CN112114552A - 一种多点参数气固燃料监测预警与控制系统 - Google Patents

一种多点参数气固燃料监测预警与控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种用于工厂车间的气固燃料监测预警及控制系统，包括可燃气、固浓度监测装置、火焰检测装置、监控系统、预警模块、控制模块。气、固浓度监测装置的气体浓度传感器、粉尘浓度传感器获取车间可燃气体浓度信号和可燃粉尘浓度信号，火焰检测装置中的火焰传感器检测获取现场火焰信号。监控系统实时监测现场可燃气体浓度、可燃粉尘浓度。当现场可燃物质浓度超过预设临界浓度时，预警模块发出报警，控制模块启动防爆通风装置进行通风，当存在多处火焰信号报警，控制模块启动喷淋系统进行灭火，从而实现对含有气、固燃料工艺过程的工厂车间燃爆事故预防和控制。

Description

一种多点参数气固燃料监测预警与控制系统
技术领域
本发明创造涉及监测、预警与控制技术领域，具体涉及气固燃料浓度监测预警与控制系统。
背景技术
可燃气固燃料广泛应用于化工、航天、农业、矿业等领域，在创造经济价值的同时，也存在着巨大的风险。气、固燃料在生产、加工、运输、储存过程中，不仅会挥发出可燃气体，也会在空气中形成悬浮粉尘气溶胶，可燃气体和爆炸性粉尘气溶胶在空气中混合达到一定的浓度，在适宜点火能作用下，便会发生爆炸，造成严重的生命和财产损失。
现有的监测控制方法仅针对单相可燃物进行监测来进行防爆控制，在实际生产过程中由于生产工艺的原因，工厂车间存在的通常是气固燃料混合物，而气固燃料混合物的爆炸下限与单一气体、粉尘的爆炸下限有显著不同，单一相态的物质爆炸下限不能反映混合物的爆炸下限，因此在存在单一相态物质监控之下，仍然存在着燃爆的隐患。
发明内容
本发明的目的是提供一种可燃气固燃料监测预警与控制系统，以实现可燃气固燃料场所的安全生产。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种多点参数气固燃料监测预警与控制系统，包括气、固浓度监测装置、火焰检测器；监控系统、预警模块和控制模块。
所述的气、固浓度监测装置，包括气体浓度传感器、粉尘浓度传感器和防爆外壳，所述可燃气固浓度监测装置安装在工厂车间气体燃料存储室、固体燃料存储室及气固燃料混合工艺位置，所述气体浓度传感器获取可燃气体浓度信号，所述粉尘浓度传感器获取可燃粉尘浓度信号。
所述的火焰检测器，安装在工厂车间气体燃料存储室、固体燃料存储室、气固燃料混合工艺位置及气固燃料混合罐装室，用于检测工厂车间的火源。
所述的监控系统，包括在线监控模块和分析决策模块。
所述在线监测模块界面显示所有位置气、固浓度监测装置及火焰检测器的编号，编号下设置可燃气体浓度显示框、可燃粉尘浓度显示框、气固混合浓度危害程度指数R显示框、火焰报警显示灯、气固混合物浓度报警显示灯。
所述的分析决策模块，其特征是，根据物质放热能量关系得到气固混合浓度危害程度指数R和气固混合爆炸临界浓度函数f([x]p,[x]g)，具体包括：
a.由气固混合物爆炸临界放热Qcr和现场气固混合物爆炸放热Q′cr计算得到的气固混合浓度危害程度指数R，当0≤R<1，现场气固混合浓度未达到气固混合浓度爆炸临界值；当R＝1，现场气固混合浓度达到气固混合浓度爆炸临界值；当R>1,现场气固混合浓度超过气固混合浓度爆炸临界值，则气固混合浓度危害程度指数R的计算公式为：
Figure BDA0002101622630000021
Qcr＝[x]crgQgX+[x]crpQp(1-X)
Q′cr＝[x]gQg+[x]pQp
Figure BDA0002101622630000022
