陳正虎，蔡 偉

（中國長(zhǎng)江電力股份有限公司三峽水力發(fā)電廠，湖北 宜昌 443133）

1 概述

氡是一種天然的放射性氣體,廣泛存在于自然界,極易在地下洞穴和通風(fēng)不良的室內(nèi)積聚。氡的危害日益為公眾所認(rèn)識(shí)。長(zhǎng)期在高濃度氡環(huán)境中生活,身體(尤其是呼吸器官)受到氡及其子體的過量照射,可能會(huì)導(dǎo)致肺癌、髓性白血病、胃癌、皮膚癌等多種病變。因此氡及其子體已被許多國際組織確認(rèn)為人類現(xiàn)已查明的19 種最重要的致癌物質(zhì)之一。國際癌癥研究機(jī)構(gòu)將氡歸為類致癌因素。目前世界上已有幾十個(gè)國家和國際組織制定和頒布了住宅氡濃度標(biāo)準(zhǔn)。

水電站地下廠房深埋在巖體洞室內(nèi),所處區(qū)域部分巖體節(jié)理發(fā)達(dá),空間狹小封閉，通風(fēng)條件差，與地面空氣交換率低，使得一些地下空間的環(huán)境質(zhì)量問題不容樂觀，一些污染物在密閉性高的地下空間中得以聚集，并能積累至較高濃度，難以通過自然風(fēng)流有效降低和排除。其中氡的危害尤為嚴(yán)重，不可避免產(chǎn)生氡及其子體導(dǎo)致的輻射污染問題。為保障工作人員勞動(dòng)保護(hù)安全，需對(duì)地下洞室內(nèi)氡氣含量進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，并采取必要的通風(fēng)措施聯(lián)動(dòng)，以降低氡氣含量。

2 系統(tǒng)工作原理

有害氣體在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由以下幾部分組成：氡氣檢測(cè)傳感器、氧氣傳感器、通信分站（管理主機(jī)）、

網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、通信光纜通道、服務(wù)器及數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、監(jiān)控平臺(tái)等部分組成。

2.1 氡氣監(jiān)測(cè)探頭

探頭采用高精度氡傳感器，傳感器采用氣象檢測(cè)級(jí)別，區(qū)別于一般民用級(jí)、工業(yè)級(jí)的測(cè)量精度要求，主要技術(shù)參數(shù)如下：

靈敏度：≥0.8 cpm/(Bq·m-3)；

本底：≤0.4 cpm/(Bq·m-3)；

測(cè)量范圍：空氣氡為(3～10 000)Bq/m3,土壤氫為(300～100 000)Bq/m3；

電源：鋰離子充電電池/交流電源；

工作環(huán)境：溫度為-10℃～40℃,濕度為90%RH；

探測(cè)器：氡和光電倍增管組合探測(cè)系統(tǒng)；

操作模式：連續(xù)測(cè)量；

數(shù)據(jù)計(jì)算：自動(dòng)計(jì)算單次測(cè)量結(jié)果/平均測(cè)量結(jié)果的濃度；

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：測(cè)量結(jié)果自動(dòng)保存,可存儲(chǔ)9999 組數(shù)據(jù)；

取氣方式：主動(dòng)泵吸式。

由于所處環(huán)境為高溫高濕、低濃度酸霧腐蝕性環(huán)境。監(jiān)控探頭的防護(hù)至關(guān)重要，措施如下：

外殼采用防爆、防腐蝕性的工程塑料材質(zhì)進(jìn)行開模定制；

探頭與上一級(jí)通信分站間的電源和通信電纜的接頭采用防爆、防腐蝕性的工程塑料材質(zhì)的專用接線盒進(jìn)行連接；

探頭改用主動(dòng)泵吸式原理，提升待檢氣體組份的有效濃度；

進(jìn)入探頭的氣道應(yīng)增加專用除濕部件，以降低待檢氣體濕度，提升探頭的工作壽命。

2.2 通信分站

采用485 總線通信方式匯集其附近的氡氣監(jiān)測(cè)探頭的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)處理，并送入網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。若通信分站離開網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)較遠(yuǎn)，還需要進(jìn)行電/光轉(zhuǎn)換，通過光纜接入?yún)^(qū)域中心網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。

