天然氣管道密閉空間無線監(jiān)測系統(tǒng)(V2.0)

天然氣管道密閉空間無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)四川恒芯科技有限公司第1章系統(tǒng)概述1.1前言燃氣閥門井內(nèi)管道、閥門等設(shè)施經(jīng)過長時間運行，在不通風(fēng)、潮濕環(huán)境下，閥門閥體、法蘭等部位因腐蝕、脹縮等原因可能會產(chǎn)生局部燃氣泄漏，在通風(fēng)不良條件下易造成燃氣聚集，積累到一定體積分數(shù)，遇明火或工具之間摩擦以及靜電感應(yīng)等原因就有可能發(fā)生燃氣爆炸，從而破壞燃氣設(shè)施，造成供氣中斷，對作業(yè)人員產(chǎn)生傷害和影響周圍環(huán)境安全。目前，預(yù)防燃氣管道泄漏普遍方式是以人工巡檢方式進行，但這種方式需要耗費大量的人力、物力，并且由于人工巡查是沿線逐步巡查，不能連續(xù)進行檢測，有案例表明，燃氣公司人員剛進行完巡檢，但由于后來工程施工等情況，對管道造成破環(huán)，而沒有及時發(fā)現(xiàn)從而發(fā)生事故的情況。因此，四川恒芯科技有限公司在人工巡檢的基礎(chǔ)上，結(jié)合城市地下燃氣管網(wǎng)無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)，通過利用無線GPRS技術(shù)形成燃氣泄漏監(jiān)測方案。無線監(jiān)測系統(tǒng)具有自動化程度高、維護保養(yǎng)簡便、系統(tǒng)成本低等特點，把預(yù)防管道燃氣泄漏的人工巡檢方式實現(xiàn)為晝夜實時監(jiān)測的現(xiàn)代化自動模式，實現(xiàn)全方位的監(jiān)測，從而達到完善和提升了整個城市燃氣管網(wǎng)泄漏的預(yù)、報警能力，杜絕燃氣泄漏事故的發(fā)生。1.2監(jiān)測原理燃氣泄漏檢測監(jiān)控系統(tǒng)將在每個檢查井安裝一個可燃氣體探測器，實時檢測地下空間可燃氣體濃度。通過地面安裝的一個RTU，經(jīng)無線網(wǎng)絡(luò)將氣體濃度情況傳送至管理中心，隨時應(yīng)對可能發(fā)生的燃氣泄漏事故。采用區(qū)域集中管理網(wǎng)絡(luò)，由以下三級構(gòu)成：1)現(xiàn)場可燃氣體探測器實時監(jiān)控每個檢查井空間內(nèi)的可燃氣體濃度。安裝在地下密閉空間內(nèi)，每個檢查井安裝1個，每個探測器由RTU供電并與RTU保持通信聯(lián)系。2)RTU在密閉空間附近的地面上安裝一臺RTU。接收管轄范圍內(nèi)現(xiàn)場探測器的數(shù)據(jù)，通過GPRS無線通信方式與管理中心進行遠程數(shù)據(jù)傳輸。RTU由市電供電、太陽能供電或者電池供電。3)管理中心管理中心，實現(xiàn)對密閉空間實時濃度狀況顯示及告警提示。1.3系統(tǒng)特點1、傳感器采用本質(zhì)安全、采集精度高、高靈敏度、不受時間和空間限制。對探測點的濃度指標以及水位高度進行實時監(jiān)測。2、采用市電和電池供電兩種方式，根據(jù)實際現(xiàn)場狀況靈活選擇。電池供電方式安裝簡便，適于取電不方便的地方；市電方案實時性更好，能實現(xiàn)24小時監(jiān)測。3、使用無線數(shù)字通訊技術(shù)傳輸報警和故障信號，無線傳輸穩(wěn)定可靠，燃氣探測設(shè)備采用gprs通訊方式，實現(xiàn)覆蓋范圍較廣、傳輸速度較快、維護安全可靠。4、設(shè)備采用防水、防爆外殼設(shè)計。5、工作環(huán)境、溫度范圍寬，可安裝于任何地點，無需布線。6、實時上報監(jiān)測點的燃氣濃度數(shù)據(jù)，可在最短時間內(nèi)提供給管理人員實時分析泄漏點濃度趨勢，供管理人員決策。第2章系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對于燃氣管道閥門井、閥室及周邊的污水井、電力電纜井或者分散的管井，采用在密閉空間安裝工業(yè)級紅外燃氣探頭來解決管線附近密閉空間的燃氣泄漏的探測與報警問題：通過密閉空間內(nèi)的可燃氣體探測器和RTU，與管理中心的管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動，進行相應(yīng)的處理。