一種基于無線傳感的油庫燃油泄漏監測裝置、系統及方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于油氣安全工程領域，涉及一種基于無線傳感的油庫燃油泄漏監測裝 置、系統及方法，主要面向油庫燃油（如機場油庫航空燃油等易揮發油品）泄漏事件在線監 測與預警等的安全監控需求。
【背景技術】
[0002] 油品特別是燃油具有易揮發性和易燃性，當揮發的油氣與空氣混合達到一定程度 時，即使遇到極小的火源也可能引發大火，甚至發生爆炸事故。因此，對于存儲油品的場合 都必須進行安全監測，以盡早發現可能出現的油品泄漏事件，并及時采取應對措施。對于存 儲易揮發燃油的大型油庫而言，實時、可靠地在線監測可引發災難的燃油泄漏更是至關重 要。
[0003] 現有技術中，關于油氣泄露監控的方案較多，典型的如下：
[0004] 1.公開號為CN101858488A的中國專利公開了一種油氣管道泄漏監測方法及監 測系統；【CN201010205435】，利用光的干涉來檢測油氣泄露，重點在于對泄漏點進行定位。
[0005] 2.公開號為CN102606889A的中國專利公開了 一種燃氣閥井泄漏監測裝置 【CN201210048853. 3】，主要包括I/O端口、16位RISC核、RAM/R0M、A/D轉換、溫度監測信號 調理、水位偵測探頭、設備異動監測、紅外光譜成分分析儀、安裝區域水位、氣體采樣。優點： 將無線GPRS傳輸技術、低功耗控制技術、防盜報警技術與燃氣泄漏探測技術結合，把預防 管道燃氣泄漏的人工巡檢方式轉變為晝夜實時監測的現代化自動模式，從而達到完善和提 升整個城市燃氣管網泄漏的預、報警能力，減少燃氣泄漏事故造成的危害。該終端具有較多 的優勢，但是，不具備組網能力，且功耗較大。
[0006] 3.中國專利CN102944364A提供一種基于網絡傳輸的碳氫可燃氣體泄漏監測裝置 及方法【CN201210486747. 3】，主要采用光學的方法檢測是否存在泄漏。該裝置采用雙波長 紅外監測原理，輔以結構設計，自帶溫度補償、具有網絡輸出功能，具有監測精度高、穩定可 靠等優點，滿足基于網絡傳輸的碳氫可燃氣體泄漏監測的需要，不失為一種較為理想的方 法。
[0007] 對于油庫儲存油品泄漏的檢測，現有的手段主要還是借助便攜式設備進行人工巡 查，但這種屬于傳統方式的檢測手段不僅效率低、可靠性差，而且人工成本高，對處于露天 環境的大型油庫，則因為難以實現全天候和實時檢測而使人工巡查方式的可靠性更低。考 慮到油庫安全生產的特殊性以及降低成本等要求，采用在線自動檢測方式代替人工巡查是 一種必然趨勢。然而目前的在線自動監測系統是以有線連接為主，這對于面向油庫安全的 在線監測應用，將會產生不少問題，例如符合安全規范要求的布線與維護以及安全檢查方 面存在的困難，電線表皮老化和破損使芯線裸露所帶來的風險以及防爆處理等問題。
[0008] 總而言之，未發現基于網絡節點的燃油泄漏監控的技術方案。
[0009]因此，有必要設計一種新型的油庫燃油泄漏監測裝置、系統及方法。

【發明內容】

[0010] 本發明所要解決的技術問題是提供一種基于無線傳感的油庫燃油泄漏監測裝置、 系統及方法，該基于無線傳感的油庫燃油泄漏監測裝置、系統及方法易于實施，布置方便， 具有無線監控功能。
[0011] 發明的技術解決方案如下：
[0012] -種基于無線傳感的油庫燃油泄漏監測裝置，包括支架（15)和固定在支架上的 主箱體；
[0013] 所述的主箱體內設有集氣裝置、氣體檢測室（8)、主控板（3)、電源模塊、排氣口 (7)、氣栗（10)和電磁氣閥（11);主箱體上還設有天線（16);