另外，監(jiān)控分站還為監(jiān)測(cè)探頭提供工作電源，故分站設(shè)備內(nèi)置電源轉(zhuǎn)換模塊，將220 V AC 轉(zhuǎn)換成24 V DC 電源。同時(shí)通信分站也需要做好防爆和防腐蝕的防護(hù)工作。

2.3 網(wǎng)絡(luò)通信柜

網(wǎng)絡(luò)通信柜是現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，包括網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、光纖收發(fā)器等網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，非常重要，建議可以放在地下三層廊道，甚至是地下二層廊道，此處環(huán)境較地下四層廊道環(huán)境要優(yōu)良不少。這樣布置，不僅可以提升設(shè)備的使用壽命，也可以適當(dāng)降低通信柜的防護(hù)等，提升性價(jià)比。

網(wǎng)絡(luò)通信柜通信出口采用光纖通信方式，解決了遠(yuǎn)距離通信的通道問題。

2.4 服務(wù)器及數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

在監(jiān)控機(jī)房，將專門立一面監(jiān)控屏柜，布置專用服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備，與區(qū)域中心網(wǎng)絡(luò)通信柜聯(lián)絡(luò)，匯集現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)通信分站的在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，管理各分站及監(jiān)測(cè)探頭的工作及報(bào)警情況。

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)用于管理維護(hù)氡氣探頭的數(shù)據(jù)信息，及現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行參數(shù)的配置。

2.5 監(jiān)控平臺(tái)

開發(fā)基于廊道3D 建模，工業(yè)組態(tài)化模式，將現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)探頭、監(jiān)控分站以及局域中心網(wǎng)絡(luò)通信柜都在廊道布局圖中一一對(duì)應(yīng)和展示，并開發(fā)適合現(xiàn)場(chǎng)的有毒有害氣體在線監(jiān)測(cè)后臺(tái)，可接入監(jiān)控大廳內(nèi)的工作站內(nèi)。

也可以將現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)信息通過網(wǎng)絡(luò)通信方式，上送其他監(jiān)控系統(tǒng)，聯(lián)動(dòng)排風(fēng)和報(bào)警設(shè)備設(shè)施。

圖1 氡氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 技術(shù)參數(shù)

3.1 氡氣傳感器參數(shù)

傳感器參數(shù)：

靈敏度：≥0.8 cpm/(Bq·m-3)；

本底：≤0.4 cpm/(Bq·m-3)；

測(cè)量范圍：空氣氡為(3～10 000)Bq/m3,土壤氫為(300～100 000)Bq/m3；

電源：鋰離子充電電池/交流電源；

工作環(huán)境：溫度為-10℃～40℃,濕度為90%RH；

探測(cè)器：氡和光電倍增管組合探測(cè)系統(tǒng)；

操作模式：連續(xù)測(cè)量；

數(shù)據(jù)計(jì)算：自動(dòng)計(jì)算單次測(cè)量結(jié)果/平均測(cè)量結(jié)果的濃度；

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：測(cè)量結(jié)果自動(dòng)保存,可存儲(chǔ)9 999 組數(shù)據(jù)；

取氣方式：主動(dòng)泵吸式。

CH4 采集探頭：

測(cè)量范圍：0～4%；

可選分辨率：0.1%LEL（0～100%LEL）；

檢測(cè)精度：±2%FS；

線性誤差：±1.0%；

不確定度：2%Rd±0.1；

零點(diǎn)漂移：≤±2.0%FS/年；

跨度漂移：≤±1.0%FS/月。

3.2 通信分站

通信分站主要掛壁布置于洞室合理位置，主要對(duì)各有害氣體監(jiān)測(cè)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，當(dāng)通信分站監(jiān)控到某處監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)超標(biāo)時(shí)，及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，可以通過無源節(jié)點(diǎn)開啟電磁閥、排氣扇等外聯(lián)設(shè)備，自動(dòng)排除隱患（當(dāng)然也可以通過本系統(tǒng)平臺(tái)與排風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)）。同時(shí)，上報(bào)數(shù)據(jù)至后臺(tái)服務(wù)器實(shí)時(shí)交互數(shù)據(jù)，用于后臺(tái)管理人員及時(shí)查證現(xiàn)場(chǎng)的空氣質(zhì)量通過線纜傳輸?shù)酵ㄐ欧终尽?/p>

