王 磊，錢先鋒，楊 誠，丁 蓓

（中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司 智能與應(yīng)急研究所，安徽 馬鞍山 243000）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市路邊的小餐館日漸興盛，極大滿足了老百姓的需求，并且豐富了城市的煙火氣。隨著餐飲廚房內(nèi)越來越多地使用管道燃?xì)猓谝欢ǔ潭壬蠟槿藗兲峁┝吮憷?，但是也因此埋下了不少安全隱患。如果在使用過程中出現(xiàn)了意外，發(fā)生了燃?xì)庑孤?，而且泄漏的燃?xì)鉀]能及時(shí)被發(fā)現(xiàn)和妥善處理，會(huì)給廚房及工作人員帶來很大的人身危害。而且餐飲店有很大的客流量，是典型的人群聚集地，一旦發(fā)生燃?xì)庑孤┦呛芪ｋU(xiǎn)的，后果不堪設(shè)想。2016 年9 月30 日上午9:30 分左右，湖南省長沙市河西一家餐廳廚房發(fā)生燃?xì)庑孤⒁l(fā)局部爆炸，引起火災(zāi)，造成10 人受傷，導(dǎo)致了較大的生命財(cái)產(chǎn)損失。

所以，在餐飲廚房安裝可燃?xì)怏w報(bào)警系統(tǒng)是非常有必要的而且也是迫在眉睫的事情，并且不僅需要安裝可燃?xì)怏w報(bào)警器，還應(yīng)安裝聯(lián)動(dòng)安全裝置，如區(qū)域報(bào)警燈、風(fēng)機(jī)、電磁閥，保證發(fā)生氣體泄漏后能及時(shí)切斷閥門并排風(fēng)，保障安全。而且隨著物聯(lián)網(wǎng)與在線監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展，可燃?xì)怏w報(bào)警系統(tǒng)也需要配備在線監(jiān)測系統(tǒng)，保證人員能遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測可燃?xì)怏w的濃度和狀態(tài)，這樣可更好地保障餐飲廚房的可燃?xì)怏w安全。

1 系統(tǒng)的工作原理

當(dāng)餐飲廚房燃?xì)夤艿腊l(fā)生燃?xì)庑孤細(xì)庑孤┝窟_(dá)到設(shè)定的低報(bào)報(bào)警值時(shí)，安裝在灶臺(tái)上方的可燃?xì)怏w報(bào)警器會(huì)發(fā)生聲光報(bào)警，同時(shí)報(bào)警信號(hào)會(huì)傳送至控制器，控制器會(huì)聯(lián)鎖控制區(qū)域聲光報(bào)警燈進(jìn)行聲光報(bào)警，提醒工作人員及時(shí)采取安全措施，并盡快疏散人群；同時(shí)，控制器的聯(lián)鎖開關(guān)信號(hào)傳送至風(fēng)機(jī)控制箱，立即聯(lián)鎖啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，進(jìn)行排風(fēng)。當(dāng)燃?xì)庑孤┝窟_(dá)到高報(bào)報(bào)警值時(shí)，報(bào)警器會(huì)持續(xù)高報(bào)報(bào)警，氣體報(bào)警控制器會(huì)聯(lián)鎖關(guān)斷燃?xì)夤艿离姶徘袛嚅y，切斷氣源。同時(shí)，無線數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)讀取控制器數(shù)據(jù)，并上傳至云端系統(tǒng)，再下發(fā)到客戶端的電腦和手機(jī)上，工作人員能遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測可燃?xì)怏w的濃度和狀態(tài)，從而及時(shí)防止廚房火災(zāi)爆炸的發(fā)生，進(jìn)一步保證了人員生命財(cái)產(chǎn)安全。

圖1 可燃?xì)怏w報(bào)警及在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖Fig.1 Structural schematic diagram of combustible gas alarm and online monitoring system

2 系統(tǒng)的組成

可燃?xì)怏w報(bào)警及在線監(jiān)測系統(tǒng)由可燃?xì)怏w報(bào)警器、氣體報(bào)警控制器和聯(lián)動(dòng)裝置：區(qū)域報(bào)警燈、風(fēng)機(jī)、電磁閥組成，以及無線數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器。

2.1 可燃?xì)怏w報(bào)警器

報(bào)警器選擇需要按照一定的原則設(shè)計(jì)、匹配，本著適用的原則選擇儀表類型[1]。報(bào)警器選用GTQ-SMART 系列可燃?xì)怏w探測器。該探測器采用微處理器技術(shù)，功能強(qiáng)大。它采用擴(kuò)散式的采樣方式，連續(xù)檢測空氣中可燃?xì)怏w的濃度，并轉(zhuǎn)換成與之正比的（4 ～20）mA DC 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。當(dāng)檢測到的氣體濃度超過報(bào)警設(shè)定值時(shí)，聲光報(bào)警燈會(huì)進(jìn)行聲光報(bào)警。一般情況下，設(shè)置報(bào)警器的低報(bào)值為25%LEL，高報(bào)值為50%LEL。具體參數(shù)見表1。

