CN211697622U

CN211697622U - 一种石油炼化装置的有害气体检测系统

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Publication number: CN211697622U
Application number: CN201922176584.9U
Authority: CN
Inventors: 邓喆
Original assignee: Wuhan Petrochemical Engineering Co ltd
Current assignee: Wuhan Petrochemical Engineering Co ltd
Priority date: 2019-12-07
Filing date: 2019-12-07
Publication date: 2020-10-16
Anticipated expiration: 2029-12-07

Abstract

本实用新型提出了一种石油炼化装置的有害气体检测系统，其包括处理器、多路结构相同的前端处理电路、A/D转换器、报警器、催化燃烧式检测器、红外气体检测器和电化学式检测器；催化燃烧式检测器、红外气体检测器和电化学式检测器分别一一对应通过三个前端处理电路与A/D转换器的模拟输入端一一对应电性连接，A/D转换器的数字输出端与处理器电性连接，报警器与处理器电性连接。通过设置催化燃烧式检测器检测氢气或烃类可燃气体，用红外气体检测器检测CO、SO₂、H₂S和NO₂有毒气体的浓度，用电化学式检测器检测含有铅、硫、磷元素的有毒气体，可以实现多功能有害气体的检测，具有检测范围广、检测精度高以及响应速度快的特点。

Description

一种石油炼化装置的有害气体检测系统

技术领域

本实用新型涉及石油装置检测领域，尤其涉及一种石油炼化装置的有害气体检测系统。

背景技术

石油化工厂在进行生产的过程中，会产生一些有毒或可燃的气体，这些气体一旦发生泄露会引起火灾、中毒等安全事故，更有甚者会引发工厂爆炸，后果极为严重。为了确保工厂内设备与人员的安全，必须对这些有毒有害气体进行严格地控制。现有的气体检测技术多采用单气体检测方式，即一种仪表只能检测单一一种气体，效率低。因此，为解决上述问题，本实用新型提供一种石油炼化装置的有害气体检测系统，可以通过单一检测器检测多种有害气体，提高检测效率。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了一种石油炼化装置的有害气体检测系统，可以通过单一检测器检测多种有害气体，提高检测效率。

本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种石油炼化装置的有害气体检测系统，其包括处理器、多路结构相同的前端处理电路、A/D转换器以及报警器，还包括催化燃烧式检测器、红外气体检测器和电化学式检测器；

催化燃烧式检测器、红外气体检测器和电化学式检测器分别一一对应通过三个前端处理电路与A/D转换器的模拟输入端一一对应电性连接，A/D转换器的数字输出端与处理器电性连接，报警器与处理器电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，前端处理电路包括前置放大电路和后级反相放大电路；

催化燃烧式检测器、红外气体检测器或电化学式检测器通过顺次串联的前置放大电路和后级反相放大电路与A/D转换器的模拟输入端电性连接。

进一步优选的，前置放大电路包括TLC2652放大器、电阻R35-R37和电容C14-C18，后级反相放大电路包括OP07放大器、电阻R38、电阻R39、电容C20和电容C21；

催化燃烧式检测器、红外气体检测器或电化学式检测器的输出端分别与TLC2652放大器引脚2和引脚3电性连接，电阻R36和电容C18分别并联在TLC2652放大器的引脚3上，TLC2652放大器的引脚1、引脚8和引脚7分别一一对应通过电容C16、电容C17、电容C15接地，电阻R35和电容C14分别并联在TLC2652放大器的引脚2和引脚6之间，TLC2652放大器的引脚6通过电阻R37与OP07放大器的引脚2电性连接，OP07放大器的引脚3通过电阻R38接地，OP07放大器的引脚4通过电容C19接地，OP07放大器的引脚7通过电容C20接地，电阻R39和电容C21分别并联在OP07放大器的引脚2和引脚6之间，OP07放大器的引脚6与A/D转换器的模拟输入端电性连接。

进一步优选的，A/D转换器包括TLC2543转换器；

TLC2543转换器的AIN0引脚与OP07放大器的引脚6电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，还包括与处理器电性连接的无线射频电路。