地下密閉空間（包括污水井、電纜井、電力溝、化糞池等）內(nèi)安裝可燃氣體探測器，用于探測密閉空間內(nèi)的可燃氣體濃度值；每個探測器通過RTU供電并與RTU保持數(shù)據(jù)通訊。RTU內(nèi)置DTU模塊，具有GPRS數(shù)據(jù)傳輸功能，它將可燃氣體探測器回傳的數(shù)據(jù)，通過GPRS上傳到管理中心。RTU即可以通過接入市電供電，也可以使用太陽能供電或者電池供電；RTU并同時為可燃氣體探測器供電。在市電停止供電的情況下使用內(nèi)置電池供電，可連續(xù)工作4天。如果使用鋰電池單獨供電，則至少可以續(xù)航半年以上時間。管網(wǎng)監(jiān)控中心接收各個RTU傳來的數(shù)據(jù)，分析各個密閉空間是否有安全隱患；對可燃氣體達到爆炸下限以下的某個閥值時，進行報警，并與GPS搶險車調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)進行聯(lián)動處理。第3章詳細設(shè)計3.1設(shè)備選擇3.1.1探測器選擇密閉空間內(nèi)燃氣泄漏檢測實施的重點是安放在密閉空間內(nèi)的氣體探測器。它的穩(wěn)定、可靠、有效是項目實現(xiàn)的關(guān)鍵。當前可燃氣體探測方式主要有電化學(xué)式，催化燃燒式，紅外式。由于地下環(huán)境特殊、氣體成分復(fù)雜、氧氣含量較少、維護困難，所以有效期為１～２年的電化學(xué)式和需要穩(wěn)定氧氣供給的催化燃燒式傳感器被放棄。而紅外式傳感器由于工作壽命為5年以上，并且免維護時間長，對氧氣無依靠等優(yōu)點成為地下氣體探測器的首選。此次地下氣體探測器即選用紅外式氣體探測器。考慮到密閉空間有可能浸水，因此探測器增加了防水裝置，防護等級能達到IP67。3.1.2地下管線安裝氣體探測器安裝在地下溝道中，既涉及供電及信號傳輸。由于可燃氣體探測器的功耗都在1.5W左右，所以決定了探測器必須盡量獲得有線供電，在無法取電的情況下，采用電池供電，但監(jiān)測最多每天一次，且半年左右必須更換電池。而通信方式則可使用現(xiàn)有的多種通信方式，包括模擬分線式、數(shù)字總線式、無線通信和光纖通信等。a)模擬分線式的優(yōu)點是每個探測器獨立可靠，并且符合進口探測器的4～20mA接口,采用直流供電；缺點是探測器越多則布線越多,增加電纜安裝成本，占用電纜溝空間。b)數(shù)字總線式的優(yōu)點是用一組供電及通信電纜連接探測器，節(jié)約電纜安裝空間；缺點是需要為探測器定制數(shù)字轉(zhuǎn)換盒。c)無線通信方式優(yōu)點是無通信線路鋪設(shè)，安裝位置靈活。但缺點是地下無線通信困難，且無線通信成本較高，需要定制無線轉(zhuǎn)換盒。d)光纖通信方式的優(yōu)點是光纖不會影響電纜溝內(nèi)的電環(huán)境。但缺點是成本高，依然需要布線和光纖轉(zhuǎn)換盒。根據(jù)實際情況，建議選用選擇模擬分線式的通訊方式。3.2項目具體實施方案3.2.1地下空間探測器密閉空間內(nèi)的每個檢查井安裝1個紅外可燃氣體探測器。探測器采用防水密封處理，在進氣口設(shè)置防水罩，體積約343×200×130mm。并做一定機械防護處理。安裝在檢查井的側(cè)壁上層。進行外殼接大地處理。每個探測器和通訊中繼器之間都用一根3芯電纜聯(lián)接，共６組電纜。3芯電纜包括2芯＋24V電源線和1芯4～20mA信號線。電纜采用阻燃電纜并且穿撓性防爆軟管。密閉空間內(nèi)可能出現(xiàn)積水，所以各電纜，探測器，以及接頭等都需進行防水處理。3.2.2RTU實施RTU安放在附近的地面上（利于信息傳輸），露天安放。電纜通過現(xiàn)成的排管或者重新布線連到井內(nèi)的探測器。其供電由路燈電源或適合取市電的地方取得。如遇停電，系統(tǒng)內(nèi)置的電池可以堅持工作4天（RTU將切換到間歇工作模式，如6小時監(jiān)測一次）。