CN113466165A - 一种航空煤油在线预警与抑爆复合系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种航空煤油在线预警与抑爆复合系统，包括在线预警系统与抑爆装置；在线预警系统包括传感器检测单元、复合判定单元和控制单元；抑爆装置，对报警区域施加不同等级的工作方案，同时根据控制单元的停止信息停止抑爆装置的工作；当抑爆装置处于非工作状态时，将移动至划定的设备区域进行存放；所述不同等级的工作方案是指抑爆装置对报警区域施加的不同的水与液氮的混合比例的方案；所述抑爆装置包括软件模块与硬件模块，软件模块包括：启动模块、控制模块和供电模块。本发明综合复合传感器设计、实时监测、分级预警等技术结合对航空煤油施加抑制介质，实现了航空煤油蒸汽浓度数据信息的实时监测显示、安全预警与抑制燃爆的目标。
Description
技术领域
本发明涉及航空煤油检测以及航空煤油防火防爆的技术领域，具体涉及航空煤油在线预警与抑爆复合系统。
背景技术
航空煤油是一种具有一定的蒸发性和极高燃烧热值的燃料，它在储藏、运输过程中蒸发与空气的混合在封闭的气相空间内形成可燃混合气体，当封闭空间遇明火或一定的诱发能量，同时混合气体的比例处于其爆炸极限范围之内时，会发生爆炸燃烧。由于航空煤油组成成分复杂，如果通过传统的化学成分对其进行检测，数据采集的成本高也难以达到及时响应航空煤油浓度的要求，而传感器是一种将感受到的信息按照一定变换规律转化为人们所需要的信息进行输出的高精度检测装置，能够满足航空煤油浓度进行在线检测的要求，同时结合含灭火剂的抑爆系统，能够更好的预防航空煤油在运输和存贮的过程中引起的爆炸事故，对于航空事业的发展有着非常重要的意义。
在航空煤油发生燃爆之前快速、有效的采取抑爆措施是一个难点，现存方案一，通过模拟实验的方式得到实施抑制燃爆的方案，通过电子天平、烟气分析仪等实验仪器及数据采集，进行煤油火的模拟实验，结合细水雾发生系统得到一定的变化规律，劣势是实验条件和时间的限制，不论是小尺度还是大尺度实验室模拟实验，无法精确的实验数据，不完全适用于实际情况；现存方案二，通过FDS数值模拟的方式，仿真航空煤油池火的燃烧特性及细水雾抑制效果，但数值模拟的应用稍显不足，且得到的都是现象性的结论；现存方案三，通过人工干预的实施抑制燃爆方案，通过对航空煤油浓度值的监测作为实施抑爆方案的依据，但实施的过程与终止均由人工控制，无法精确高效的完成抑爆工作，并且存在安全性的问题。为了更高效、精准的保障抑爆措施的实施，需结合对航空煤油在线检测预警系统进行复合判断，并使用一种高效、安全、易存储的灭火剂抑制航空煤油的爆炸。
发明内容
本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种航空煤油在线预警与抑爆复合系统，以实现对航空煤油蒸汽浓度的实时监测预警和抑制航空煤油的燃爆。
本发明技术解决方案：一种航空煤油在线预警与抑爆复合系统，包括在线预警系统与抑爆装置；
所述在线预警系统包括传感器检测单元、复合判定单元和控制单元；传感器检测单元，根据控制单元的指令精确快速检测实时航空煤油蒸汽浓度值；所述传感器检测单元包括半导体传感器模组和红外传感器模组；复合判定单元根据控制单元的指令对传感器检测单元采集得到的实时航空煤油蒸汽浓度值进行复合判断，得到判断结果；控制单元，根据在线设定的报警阈值结合复合判定单元的判断结果，对实时航空煤油蒸汽浓度值进行在线显示与分级预警，得到报警信息，再根据报警信息判断是否向抑爆装置发送启动信息和操作信息；控制单元在向抑爆装置发送启动信息和操作信息后，对报警区域的实时航空煤油蒸汽浓度值进行持续的监测，将其与预先设定的最低报警阈值作比较，当其值低于最低报警阈值时，向抑爆装置发送停止信息；所述操作信息包括报警区域和报警等级；所述报警区域指航空煤油蒸汽的浓度值在设定的报警值范围值之内的坐标区域；所述报警等级指根据不同报警阈值设定的等级；所述分级预警指根据不同等级报警阈值进行报警；所述控制单元包括主控模块、显示模块、报警模块和供电模块；