式中：Qcr气固混合物爆炸临界放热；Q′cr为现场气固混合物爆炸放热；[x]crg为可燃气体爆炸下限(mol/m3)；[x]crp为可燃粉尘爆炸下限(mol/m3)；Qg为可燃气体燃烧热(kJ/mol)；Qp为可燃粉尘燃烧热(kJ/mol)；X为摩尔分数；
b.气固混合浓度危害程度指数R＝1，可得到气固混合爆炸临界浓度函数f([x]p,[x]g)：
Figure BDA0002101622630000023
式中：可燃气体浓度[x]g满足[x]p≥0；可燃气体浓度[x]g满足[x]g≥0。
所述的分析决策模块，其特征是，所述分析决策模块包括模拟信号输入单元、逻辑判断单元、模拟信号输出单元，所述模拟信号输入单元接收所述气体浓度信号、所述粉尘浓度信号及所述火焰信号；所述逻辑判断单元判断气固混合浓度危害程度，具体判别过程为：
a.可燃粉尘浓度信号获取现场可燃粉尘浓度[x]p，气体浓度信号获取现场可燃气体浓度[x]g,计算气固混合浓度危害程度指数R与预设值a的大小关系，预设值a满足0<a<1；
b.若R<a，模拟信号输出单元输出电压1V，所述气固混合浓度报警显示灯呈现灰色；
c.若R≥a，模拟信号输出单元输出电压5V，所述气固混合浓度报警显示灯呈现红色连续闪烁。
所述的分析决策模块，所述模拟信号输入单元接收火焰信号，所述逻辑判断单元判断火焰信号是否多处位置超过阈值，若判断为真，模拟信号输出单元输出电压5V，所述火焰报警显示灯呈现红色连续闪烁，若判断为假，模拟信号输出单元输出电压1V，所述火焰报警显示灯呈现灰色。
所述的预警模块包括防爆声光报警器和防爆烟雾报警器，所述的预警模块安装在工厂车间气体燃料存储室、固体燃料存储室、气固燃料混合工艺位置及气固燃料混合罐装室；所述模拟信号输出单元输出电压5V时，所述预警模块启动爆声光报警器；进一步的，预警模块根据气固混合浓度危害程度指数R取值，可设置分级报警信息，现场人员可由报警信息做出处理。
所述的控制模块包括防爆通风机和喷淋系统，所述气固混合浓度报警显示灯呈现红色连续闪烁，所述控制模块启动防爆通风机，加强工厂车间通风；所述火焰报警显示灯呈现红色连续闪烁，所述控制模块启动喷淋系统，进行灭火处置。
本发明的有益效果在于：通过气、固浓度监测装置中气体浓度传感器和粉尘浓度传感器，获取可燃气体浓度信号和可燃粉尘浓度信号，通过火焰传感器获取火焰信号，通过电缆将信号发送至位于监控系统，监控系统中包括在线监测模块和分析决策模块。根据物质放热能量关系得到气固混合爆炸临界浓度函数和气固混合浓度危害程度指数R，当0≤R<1，现场气固混合浓度未达到气固混合浓度爆炸临界值；当R＝1，现场气固混合浓度达到气固混合浓度爆炸临界值；当R>1,现场气固混合浓度超过气固混合浓度爆炸临界值。在线监测模块界面显示所有位置可燃气固浓度监测装置及火焰检测器的编号，编号下设置可燃气体浓度显示框、可燃粉尘浓度显示框、气固混合浓度危害程度指数R显示框、火焰报警显示灯、气固混合浓度报警显示灯。根据布置在现场的气体浓度传感器和粉尘浓度传感器获取现场可燃气体浓度与现场可燃粉尘浓度，判断气固混合浓度危害程度指数R与预设值a的大小，若R≥a，对应位置编号的气固混合浓度报警显示灯进行报警显示。当多处火焰信号超过预警值，对应位置编号火焰报警显示灯进行报警显示。监控室人员可根据在线监测模块界面中的编号判断报警位置并做出处理，预警模块进行声光报警，现场人员则可根据布置在现场的声光报警发出的报警信息进行相应的处理。气固混合浓度报警显示灯报警显示时，控制模块启动防爆通风机进行除尘通风处理，火焰报警显示灯报警显示时，控制模块启动喷淋系统进行灭火处理。该系统利用控制着火点和降低可燃物浓度方法，实现对含有气、固燃料工艺过程的工厂车间燃爆事故预防和控制。
附图说明
图1是本发明的一种多点参数气固燃料监测预警与控制系统示意图；