RTU采用防水密封箱體，需要為RTU砌水泥平臺，RTU安裝在水泥平臺上。3.2.3供電模式3.2.4市電供電其供電由路燈電源或適合取市電的地方取得。如遇停電，系統(tǒng)馬上自動切換到備用電池供電模式，無損系統(tǒng)正常工作。3.2.5電池供電◆電池型號：美國電池A123電池供電采用可充放鋰電池，基本參數(shù)如下：?標稱電壓：22V?標稱容量：11Ah?標準放電持續(xù)電流：0.2C?最大放電持續(xù)電流：0.8C?工作溫度：充電：0~45℃放電：-20~60℃?產(chǎn)品尺寸：MAX38*70.5*150mm成品內(nèi)阻：≤120mΩ◆供電時長計算：?計算條件：標定電池容量：可充電鋰電池22V/11AH（實際按80%容量計算）RTU運行參數(shù)：采集平均電流：60mA；通訊平均電流：60mA；靜態(tài)電流：100uA；?工作模式：RTU1天采集1次，采集持續(xù)時間15分鐘，1天上傳數(shù)據(jù)1次，傳送平均持續(xù)時間2分鐘。?功耗計算：每天采集功耗：（60mA/1000）*15/60=0.015AH每天傳送數(shù)據(jù)功耗：（60mA/1000）*2/60=0.002AH每天靜態(tài)功耗：（0.1mA/1000）*24=0.0024AH每天總功耗：0.015+0.002+0.0024=0.0194AH電池自放電：電池每月自放電5%，半年自放電<11*0.05*6=3.3AH工作可持續(xù)時間：(11*0.8–3.3)/0.0194=283（天）綜上所述：283天大于實際需要的半年。3.2.6太陽能供電方案太陽能板選型太陽能板選型基本參數(shù)如下：75W-24V太陽能電池板參數(shù)名稱型號MONO(單晶)詳細描述YQM-75W-24MONOMaximumpower(Wp)（最大功率）75wpMaximumpowervoltage(V)（最大工作電36壓）Maximumpowercurrent(A)（最大工作電2.08流）Opencircuitvoltage(V)（開路電壓）Shortcircuitcurrent(A)（短路電流）Numberofcells(Pcs)（電池數(shù)量）Sizeofmodule(mm)（太陽能板的尺寸）43.33.75481206*535*35mm(125x125mmcell)Maximumsystemvoltage(V)（最大系統(tǒng)電1000壓）TemperaturecoefficientsofIsc(%)（短路電流0.065+/-0.015%/℃的溫度系數(shù)）TemperaturecoefficientsofVoc(%)（開路電-（2.23+/-0.1）mv/℃壓的溫度系數(shù)）TemperaturecoefficientsofPm(%)（最大功率-（0.5+-0.05）/℃的溫度系數(shù)）TemperaturecoefficientsofIm(%)（最大電流+0.1/℃的溫度系數(shù)）TemperaturecoefficientsofVm(%)（最大電-0.38/℃壓的溫度系數(shù)）TemperatureRange（工作溫度范圍）-40℃～+85℃ToleranceWattage(e.g.+/-5%)（功率的公+/-5%差）SurfaceMaximumLoadCapacity（太陽能板30m/s(200kg/sq.m)表面可以承受的最大壓力）AllowableHailLoad（冰雹壓力測試）Weightperpiece(kg)（每塊太陽能板的重10.5量）steelballfalldownfrom1mheightJunctionBoxType（連接盒類型）LengthofCables(mm)（連接線長度）CellEfficiency(%)（電池效率）PPO,black900mm16%Outputtolerance(%)（輸出功率公差）+/-5%Frame(Material,Corners,etc.)