所述抑爆装置，对报警区域施加不同等级的工作方案，同时根据控制单元的停止信息停止抑爆装置的工作；当抑爆装置处于非工作状态时，将移动至划定的设备区域进行存放；所述不同等级的工作方案是指抑爆装置对报警区域施加的不同的水与液氮的混合比例、喷头的工作压力、水和液氮的流速和抑制介质的喷放时间的方案；
所述抑爆装置包括软件模块与硬件模块，软件模块包括：启动模块、控制模块和供电模块；启动模块根据控制单元发出的启动信息启动抑爆装置，并移动到指定报警区域；抑爆装置启动后，控制模块会根据控制单元发出的报警等级，找到对应的工作方案，并按照此方案对报警区域施加抑制介质；控制模块根据控制单元发送的停止信息控制抑爆装置停止工作；控制模块控制抑爆装置移动至默认划定的设备区域进行存放；供电模块对硬件和软件模块持续供电；硬件模块包括：细雾喷头、水泵组、主管道、接水管、水箱和液氮箱；细雾喷头实现水和液氮的雾化，主管道连接细雾喷头与水泵，接水管连接水箱和水泵组，水箱提供补水供给，液氮箱存储液氮。
所述控制单元，根据在线设定的报警阈值结合复合判定单元的判断结果，对实时航空煤油蒸汽浓度值进行在线显示与分级预警的过程为：控制单元对复合判定单元的判定结果信号进行转换，对实时的航空煤油蒸汽浓度进行在线显示，将显示的煤油蒸汽浓度值与在线设定的的报警阈值进行对比，判断是否进行报警以及进行报警的等级。
所述抑爆装置的启动方式有以下两种：
(1)自动启动：抑爆装置的设计为移动式，根据在线预警系统发送的启动信息中的报警位置信息，抑爆装置移动到相应的报警区域；
(2)手动启动：由人工对抑爆装置进行启动，可移动到任意指定位置。
所述不同等级的工作方案和在线预警系统的预警等级一一对应，默认的工作方案和预警等级分为五级，一级工作方案对应一级预警，以此类推；工作方案中的各个参数包括水与液氮的混合比例、保护面积、细雾喷头的工作压力、水和液氮的流速和抑制介质的喷放时间，各级工作方案的区别在于水与液氮的混合比例。
各级工作方案中各个的参数中，保护面积≤4000mm×18000mm，最大保护面积为4000mm×18000mm，细雾喷头正常工作压力为10MPa，水和液氮的最大流速为5L/min，抑制介质的喷放时间最长为2min，现场补水需满足抑爆装置所需的抑制介质，要求流量不低于90L/min。
各级工作方案中，不同工作方案中水与液氮的混合比例不相同，设定过程如下：通过实验分别模拟5个级预警阈值浓度煤油蒸汽的报警实验，在实验中保证抑爆装置的保护面积、细雾喷头的工作压力、水和液氮的流速和抑制介质的喷放时间按照规定的参数设定且保持稳定，通过多次实验记录，分别在抑制介质中添加不同比例的液氮，记录在线预警系统停止报警时该浓度对应的最小液氮比例，并重复实验3次，将该液氮比例作为该预警阈值对应工作方案中的液氮比例。
所述划定的设备区域包括：默认的抑爆装置闲置区域、由控制单元指定的存放位置和人工指定区域。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明的抑爆装置根据在线预警系统的结果启动抑爆装置，根据报警信息自动移动到报警区域；抑爆装置处于非工作状态时，在线预警系统控制其移动至默认划定的设备区域进行存放，实现了抑爆过程的自动化；
(2)本发明的抑爆装置根据分级预警结果采取不同等级的抑爆方案，对报警区域施加不同比例的水与液氮的混合物；在施加抑制介质的过程中，通过实时监测预警区域的煤油蒸汽浓度的大小来决定是否停止释放抑制介质，即节省了抑制介质，又保障了抑爆工作的安全性和高效性，提升了工作效率；
(3)本发明采用水与液氮的混合物作为抑爆介质，与其他方式抑爆技术相比，对环境无污染小，且细雾添加技术也容易实现。
附图说明
图1为本发明系统的组成示意图；
图2为图1中在线预警系统与抑爆装置组成框图；
图3为本发明系统的检测流程图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
