盛進(jìn)路　趙虎剛　王俊杰　楊富華　嚴(yán)庭玉

（重慶交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院　重慶400074）

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液態(tài)危險(xiǎn)品智能儲(chǔ)運(yùn)裝置的設(shè)計(jì)

盛進(jìn)路趙虎剛王俊杰楊富華嚴(yán)庭玉

（重慶交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院重慶400074）

摘要危險(xiǎn)品的儲(chǔ)存和運(yùn)輸關(guān)系到人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全，設(shè)計(jì)開發(fā)一套能夠保障危險(xiǎn)品安全的智能儲(chǔ)運(yùn)裝置以及泄漏預(yù)警系統(tǒng)具有重要意義。分析液態(tài)危險(xiǎn)品泄漏監(jiān)測(cè)研究現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)一套以雙層儲(chǔ)運(yùn)桶和遠(yuǎn)程智能預(yù)警器為主要硬件的智能儲(chǔ)運(yùn)裝置，以及配套的危險(xiǎn)品泄漏監(jiān)測(cè)、預(yù)警系統(tǒng)。裝置和系統(tǒng)通過氣壓傳感器采集泄漏信息，GPS模塊定位位置信息，感應(yīng)標(biāo)簽讀取物流信息，借助SIM模塊發(fā)送給監(jiān)管中心和駕駛員，達(dá)到監(jiān)測(cè)和預(yù)警的目的。儲(chǔ)運(yùn)裝置具有防撞防漏、自動(dòng)測(cè)漏等功能，能夠?qū)σ簯B(tài)危險(xiǎn)品進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和及時(shí)預(yù)警。

關(guān)鍵詞液態(tài)危險(xiǎn)品泄漏監(jiān)測(cè)雙層儲(chǔ)運(yùn)桶智能預(yù)警SIM模塊

The Design of the Intelligent Storage Device of the Liquid Hazardous Article

SHENG Jinlu ZHAO Hugang WANG Junjie YANG Fuhua YAN Tingyu
（School of transportation，Chongqing Jiaotong University Chongqing 400074）

Abstract The storage and transport of the hazardous articles is related to people’s lives and properties security，so it is im-portant to design a set of intelligent storage device and leakage precaution system to ensure the safety of the hazardous arti-cle．This paper analyzes the research status of the leakage monitoring of liquid hazardous article，and designs a set of intelli-gent storage device which is composed of the double－deck barrel，the remote intelligent precaution device，the leakage monitoring system，and the wireless pre－warning system．The leakage information from baroceptor，the location information from GPS and the logistics information from RFID tag are sent to supervision center and driver to realize the monitoring and early warning via SIM module by the devices and system．The device is designed with anti－collision，leak－proof and au-tomatic leak－detection and can carry on the real－time monitoring and early warning in time to the liquid dangerous cargo．

Key Words liquid hazardous article leakage monitoring double－deck barrel intelligent precaution SIM module

0　引言

近年來，我國(guó)工業(yè)迅速發(fā)展，危險(xiǎn)化學(xué)品的使用、儲(chǔ)存迎來了高峰［1］。液態(tài)危險(xiǎn)品大都易燃易爆、有毒或腐蝕性很強(qiáng)，在運(yùn)輸過程中十分容易發(fā)生交通事故。據(jù)統(tǒng)計(jì)，超過65%的化學(xué)品交通事故都會(huì)發(fā)生泄漏［2］。如果泄漏事故處理不當(dāng)極易導(dǎo)致環(huán)境污染，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。例如2013 年11月發(fā)生的“奪命快遞”事件，因有毒化學(xué)品快遞發(fā)生泄漏而污染了同車貨物，造成1人死亡9人中毒的嚴(yán)重后果［3］。為了保障危險(xiǎn)品儲(chǔ)存和運(yùn)輸安全，不僅需要加強(qiáng)危險(xiǎn)品儲(chǔ)運(yùn)的安全管理，還要加強(qiáng)危險(xiǎn)品泄漏的防范技術(shù)研究和儲(chǔ)運(yùn)裝置的設(shè)計(jì)開發(fā)。筆者針對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)品儲(chǔ)運(yùn)裝置的泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行研究，提出一種自動(dòng)測(cè)漏和預(yù)警的液態(tài)危險(xiǎn)品儲(chǔ)運(yùn)裝置設(shè)計(jì)。

