息等功能。

參數(shù)標(biāo)定：即可以實現(xiàn)查看儀表的內(nèi)部波形圖；對儀表進行標(biāo)定；設(shè)定報警值等功能。

內(nèi)部標(biāo)定：調(diào)整儀表內(nèi)部的溫度值和直流值，以及調(diào)整儀表的內(nèi)部波長值。

（3）報表菜單欄：它包括日報表以及“月報表”功能。

日報表：即生成指定探頭在一日內(nèi)所測得甲烷濃度曲線，并打印出來。

周報表：即生成指定探頭在一周內(nèi)所測得甲烷濃度曲線，并打印出來。

月報表：即生成指定探頭在一月內(nèi)所測得甲烷濃度曲線，并打印出來。

（4）幫助菜單欄：即具體描述整個監(jiān)控系統(tǒng)的操作流程。

（5）退出菜單欄：即退出整個監(jiān)控系統(tǒng)。

參考文獻：

[1]撒繼銘，陳幼平.基于自聚焦透鏡的吸收型光纖氣體傳感器氣室設(shè)計[J].儀表技術(shù)與傳器，2007，3（2）：11-12.

[2]王書濤，車仁生.光譜吸收式光纖甲烷氣體傳感器及其信號處理方法[J].光電工程，2006，33（1）：112-115.

作者簡介：

陳煒（1993-）男，福建龍巖，中國人民解放軍陸軍勤務(wù)學(xué)院，二大隊八隊學(xué)員，專業(yè)：油料管線指揮.

林顯霖（1994-）男，山東青島，中國人民解放軍陸軍勤務(wù)學(xué)院，二大隊八隊學(xué)員，專業(yè)：油料管線指揮.

李小松（1995-）男，遼寧鐵嶺，中國人民解放軍陸軍勤務(wù)學(xué)院，二大隊八隊學(xué)員，專業(yè)：油料管線指揮.