如图1、2所示，本发明一种航空煤油在线预警与抑爆复合系统，包括在线预警系统和抑爆装置；在线预警系统包括传感器检测单元、复合判定单元和控制单元；传感器检测单元根据控制单元的指令精确快速检测实时航空煤油蒸汽浓度值；所述传感器检测单元包括：半导体传感器模组和红外传感器模组；半导体传感器模组通过在MEMS微型板上发展微纳米薄膜，是基于MEMS微型加热器的微纳米薄膜型气敏传感器；红外传感器模组是基于NDIR红外吸收原理的气体传感器，包括针对煤油蒸汽制定的对C-H键吸收效应明显的光源、光学腔体、双通道探测器和微处理器，同时内置温度传感器，可进行温度补偿；复合判定单元根据控制单元的指令实现双模复合传感器信号采集和复合判定，得到判断结果，复合判定单元实现双模复合传感器信号采集和复合判定；双模复合传感器信号采集包括半导传感器模组信号采集和红外传感器模组信号采集；控制单元，根据在线设定的报警阈值结合复合判定单元的判断结果，对实时航空煤油蒸汽浓度值进行在线显示与分级预警，得到报警信息，再根据报警信息判断是否向抑爆装置发送启动信息和操作信息。
控制单元包括：显示模块、报警模块和供电模块，显示模块具备煤油蒸汽浓度数据实时显示和在线设定的功能，包括按键模块和背光检测模块，按键模块实现不同工作状态的多种功能，背光检测模块负责检测环境光强；报警模块具备浓度超标分级显示及声光报警功能，由LED报警灯、蜂鸣器、振动器构成，具有声、光、震三重报警，电蜂鸣器采用无源蜂鸣器；供电模块采用锂电池，负责为各个模块持续供电，所述各个模块包括显示模块、报警模块。
抑爆装置的启动方式有以下两种：
(1)自动启动：抑爆装置的设计为移动式，根据在线预警系统发送的启动信息中的报警位置信息，抑爆装置移动到相应的报警区域；
(2)手动启动：由人工对抑爆装置进行启动，可移动到任意指定位置。
抑爆装置包括软件模块与硬件模块，软件模块包括：启动模块、控制模块和供电模块；启动模块根据控制单元发出的启动信息启动抑爆装置，并移动到指定报警区域；抑爆装置启动后，控制模块会根据控制单元发出的报警等级，找到对应的工作方案，并按照此方案对报警区域施加抑制介质；控制模块根据控制单元发送的停止信息控制抑爆装置停止工作；控制模块控制抑爆装置移动至默认划定的设备区域进行存放；供电模块对硬件和软件模块持续供电；硬件模块包括：细雾喷头、水泵组、主管道、接水管、水箱和液氮箱；细雾喷头实现水和液氮的雾化，主管道连接细雾喷头与水泵，接水管连接水箱和水泵组，水箱提供补水供给，液氮箱存储液氮。
在线预警系统对抑爆装置具有自动启动、分级控制、实时监测和停止归位的控制；自动启动指抑爆装置的启动模块根据在线预警系统发送的控制信息，对整个装置进行启动；分级控制指抑爆装置的控制模块根据在线预警系统发送的不同等级报警信息制定不同等级的工作方案，报警等级指在线预警系统中控制单元的报警模块发出的预警等级信息，不同等级的工作方案是指抑爆装置对报警区域施加的不同的水与液氮的混合比例、喷头的工作压力、水和液氮的流速和抑制介质的喷放时间的方案；实时监测指抑爆装置在对报警区域施加抑制介质时，在线预警系统会持续对报警区域监测其煤油蒸汽浓度，当控制单元的报警模块判定当前的浓度值低于最小预警等级时，在线预警系统会向抑爆装置的控制模块发送停止工作的信息，抑爆装置则停止抑制介质的喷射；停止归位是指抑爆装置停止工作后将自动移动至默认划定的设备区域进行存放，或根据在线预警系统提供的新的位置进行存放。
如图3所示，本发明一种航空煤油在线预警与抑爆复合系统的检测流程如下：
系统初始化。系统初始化指预设参数初始化，包括在线预警系统的报警阈值初始化、背光亮度阈值初始化和抑爆装置工作方案初始化；预警阈值由煤油蒸汽的爆炸下限(LEL)设定，默认的1到5级的预警阈值分别设定为25％LEL、30％LEL、35％LEL、40％LEL、45％LEL；背光亮度阈值由人为设定；抑爆装置工作方案具体参数由前期实验获得，包括水与液氮的混合比例、喷头的工作压力、水和液氮的流速和抑制介质的喷放时间；