1液態(tài)危險(xiǎn)品的儲(chǔ)存與運(yùn)輸

危險(xiǎn)化學(xué)品常用的儲(chǔ)運(yùn)容器為金屬桶罐、鋼塑復(fù)合桶、各類罐體或者塑料桶罐等［4］，基本上都是單層桶，運(yùn)輸過程中發(fā)生碰撞事故很容易破損，難以防漏。雖然也有專門防漏的儲(chǔ)運(yùn)桶，但不具備自動(dòng)測(cè)漏功能。對(duì)于沸點(diǎn)較低的有毒有害化學(xué)品，在儲(chǔ)運(yùn)過程中一旦發(fā)生泄漏，后果不堪設(shè)想，用普通的儲(chǔ)運(yùn)桶難以達(dá)到儲(chǔ)運(yùn)安全的要求。

液態(tài)危險(xiǎn)品泄漏可分為事故泄漏和非事故泄漏，而事故泄漏往往是由于運(yùn)輸過程中儲(chǔ)運(yùn)桶受到碰撞、擠壓所導(dǎo)致［5］。據(jù)文獻(xiàn)［1］統(tǒng)計(jì)，在運(yùn)輸、生產(chǎn)、儲(chǔ)存等階段，80%的事故發(fā)生在運(yùn)輸階段，運(yùn)輸車輛側(cè)翻容易導(dǎo)致化學(xué)品泄漏，且有接近一半都是裝置的罐體泄漏。

目前泄漏監(jiān)測(cè)與預(yù)警技術(shù)在石油管道運(yùn)輸領(lǐng)域應(yīng)用較廣，其次是有毒氣體。大多是根據(jù)壓力、溫度、液位等傳感器的變化來確定是否發(fā)生泄漏，并發(fā)出相應(yīng)程度的危險(xiǎn)預(yù)警信號(hào)。如文獻(xiàn)［6］的液態(tài)危險(xiǎn)品儲(chǔ)運(yùn)泄漏監(jiān)測(cè)采用的就是傳感器，但都是在確定發(fā)生泄漏后才會(huì)預(yù)警，很少有學(xué)者研究在有泄漏可能時(shí)就能及時(shí)監(jiān)測(cè)到泄漏危險(xiǎn)信息并發(fā)出預(yù)警的儲(chǔ)運(yùn)裝置。

2儲(chǔ)運(yùn)裝置設(shè)計(jì)

2．1設(shè)計(jì)方案

針對(duì)目前儲(chǔ)運(yùn)裝置泄漏監(jiān)測(cè)和預(yù)警的不足，設(shè)計(jì)了一種雙層桶壁的儲(chǔ)運(yùn)桶，如圖1所示。硬件部分為桶裝置和遠(yuǎn)程智能預(yù)警裝置。桶裝置為雙層桶壁的儲(chǔ)運(yùn)桶，兩層桶壁之間有一定間隙，間隙充滿一定氣壓的無毒無害氣體成為氣壓層，遠(yuǎn)程智能預(yù)警器安裝在連通氣壓層且顯見的位置。遠(yuǎn)程智能預(yù)警裝置的硬件包括SIM模塊、氣壓感應(yīng)器、可以提供位置信息的GPS模塊、可以提供物流信息的感應(yīng)標(biāo)簽（RFID讀寫模塊）、能夠發(fā)出尖銳警報(bào)聲的揚(yáng)聲器、LED燈、電池等。

圖1儲(chǔ)運(yùn)裝置縱剖面構(gòu)造

軟件部分主要包括泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和遠(yuǎn)程預(yù)警系統(tǒng)。氣壓感應(yīng)器是泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要部件，通過監(jiān)測(cè)兩層桶壁之間的氣壓變化來獲取泄漏信息。SIM模塊是遠(yuǎn)程預(yù)警系統(tǒng)的核心，接收泄漏信息、位置信息和物流信息，發(fā)送短消息到監(jiān)管中心和司機(jī)或倉管員。