[0014] 所述的主控板、氣栗和電磁氣閥、氣體檢測室以及電源模塊（不含太陽能電池部 分）【以上均為帶電的部件，用于將帶電部件與燃油隔離防爆，保障裝置與應用環境的安全 性】均置于固定在主箱體內的長方體形、金屬材質的密封箱（14)內；電源模塊為主控板、電 磁氣閥和氣栗供電；
[0015] 集氣裝置通過電磁氣閥與氣體檢測室的入口相接；氣栗與氣體檢測室出氣口連 接，氣栗的出口與排氣口相連，形成由集氣口進入、再經由導氣管、電磁閥、氣體檢測室、氣 栗、排氣口出來的氣路，此氣路無泄漏地穿過金屬密封箱，并與密封箱內器件的電氣部分 (除檢測室內的傳感器探頭外）完全隔離；
[0016] 氣體檢測室設有PID和溫度傳感器【PID和溫度傳感器分別為集成的PID和集成 溫度傳感器】，所述的PID為光離子化傳感器；
[0017] 天線、PID和溫度傳感器均與主控板相連；氣栗和電磁氣閥受控于主控板。
[0018] 主箱體的外部設有一【近似長方體形的】金屬外罩（13);集氣裝置包括3個開口處 裝有過濾網（5)的漏斗形的集氣口，其中一個集氣口開口朝下放置在箱體的底部，作為主 集氣口，另外2個集氣口分別安裝在箱體內左右兩側壁上，開口朝外；三個集氣口的出口分 別通過導氣管接到電磁閥的入口，可通過控制電磁閥選擇其中一路與氣體檢測室連通。
[0019] 所述的電源模塊為鋰電池，在終端箱體上還設有太陽能電池組件；所述的太陽能 電池組件包括托架（17)、托架轉軸（18)、托架固定螺母（19)、托板（20)和太陽能電池板 (22);
[0020] 所述的托架通過托架轉軸和托架固定螺母與終端箱體頂部相連，使得托架能相對 于終端箱體旋轉；
[0021] 托板呈一傾斜角度設置在托架上；太陽能電池板設置在托架上，且太陽能電池板 的底部由托板支撐。
[0022] 所述電源模塊包括可充電鋰電池與電源管理電路以及設置在主箱體頂部的太陽 能電池組件；太陽能電池板由托架支撐，該托架通過托架轉軸和托架固定螺母與主箱體頂 部固連，使托架能相對箱體旋轉，從而可調整太陽能電池板的朝向；用于固定太陽能電池板 的托板上端有可轉動軸銷插入托架安裝孔內、托板下端可繞上端軸銷轉動，使太陽能電池 板的傾角可按需調整。
[0023] 太陽能電池組件還包括用于調整太陽能板傾斜角度的傾角調整螺桿；太陽能電池 板的上端通過軸銷（23)與托架的頂端相連；傾角調整螺桿呈水平方向設置在托架上，傾角 調整螺桿的前端穿過所述的托板作用在太陽能電池板的背面以驅動太陽能電池板繞軸銷 抬升或降低。
[0024] 主控板上設有內含A/D轉換器的微控制器、支持無線傳感器網絡通信協議的無線 射頻通信模塊和用于控制氣栗、電磁閥、電源管理模塊的電子開關；所有電子開關均受控于 微控制器，PID和溫度傳感器的輸出端分別接入微控制器的A/D轉換器和數字輸入端口，所 述的溫度傳感器為數字溫度傳感器；
[0025] 太陽能電池板通過導線與位于密封箱內的超級電容相連，且導線接頭處表面用絕 緣膠完全覆蓋保護，太陽能電池板通過充電管理器為鋰電池充電；通過電子開關選擇鋰電 池或超級電容為微控制器供電；天線通過電纜連接到主控板上的無線模塊，無線模塊與微 控制器連接并受控于微控制器；微控制器通過電子開關分別控制電磁氣閥、氣栗、PID和溫 度傳感器。
[0026] 微控制器采用MSP430系列控制器，電子開關采用ADG821或ADG823器件；主控板 上的無線通信模塊選用基于CC2530的通用通信模塊；PID選用ZPP6018001型VOC集成探 測器；充電管理器為集成器件CN3063 ;超級電容由兩個2. 7V、310F的電容器串接而成；氣 栗選用GminiP-4微型栗；電磁氣閥采用雙穩態脈沖電磁閥JSD128D。