红外传感器检测。红外传感器模组检测过程：光源采用对C-H键吸收效应明显的光源，通过一定长度的光学腔体吸收和滤光片后，由双通道红外探测器监测透过滤光片红外光的强度，微处理器进行信号采集、处理最终输出煤油蒸汽浓度；
半导体传感器检测。半导体传感器模组检测过程：半导体传感器由一个加热器和一个传感器表面敏感材料组成，加热器被建模为一个小电阻，它通过流过的大量电流和耗散必要的功率来提高温度，一旦加热器电阻通过加热电压提供到一定的高温工作环境，煤油蒸汽通过敏感材料的吸附和解吸原理改变传感器自身阻值，当环境中煤油蒸汽浓度发生变化时，传感器的电阻值也随之产生变化，根据阻值就可以检测出此时的煤油蒸汽浓度；
复合判定过。复合判定过程：复合判定单元首先通过对传感器检测单元进行信号采集，再通过复合判定单元中的处理电路对采集后的数据进行复合判定、输出。所述信号采集包括半导体传感器模组信号和红外传感器模组信号，其中半导体传感器模组具有相应时间短、灵敏度高的优势点，红外传感器模组具有检测精度高、抗干扰能力强的优势，经复合判定后的输出同时具备其两种传感器模组的优点；
阈值判定。将复合判定的结果与初始预警阈值进行比较，若复合判定的结果大于5级预警阈值，则进行报警模块启动5级报警提示并自动触发抑爆装置的5级方案；若复合判定的结果小于5级预警阈值，大于4级预警阈值，则进行报警模块启动4级报警提示并自动触发抑爆装置的4级方案；若复合判定的结果小于4级预警阈值，大于3级预警阈值，则进行报警模块启动3级报警提示并自动触发抑爆装置的3级方案；若复合判定的结果小于3级预警阈值，大于2级预警阈值，则进行报警模块启动2级报警提示并自动触发抑爆装置的2级方案；若复合判定的结果小于2级预警阈值，大于1级预警阈值，则进行报警模块启动1级报警提示并自动触发抑爆装置的1级方案；若复合判定的结果小于1级预警阈值，则不进行报警也不触发抑爆装置；
抑爆装置启动与停止。抑爆装置根据人工或控制单元的报警信息移动到相应区域，根据在线预警系统的报警等级响应与其对应的工作方案，抑爆装置默认的工作方案分为5个等级；所述各级工作方案中，最大保护面积、细雾喷头的工作压力、水和液氮的最大流速、抑制介质的喷放时间与模拟煤油蒸汽的报警实验时使用的参数相同，具体为：最大保护面积为4000mm×18000mm，细雾喷头正常工作压力为10MPa，水和液氮的最大流速为5L/min，抑制介质的喷放时间最长为2min，现场补水需满足抑爆装置所需的抑制介质，要求流量不低于90L/min；所述各级工作方案中不同的参数为水与液氮的混合比例，从1级方案到5级方案，液氮的混合比例依次增加，通过模拟5级预警阈值煤油蒸汽的实验，确定每个等级工作方案中水与液氮的混合比例，具体操作如下：
模拟1级预警阈值煤油蒸汽的实验，在实验中保证抑爆装置的保护面积、细雾喷头的工作压力、水和液氮的流速和抑制介质的喷放时间按照规定的参数设定且保持稳定，通过多次实验记录，分别在抑制介质中添加不同比例的液氮，记录在线预警系统停止报警时该浓度对应的最小液氮比例，并重复实验3次，将该液氮比例作为1级工作方案中的液氮比例。其他工作方案的实验步骤与1级工作方案相同；
控制单元结合传感器检测单元和复合判定单元对施加抑制介质的报警区域实时监控其煤油蒸汽浓度值，当监测到的浓度值小于设定的1级预警阈值时，则停止报警和工作，抑爆装置自动停至等待区，等待下次启动；抑爆装置也可通过人工启动；
显示浓度值。复合判定单元中的处理电路对红外传感器和半导体传感器模组的信号进行复合判定，控制单元采集复合判定的煤油蒸汽的实时浓度值在LCD屏上实时显示。
Claims (7)
1.一种航空煤油在线预警与抑爆复合系统，其特征在于，包括在线预警系统与抑爆装置；