进一步优选的，无线射频电路包括NRF905射频芯片；

NRF905射频芯片通过SPI总线与处理器电性连接。

进一步优选的，处理器为AT89S52单片机；

AT89S52单片机的P1.4-P1.7、P0.0-P0.6引脚与NRF905射频芯片的TXEN、TRX_CR、FAR_UP、UPCLK、CD、AM、DR、SPI_MCSI、SPI_MCSO、SPI_SCK、SPI_CSN引脚一一对应电性连接，AT89S52单片机的P1.0-P1.3引脚分别与TLC2543转换器的CS、I/O CLOCK、DATA INPUT和DATA OUT引脚一一对应电性电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，还包括抽气泵以及驱动电路；

驱动电路的输入端与处理器电性连接，驱动电路的输出端与抽气泵电性连接。

本实用新型的一种石油炼化装置的有害气体检测系统相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)通过设置催化燃烧式检测器检测氢气或烃类可燃气体，用红外气体检测器检测CO、SO₂、H₂S和NO₂有毒气体的浓度，用电化学式检测器检测含有铅、硫、磷元素的有毒气体，可以实现多功能有害气体的检测，具有检测范围广、检测精度高以及响应速度快的特点；

(2)由于催化燃烧式检测器、红外气体检测器和电化学式检测器输出的电信号比较微弱，本实用新型设置前端处理电路对该电信号进行放大录波处理，其中，前端处理电路包括前置放大电路和后级反相放大电路，采用两级级联放大，前置放大电路作为前级放大，可以对输入信号进行前置放大，并对噪声进行有效抑制，对干扰信号的抑制主要集中在前置放大电路，后级反相放大电路主要起滤波作用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一种石油炼化装置的有害气体检测系统的结构图；

图2为本实用新型一种石油炼化装置的有害气体检测系统中前端处理电路的电路图；

图3为本实用新型一种石油炼化装置的有害气体检测系统中驱动电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型的一种石油炼化装置的有害气体检测系统，其包括处理器、多路结构相同的前端处理电路、A/D转换器、报警器、催化燃烧式检测器、红外气体检测器和电化学式检测器。催化燃烧式检测器、红外气体检测器和电化学式检测器分别一一对应通过三个前端处理电路与A/D转换器的模拟输入端一一对应电性连接，A/D转换器的数字输出端与处理器电性连接，报警器与处理器电性连接。

石油化工厂在生产过程中常常会遇到氢气或烃类可燃气体，本实施例中，通过催化燃烧式检测器检测可燃气体。催化燃烧式检测器内集成有对可燃气体极为敏感的检测元件，并且拥有对可燃气体不敏感并可以对环境温度进行补充的补偿元件，还拥有一对惠斯通电桥，电阻精度极高。其工作原理为：当装置所处环境中出现可燃气体泄漏时，会在铂丝表面进行燃烧，升温后会造成铂丝电阻值升高使得电桥失衡，并且会触发报警装置，达到示警效果。使用催化燃烧式可燃气体检测器，不仅可以对可燃气体外泄进行及时示警，还可以通过电桥失衡后的电势差值计算出可燃气体浓度，通常电势差越大则空间内的可燃气体越浓。

本实施例中，使用红外气体检测器检测有毒气体的浓度。红外气体检测器利用Lambert-Beer光吸收定律对有毒气体浓度进行检测，每种气体都可以吸收波段的红外光能量，如果在光源恒定的情况下，有毒气体发生了扩散，那么会吸收特定波段的红外光能量；红外气体检测器通过观察被吸收的红外光波段以及其被吸收的程度，来判断有毒气体种类和浓度。有毒气体对红外线的吸收能力越强，则说明检测空间内的有毒气体浓度越高。

石油化工厂进行生产时也常常会产生一些含有铅、硫、磷元素的有毒气体，这些气体会腐蚀生产设备，也会威胁到生产员工的安全。本实施例中，使用电化学式检测器探测含有铅、硫、磷元素的有毒气体。电化学式检测器需要用到不同类型的化学电极，并将它们作为工作电极来使用，其中，设计到电极包括对位电极、检测电极和参比电极。其工作原理为：毒气进入时，对位电极与检测电极之间会产生电流，而参比电极不参与反应，始终保持极间电位的恒定，检测电极与对位电极之间产生的电流越大，那么有毒气体的浓度就越大。