图2是本发明的在线监测模块界面示意图；
其中1—可燃气固浓度监测装置及火焰检测器的编号、2—可燃粉尘浓度显示框、3—可燃气体浓度显示框、4—气固混合浓度危害程度指数R显示框、5—火焰报警显示灯、6—气固混合物浓度报警显示灯。
图3是本发明的气固燃料混合临界爆炸浓度关系图。
具体实施方式
结合附图说明对本发明进行如下详细描述。
如图1所示，本发明所述的一种多点参数气固燃料监测预警与控制系统，包括气、固浓度监测装置、火焰检测器、监控系统、预警模块和控制模块。
所述的气、固浓度监测装置包括气体浓度传感器、粉尘浓度传感器和防爆外壳，所述气、固浓度监测装置安装在工厂车间气体燃料存储室、固体燃料存储室及气固燃料混合工艺位置；所述气体浓度传感器获取可燃气体浓度信号，所述粉尘浓度传感器获取可燃粉尘浓度信号。
所述火焰检测器安装在工厂车间气体燃料存储室、固体燃料存储室、气固燃料混合工艺位置及气固燃料混合罐装室，所述火焰检测器检测火焰信号。
所述的监控系统包括在线监控模块和分析决策模块，所述可燃气固浓度监测装置和将所述火焰检测装置将所述气体浓度信号、所述粉尘浓度信号及所述火焰信号通过电缆传输至监控系统。
如图2所示，所述在线监测模块界面显示所有位置可燃气固浓度监测装置及火焰检测器的编号，编号下设置可燃气体浓度显示框、可燃粉尘浓度显示框、气固混合浓度临界爆炸系数R显示框、火焰报警显示灯、气固混合物浓度报警显示灯。
所述的分析决策模块，其特征是，根据物质放热能量关系得到气固混合浓度危害程度指数R和气固混合爆炸临界浓度函数f([x]p,[x]g)，具体包括：
a.由气固混合物爆炸临界放热Qcr和现场气固混合物爆炸放热Q′cr计算得到的气固混合浓度危害程度指数R，当0≤R<1，现场气固混合浓度未达到气固混合浓度爆炸临界值；当R＝1，现场气固混合浓度达到气固混合浓度爆炸临界值；当R>1,现场气固混合浓度超过气固混合浓度爆炸临界值，则气固混合浓度危害程度指数R的计算公式为：
Figure BDA0002101622630000051
Qcr＝[x]crgQgX+[x]crpQp(1-X)
Q′cr＝[x]gQg+[x]pQp
Figure BDA0002101622630000052
式中：Qcr气固混合物爆炸临界放热；Q′cr为现场气固混合物爆炸放热；[x]crg为可燃气体爆炸下限(mol/m3)；[x]crp为可燃粉尘爆炸下限(mol/m3)；Qg为可燃气体燃烧热(kJ/mol)；Qp为可燃粉尘燃烧热(kJ/mol)；X为摩尔分数；
b.气固混合浓度危害程度指数R＝1，可得到气固混合爆炸临界浓度函数f([x]p,[x]g)：
Figure BDA0002101622630000053
式中：可燃气体浓度[x]g满足[x]p≥0；可燃气体浓度[x]g满足[x]g≥0。
Figure BDA0002101622630000054
式中：可燃气体浓度[x]g满足0≤[x]p<[x]crp；可燃气体浓度[x]g满足0≤[x]g<[x]crg。
如图3所示，以甲烷、碳粉为例，在25℃，101Kpa条件下，碳粉燃烧热Qp＝393.5kJ/mol，碳粉的爆炸下限[x]crp＝3.333mol/m3，甲烷燃烧热Qg＝890.31kJ/mol，甲烷的爆炸下限为[x]cr2＝2.041mol/m3，得到气固混合爆炸临界浓度关系图。
所述的分析决策模块，其特征是，所述分析决策模块包括模拟信号输入单元、逻辑判断单元、模拟信号输出单元，所述模拟信号输入单元接收所述气体浓度信号、所述粉尘浓度信号及所述火焰信号；所述逻辑判断单元判断气固混合浓度危害程度，具体判别过程为：
a.可燃粉尘浓度信号获取现场可燃粉尘浓度[x]p，气体浓度信号获取现场可燃气体浓度[x]g,计算气固混合浓度危害程度指数R与预设值a的大小关系，预设值a满足0<a<1；
