天然氣管道密閉空間無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(V2.0)

天然氣管道密閉空間無(wú)線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)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?xì)忾y門(mén)井內(nèi)管道、閥門(mén)等設(shè)施經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，在不通風(fēng)、潮濕環(huán)境下，閥門(mén)閥體、法蘭等部位因腐蝕、脹縮等原因可能會(huì)產(chǎn)生局部燃?xì)庑孤谕L(fēng)不良條件下易造成燃?xì)饩奂?，積累到一定體積分?jǐn)?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?xì)獗?，從而破壞燃?xì)庠O(shè)施，造成供氣中斷，對(duì)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?xì)夤艿佬孤┢毡榉绞绞且匀斯ぱ矙z方式進(jìn)行，但這種方式需要耗費(fèi)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(jìn)行檢測(cè)，有案例表明，燃?xì)夤救藛T剛進(jìn)行完巡檢，但由于后來(lái)工程施工等情況，對(duì)管道造成破環(huán)，而沒(méi)有及時(shí)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?xì)夤芫W(wǎng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)利用無(wú)線GPRS技術(shù)形成燃?xì)庑孤┍O(jiān)測(cè)方案。無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有自動(dòng)化程度高、維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)便、系統(tǒng)成本低等特點(diǎn)，把預(yù)防管道燃?xì)庑孤┑娜斯ぱ矙z方式實(shí)現(xiàn)為晝夜實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的現(xiàn)代化自動(dòng)模式，實(shí)現(xiàn)全方位的監(jiān)測(cè)，從而達(dá)到完善和提升了整個(gè)城市燃?xì)夤芫W(wǎng)泄漏的預(yù)、報(bào)警能力，杜絕燃?xì)庑孤┦鹿实陌l(fā)生。1.2監(jiān)測(cè)原理燃?xì)庑孤z測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)將在每個(gè)檢查井安裝一個(gè)可燃?xì)怏w探測(cè)器，實(shí)時(shí)檢測(cè)地下空間可燃?xì)怏w濃度。通過(guò)地面安裝的一個(gè)RTU，經(jīng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將氣體濃度情況傳送至管理中心，隨時(shí)應(yīng)對(duì)可能發(fā)生的燃?xì)庑孤┦鹿?。采用區(qū)域集中管理網(wǎng)絡(luò)，由以下三級(jí)構(gòu)成：1)現(xiàn)場(chǎng)可燃?xì)怏w探測(cè)器實(shí)時(shí)監(jiān)控每個(gè)檢查井空間內(nèi)的可燃?xì)怏w濃度。安裝在地下密閉空間內(nèi)，每個(gè)檢查井安裝1個(gè)，每個(gè)探測(cè)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(tái)RTU。接收管轄范圍內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)器的數(shù)據(jù)，通過(guò)GPRS無(wú)線通信方式與管理中心進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。RTU由市電供電、太陽(yáng)能供電或者電池供電。3)管理中心管理中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)密閉空間實(shí)時(shí)濃度狀況顯示及告警提示。1.3系統(tǒng)特點(diǎn)1、傳感器采用本質(zhì)安全、采集精度高、高靈敏度、不受時(shí)間和空間限制。對(duì)探測(cè)點(diǎn)的濃度指標(biāo)以及水位高度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。2、采用市電和電池供電兩種方式，根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)狀況靈活選擇。電池供電方式安裝簡(jiǎn)便，適于取電不方便的地方；市電方案實(shí)時(shí)性更好，能實(shí)現(xiàn)24小時(shí)監(jiān)測(cè)。3、使用無(wú)線數(shù)字通訊技術(shù)傳輸報(bào)警和故障信號(hào)，無(wú)線傳輸穩(wěn)定可靠，燃?xì)馓綔y(cè)設(shè)備采用gprs通訊方式，實(shí)現(xiàn)覆蓋范圍較廣、傳輸速度較快、維護(hù)安全可靠。4、設(shè)備采用防水、防爆外殼設(shè)計(jì)。5、工作環(huán)境、溫度范圍寬，可安裝于任何地點(diǎn)，無(wú)需布線。6、實(shí)時(shí)上報(bào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的燃?xì)鉂舛葦?shù)據(jù)，可在最短時(shí)間內(nèi)提供給管理人員實(shí)時(shí)分析泄漏點(diǎn)濃度趨勢(shì)，供管理人員決策。