由于催化燃烧式检测器、红外气体检测器和电化学式检测器输出的电信号比较微弱，因此，必须经过放大滤波后转换成标准信号，然后经过A/D转换器转换成数字信号并送入处理器处理。由于小信号极易受外界干扰，而一般集成运算放大器都是利用参数补偿原理的直接耦合或者阻容耦合放大器，它们的初始失调参数并不等于零，而是用调零电位器或精密修正技术的调节来进行失调参数的补偿。这使得直接耦合放大器在放大信号的同时也放大了温漂，而阻容耦台放大器虽然能够抑制温漂，但不能用来放大微弱的直流信号或缓慢变化的信号。因此，本实施例中，设置前端处理电路包括前置放大电路和后级反相放大电路，可以解决放大和温漂的问题；催化燃烧式检测器、红外气体检测器或电化学式检测器通过顺次串联的前置放大电路和后级反相放大电路与A/D转换器的模拟输入端电性连接。

进一步优选的，如图2所示，前置放大电路包括TLC2652放大器、电阻R35-R37和电容C14-C18，后级反相放大电路包括OP07放大器、电阻R38、电阻R39、电容C20和电容C21；催化燃烧式检测器、红外气体检测器或电化学式检测器的输出端分别与TLC2652放大器引脚2和引脚3电性连接，电阻R36和电容C18分别并联在TLC2652放大器的引脚3上，TLC2652放大器的引脚1、引脚8和引脚7分别一一对应通过电容C16、电容C17、电容C15接地，电阻R35和电容C14分别并联在TLC2652放大器的引脚2和引脚6之间，TLC2652放大器的引脚6通过电阻R37与OP07放大器的引脚2电性连接，OP07放大器的引脚3通过电阻R38接地，OP07放大器的引脚4通过电容C19接地，OP07放大器的引脚7通过电容C20接地，电阻R39和电容C21分别并联在OP07放大器的引脚2和引脚6之间，OP07放大器的引脚6与A/D转换器的模拟输入端电性连接。

其中，在TLC2652放大器内部，有主放大器和较零放大器，内部时钟使放大器以450Hz的频率校零。在这种连续校零的机制下，失调电压及其漂移、共模电压、低频噪声、电源电压变化等对运算放大器的影响被降低到最小。为了提高电阻的精度和共模抑制比，电阻R35和电阻R36选用精密电阻，本实施例中，电阻R35和电阻R36的阻值均为39KΩ，因此，TLC2652放大器的闭环放大倍数为78倍；电容C15和电容C17用来滤除信号上的高频噪音；TLC2652放大器在作直流微弱信号放大时，为了进一步减少交流信号干扰，在输出端加接一个隔离电阻R37，用以滤除输出信号中的交流成分，使输出信号更加平稳。

另外，OP07放大器构成反相放大电路，本实施例中，OP07放大器放大倍数为30倍，电容C21和电阻R39构成RC低通滤波网络，电容C19和电容C20为瓷片电容，用来滤除高频成分；电阻R38作用是减少失调电流。

进一步优选的，A/D转换器包括TLC2543转换器；TLC2543转换器的AIN0引脚与OP07放大器的引脚6电性连接。

由于现有的气体检测设备任以有线传输为主，因此，本实施例中，设置与处理器电性连接的无线射频电路，实现气体检测设备的无线传输。

进一步优选的，无线射频电路包括NRF905射频芯片；NRF905射频芯片通过SPI总线与处理器电性连接。

进一步优选的，处理器为AT89S52单片机；AT89S52单片机的P1.4-P1.7、P0.0-P0.6引脚与NRF905射频芯片的TXEN、TRX_CR、FAR_UP、UPCLK、CD、AM、DR、SPI_MCSI、SPI_MCSO、SPI_SCK、SPI_CSN引脚一一对应电性连接，AT89S52单片机的P1.0-P1.3引脚分别与TLC2543转换器的CS、I/O CLOCK、DATA INPUT和DATA OUT引脚一一对应电性电性连接。

