餐饮厨房可燃气体报警及在线监测系统.pdf

第30卷 第11期2023年11月仪器仪表用户INSTRUMENTATIONVol.302023 No.11餐饮厨房可燃气体报警及在线监测系统王 磊，钱先锋，杨 诚，丁 蓓（中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司 智能与应急研究所，安徽 马鞍山 243000）摘 要：从可燃气体报警及在线监测系统的原理，各组成部分（包含：可燃气体报警器、区域报警灯、风机、电磁阀、数据网关）介绍与选型，各组成部分安装方法，以及设备之间的报警联动、在线监测等方面介绍餐饮厨房可燃气体报警及在线监测系统，并进行模拟调试，验证该系统的正确性、有效性与实用性。最后，对系统的维护进行介绍，推广该系统，防止餐饮厨房火灾爆炸事故的发生，保障家居及人身安全。关键词：餐饮厨房；火灾爆炸；可燃气体；报警联动；在线监测中图分类号：TU892 文献标志码：ACombustible Gas Alarm and Online Monitoring System for Catering KitchensWang Lei，Qian Xianfeng，Yang Cheng，Ding Bei（Sinosteel Maanshan General Institute of Mining Research Co.,Ltd.,Intelligence and Emergency Research Institute,Anhui,Maanshan,243000,China）Abstract：This article discusses the principles of combustible gas alarm and online monitoring systems,the introduction and selection of various components(including combustible gas alarm,regional alarm lights,fans,solenoid valves,and data gateways),the installation methods of each component,and the alarm linkage between equipment and online monitoring and other aspects to introduce the combustible gas alarm and online monitoring system for catering kitchens.And conduct simulation debugging to verify the correctness,effectiveness,and practicality of the system.Finally,introduce the maintenance of the system,promote the system,prevent fire and explosion accidents in catering kitchens,and ensure home and personal safety.Key words：catering kitchen；fire and explosion；combustible gas；alarm linkage；online monitoring收稿日期：2023-07-31作者简介：王磊（1992-），男，安徽马鞍山人，硕士研究生，工程师，研究方向：有毒/可燃气体报警系统的设计与安装；化工自动化安全仪表系统SIF回路SIL验算。DOI:10.3969/j.issn.1671-1041.2023.11.024文章编号：1671-1041(2023)11-0100-030 引言随着经济的飞速发展，城市路边的小餐馆日渐兴盛，极大满足了老百姓的需求，并且丰富了城市的烟火气。随着餐饮厨房内越来越多地使用管道燃气，在一定程度上为人们提供了便利，但是也因此埋下了不少安全隐患。如果在使用过程中出现了意外，发生了燃气泄漏，而且泄漏的燃气没能及时被发现和妥善处理，会给厨房及工作人员带来很大的人身危害。而且餐饮店有很大的客流量，是典型的人群聚集地，一旦发生燃气泄漏是很危险的，后果不堪设想。2016 年 9 月 30 日上午 9:30 分左右，湖南省长沙市河西一家餐厅厨房发生燃气泄漏，并引发局部爆炸，引起火灾，造成 10 人受伤，导致了较大的生命财产损失。所以，在餐饮厨房安装可燃气体报警系统是非常有必要的而且也是迫在眉睫的事情，并且不仅需要安装可燃气体报警器，还应安装联动安全装置，如区域报警灯、风机、电磁阀，保证发生气体泄漏后能及时切断阀门并排风，保障安全。而且随着物联网与在线监测技术的发展，可燃气体报警系统也需要配备在线监测系统，保证人员能远程实时监测可燃气体的浓度和状态，这样可更好地保障餐饮厨房的可燃气体安全。1 系统的工作原理当餐饮厨房燃气管道发生燃气泄漏，燃气泄漏量达到王 磊餐饮厨房可燃气体报警及在线监测系统第11期101设定的低报报警值时，安装在灶台上方的可燃气体报警器会发生声光报警，同时报警信号会传送至控制器，控制器会联锁控制区域声光报警灯进行声光报警，提醒工作人员及时采取安全措施，并尽快疏散人群；同时，控制器的联锁开关信号传送至风机控制箱，立即联锁启动风机，进行排风。