2．2泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要通過氣壓感應(yīng)器感知?dú)鈮簩拥臍鈮鹤兓瘉慝@取泄漏信息。若儲(chǔ)運(yùn)桶完好，則氣壓層氣壓恒定，預(yù)警器控制LED燈為靜態(tài)綠色，表示儲(chǔ)運(yùn)桶沒有破損。若儲(chǔ)運(yùn)桶的桶壁破損，則氣壓層的氣壓發(fā)生異常變化，預(yù)警器控制LED紅燈閃爍，同時(shí)啟動(dòng)遠(yuǎn)程預(yù)警系統(tǒng)，遠(yuǎn)程通知監(jiān)管中心和司機(jī)或倉管員及時(shí)檢查核實(shí)并采取補(bǔ)救措施。

同時(shí)，當(dāng)內(nèi)層桶壁破損時(shí)，外層桶壁可以防止化學(xué)品泄漏；當(dāng)外層桶壁破損時(shí)，則內(nèi)層桶壁可以防止化學(xué)品泄漏，雙層桶壁結(jié)構(gòu)能達(dá)到一定的防漏效果。泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理如圖2所示。

2．3遠(yuǎn)程預(yù)警系統(tǒng)

遠(yuǎn)程預(yù)警系統(tǒng)以氣壓自動(dòng)測(cè)漏系統(tǒng)為信息源，結(jié)合GPS提供的位置信息和感應(yīng)標(biāo)簽提供的物流信息，借助SIM模塊通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信息到監(jiān)管中心及駕駛員，對(duì)泄漏作出遠(yuǎn)程危險(xiǎn)預(yù)警提示。遠(yuǎn)程預(yù)警系統(tǒng)的工作原理如圖3所示。

圖2泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理

圖3遠(yuǎn)程預(yù)警系統(tǒng)原理

系統(tǒng)根據(jù)氣壓感應(yīng)器監(jiān)測(cè)到的氣壓信號(hào)來判斷是否發(fā)生泄漏，當(dāng)儲(chǔ)運(yùn)桶完好氣壓正常時(shí)，LED顯示靜態(tài)綠燈。當(dāng)桶壁破損氣壓異常時(shí)，氣壓感應(yīng)器觸發(fā)GPS模塊快速定位，同時(shí)提供泄漏信息給SIM模塊，并發(fā)出尖銳警報(bào)聲和控制LED閃爍紅燈。SIM模塊接收到泄漏信息和GPS模塊的位置信息后，通過無線射頻技術(shù)獲取存儲(chǔ)在感應(yīng)標(biāo)簽里面的物流信息，及時(shí)發(fā)送可能泄漏信號(hào)給當(dāng)前運(yùn)輸?shù)乃緳C(jī)或存儲(chǔ)的倉管員，同時(shí)遠(yuǎn)程發(fā)送到監(jiān)管中心。

發(fā)送給監(jiān)管中心的信息主要包括泄漏信息、位置信息以及貨物物流信息（包括貨物名稱、貨物危險(xiǎn)性質(zhì)、直接負(fù)責(zé)人的聯(lián)系方式等）。發(fā)送給司機(jī)的消息包括桶的位置編號(hào)、桶內(nèi)化學(xué)物品以及泄漏情況等信息。管理中心收到泄漏信息后，及時(shí)電話督促和指導(dǎo)相應(yīng)的司機(jī)或倉管員快速及時(shí)地檢查儲(chǔ)運(yùn)現(xiàn)場(chǎng)狀況，避免化學(xué)品泄漏或避免泄漏事故進(jìn)一步擴(kuò)大，減少事故損失。

3裝置及系統(tǒng)功能

液態(tài)危險(xiǎn)品智能儲(chǔ)運(yùn)裝置具有成本低、制造簡(jiǎn)單、有效實(shí)用等特點(diǎn)。桶裝置的外壁盡量選擇耐磨耐壓的高強(qiáng)度堅(jiān)硬材料，內(nèi)壁主要采用絕熱、耐腐蝕的材料，氣壓層充滿一定氣壓的無毒無害氣體即可。遠(yuǎn)程預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也不復(fù)雜，主要以氣壓感應(yīng)器的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過SIM模塊發(fā)送預(yù)警信息，關(guān)鍵是能夠在泄漏發(fā)生前單層桶壁破損時(shí)就能夠發(fā)出泄漏預(yù)警信號(hào)?？傮w上裝置和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)測(cè)漏、及時(shí)預(yù)警、防撞防漏和泄漏實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等功能。