通信分站主機(jī)采用RS485 工業(yè)級(jí)總線，數(shù)字信號(hào)傳輸，抗干擾能力強(qiáng)，遠(yuǎn)距離傳輸。監(jiān)控報(bào)警主機(jī)最多可以連接探頭數(shù)量不受限制，采用高性能處理器，可以在2 s 內(nèi)完成通信報(bào)警。監(jiān)控報(bào)警主機(jī)對(duì)每個(gè)路探測(cè)器可單獨(dú)設(shè)置報(bào)警點(diǎn)，可以設(shè)置一路報(bào)警輸出。掛壁式監(jiān)控報(bào)警主機(jī)可以存儲(chǔ)20 000 條記錄，記錄包括探測(cè)器報(bào)警、通信故障、探測(cè)器故障，操作臺(tái)式監(jiān)控主機(jī)存儲(chǔ)記錄不受限制。

功能特點(diǎn)：循環(huán)顯示所檢測(cè)氣體的濃度；RS485通信；報(bào)警記錄；設(shè)有便于操作的高性能微處理器；自動(dòng)開啟風(fēng)機(jī)和電磁閥；同時(shí)連接多種探測(cè)器。

3.3 監(jiān)控服務(wù)器系統(tǒng)

組建服務(wù)器和監(jiān)控后臺(tái)，加裝服務(wù)器軟件和監(jiān)控軟件，與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行通訊聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)有毒氣體探頭的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與報(bào)警、報(bào)表形成、實(shí)時(shí)曲線的動(dòng)態(tài)顯示、歷史數(shù)據(jù)的保存等相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析。

4 系統(tǒng)特點(diǎn)

本在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)如下：

（1）集多重檢測(cè)功能于一身

先進(jìn)的氣體傳感器，空氣氡為(3～10 000)Bq/m3。

（2）現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警

氡氣檢測(cè)探頭實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)廊道現(xiàn)場(chǎng)的氣體含量，能做到及時(shí)分析現(xiàn)場(chǎng)氣體含量，當(dāng)觸及預(yù)警閾值時(shí)，實(shí)時(shí)警報(bào)，并可以聲光報(bào)警指示氣體泄漏，及時(shí)通知危險(xiǎn)地點(diǎn)內(nèi)人員疏散。

（3）防爆電纜的供電、通信傳輸方式

每個(gè)傳感器采用1 根供電、通信復(fù)用的供電傳輸方式，確?，F(xiàn)場(chǎng)施工布線簡(jiǎn)潔可靠，具有很高的現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性。

通信分站將數(shù)據(jù)上傳到后臺(tái)服務(wù)器，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控屏通過光纖與后臺(tái)聯(lián)動(dòng)，能夠精準(zhǔn)定位各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的氣體濃度狀況。提高檢測(cè)可靠性。

（4）安全電壓供電設(shè)計(jì)

采用24 V DC 礦用安全電壓的供電方式，保證現(xiàn)場(chǎng)的在防爆特許條件下穩(wěn)定運(yùn)行，滿足不同現(xiàn)場(chǎng)特殊環(huán)境需要。

（5）大屏幕液晶顯示屏同步顯示

BX-1 型有害氣體報(bào)警LED 顯示屏，與系統(tǒng)主機(jī)配合，中文顯示現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)狀況，人體感應(yīng)自動(dòng)進(jìn)行語音提示。

（6）歷史數(shù)據(jù)記錄

系統(tǒng)主機(jī)配套的1 TB 大容量存儲(chǔ)器可存儲(chǔ)1年以上時(shí)間的歷史數(shù)據(jù)，性能卓越的查詢系統(tǒng)軟件保證了系統(tǒng)能在數(shù)秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的快捷查詢。

（7）電磁兼容性強(qiáng)

特殊設(shè)計(jì)的抗干擾電路，保證有足夠的抗干擾能力及電磁兼容性。

5 小結(jié)

對(duì)于水電站地下洞室現(xiàn)場(chǎng)安裝氡氣在線檢測(cè)系統(tǒng)，除了對(duì)采集本體有高精度要求外，還要求裝置本身具有高度的防水、防腐蝕的要求，對(duì)于整體系統(tǒng)除了功能要求外，對(duì)于產(chǎn)品本身的生產(chǎn)工藝也區(qū)別于一般工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的在線監(jiān)測(cè)狀態(tài)的使用環(huán)境。