表1 報(bào)警器參數(shù)Table 1 Alarm parameters

GTQ-SMART 系列可燃?xì)怏w探測器的傳感器是基于催化燃燒的工作原理。該探測器中的傳感器是由兩個(gè)敏感元件X 和兩個(gè)阻值相等的固定電阻構(gòu)成的惠斯通電橋?；菟雇姌虻脑韴D如圖2 所示。其中，一個(gè)敏感元件是有源元件（檢測元件）RD，可以與可燃?xì)怏w發(fā)生催化燃燒反應(yīng)，另一個(gè)是無源元件（補(bǔ)償元件）RC，不與可燃?xì)怏w反應(yīng)；兩個(gè)元件都具有電熱效應(yīng)，都能夠被電加熱，二者構(gòu)成惠斯通電橋的兩個(gè)橋臂，另外兩個(gè)阻值相等的固定電阻RB構(gòu)成惠斯通電橋的另兩個(gè)橋臂。當(dāng)沒有可燃?xì)怏w時(shí)，有源元件不發(fā)生催化燃燒反應(yīng)。此時(shí)，4 個(gè)電阻元件分壓平衡，惠斯通電橋平衡，輸出電壓為零，報(bào)警器也顯示0LEL。當(dāng)傳感器接觸可燃?xì)怏w時(shí)，傳感器里的有源元件使可燃?xì)怏w催化氧化，發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)放出熱量，使有源元件加熱，使其溫度升高，有源元件電阻值隨之增加，而無源元件的電阻值保持不變。這時(shí)，惠斯通電橋橋臂分壓失去平衡，從而產(chǎn)生電壓信號(hào)輸出，而且輸出的電壓信號(hào)值大小與接觸的可燃?xì)怏w的濃度成正比。電壓信號(hào)再經(jīng)轉(zhuǎn)化換算，成為報(bào)警器液晶屏顯示的可燃?xì)怏w濃度值。只要有源元件性能保持良好，傳感器就能快速反應(yīng)，就可以對(duì)可燃?xì)怏w達(dá)到快速響應(yīng)的效果。

圖2 惠斯通電橋原理圖Fig.2 Schematic diagram of Wheatstone bridge

2.2 氣體報(bào)警控制器

氣體報(bào)警控制器選用的是FS300-4 系列可燃?xì)怏w報(bào)警控制器，該控制器采用了先進(jìn)的智能化模糊控制理論，具有零位標(biāo)定提示功能。信號(hào)輸入是4mA ～20mA 信號(hào)，可連接4 路可燃?xì)怏w報(bào)警器，三線制連接，控制器各控制單元可獨(dú)立設(shè)置預(yù)警、報(bào)警設(shè)定值、量程，調(diào)試、檢查、維修方便，并且具有4 個(gè)輸出繼電器，可設(shè)置低報(bào)動(dòng)作或者高報(bào)動(dòng)作，可用來聯(lián)鎖區(qū)域報(bào)警燈、風(fēng)機(jī)以及切斷閥。

2.3 區(qū)域報(bào)警燈

區(qū)域報(bào)警燈選用BBJ 防爆聲光報(bào)警燈，當(dāng)廚房發(fā)生燃?xì)庑孤┎⒁l(fā)報(bào)警時(shí)，氣體控制器傳送來的控制信號(hào)啟動(dòng)區(qū)域聲光報(bào)警電路，進(jìn)行聲光報(bào)警，聲響強(qiáng)度100 dB ～120dB，完成報(bào)警提醒工作人員的目的。區(qū)域報(bào)警燈采用超高亮LED 發(fā)光二級(jí)管，工作電壓DC24V/AC220V。

2.4 風(fēng)機(jī)

風(fēng)機(jī)選用防爆軸流風(fēng)機(jī)，型號(hào)為CBF-500，功率0.55kW，電壓380V。該風(fēng)機(jī)是需要透風(fēng)場所開發(fā)的防爆風(fēng)機(jī)，具有噪音低、能耗低、性能優(yōu)等特點(diǎn)。

風(fēng)機(jī)由風(fēng)機(jī)控制箱控制，可以手動(dòng)啟動(dòng)、停止，也可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟停。若由控制器聯(lián)鎖，則需要選擇到自動(dòng)檔。

2.5 電磁閥

電磁閥選用DN25 螺紋常開燃?xì)馇袛嚯姶砰y，公稱壓力0.3Mpa，控制電壓DC24V/AC220V。當(dāng)發(fā)生報(bào)警時(shí)，控制器聯(lián)鎖信號(hào)傳至電磁閥，電磁閥立即通電，立即關(guān)閉，切斷燃?xì)夤艿?。若要再次開啟電磁閥，需要手動(dòng)提拉。

2.6 數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)

數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)選用工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)F-G100，該網(wǎng)關(guān)內(nèi)置Modbus RTU 通訊協(xié)議，配置界面如圖3 所示。通過該協(xié)議讀取控制器的傳感器實(shí)時(shí)濃度數(shù)據(jù)，并通過mqtt 協(xié)議實(shí)時(shí)上傳至云平臺(tái)服務(wù)器?？蛻敉ㄟ^手機(jī)端app 可以遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)檢測到報(bào)警器的實(shí)時(shí)濃度，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測的功能。

