物联网环境下化工易燃检测

李彤， 张子文

(天津渤海职业技术学院，天津300402)

随着我国化工产业的日渐成熟和化工装置的不断改进，化工业的发展速度已经达到了一定水平，易燃易爆化学品的安全问题已经成为我国密切关注的问题，人们已经越来越重视生产与安全俩者密切的关系。

化工车间的安全问题是该行业面临的一大问题。在化工车间产物的开发和生产、原料到产品这对过程当中，具有易燃、易爆、有毒气体等不安全隐患。化工车间生产过程极其复杂，高压设备数量多且不易检测是其中的隐患因素之一。

1 化工车间安全参数设置方法

危险化学品安全监测的参数主要是包含了下方的六个类型：①工艺的参数；②现场可燃/有毒气体的浓度；③气象的参数；④音视频信号和人员出入的情况；⑤明火和烟气；⑥保护接地及供电的状况。

化学品泄漏事故的主要原因一般是由于装有化学品的汽车容器破裂或阀门的损坏才造成的极多的易燃与易爆、毒气或易挥发可燃烧液体的流出。在外泄发生时，我们可以对其进行有效的检测，从而避免意外事故的发生。

所以，我们可以在容器的一些重要的部位安装上红外传感器或和温度传感器以实现对化学品泄漏的预警提醒，防患于未然。化工车间生产过程涉及的设备种类比较多，也就是说可能发生泄漏的位置有数以万计个，对它的管理是十分有难度的。所以我们总结泄漏发生位置的一些规律，就可以在快速找到发生泄漏的位置，并对比较重要的化工产品进行妥善的管理与安排，便可以很明显的提高控制泄漏检测的可行性。

2 国际应用

一家名叫Keller 的公司提出了方案[1]：即在容器的内部安装上两个7LD 系列的微型压力传感器。这种数字式传感器能够提供在化学品监控过程起着重要作用的温度信息。

通过微型压力传感器，远距离信号输送的装置记录下传感器所采集到的一些数据，安装相应APP 的用户就可以通过物联网得到其他相关的辅助信息。在该公司的这一应用中，就巧妙利用到了两个压力传感器来检测化学品容器中的压力，实现了对化工车间的安全检测。（原理：由于化学品容器内部会产生相应的压力，我们就可以利用到两个压力传感器所检测到的桶顶部位和桶底部位这俩者之间的压力差，如有泄露所检测到的压力便会下降，由此计算出桶内化学产品的拥有量[1]。)

来自英国的霍尼韦尔-公司推出了一款经官方认证的检测气体的仪器，这一仪器为检测暴露在有氧空气中的易燃易爆气体提供了较为合适的装备[1]。

该装备采用了可插入式的变送器时可自行配置的高科技气体监测传感器，从而使它具有了操作简单和良好的安全性的结合。为了使它具有更大的自我应变能力，我们便能够在距离变送器附近安装具有远程监测的传感器，由此使这个检测气体仪成为危险的区域和比较不易发现位置的绝佳助手或在室外检测室内进行时的理想化选择。

3 工程实践

3.1 巧妙利用固定式有毒气体检测仪

该有毒气体检测仪是在化工生产车间生产过程中所使用较多的检测仪。

3.1.1 装置在固定的检测点上对特殊的气体意外泄漏进行有效的检测。

3.1.2 固定式双体式检测仪：检测头是由传感器和变送器组成，二者共同安装在被检测的现场，型号为QB2000N 仪器为不断扩散的有毒气体检测浓度，使用到了国外进口的催化式燃烧传感器，具有极好的灵敏度和很强的检测能力。

3.1.3 适合生产车间使用的LED 数码显示器会实时显示被检测到的意外泄漏气体的浓度值，超过预设的报警位置便会自行启动声光报警的信号和驱动式空气转换系统。

3.1.4 (4～20)mA 的国际标准信号可以直接传送到工厂的DCS 系统中，该数字信号会与生产车间的上位机相连接。

3.1.5 嵌入式的微控制技术仪器，操作方便，功能较多，安全性高，性能有保障。

它们会对在车间意外泄露气体的种类和浓度进行选择判断，同时注意的是将它们安装在最可能泄漏有毒气体的地方，比如根据气体扩散的方向性选择传感器安装在最有效的监测位置等。

3.2 利用便携式有毒气体检测

便携式仪器—GC210。

3.2.1 操作快捷方便，体积适当，可以安装在不同的车间位置，该检测仪采用高性能碱性电池供电,可连续工作1000 多h。

3.2.2 新型检测仪—LEL、PID 和复合式仪器采用到了可充电电池，所以，我们将它也作为车间的化学品安全检测工具之一。

基于S5P 4418 的工业现场气体检测仪的设计，该检测仪能够对工业现场的：①一氧化碳；②硫化氢；③甲烷气体。

作用：①进行采集显示并且通基于S5P4418的工业现场气体检测仪的设计，该检测仪能够对工业现场的硫化氢、一氧化碳以及甲烷气体的浓度进行采集从而在车间屏幕显示并且通过BT/WIFI 信道频率实时上传到物联网上；②能够在相应有毒气体的浓度达到预设的阈值后进行车间内声光报警；③能够对车间距离泄露点最近的工作人员进行定位，从而快速处理泄露。并且BT/WIFI会实时上传到上位机。

