天然气管道密闭空间无线监测系统(V2.0)Word格式文档下载.doc
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第2章系统结构
对于燃气管道阀门井、阀室及周边的污水井、电力电缆井或者分散的管井,采用在密闭空间安装工业级红外燃气探头来解决管线附近密闭空间的燃气泄漏的探测与报警问题:
通过密闭空间内的可燃气体探测器和RTU,与管理中心的管网监控系统联动,进行相应的处理。
地下密闭空间(包括污水井、电缆井、电力沟、化粪池等)内安装可燃气体探测器,用于探测密闭空间内的可燃气体浓度值;
每个探测器通过RTU供电并与RTU保持数据通讯。
RTU内置DTU模块,具有GPRS数据传输功能,它将可燃气体探测器回传的数据,通过GPRS上传到管理中心。
RTU即可以通过接入市电供电,也可以使用太阳能供电或者电池供电;
RTU并同时为可燃气体探测器供电。
在市电停止供电的情况下使用内置电池供电,可连续工作4天。
如果使用锂电池单独供电,则至少可以续航半年以上时间。
管网监控中心接收各个RTU传来的数据,分析各个密闭空间是否有安全隐患;
对可燃气体达到爆炸下限以下的某个阀值时,进行报警,并与GPS抢险车调度监控系统进行联动处理。
第3章详细设计
3.1设备选择
3.1.1探测器选择
密闭空间内燃气泄漏检测实施的重点是安放在密闭空间内的气体探测器。
它的稳定、可靠、有效是项目实现的关键。
当前可燃气体探测方式主要有电化学式,催化燃烧式,红外式。
由于地下环境特殊、气体成分复杂、氧气含量较少、维护困难,所以有效期为1~2年的电化学式和需要稳定氧气供给的催化燃烧式传感器被放弃。
而红外式传感器由于工作寿命为5年以上,并且免维护时间长,对氧气无依靠等优点成为地下气体探测器的首选。
此次地下气体探测器即选用红外式气体探测器。
考虑到密闭空间有可能浸水,因此探测器增加了防水装置,防护等级能达到IP67。
3.1.2地下管线安装
气体探测器安装在地下沟道中,既涉及供电及信号传输。
由于可燃气体探测器的功耗都在1.5W左右,所以决定了探测器必须尽量获得有线供电,在无法取电的情况下,采用电池供电,但监测最多每天一次,且半年左右必须更换电池。
而通信方式则可使用现有的多种通信方式,包括模拟分线式、数字总线式、无线通信和光纤通信等。
a)模拟分线式的优点是每个探测器独立可靠,并且符合进口探测器的4~20mA接口,采用直流供电;
缺点是探测器越多则布线越多,增加电缆安装成本,占用电缆沟空间。
b)数字总线式的优点是用一组供电及通信电缆连接探测器,节约电缆安装空间;
缺点是需要为探测器定制数字转换盒。
c)无线通信方式优点是无通信线路铺设,安装位置灵活。
但缺点是地下无线通信困难,且无线通信成本较高,需要定制无线转换盒。
d)光纤通信方式的优点是光纤不会影响电缆沟内的电环境。
但缺点是成本高,依然需要布线和光纤转换盒。
根据实际情况,建议选用选择模拟分线式的通讯方式。
3.2项目具体实施方案
3.2.1地下空间探测器
密闭空间内的每个检查井安装1个红外可燃气体探测器。
探测器采用防水密封处理,在进气口设置防水罩,体积约343×
200×
130mm。
并做一定机械防护处理。
安装在检查井的侧壁上层。
进行外壳接大地处理。
每个探测器和通讯中继器之间都用一根3芯电缆联接,共6组电缆。
3芯电缆包括2芯+24V电源线和1芯4~20mA信号线。
电缆采用阻燃电缆并且穿挠性防爆软管。
密闭空间内可能出现积水,所以各电缆,探测器,以及接头等都需进行防水处理。
3.2.2RTU实施
RTU安放在附近的地面上(利于信息传输),露天安放。
电缆通过现成的排管或者重新布线连到井内的探测器。
其供电由路灯电源或适合取市电的地方取得。
如遇停电,系统内置的电池可以坚持工作4天(RTU将切换到间歇工作模式,如6小时监测一次)。
RTU采用防水密封箱体,需要为RTU砌水泥平台,RTU安装在水泥平台上。
3.2.3供电模式
3.2.4市电供电
如遇停电,系统马上自动切换到备用电池供电模式,无损系统正常工作。
3.2.5电池供电
u电池型号:
美国电池A123
电池供电采用可充放锂电池,基本参数如下:
²
标称电压:
22V
标称容量:
11Ah
标准放电持续电流:
0.2C
最大放电持续电流:
0.8C
工作温度:
充电:
0~45℃
放电:
-20~60℃
产品尺寸:
MAX38*70.5*150mm
成品内阻:
≤120mΩ
u供电时长计算:
计算条件:
标定电池容量:
可充电锂电池22V/11AH(实际按80%容量计算)
RTU运行参数:
采集平均电流:
60mA;
通讯平均电流:
静态电流:
100uA;
工作模式:
RTU1天采集1次,采集持续时间15分钟,1天上传数据1次,传送平均持续时间2分钟。
功耗计算:
每天采集功耗:
(60mA/1000)*15/60=0.015AH
每天传送数据功耗:
(60mA/1000)*2/60=0.002AH
每天静态功耗:
(0.1mA/1000)*24=0.0024AH
每天总功耗:
0.015+0.002+0.0024=0.0194AH
电池自放电:
电池每月自放电5%,半年自放电<