圖3 數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)Modbus RTU通訊配置界面圖Fig.3 Data gateway Modbus RTU communication configuration interface diagram

3 系統(tǒng)的安裝

3.1 可燃?xì)怏w報(bào)警器的安裝

可燃?xì)怏w檢測器能否正確檢測，與安裝位置的選擇有密切關(guān)系，總的要求是應(yīng)該保證被測氣體能充分與檢測器接觸[2]。燃?xì)庵饕煞质羌淄?，甲烷氣體密度比空氣輕。比空氣輕的，應(yīng)安裝在泄漏域的上方位置，宜距屋頂距離小于0.3m[3]。燃?xì)鈾z測器距釋放源水平距離不宜大于7.5m，與通風(fēng)口及門窗之間的水平距離應(yīng)大于0.5m。安裝時(shí)還要注意，不宜安裝在油煙較多的地方，過多的油煙容易造成誤報(bào)，而且油煙也會(huì)進(jìn)入傳感器，會(huì)堵住傳感器，導(dǎo)致進(jìn)氣不暢，影響探測器的靈敏度。以吊裝抱箍形式安裝在距頂部0.5m 處，距離灶臺(tái)水平距離1.5m。

3.2 軸流風(fēng)機(jī)的安裝

軸流風(fēng)機(jī)一般安裝在通風(fēng)口附近， 距頂部30cm ～50cm，這個(gè)位置聚集的天然氣最多。同時(shí)還需要考慮軸流風(fēng)機(jī)的排氣方向，避免對(duì)周圍環(huán)境造成影響。當(dāng)天然氣泄漏導(dǎo)致報(bào)警器報(bào)警，控制器輸出繼電器被觸發(fā)，給風(fēng)機(jī)控制箱啟動(dòng)開關(guān)信號(hào)，從而啟動(dòng)風(fēng)機(jī)進(jìn)行排氣，起到安全防護(hù)的作用。

3.3 電磁閥的安裝

在燃?xì)夤芫€上安裝燃?xì)馇袛嚅y，應(yīng)該設(shè)置在分戶計(jì)量表前[4]。電磁閥應(yīng)按閥體上標(biāo)明的氣流方向安裝，線圈不能倒置安裝。電磁閥控制線要按照正確極性接線，白為正，黑為負(fù)，不能接反。當(dāng)發(fā)生高報(bào)報(bào)警時(shí)，控制器輸出脈沖開關(guān)信號(hào)給電磁閥，電磁閥立即動(dòng)作，切斷管道中的天然氣，起到緊急切斷的作用，防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大。

4 系統(tǒng)的調(diào)試

不通標(biāo)準(zhǔn)樣氣時(shí)，可燃?xì)怏w報(bào)警器顯示0%LEL，報(bào)警器不報(bào)警，無聯(lián)鎖動(dòng)作，同時(shí)在手機(jī)端app 顯示0。在氣體報(bào)警器下端通標(biāo)準(zhǔn)樣氣，當(dāng)樣氣濃度達(dá)到25%LEL 時(shí)，報(bào)警器報(bào)警，控制器報(bào)警，區(qū)域報(bào)警燈報(bào)警，同時(shí)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)進(jìn)行排風(fēng)，手機(jī)端app 顯示25.2%LEL，并推送報(bào)警信息。當(dāng)樣氣濃度達(dá)到50%LEL 時(shí)，電磁閥動(dòng)作，切斷天然氣，手機(jī)端app 顯示50.1%LEL。所有功能調(diào)試正常，投入正常使用。

5 系統(tǒng)的維護(hù)

1）要定期對(duì)報(bào)警器進(jìn)行清洗、保養(yǎng)是防止發(fā)生故障的重要工作，建議每3 個(gè)月或季節(jié)更替時(shí)（環(huán)境溫度、濕度變化明顯時(shí)）進(jìn)行標(biāo)定[5]。

2）對(duì)于軸流風(fēng)機(jī)的葉片積灰，需要定期進(jìn)行清掃，保證風(fēng)機(jī)的正常工作。要定期檢查風(fēng)機(jī)葉片是否有松動(dòng)，葉片與風(fēng)機(jī)間隙是否正常。

3）電磁閥每年進(jìn)行1 ～2 次定期檢修。

4）當(dāng)發(fā)生報(bào)警并且設(shè)備聯(lián)鎖動(dòng)作后，需由專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行消除和復(fù)位。

6 結(jié)束語

餐廳廚房可燃?xì)怏w報(bào)警及在線檢測系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)測廚房內(nèi)可燃?xì)怏w的含量，當(dāng)發(fā)生超標(biāo)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)生報(bào)警并聯(lián)鎖打開風(fēng)機(jī)進(jìn)行排風(fēng)或者電磁閥動(dòng)作切斷管道，從而防止爆炸的發(fā)生，保證了安全。而且手機(jī)app 端也會(huì)推送報(bào)警信息，遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)就能知曉，更進(jìn)一步保證了安全。