4 化工区安全监控系统软件

打造车间环境监控机制需要借助到物联网技术，可通过物联网技术进行妥善的处理。就目前的物联网形势看，已经有越来越多的化工品制造企业车间，开始利用建立厂务环境监控机制的物联网技术，想要高精度、长时间的对车间的粉尘、二氧化碳、天然气等有毒气体以及水、温湿度条件，和其他有害物质进行预防性实时监测，从而保障车间安全质量，进一步优化车间安全工作状况。

工业上最常用的温度检测元件就包括了温度传感器热电偶。其优点是：

①测量精度高。温度传感器热电偶会直接接触到被测对象，与中间介质的相互关系不大。

②测量范围广。

③构造简单，使用方便。

红外传感这一系统是利用红外线为介质的测量系统，按照功能可分为五大类，按探测方式可分成为热探测器、光子监测器。优点主要是能够装置在多个地点进行搜据信息，对射管阵列的间隔和阵列数目可根据需求拨取。

于是我们就可以在车间利用到它：各种物质分子内部结构不尽相同使得它们对不同波长光线的吸收程度不同，即不同的物质只能吸收不同波长的光线（朗伯—比尔吸收定律）[2]。

以对二氧化碳的分析来举例，红外光源会射出约1～20μm 的红外光，通过相应的时间，经过4.26μm 波长的窄带式滤光片后，会由红外传感器监测到透过4.26μm 波长红外光的强度，从而表示处二氧化碳气体的浓度。

温度传感器选用：TMP36TMP36 为TTL/CMOS的电平兼容。

①只要该温度传感器电源电压所处幅度的逻辑电源电压相等。内部的-TMP36 在关断引脚（SHUTDOWN），上拉电流源与-VIN 连接。这使得关断引脚必须从开集驱动器驱动。

②在关闭的过程当中，将温度传感器的向外传输变为在向外输出管脚的电势。

③由外部电路所决定的高阻抗状态不需要提供任何外部校准，在±25℃范围内提供±1℃的典型精度，在-40℃至+125℃范围内提供±2℃的典型精度.TMP36 输出阻抗低

④其精密校准简化至温度控制器电路和A/D转换器，工作电压在2.7 至5.5V 之间，工作电流低于50μA。它的自加热非常低，小于0.1℃。

信号采集部分是传感器作为车间易燃气体浓度监控系统的核心部分之一，对系统的技术要求包括：①灵敏度；②稳定性；③精度。

由于传感器的产品种类在市面上较多，其性能、使用时长和价格等各不相同。加之所使用气体检测场所环境不同，最终导致了使用效果也有较大的差异。

通过温度传感器和红外传感器的作用做出整套仪器（见图1），经过多次试验得到了数据见表1。

表1

由此可见：相比市面上普遍的报警系统，自制研发的系统有效降低了报警时间，在相同浓度下，气体扩散不足20 s 即可被监测到。

故而，可知自我研发的系统成功降低了车间危险事故的发生机率，有效的维护了企业和个人的安全。

5 应急预警系统

图1

想要及时高效应对化工车间内各种突发性易燃气体泄露事故, 可采用物联网技术构建化工车间环境应急预警系统, 当车间具有可燃性或有毒性的气体发生了意外泄露，气体报警器检测到的泄露气体浓度达到报警器设置的需要报警值时气体报警器就会发出声、光等报警信号，并通过云平台传输到手机上的APP，以提醒人员采取疏散、关停车间生产存储设备等安全措施。且气体报警器可与相关的设备所连接，如在车间在生产、储运中意外发生泄露，可以连接到排风、电源、消防喷淋等安全系统，防止发生意外爆炸、火灾、中毒等危险事故，从而保障了安全生产。

市面上存在的大多单片机的工作温度范围一般约为-40C°～85C°，抗干扰的能力极强，可靠性极高，所设计的产品便非常适合工作在化工生产车间当中。

运行过程：

①无线数传模块接收到数据后，将接收到的信息传入单片机经过电路，将数据传入到串口通信的接口电路。

②上位机的APP 界面是监测系统的操作平台，包括到了实时气体浓度的数值、数据的快速处理及回放记忆等功能，对气体的浓度实行了实时的监控和分析。

③通过物联网处理使工作人员能够通过该APP，方便且快速的对车间现场的环境中的易燃性、易爆性、有毒性气体进行不断的在线监控。

6 FPGA数据搜集

数据搜集作为信息科学技术这一范围中的重要技术，主要指被搜集车间位置的数据信息，并通过处理程序分析过滤数据问题和记忆存之前的数据。综合的运用数据搜集技术、计算机技术、传感器应用技术和信号网络处理技术这几大信息技术，创立实时自动数据采集与处理系统。

实时数据采集系统有以下特点：提供了从系统设计到实现的快速且直接的方法，即实现了快速原型仿真法：在MATLAB 和Simulink 的基础上，利用并改造了RTW，因此可以利用快速原型仿真法实现系统从设计到实现的高性能循环。

从而结合到我们的实践系统，使温度传感器和红外传感器采集到的数据能够及时反馈到云计算，通过计算从而做出判断，如若检测到问题及时反映做出相应的处理。

7 结论

通过现如今物联网技术的发展，不管是车间还企业，都能够利用全自动化模式，检测产品制造的过程，监控与管理生产所需设备与产品存储，实时聚集所采集到的参数数据，使工作人员能够实时了解到各个生产产品在不同时刻，不同地点的温度、压力等参数，而这些数据也将全部经过所设计的程序进行高速计算，随后反馈到车间的控制中心和APP，更方便了工作人员在必要时刻对生产设备环境做出改进，这就使得了车间或者企业落实精确监测产品质量、优化生产流水线环境等双重效益。