3．1防撞防漏

如圖1所示，儲(chǔ)運(yùn)裝置不僅能夠輔助實(shí)現(xiàn)泄漏檢測(cè)預(yù)警，而且能夠防撞防漏。裝置的外層桶壁采用堅(jiān)硬耐撞的材料能夠在一定程度上保護(hù)儲(chǔ)運(yùn)桶，類似于雙層船殼的設(shè)計(jì)，具有防撞的作用。雙層桶壁決定了裝置的防漏功能，如果堅(jiān)硬的外壁發(fā)生破損，內(nèi)層桶壁可以防止泄漏；如果內(nèi)層桶壁發(fā)生泄漏，外層桶壁也可以防止進(jìn)一步泄漏和擴(kuò)散。

3．2自動(dòng)測(cè)漏

裝置利用氣壓傳感器監(jiān)測(cè)兩層桶壁之間的氣壓層，可以實(shí)現(xiàn)裝置自動(dòng)測(cè)漏功能。當(dāng)外層桶壁或者內(nèi)外層同時(shí)發(fā)生破損時(shí)，氣壓層的氣壓由于大于外界氣壓，氣體會(huì)快速溢出，直到氣壓與外界相同時(shí)才會(huì)停止。這一氣體壓強(qiáng)變化過程明顯，能夠被識(shí)別且確定有發(fā)生泄漏的可能。若內(nèi)層桶壁破損，氣壓同樣會(huì)發(fā)生變化，也能夠感知到泄漏危險(xiǎn)。

3．3實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

智能預(yù)警器中的SIM模塊通過感應(yīng)泄漏信號(hào)觸發(fā)遠(yuǎn)程發(fā)送信息，也可以周期性地定時(shí)發(fā)送信息，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)裝置對(duì)泄漏的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能針對(duì)氣壓監(jiān)測(cè)和位置監(jiān)測(cè)很有必要，其提供的數(shù)據(jù)不僅可以用于監(jiān)測(cè)裝置泄漏情況，還可以用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)液體貨物的位置和貨損情況。貨主和監(jiān)管人員可以隨時(shí)查詢到貨物的位置、物流以及安全狀況等信息。

3．4及時(shí)預(yù)警

遠(yuǎn)程預(yù)警器通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程把泄漏及相關(guān)信息快速傳輸給監(jiān)管人員，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)運(yùn)桶泄漏遠(yuǎn)程預(yù)警的目的。能夠通過泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲取泄漏信息，同時(shí)獲取相關(guān)的物流信息和所在的位置信息，通過遠(yuǎn)程預(yù)警系統(tǒng)的SIM模塊借助無線網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)送泄漏及相關(guān)信息給監(jiān)管中心和司機(jī)或倉管員，并且控制LED燈閃爍紅燈和擴(kuò)音器發(fā)出尖銳警報(bào)聲，使得某個(gè)儲(chǔ)運(yùn)桶在運(yùn)輸或者倉儲(chǔ)過程中有發(fā)生泄漏可能時(shí)就能及時(shí)、遠(yuǎn)程預(yù)警。

4　結(jié)語

危險(xiǎn)品的泄漏會(huì)給生命和財(cái)產(chǎn)造成巨大威脅，目前危險(xiǎn)品的儲(chǔ)運(yùn)桶基本為單層桶，在碰撞事故中容易破損，還沒有能夠自動(dòng)測(cè)漏、預(yù)警和防漏的儲(chǔ)運(yùn)桶。本文設(shè)計(jì)了一套液態(tài)危險(xiǎn)品儲(chǔ)運(yùn)桶裝置及系統(tǒng)，硬件部分包含雙層桶壁的儲(chǔ)運(yùn)裝置和遠(yuǎn)程智能預(yù)警器，軟件部分包含泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和遠(yuǎn)程預(yù)警系統(tǒng)，能夠有效地對(duì)裝置泄漏實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和快速預(yù)警。設(shè)計(jì)的裝置和系統(tǒng)具有自動(dòng)測(cè)漏、快速預(yù)警、防撞防漏和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)泄漏危險(xiǎn)等功能，對(duì)儲(chǔ)運(yùn)的液體貨物泄漏能夠智能預(yù)警。

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收稿日期：（2015－03－27）

作者簡(jiǎn)介盛進(jìn)路，男，博士后，副教授，重慶交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院內(nèi)河航運(yùn)研究中心主任，海事安全與環(huán)境工程研究所所長(zhǎng)，主要從事海事安全、危險(xiǎn)品運(yùn)輸與安全方面的研究。