进一步优选的，为了在气体浓度超过阈值时，可以做出相应的减缓动作，本实施例中设置了抽气泵以及驱动电路；驱动电路的输入端与处理器电性连接，驱动电路的输出端与抽气泵电性连接。当气体浓度超过阈值时，处理器控制驱动电路驱动抽气泵抽气，使气体浓度降低。

本实施例中，驱动电路可以由NPN型三极管进行驱动，具体电路图如图3所示，电感L10为控制抽气泵开关的继电器中的线圈，当AT89S52单片机的P0.7引脚输出低电平时，三极管导通，电感L10通电，其所属的继电器吸合，抽气泵通电，进而工作。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种石油炼化装置的有害气体检测系统，其包括处理器、多路结构相同的前端处理电路、A/D转换器以及报警器，其特征在于：还包括催化燃烧式检测器、红外气体检测器和电化学式检测器；

所述催化燃烧式检测器、红外气体检测器和电化学式检测器分别一一对应通过三个前端处理电路与A/D转换器的模拟输入端一一对应电性连接，A/D转换器的数字输出端与处理器电性连接，报警器与处理器电性连接。

2.如权利要求1所述的一种石油炼化装置的有害气体检测系统，其特征在于：所述前端处理电路包括前置放大电路和后级反相放大电路；

所述催化燃烧式检测器、红外气体检测器或电化学式检测器通过顺次串联的前置放大电路和后级反相放大电路与A/D转换器的模拟输入端电性连接。

3.如权利要求2所述的一种石油炼化装置的有害气体检测系统，其特征在于：所述前置放大电路包括TLC2652放大器、电阻R35-R37和电容C14-C18，后级反相放大电路包括OP07放大器、电阻R38、电阻R39、电容C20和电容C21；

所述催化燃烧式检测器、红外气体检测器或电化学式检测器的输出端分别与TLC2652放大器引脚2和引脚3电性连接，电阻R36和电容C18分别并联在TLC2652放大器的引脚3上，TLC2652放大器的引脚1、引脚8和引脚7分别一一对应通过电容C16、电容C17、电容C15接地，电阻R35和电容C14分别并联在TLC2652放大器的引脚2和引脚6之间，TLC2652放大器的引脚6通过电阻R37与OP07放大器的引脚2电性连接，OP07放大器的引脚3通过电阻R38接地，OP07放大器的引脚4通过电容C19接地，OP07放大器的引脚7通过电容C20接地，电阻R39和电容C21分别并联在OP07放大器的引脚2和引脚6之间，OP07放大器的引脚6与A/D转换器的模拟输入端电性连接。

4.如权利要求3所述的一种石油炼化装置的有害气体检测系统，其特征在于：所述A/D转换器包括TLC2543转换器；

所述TLC2543转换器的AIN0引脚与OP07放大器的引脚6电性连接。

5.如权利要求1所述的一种石油炼化装置的有害气体检测系统，其特征在于：还包括与处理器电性连接的无线射频电路。

6.如权利要求5所述的一种石油炼化装置的有害气体检测系统，其特征在于：所述无线射频电路包括NRF905射频芯片；

所述NRF905射频芯片通过SPI总线与处理器电性连接。

7.如权利要求4或6所述的一种石油炼化装置的有害气体检测系统，其特征在于：所述处理器为AT89S52单片机；

所述AT89S52单片机的P1.4-P1.7、P0.0-P0.6引脚与NRF905射频芯片的TXEN、TRX_CR、FAR_UP、UPCLK、CD、AM、DR、SPI_MCSI、SPI_MCSO、SPI_SCK、SPI_CSN引脚一一对应电性连接，AT89S52单片机的P1.0-P1.3引脚分别与TLC2543转换器的CS、I/O CLOCK、DATA INPUT和DATA OUT引脚一一对应电性电性连接。

8.如权利要求1所述的一种石油炼化装置的有害气体检测系统，其特征在于：还包括抽气泵以及驱动电路；

所述驱动电路的输入端与处理器电性连接，驱动电路的输出端与抽气泵电性连接。