危化品鐵路罐車智能監測系統的研制

梁沁宜 郭世杰 盧奎剛

摘? 要：研究了危化品鐵路罐車智能監測的關鍵技術，研制了適用于裝運介質為汽油、煤油、柴油、醇類等危化品類常壓鐵路罐車的智能監測系統，并進行了相關試驗。

關鍵詞：鐵路罐車;危化品;智能監測

中圖分類號：U294.8+3? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）07-0033-02

Abstract： The key technology of intelligent monitoring of dangerous chemicals railway tank car is studied. An intelligent monitoring system suitable for dangerous chemicals such as gasoline， kerosene， diesel oil， alcohol and other dangerous chemicals atmospheric pressure railway tank car is developed， and the related tests are carried out.

Keywords： railway tank car; dangerous chemicals; intelligent monitoring

鐵路罐車承擔著全國各地每年數億噸的油品和化工品運輸，運輸介質大多具有易燃、易爆等危險特性，運營過程的安全性至關重要。鐵路罐車運輸范圍廣、溫度變化大、不可測因素多，運輸過程中需要進行車輛調度、編組、隔離等作業，外界環境和運輸管理過程都會對鐵路罐車裝運的危化品產生影響[1]。為了提高危化品運輸的安全性，有必要對危化品鐵路罐車運營過程中介質的狀態參數進行監測，做到安全預防;并對車輛運輸途中的位置進行監測，以便實時了解車輛的在途位置，提高運營管理水平。

1 系統簡介

智能監測系統結合了自動檢測技術、GPRS/GSM無線通信技術、GPS全球衛星定位技術、GIS地理信息管理技術、互聯網技術等多項信息化技術，包括車載檢測裝置和地面監測系統兩部分。車載檢測裝置采用傳感器檢測罐內介質的狀態參數（壓力、液位、溫度），通過GPS全球衛星定位系統獲取車輛位置信息，經加密處理后通過GPRS/GSM無線通信網絡傳送到地面監測系統。地面監測系統結合GIS地理信息系統對數據進行處理，通過互聯網提供給各終端用戶查詢。用戶也可以按需隨時給車載檢測裝置發送信息，獲取所需的車輛信息。

2 關鍵技術研究

結合鐵路罐車的結構特點和危化品的運輸工況，智能監測系統的關鍵技術主要包括自動檢測技術、供電技術、電氣防爆技術和車輛加裝技術等四個方面。

2.1 自動檢測技術

為了實時獲取罐內介質的壓力、液位和溫度等參數，須采用自動檢測傳感器。鐵路罐車用檢測設備應滿足可靠性高、精度適中、體積小、節能、經濟性好等特點。

常見的壓力變送器有電阻式、電容差壓式、壓電式、壓阻式等，經對比，壓阻式變送器因靈敏度高、動態響應快、測量精度高、穩定性好、工作溫度范圍寬、小型化等優點被選為智能監測系統的壓力測量裝置。通過對比電容式、雷達式、超聲波式、磁致伸縮式、靜壓式和干簧管式液位計的性能特點和安裝要求，超聲波式液位傳感器可避免在罐內增加其他輔助設置，且結構簡單，用于智能監測系統液位的測量。在分析熱電偶傳感器、熱電阻傳感器和集成溫度傳感器等接觸式測溫傳感器以及光學溫度計、全輻射高溫計和紅外輻射溫度計等非接觸式測溫傳感器的性能和使用要求等基礎上，DS18B20智能型集成溫度傳感器因靈敏度高、體積小、接口方便、生產成本低、傳輸距離遠、不需要輔助電路等優點[2]，最適合智能監測系統的溫度測量。

2.2 供電技術

鐵路罐車無供電設施，車載檢測裝置的運行需要一個可靠穩定的電源。由于鐵路罐車運輸范圍廣、溫度變化大，電源應能滿足鐵路罐車運營環境溫度的要求，即-40℃～+50℃。并且，鐵路罐車的最短檢修周期為1年，在此期間，一般無專人維護，因而，電源的供電時間應不小于1年。通過對原電池、蓄電池以及軸端發電、風力發電和太陽能發電等發電技術進行綜合對比，鋰亞硫酰氯電池因具有比能量高[3]、工作電壓高且平穩、體積小、重量輕、耐振動和沖擊等優點，被確定為智能監測系統的供電電源。