当燃气泄漏量达到高报报警值时，报警器会持续高报报警，气体报警控制器会联锁关断燃气管道电磁切断阀，切断气源。同时，无线数据网关读取控制器数据，并上传至云端系统，再下发到客户端的电脑和手机上，工作人员能远程实时监测可燃气体的浓度和状态，从而及时防止厨房火灾爆炸的发生，进一步保证了人员生命财产安全。2 系统的组成可燃气体报警及在线监测系统由可燃气体报警器、气体报警控制器和联动装置：区域报警灯、风机、电磁阀组成，以及无线数据网关和服务器。2.1 可燃气体报警器报警器选择需要按照一定的原则设计、匹配，本着适用的原则选择仪表类型1。报警器选用 GTQ-SMART 系列可燃气体探测器。该探测器采用微处理器技术，功能强大。它采用扩散式的采样方式，连续检测空气中可燃气体的浓度，并转换成与之正比的（4 20）mA DC 标准信号。当检测到的气体浓度超过报警设定值时，声光报警灯会进行声光报警。一般情况下，设置报警器的低报值为 25%LEL，高报值为 50%LEL。具体参数见表 1。GTQ-SMART 系列可燃气体探测器的传感器是基于催化燃烧的工作原理。该探测器中的传感器是由两个敏感元件 X 和两个阻值相等的固定电阻构成的惠斯通电桥。惠斯通电桥的原理图如图 2 所示。其中，一个敏感元件是有源图1 可燃气体报警及在线监测系统结构原理图Fig.1 Structural schematic diagram of combustible gas alarm andonline monitoring system图2 惠斯通电桥原理图Fig.2 Schematic diagram of Wheatstone bridge表1 报警器参数Table 1 Alarm parameters元件（检测元件）RD，可以与可燃气体发生催化燃烧反应，另一个是无源元件（补偿元件）RC，不与可燃气体反应；两个元件都具有电热效应，都能够被电加热，二者构成惠斯通电桥的两个桥臂，另外两个阻值相等的固定电阻 RB构成惠斯通电桥的另两个桥臂。当没有可燃气体时，有源元件不发生催化燃烧反应。此时，4 个电阻元件分压平衡，惠斯通电桥平衡，输出电压为零，报警器也显示 0LEL。当传感器接触可燃气体时，传感器里的有源元件使可燃气体催化氧化，发生反应，反应放出热量，使有源元件加热，使其温度升高，有源元件电阻值随之增加，而无源元件的电阻值保持不变。这时，惠斯通电桥桥臂分压失去平衡，从而产生电压信号输出，而且输出的电压信号值大小与接触的可燃气体的浓度成正比。电压信号再经转化换算，成为报警器液晶屏显示的可燃气体浓度值。只要有源元件性能保持良好，传感器就能快速反应，就可以对可燃气体达到快速响应的效果。2.2 气体报警控制器气体报警控制器选用的是 FS300-4 系列可燃气体报警第30卷102 仪器仪表用户 INSTRUMENTATION控制器，该控制器采用了先进的智能化模糊控制理论，具有零位标定提示功能。信号输入是 4mA 20mA 信号，可连接 4 路可燃气体报警器，三线制连接，控制器各控制单元可独立设置预警、报警设定值、量程，调试、检查、维修方便，并且具有 4 个输出继电器，可设置低报动作或者高报动作，可用来联锁区域报警灯、风机以及切断阀。2.3 区域报警灯区域报警灯选用 BBJ 防爆声光报警灯，当厨房发生燃气泄漏并引发报警时，气体控制器传送来的控制信号启动区域声光报警电路，进行声光报警，声响强度 100 dB 120dB，完成报警提醒工作人员的目的。区域报警灯采用超高亮 LED 发光二级管，工作电压 DC24V/AC220V。2.4 风机风机选用防爆轴流风机，型号为 CBF-500，功率0.55kW，电压 380V。该风机是需要透风场所开发的防爆风机，具有噪音低、能耗低、性能优等特点。风机由风机控制箱控制，可以手动启动、停止，也可以实现自动启停。若由控制器联锁，则需要选择到自动档。2.5 电磁阀电磁阀选用 DN25 螺纹常开燃气切断电磁阀，公称压力 0.3Mpa，控制电压 DC24V/AC220V。当发生报警时，控制器联锁信号传至电磁阀，电磁阀立即通电，立即关闭，切断燃气管道。若要再次开启电磁阀，需要手动提拉。2.6 数据网关数据网关选用工业智能网关 F-G100，该网关内置Modbus RTU 通讯协议，配置界面如图 3 所示。通过该协议读取控制器的传感器实时浓度数据，并通过 mqtt 协议实时上传至云平台服务器。客户通过手机端 app 可以远程实时检测到报警器的实时浓度，实现实时监测的功能。3 系统的安装3.1 可燃气体报警器的安装可燃气体检测器能否正确检测，与安装位置的选择有密切关系，总的要求是应该保证被测气体能充分与检测器接触2。燃气主要成分是甲烷，甲烷气体密度比空气轻。比空气轻的，应安装在泄漏域的上方位置，宜距屋顶距离小于 0.3m3。燃气检测器距释放源水平距离不宜大于 7.5m，与通风口及门窗之间的水平距离应大于 0.5m。安装时还要注意，不宜安装在油烟较多的地方，过多的油烟容易造成误报，而且油烟也会进入传感器，会堵住传感器，导致进气不畅，影响探测器的灵敏度。以吊装抱箍形式安装在距顶部 0.5m 处，距离灶台水平距离 1.5m。