所述在线预警系统包括传感器检测单元、复合判定单元和控制单元；传感器检测单元，根据控制单元的指令精确快速检测实时航空煤油蒸汽浓度值；所述传感器检测单元包括半导体传感器模组和红外传感器模组；复合判定单元根据控制单元的指令对传感器检测单元采集得到的实时航空煤油蒸汽浓度值进行复合判断，得到判断结果；控制单元，根据在线设定的报警阈值结合复合判定单元的判断结果，对实时航空煤油蒸汽浓度值进行在线显示与分级预警，得到报警信息，再根据报警信息判断是否向抑爆装置发送启动信息和操作信息；控制单元在向抑爆装置发送启动信息和操作信息后，对报警区域的实时航空煤油蒸汽浓度值进行持续的监测，将其与预先设定的最低报警阈值作比较，当其值低于最低报警阈值时，向抑爆装置发送停止信息；所述操作信息包括报警区域和报警等级；所述报警区域指航空煤油蒸汽的浓度值在设定的报警值范围值之内的坐标区域；所述报警等级指根据不同报警阈值设定的等级；所述分级预警指根据不同等级报警阈值进行报警；所述控制单元包括主控模块、显示模块、报警模块和供电模块；
所述抑爆装置，对报警区域施加不同等级的工作方案，同时根据控制单元的停止信息停止抑爆装置的工作；当抑爆装置处于非工作状态时，将移动至划定的设备区域进行存放；所述不同等级的工作方案是指抑爆装置对报警区域施加的不同的水与液氮的混合比例、喷头的工作压力、水和液氮的流速和抑制介质的喷放时间的方案；
所述抑爆装置包括软件模块与硬件模块，软件模块包括：启动模块、控制模块和供电模块；启动模块根据控制单元发出的启动信息启动抑爆装置，并移动到指定报警区域；抑爆装置启动后，控制模块会根据控制单元发出的报警等级，找到对应的工作方案，并按照此方案对报警区域施加抑制介质；控制模块根据控制单元发送的停止信息控制抑爆装置停止工作；控制模块控制抑爆装置移动至默认划定的设备区域进行存放；供电模块对硬件和软件模块持续供电；硬件模块包括：细雾喷头、水泵组、主管道、接水管、水箱和液氮箱；细雾喷头实现水和液氮的雾化，主管道连接细雾喷头与水泵，接水管连接水箱和水泵组，水箱提供补水供给，液氮箱存储液氮。
2.根据权利要求1所述的航空煤油在线预警与抑爆复合系统，其特征在于：所述控制单元，根据在线设定的报警阈值结合复合判定单元的判断结果，对实时航空煤油蒸汽浓度值进行在线显示与分级预警的过程为：控制单元对复合判定单元的判定结果信号进行转换，对实时的航空煤油蒸汽浓度进行在线显示，将显示的煤油蒸汽浓度值与在线设定的报警阈值进行对比，判断是否进行报警以及进行报警的等级。
3.根据权利要求1所述的航空煤油在线预警与抑爆复合系统，其特征在于：所述抑爆装置的启动方式有以下两种：
(1)自动启动：抑爆装置的设计为移动式，根据在线预警系统发送的启动信息中的报警位置信息，抑爆装置移动到相应的报警区域；
(2)手动启动：由人工对抑爆装置进行启动，可移动到任意指定位置。
4.根据权利要求1所述的航空煤油在线预警与抑爆复合系统，其特征在于：所述不同等级的工作方案和在线预警系统的预警等级一一对应，默认的工作方案和预警等级分为五级，一级工作方案对应一级预警，以此类推；工作方案中的各个参数包括水与液氮的混合比例、保护面积、细雾喷头的工作压力、水和液氮的流速和抑制介质的喷放时间，各级工作方案的区别在于水与液氮的混合比例。
5.根据权利要求4所述的航空煤油在线预警与抑爆复合系统，其特征在于：工作方案中的各个参数，最大保护面积为4000mm×18000mm，细雾喷头正常工作压力为10MPa，水和液氮的最大流速为5L/min，抑制介质的喷放时间最长为2min，现场补水需满足抑爆装置所需的抑制介质，要求流量不低于90L/min。
6.根据权利要求4所述的航空煤油在线预警与抑爆复合系统，其特征在于：各级工作方案中，不同工作方案中水与液氮的混合比例不相同，设定过程如下：
通过实验分别模拟5个等级预警阈值的煤油蒸汽的报警实验，在实验中保证抑爆装置的保护面积、细雾喷头的工作压力、水和液氮的流速和抑制介质的喷放时间按照规定的参数设定且保持稳定，通过多次实验记录，分别在抑制介质中添加不同比例的液氮，记录在线预警系统停止报警时该浓度对应的最小液氮比例，并重复实验3次，将该液氮比例作为该预警阈值对应工作方案中的液氮比例。
7.根据权利要求1所述的航空煤油在线预警与抑爆复合系统，其特征在于：所述划定的设备区域包括：默认的抑爆装置闲置区域、由控制单元指定的存放位置和人工指定区域。
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