第2章系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)于燃?xì)夤艿篱y門(mén)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(jí)紅外燃?xì)馓筋^來(lái)解決管線附近密閉空間的燃?xì)庑孤┑奶綔y(cè)與報(bào)警問(wèn)題：通過(guò)密閉空間內(nèi)的可燃?xì)怏w探測(cè)器和RTU，與管理中心的管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，進(jìn)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?xì)怏w探測(cè)器，用于探測(cè)密閉空間內(nèi)的可燃?xì)怏w濃度值；每個(gè)探測(cè)器通過(guò)RTU供電并與RTU保持?jǐn)?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?xì)怏w探測(cè)器回傳的數(shù)據(jù)，通過(guò)GPRS上傳到管理中心。RTU即可以通過(guò)接入市電供電，也可以使用太陽(yáng)能供電或者電池供電；RTU并同時(shí)為可燃?xì)怏w探測(cè)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(dú)供電，則至少可以續(xù)航半年以上時(shí)間。管網(wǎng)監(jiān)控中心接收各個(gè)RTU傳來(lái)的數(shù)據(jù)，分析各個(gè)密閉空間是否有安全隱患；對(duì)可燃?xì)怏w達(dá)到爆炸下限以下的某個(gè)閥值時(shí)，進(jìn)行報(bào)警，并與GPS搶險(xiǎn)車調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)處理。第3章詳細(xì)設(shè)計(jì)3.1設(shè)備選擇3.1.1探測(cè)器選擇密閉空間內(nèi)燃?xì)庑孤z測(cè)實(shí)施的重點(diǎn)是安放在密閉空間內(nèi)的氣體探測(cè)器。它的穩(wěn)定、可靠、有效是項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。當(dāng)前可燃?xì)怏w探測(cè)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(hù)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(hù)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)氧氣無(wú)依靠等優(yōu)點(diǎn)成為地下氣體探測(cè)器的首選。此次地下氣體探測(cè)器即選用紅外式氣體探測(cè)器?？紤]到密閉空間有可能浸水，因此探測(cè)器增加了防水裝置，防護(hù)等級(jí)能達(dá)到IP67。3.1.2地下管線安裝氣體探測(cè)器安裝在地下溝道中，既涉及供電及信號(hào)傳輸。由于可燃?xì)怏w探測(cè)器的功耗都在1.5W左右，所以決定了探測(cè)器必須盡量獲得有線供電，在無(wú)法取電的情況下，采用電池供電，但監(jiān)測(cè)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(wú)線通信和光纖通信等。a)模擬分線式的優(yōu)點(diǎn)是每個(gè)探測(cè)器獨(dú)立可靠，并且符合進(jìn)口探測(cè)器的4～20mA接口,采用直流供電；缺點(diǎn)是探測(cè)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(diǎn)是用一組供電及通信電纜連接探測(cè)器，節(jié)約電纜安裝空間；缺點(diǎn)是需要為探測(cè)器定制數(shù)字轉(zhuǎn)換盒。c)無(wú)線通信方式優(yōu)點(diǎn)是無(wú)通信線路鋪設(shè)，安裝位置靈活。但缺點(diǎn)是地下無(wú)線通信困難，且無(wú)線通信成本較高，需要定制無(wú)線轉(zhuǎn)換盒。d)光纖通信方式的優(yōu)點(diǎn)是光纖不會(huì)影響電纜溝內(nèi)的電環(huán)境。但缺點(diǎn)是成本高，依然需要布線和光纖轉(zhuǎn)換盒。根據(jù)實(shí)際情況，建議選用選擇模擬分線式的通訊方式。3.2項(xiàng)目具體實(shí)施方案3.2.1地下空間探測(cè)器密閉空間內(nèi)的每個(gè)檢查井安裝1個(gè)紅外可燃?xì)怏w探測(cè)器。探測(cè)器采用防水密封處理，在進(jìn)氣口設(shè)置防水罩，體積約343×200×130mm。并做一定機(jī)械防護(hù)處理。安裝在檢查井的側(cè)壁上層。進(jìn)行外殼接大地處理。每個(gè)探測(cè)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(hào)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(cè)器，以及接頭等都需進(jìn)行防水處理。3.2.2RTU實(shí)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(guò)現(xiàn)成的排管或者重新布線連到井內(nèi)的探測(cè)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(jiān)持工作4天（RTU將切換到間歇工作模式，如6小時(shí)監(jiān)測(cè)一次）。RTU采用防水密封箱體，需要為RTU砌水泥平臺(tái)，RTU安裝在水泥平臺(tái)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(dòng)切換到備用電池供電模式，無(wú)損系統(tǒng)正常工作。3.2.5電池供電◆電池型號(hào)：美國(guó)電池A123電池供電采用可充放鋰電池，基本參數(shù)如下：?標(biāo)稱電壓：22V?標(biāo)稱容量：11Ah?標(biāo)準(zhǔn)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(shí)長(zhǎng)計(jì)算：?計(jì)算條件：標(biāo)定電池容量：可充電鋰電池22V/11AH（實(shí)際按80%容量計(jì)算）RTU運(yùn)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(shí)間15分鐘，1天上傳數(shù)據(jù)1次，傳送平均持續(xù)時(shí)間2分鐘。?