b.若R<a，模拟信号输出单元输出电压1V，所述气固混合浓度报警显示灯呈现灰色；
c.若R≥a，模拟信号输出单元输出电压5V，所述气固混合浓度报警显示灯呈现红色连续闪烁。
所述模拟信号输入单元接收火焰信号，所述逻辑判断单元判断火焰信号是否多处位置超过阈值，若判断为真，模拟信号输出单元输出电压5V，所述火焰报警显示灯呈现红色连续闪烁，若判断为假，模拟信号输出单元输出电压1V，所述火焰报警显示灯呈现灰色。
所述的预警模块包括防爆声光报警器和防爆烟雾报警器，所述的预警模块安装在工厂车间气体燃料存储室、固体燃料存储室、气固燃料混合工艺位置及气固燃料混合罐装室；所述模拟信号输出单元输出电压5V时，所述预警模块启动爆声光报警器；进一步的，预警模块根据气固混合浓度危害程度指数R取值，可设置分级报警信息，现场人员可由报警信息做出处理。
所述的控制模块包括防爆通风机和喷淋系统，所述气固混合浓度报警显示灯呈现红色连续闪烁，所述控制模块启动防爆通风机，加强工厂车间通风；所述火焰报警显示灯呈现红色连续闪烁，所述控制模块启动喷淋系统，进行灭火处置。
本发明的有益效果在于：通过气、固浓度监测装置中气体浓度传感器和粉尘浓度传感器，获取可燃气体浓度信号和可燃粉尘浓度信号，通过火焰传感器获取火焰信号，通过电缆将信号发送至位于监控系统，监控系统中包括在线监测模块和分析决策模块。根据物质放热能量关系得到气固混合爆炸临界浓度函数和气固混合浓度危害程度指数R，当0≤R<1，现场气固混合浓度未达到气固混合浓度爆炸临界值；当R＝1，现场气固混合浓度达到气固混合浓度爆炸临界值；当R>1,现场气固混合浓度超过气固混合浓度爆炸临界值。在线监测模块界面显示所有位置可燃气固浓度监测装置及火焰检测器的编号，编号下设置可燃气体浓度显示框、可燃粉尘浓度显示框、气固混合浓度危害程度指数R显示框、火焰报警显示灯、气固混合浓度报警显示灯。根据布置在现场的气体浓度传感器和粉尘浓度传感器获取现场可燃气体浓度与现场可燃粉尘浓度，判断气固混合浓度危害程度指数R与预设值a的大小，若R≥a，对应位置编号的气固混合浓度报警显示灯进行报警显示。当多处火焰信号超过预警值，对应位置编号火焰报警显示灯进行报警显示。监控室人员可根据在线监测模块界面中的编号判断报警位置并做出处理，预警模块进行声光报警，现场人员则可根据布置在现场的声光报警发出的报警信息进行相应的处理。气固混合浓度报警显示灯报警显示时，控制模块启动防爆通风机进行除尘通风处理，火焰报警显示灯报警显示时，控制模块启动喷淋系统进行灭火处理。该系统利用控制着火点和降低可燃物浓度方法，实现对含有气、固燃料工艺过程的工厂车间燃爆事故预防和控制。
以上所述仅用以说明本发明的技术方案，所以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，均包括于本发明专利申请范围之内。

Claims (10)

1.一种多点参数气固燃料监测预警与控制系统，其特征在于，包括可燃气、固浓度监测装置、火焰检测器、监控系统、预警模块和控制模块。
2.根据权利要求1所述的可燃气、固浓度监测装置，其特征是，包括气体浓度传感器、粉尘浓度传感器和防爆外壳，所述气、固浓度监测装置安装在工厂车间气体燃料存储室、固体燃料存储室及气固燃料混合工艺位置；所述气体浓度传感器获取可燃气体浓度信号，所述粉尘浓度传感器获取可燃粉尘浓度信号。
3.根据权利要求1所述的火焰检测器，其特征是，所述火焰检测器安装在工厂车间气体燃料存储室、固体燃料存储室、气固燃料混合工艺位置及气固燃料混合罐装室，所述火焰检测器检测火焰信号。