2.3 電氣防爆技術

汽油、煤油、柴油、醇類等介質均具有易燃、易爆等特性，裝運這類介質的鐵路罐車電氣設備應滿足防爆要求。參照GB3836.1、GB3836.14、GB3836.15、GB 50058和GB 50074等相關防爆標準，結合各電氣設備在車輛上的安裝位置，車載檢測裝置中與罐內介質直接接觸設備的防爆等級應不低于Ex iaIIAT3Ga，其他設備的防爆等級應不低于Ex dIIAT3Gb。

2.4 車輛加裝技術

車載檢測裝置在車輛上的加裝不僅要確保實現功能，更重要的是不能影響鐵路罐車的運用安全。

車載檢測裝置的GPS定位通信模塊須安裝在罐體頂部，以保證信號收發良好，其他電氣裝置如傳感器、電源等在保證各自功能實現的前提下，應與GPS定位通信模塊集中布置以降低車載檢測裝置的功耗。考慮到人孔附近安裝后影響裝卸操作，罐體一位端設有走板、護欄等輔助裝置，故罐體二位端頂部為車載檢測裝置安裝位置的最佳選擇。為便于拆卸、檢修，車載檢測裝置與罐體之間采用螺栓連接。

3 樣機試制

通過對智能監測系統的關鍵技術進行充分研究，試制了樣機，主要由車載檢測裝置和地面監測系統兩部分組成。

3.1 車載檢測裝置

車載檢測裝置主要由檢測模塊、監測終端、保護裝置和安裝座等組成，見圖1。

檢測模塊主要由超聲波式液位計、壓阻式壓力變送器、集成溫度傳感器和安裝法蘭等組成，能夠滿足液位測量范圍0～3.5m、壓力測量范圍-50kPa～200kPa、溫度測量范圍-50℃～70℃的要求，各傳感器的防爆等級為Ex iaIIAT3Ga。

監測終端主要由GPS天線、控制器、GSM天線、電源、隔爆殼及固定座等組成。GPS天線獲取車輛的位置信息，控制器對檢測到的介質狀態參數（壓力、液位、溫度）和車輛位置信息進行處理，通過GSM天線傳送到地面監測系統，采用鋰亞硫酰氯電池給車載檢測裝置供電，隔爆殼的防爆等級為Ex dⅡBT3Gb。

3.2 地面監測系統

地面監測系統包括硬件和軟件。

硬件包括數據庫服務器、通訊服務器、硬盤陣列等。結合既有的成熟技術，地面監測系統的軟件開發主要有數據分析模塊、通信控制模塊、數據加解密模塊、應急處理模塊、查詢界面等，通過GPRS/GSM網絡或Internet網絡發送控制命令、接收各項數據，界面上可顯示以下內容：車輛屬性（車號、制造廠、制造日期、裝運介質）、介質狀態參數（壓力、液位、溫度）和車輛信息（位置、速度）等內容。

4 試驗

對車載檢測裝置進行了氣密性試驗、水壓試驗、防爆試驗、電子性能試驗以及與地面監測系統的通訊測試等檢測。結果表明，車載檢測裝置與地面監測系統通訊良好，地面監測系統界面上顯示的車輛位置信息準確，介質狀態參數（壓力、液位、溫度）與安裝在車輛上用于對比的機械式儀表讀數一致，委托專業機構進行了防爆試驗和電子性能試驗，能夠滿足鐵路罐車的裝車要求，實現運營過程中的智能監測。

5 結束語

危化品鐵路罐車智能監測系統滿足鐵路罐車的運用工況，適用于裝運介質為汽油、煤油、柴油、醇類等常壓鐵路罐車，不僅能夠實現車輛運營全過程介質狀態參數（壓力、液位、溫度）的實時監測及異常情況下報警，提高了危化品運輸的安全性，而且能夠獲取車輛位置信息，起到遠程跟蹤與監控的作用，提高了鐵路罐車的運營管理水平。隨著鐵路信息化的發展以及用戶對危化品運輸監管需求的提高，智能監測系統具有廣闊的應用前景。

參考文獻：

[1]海濤.鐵路危險貨物罐車車載動態監控系統研究[J].鐵道運輸與經濟，2011，33（4）：35-40.

[2]沙占友.智能化集成溫度傳感器原理與應用[M].機械工業出版社，2002.

[3]王圣平.油田用高溫鋰亞硫酰氯電池的性能分析[J].國外測井技術，2005，20（3）：67-70.