功耗計(jì)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(shí)間：(11*0.8–3.3)/0.0194=283（天）綜上所述：283天大于實(shí)際需要的半年。3.2.6太陽(yáng)能供電方案太陽(yáng)能板選型太陽(yáng)能板選型基本參數(shù)如下：75W-24V太陽(yáng)能電池板參數(shù)名稱型號(hào)MONO(單晶)詳細(xì)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(kāi)路電壓）Shortcircuitcurrent(A)（短路電流）Numberofcells(Pcs)（電池?cái)?shù)量）Sizeofmodule(mm)（太陽(yáng)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(kāi)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(yáng)能板30m/s(200kg/sq.m)表面可以承受的最大壓力）AllowableHailLoad（冰雹壓力測(cè)試）Weightperpiece(kg)（每塊太陽(yáng)能板的重10.5量）steelballfalldownfrom1mheightJunctionBoxType（連接盒類型）LengthofCables(mm)（連接線長(zhǎng)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(biāo)準(zhǔn)測(cè)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(yáng)能控制器LS1024：參數(shù)型號(hào)詳細(xì)參數(shù)LS1024額定充電電流額定負(fù)載電流系統(tǒng)電壓10A10A12V、24V自適應(yīng)過(guò)載、短路保護(hù)空載損耗1.25倍額定電流60秒.1.5倍額定電流5秒時(shí)過(guò)載保護(hù)動(dòng)作≤4mA充電回路壓降放電回路壓降超壓保護(hù)不大于0.26V不大于0.15V17V，×2/24V；工作溫度工業(yè)級(jí)：-35℃至+55℃(后綴I)；商用級(jí)-5℃至+50℃14.6V；×2/24V；(維持時(shí)間：30min)（只當(dāng)出現(xiàn)過(guò)方時(shí)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(bǔ)償14.4V;×2/24V；(維持時(shí)間：30min)13.6V；×2/24V；(維持時(shí)間：直至充電返回電壓動(dòng)作)13.2v；×2/24V；-5mv/℃/2V（提升、直充、浮充、充電返回電壓補(bǔ)償）;12.0V；×2/24V；欠壓電壓11.1V-放電率補(bǔ)償修正的初始過(guò)放電壓（空載電壓）；×2/24V；過(guò)放電壓過(guò)放返回電壓13.1V；×2/24V；過(guò)放可強(qiáng)制返回電壓12.5V；×2/24V；（按鍵強(qiáng)制返回）控制方式充電為PWM脈寬調(diào)制，控制點(diǎn)電壓為不同放電率智能補(bǔ)備注：電池持續(xù)工作時(shí)間計(jì)算：?計(jì)算條件：標(biāo)定電池容量：24V/36AH（實(shí)際按70%容量計(jì)算）RTU運(yùn)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(shí)間1秒，2分鐘上傳數(shù)據(jù)1次，傳送持續(xù)時(shí)間1分鐘。?功耗計(jì)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(shí)間：36*0.7/3.64=6.9（天）綜上所述：6.9天大于實(shí)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(shí)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(bào)警系統(tǒng)主要是對(duì)管線附近的密閉空間進(jìn)行監(jiān)測(cè)，將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)上傳到管理中心。管理中心根據(jù)當(dāng)前密閉空間的可燃?xì)怏w濃度，進(jìn)行相應(yīng)的告警處理，或與GPS搶險(xiǎn)車調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)。對(duì)各個(gè)密閉空間安裝可燃?xì)怏w檢測(cè)器之前，需要對(duì)燃?xì)夤镜墓芫€進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)清理：各個(gè)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(kù)；對(duì)各個(gè)密閉空間安裝可燃?xì)怏w檢測(cè)器、通訊中繼器時(shí)，充分考慮防爆、防水、防潮；通訊中繼器通過(guò)市電取電，并給可燃?xì)怏w檢測(cè)器供電；可燃?xì)怏w檢測(cè)器實(shí)時(shí)將檢測(cè)數(shù)據(jù)上傳到管理中心；管理中心根據(jù)該點(diǎn)的歷史信息，進(jìn)行分析處理，產(chǎn)生聲光告警或與其它系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。3.3.2系統(tǒng)功能密閉空間的監(jiān)控實(shí)現(xiàn)功能如下：1)對(duì)密閉空間的燃?xì)庑孤?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警。2)系統(tǒng)能在中心通過(guò)圖形化界面觀測(cè)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(shí)能進(jìn)行聲光告警。3)和燃?xì)夤粳F(xiàn)有的GIS系統(tǒng)無(wú)縫低耦合、快速集成。第4章主要設(shè)備性能指標(biāo)4.1.1RTU(RemoteTerminalUnits)基本參數(shù)如下：參數(shù)類型通訊方式詳細(xì)描述內(nèi)置GPRS/3G無(wú)線模塊實(shí)