4.根据权利要求1所述的监控系统，其特征是，所述的监控系统包括在线监控模块和分析决策模块；所述气、固浓度监测装置和所述火焰检测装置将所述气体浓度信号、所述粉尘浓度信号及所述火焰信号通过电缆传输至监控系统。
5.根据权利要求4所述的在线监控模块，其特征是，所述在线监测模块界面显示所有位置可燃气固浓度监测装置及火焰检测器的编号，编号下设置可燃气体浓度显示框、可燃粉尘浓度显示框、气固混合浓度危害程度指数R显示框、火焰报警显示灯、气固混合浓度报警显示灯。
6.根据权利要求4所述的分析决策模块，其特征是，根据物质放热能量关系得到气固混合浓度危害程度指数R和气固混合爆炸临界浓度函数f([x]p,[x]g)，具体包括：
a.由气固混合物爆炸临界放热Qcr和现场气固混合物爆炸放热Q′cr计算得到的气固混合浓度危害程度指数R，当0≤R<1，现场气固混合浓度未达到气固混合浓度爆炸临界值；当R＝1，现场气固混合浓度达到气固混合浓度爆炸临界值；当R>1,现场气固混合浓度超过气固混合浓度爆炸临界值，则气固混合浓度危害程度指数R的计算公式为：
Figure FDA0002101622620000011
Qcr＝[x]crgQgX+[x]crpQp(1-X)
Q′cr＝[x]gQg+[x]pQp
Figure FDA0002101622620000012
式中：Qcr气固混合物爆炸临界放热；Q′cr为现场气固混合物爆炸放热；X为摩尔分数；[x]crg为可燃气体爆炸下限(mol/m3)；[x]crp为可燃粉尘爆炸下限(mol/m3)；Qg为可燃气体燃烧热(kJ/mol)；Qp为可燃粉尘燃烧热(kJ/mol)；
b.气固混合浓度危害程度指数R＝1，可得到气固混合爆炸临界浓度函数f([x]p,[x]g)：
Figure FDA0002101622620000021
式中：可燃气体浓度[x]g满足[x]p≥0；可燃气体浓度[x]g满足[x]g≥0。
7.根据权利要求4所述的分析决策模块，其特征是，所述分析决策模块包括模拟信号输入单元、逻辑判断单元、模拟信号输出单元，所述模拟信号输入单元接收所述气体浓度信号、所述粉尘浓度信号及所述火焰信号；所述逻辑判断单元判断气固混合浓度危害程度，具体判别过程为：
a.可燃粉尘浓度信号获取现场可燃粉尘浓度[x]p，气体浓度信号获取现场可燃气体浓度[x]g,计算气固混合浓度危害程度指数R与预设值a的大小关系，预设值a满足0<a<1；
b.若R<a，模拟信号输出单元输出电压1V，所述气固混合浓度报警显示灯呈现灰色；
c.若R≥a，模拟信号输出单元输出电压5V，所述气固混合浓度报警显示灯呈现红色连续闪烁。
8.根据权利要求4所述的分析决策模块，其特征是，所述模拟信号输入单元接收火焰信号，所述逻辑判断单元判断火焰信号是否多处位置超过阈值，若判断为真，模拟信号输出单元输出电压5V，所述火焰报警显示灯呈现红色连续闪烁，若判断为假，模拟信号输出单元输出电压1V，所述火焰报警显示灯呈现灰色。
9.根据权利要求1所述的预警模块，其特征是，所述的预警模块包括防爆声光报警器和防爆烟雾报警器，所述的预警模块安装在工厂车间气体燃料存储室、固体燃料存储室、气固燃料混合工艺位置及气固燃料混合罐装室；所述模拟信号输出单元输出电压5V时，所述预警模块启动爆声光报警器；进一步的，预警模块根据气固混合浓度危害程度指数R取值，可设置分级报警信息，现场人员可由报警信息做出处理。
10.根据权利要求1所述的控制模块，其特征是，所述的控制模块包括防爆通风机和喷淋系统，所述气固混合浓度报警显示灯呈现红色连续闪烁，所述控制模块启动防爆通风机，加强工厂车间通风；所述火焰报警显示灯呈现红色连续闪烁，所述控制模块启动喷淋系统，进行灭火处置。
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