[0027] -種基于無線傳感的油庫燃油泄漏監測系統，以前述的一個油庫燃油泄漏監測裝 置為一個節點，由多個節點組成無線監測網絡系統；
[0028] 所述的多個節點環繞油罐布置在油罐的周邊，并使得位于任一節點左、右的兩個 相鄰節點之間能直接無線通信，不能直接連通的節點之間能采用多跳方式通信，無線監測 網絡系統與監控主機以無線方式通信連接；
[0029] 基于所述的無線監測網絡和通信主機監控油庫燃油泄漏。
[0030] 對于20米直徑的油罐，所述的油庫燃油泄漏監測節點部署量為14個；14個節點 沿油罐周向布置；其中2個布置在油罐的閥門區邊界處，另外12個均勻布置在油罐的周邊 的閥門區外的區域；油庫燃油泄漏監測裝置的外罩底部距離地面高度為50~80厘米；天 線距離油罐外壁130厘米。
[0031] 一種基于無線傳感的油庫燃油泄漏監測方法，采用前述的基于無線傳感的油庫燃 油泄漏監測系統實施燃油泄漏監測；
[0032] 監測過程為：
[0033] 置于油罐閥門區兩側的二個節點為主節點，編為1號和2號，其他節點按逆時針方 向依次遞增編號，序號為奇數的節點和序號偶數的節點各為一組；由兩組節點組成的無線 傳感器網絡監測系統的工作步驟如下：
[0034] a)當前進入工作狀態的一組節點（初始啟動時為奇數號的節點）先啟動PID和溫 度傳感器，10秒后打開連接主進氣口的電磁閥門，然后打開氣栗，進行預檢；工作節點預檢 測20秒后傳感器進入正常工作模式，持續工作5秒；
[0035] b)工作節點若未探測到異常情況，則向主節點報送狀態正常信號并等待主節點命 令；主節點在收齊其他節點的報送信息后負責向監控主機（即監控中心）發送信號；
[0036] c)若工作節點在規定時限內未收到來自主節點的繼續工作命令，則先關閉氣栗， 再關閉連接主集氣口的閥門，之后進入休眠模式，但其無線模塊會間歇性地偵聽是否有緊 急命令，節點無論是正常還是緊急喚醒，都轉步驟a);
[0037] d)若有任一工作節點檢測到異常，則它以無線方式喚醒與其緊鄰的左、右2個節 點【任意兩個節點的左右兩個鄰節點能直接通信，是指兩者的通信范圍（半徑）不僅覆蓋 了夾在他們之間的那個鄰節點，還能彼此覆蓋到，這是為了實現后面的奇數號的鄰節點或 偶數號的鄰節點之間能直接通信，也即可分奇數和偶數兩組輪流工作。】進入工作模式，這 3個節點依次打開各自的三個集氣口采樣檢測，對所得檢測數據進行處理分析（濾波和統 計）后，依據閾值法（當前檢測的濃度值是否超過正常濃度均值的0. 5倍以上）判斷是否 發生泄露事件，并向主節點發送自己的編號和正常或異常信號，并等待主節點命令；
[0038] e)主節點根據自己的檢測數據或其他節點報送數據判斷是否發生泄露事件（當 一個節點和其鄰居節點均判定事件發生時，主節點判定事件可能發生）；若主節點判定無 泄露事件，則向所有當前處于工作狀態的節點發送正常工作命令，轉入下一步f);若主節 點判定發生泄漏事件，則向監控中心發送燃油泄漏報警信號并命令節點繼續工作，直至收 到監控中心回復的"報警信號已收到信號"；【正常工作命令是指節點按正常狀態的例行時 間和順序工作，工作期結束則轉入休眠期；繼續工作命令是指當前處于非正常狀態，此時應 按傳感器系統的檢測工作時序持續檢測和報告。】【工作期主要參考PID的響應特性確定， PID-般需要40s以上，休眠期則根據供電能力和監測的實時性要求確定，應大于工作期。】
[0039] f)各節點若收到繼續工作的命令，則繼續工作；若未收到繼續工作命令，則按奇、 偶數分組，