3.2 轴流风机的安装轴 流 风 机 一 般 安 装 在 通 风 口 附 近，距 顶 部30cm 50cm，这个位置聚集的天然气最多。同时还需要考虑轴流风机的排气方向，避免对周围环境造成影响。当天然气泄漏导致报警器报警，控制器输出继电器被触发，给风机控制箱启动开关信号，从而启动风机进行排气，起到安全防护的作用。3.3 电磁阀的安装在燃气管线上安装燃气切断阀，应该设置在分户计量表前4。电磁阀应按阀体上标明的气流方向安装，线圈不能倒置安装。电磁阀控制线要按照正确极性接线，白为正，黑为负，不能接反。当发生高报报警时，控制器输出脉冲开关信号给电磁阀，电磁阀立即动作，切断管道中的天然气，起到紧急切断的作用，防止事故进一步扩大。4 系统的调试不通标准样气时，可燃气体报警器显示 0%LEL，报警器不报警，无联锁动作，同时在手机端 app 显示 0。在气体报警器下端通标准样气，当样气浓度达到 25%LEL 时，报警器报警，控制器报警，区域报警灯报警，同时风机启动进行排风，手机端 app 显示 25.2%LEL，并推送报警信息。当样气浓度达到 50%LEL 时，电磁阀动作，切断天然气，手机端 app 显示 50.1%LEL。所有功能调试正常，投入正常使用。5 系统的维护1）要定期对报警器进行清洗、保养是防止发生故障的重要工作，建议每 3 个月或季节更替时（环境温度、湿度变化明显时）进行标定5。2）对于轴流风机的叶片积灰，需要定期进行清扫，保证风机的正常工作。要定期检查风机叶片是否有松动，叶片与风机间隙是否正常。3）电磁阀每年进行 1 2 次定期检修。图3 数据网关Modbus RTU通讯配置界面图Fig.3 Data gateway Modbus RTU communication configuration interface diagram下转99页李 宁基于4G与工业私有云技术的水系统智能运维第11期99图6 报表查询示意图Fig.6 Schematic diagram of report query瘦客户端可以连接鼠标、键盘、音响等外部设备，这种连接效果和与物理机直接连接一样。瘦客户端的所有操作都在工业私有云的虚拟机中执行，瘦客户端本机不会存储任何数据。所以，一旦瘦客户端故障，只需更换即可，无需安装操作系统和各种工业软件，而且瘦客户端比计算机更加便宜实用。7 项目成果项目实施后，水表数据可以自动上传至数据服务器，自动生成日报表、半月报表和年报表；定期自动打印报表节省了人工抄表的时间投入和人力投入，避免了人工抄表的坠落、窒息、有毒气体伤害、机械伤害和车辆伤害等风险。由于工业私有云采用超融合架构，只需要部署两台服务器，一台三层可网管交换机。所有服务器以虚拟化的形式运行于工业私有云虚拟化平台，大幅度节省了设备投入、维护费用及能耗支出，从设备用电、常规设备升级和日常人工运维等多方面降低了成本。8 结论对于国能（天津）港务有限责任公司来说，人工抄表一直是一件非常头疼的事情，需要投入大量的人力、物力和财力，因为数量众多，地理位置分散，给水系统维护人员造成极大的不便。本文结合国能（天津）港务有限责任公司水系统现状，通过工业私有云技术和 4G 技术实现了全厂水系统的智能运维，解决了传统人工抄表方式需投入大量人力物力的弊端，避免了人工抄表产生的各种人身伤害风险。如今国能（天津）港务有限责任公司可以利用 4G 网络实现水表数据的自动采集、自动上传、自动生成报表和自动打印报表，进行各区域用水量的实时检测和历史数据查询，一旦发生爆管等异常情况，可以通过短时用水量的变化快速定位到故障点位，方便运维人员快速到场处理。目前工业私有云属于免维护机制，无论硬件故障还是软件故障系统都会自动修复，维护人员只需要对坏件进行更换即可，大大降低维护成本。参考文献：John L.Hufferd.iSCSI:The Universal Storage ConnectionJ.Pearson Schwz Ag,2003:7-13.何坤源.Linux KVM虚拟化架构实战指南M.北京:人民邮电出版社,2015.山姆哈拉比.超融合基础架构（HCI）数据中心M.北京:人民邮电出版社,2020.惠琍琍.低功耗无线远传水表在自来水管理中的应用J.交通与港航,2014,28(01):40-43.曹俊义.工业私有云在电厂辅控一体化整合的应用J.仪器仪表用户,2022,29(12):90-93,69.12345（上接102页）4）当发生报警并且设备联锁动作后，需由专业技术人员进行消除和复位。6 结束语餐厅厨房可燃气体报警及在线检测系统能实时监测厨房内可燃气体的含量，当发生超标时，系统会发生报警并联锁打开风机进行排风或者电磁阀动作切断管道，从而防止爆炸的发生，保证了安全。而且手机 app 端也会推送报警信息，远程实时就能知晓，更进一步保证了安全。参考文献：贺欣.可燃和有毒气体检测报警系统的设计及应用J.化工设计通讯,2020,46(03):120,141.田宏梅,马锁良.可燃及有毒气体报警器的应用J.中国仪器仪表,2012(08):53-56.唐海洋,张剑,杨承山,等.可燃气体报警系统设计J.石油化工自动化,2007(01):4-7.中华人民共和国住房和城乡建设部.城镇燃气报警控制系统技术规程:CJJ/T 146-2011S.北京:中国建筑工业出版社,2011.胥蓉.论可燃气体报警系统在食堂中的应用J.消防界,2016(06):55-56.12345