（邊框材料）AnodizedAluminumAlloyStandardTestConditions（標準測試條件）AM1.5100mW/C㎡25’CWarranty（產(chǎn)品質(zhì)量保證）5yearsproductwarrantyand25years80%ofpower75%FF(%)（填充因子）Packing（包裝）carton（硬紙盒,紙板箱）太陽能控制器LS1024：參數(shù)型號詳細參數(shù)LS1024額定充電電流額定負載電流系統(tǒng)電壓10A10A12V、24V自適應(yīng)過載、短路保護空載損耗1.25倍額定電流60秒.1.5倍額定電流5秒時過載保護動作≤4mA充電回路壓降放電回路壓降超壓保護不大于0.26V不大于0.15V17V，×2/24V；工作溫度工業(yè)級：-35℃至+55℃(后綴I)；商用級-5℃至+50℃14.6V；×2/24V；(維持時間：30min)（只當出現(xiàn)過方時調(diào)用）提升充電電壓直充充電電壓浮充充電返回電壓溫度補償14.4V;×2/24V；(維持時間：30min)13.6V；×2/24V；(維持時間：直至充電返回電壓動作)13.2v；×2/24V；-5mv/℃/2V（提升、直充、浮充、充電返回電壓補償）;12.0V；×2/24V；欠壓電壓11.1V-放電率補償修正的初始過放電壓（空載電壓）；×2/24V；過放電壓過放返回電壓13.1V；×2/24V；過放可強制返回電壓12.5V；×2/24V；（按鍵強制返回）控制方式充電為PWM脈寬調(diào)制，控制點電壓為不同放電率智能補備注：電池持續(xù)工作時間計算：?計算條件：標定電池容量：24V/36AH（實際按70%容量計算）RTU運行參數(shù)：采集平均電流：100mA；通訊平均電流：60mA；靜態(tài)電流：120mA；?工作模式：RTU1分鐘采集1次，采集持續(xù)時間1秒，2分鐘上傳數(shù)據(jù)1次，傳送持續(xù)時間1分鐘。?功耗計算：每天采集功耗：（100mA/1000）*60*24/3600=0.04AH每天傳送數(shù)據(jù)功耗：（60mA/1000）*30*24/60=0.72AH每天靜態(tài)功耗：（120mA/1000）*24=2.88AH每天總功耗：2.88+0.72+0.04=3.64AH工作可持續(xù)時間：36*0.7/3.64=6.9（天）綜上所述：6.9天大于實際需要的5天，因此36AH容量的電池能滿足系統(tǒng)在連續(xù)陰雨天、不少于5天的持續(xù)工作時間。3.3業(yè)務(wù)流程及功能3.3.1業(yè)務(wù)流程管線泄漏報警系統(tǒng)主要是對管線附近的密閉空間進行監(jiān)測，將實時監(jiān)測到的數(shù)據(jù)上傳到管理中心。管理中心根據(jù)當前密閉空間的可燃氣體濃度，進行相應(yīng)的告警處理，或與GPS搶險車調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)進行聯(lián)動。對各個密閉空間安裝可燃氣體檢測器之前，需要對燃氣公司的管線進行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)清理：各個管線相應(yīng)的GPS數(shù)據(jù)、附近的密閉空間情況，在管理中心建立管線基礎(chǔ)資料庫；對各個密閉空間安裝可燃氣體檢測器、通訊中繼器時，充分考慮防爆、防水、防潮；通訊中繼器通過市電取電，并給可燃氣體檢測器供電；可燃氣體檢測器實時將檢測數(shù)據(jù)上傳到管理中心；管理中心根據(jù)該點的歷史信息，進行分析處理，產(chǎn)生聲光告警或與其它系統(tǒng)聯(lián)動。3.3.2系統(tǒng)功能密閉空間的監(jiān)控實現(xiàn)功能如下：1)對密閉空間的燃氣泄漏實時監(jiān)測報警。2)系統(tǒng)能在中心通過圖形化界面觀測到管網(wǎng)安全狀況（是否出現(xiàn)異常施工狀況），出現(xiàn)異常時能進行聲光告警。3)和燃氣公司現(xiàn)有的GIS系統(tǒng)無縫低耦合、快速集成。第4章主要設(shè)備性能指標4.1.1RTU(RemoteTerminalUnits)基本參數(shù)如下：參數(shù)類型通訊方式詳細描述內(nèi)置GPRS/3G無線模塊實