11*0.05*6=3.3AH
工作可持续时间:
(11*0.8–3.3)/0.0194=283(天)
综上所述:
283天大于实际需要的半年。
3.2.6太阳能供电方案
太阳能板选型
太阳能板选型基本参数如下:
75W-24V太阳能电池板
参数名称
详细描述
型号
YQM-75W-24
MONO(单晶)
MONO
Maximumpower(Wp)(最大功率)
75wp
Maximumpowervoltage(V)(最大工作电压)
36
Maximumpowercurrent(A)(最大工作电流)
2.08
Opencircuitvoltage(V)(开路电压)
43.3
Shortcircuitcurrent(A)(短路电流)
3.75
Numberofcells(Pcs)(电池数量)
48
Sizeofmodule(mm)(太阳能板的尺寸)
1206*535*35mm(125x125mmcell)
Maximumsystemvoltage(V)(最大系统电压)
1000
TemperaturecoefficientsofIsc(%)(短路电流的温度系数)
0.065+/-0.015%/℃
TemperaturecoefficientsofVoc(%)(开路电压的温度系数)
-(2.23+/-0.1)mv/℃
TemperaturecoefficientsofPm(%)(最大功率的温度系数)
-(0.5+-0.05)/℃
TemperaturecoefficientsofIm(%)(最大电流的温度系数)
+0.1/℃
TemperaturecoefficientsofVm(%)(最大电压的温度系数)
-0.38/℃
TemperatureRange(工作温度范围)
-40℃~+85℃
ToleranceWattage(e.g.+/-5%)(功率的公差)
+/-5%
SurfaceMaximumLoadCapacity(太阳能板表面可以承受的最大压力)
30m/s(200kg/sq.m)
AllowableHailLoad(冰雹压力测试)
steelballfalldownfrom1mheight
Weightperpiece(kg)(每块太阳能板的重量)
10.5
JunctionBoxType(连接盒类型)
PPO,black
LengthofCables(mm)(连接线长度)
900mm
CellEfficiency(%)(电池效率)
16%
Outputtolerance(%)(输出功率公差)
Frame(Material,Corners,etc.)(边框材料)
AnodizedAluminumAlloy
StandardTestConditions(标准测试条件)
AM1.5100mW/C㎡25’C
Warranty(产品质量保证)
5yearsproductwarrantyand25years80%ofpower
FF(%)(填充因子)
75%
Packing(包装)
carton(硬纸盒,纸板箱)
太阳能控制器LS1024:
参数
详细参数
LS1024
额定充电电流
10A
额定负载电流
系统电压
12V、24V自适应
过载、短路保护
1.25倍额定电流60秒.1.5倍额定电流5秒时过载保护动作
空载损耗
≤4mA
充电回路压降
不大于0.26V
放电回路压降
不大于0.15V
超压保护
17V,×
2/24V;
工作温度
工业级:
-35℃至+55℃(后缀I);
商用级-5℃至+50℃
提升充电电压
14.6V;
×
(维持时间:
30min)(只当出现过方时调用)
直充充电电压
14.4V;
×
30min)
浮充
13.6V;
(维持时间:
直至充电返回电压动作)
充电返回电压
13.2v;
温度补偿
-5mv/℃/2V(提升、直充、浮充、充电返回电压补偿);
欠压电压
12.0V;
过放电压
11.1V-放电率补偿修正的初始过放电压(空载电压);
过放返回电压
13.1V;
过放可强制返回电压
12.5V;
(按键强制返回)
控制方式
充电为PWM脉宽调制,控制点电压为不同放电率智能补偿修正;
备注:
电池持续工作时间计算:
24V/36AH(实际按70%容量计算)
100mA;
120mA;
RTU1分钟采集1次,采集持续时间1秒,2分钟上传数据1次,传送持续时间1分钟。
(100mA/1000)*60*24/3600=0.04AH
(60mA/1000)*30*24/60=0.72AH
(120mA/1000)*24=2.88AH
2.88+0.72+0.04=3.64AH
36*0.7/3.64=6.9(天)
6.9天大于实际需要的5天,因此36AH容量的电池能满足系统在连续阴雨天、不少于5天的持续工作时间。
3.3业务流程及功能
3.3.1业务流程
管线泄漏报警系统主要是对管线附近的密闭空间进行监测,将实时监测到的数据上传到管理中心。
管理中心根据当前密闭空间的可燃气体浓度,进行相应的告警处理,或与GPS抢险车调度监控系统进行联动。
对各个密闭空间安装可燃气体检测器之前,需要对燃气公司的管线进行基础数据清理:
各个管线相应的GPS数据、附近的密闭空间情况,在管理中心建立管线基础资料库;
对各个密闭空间安装可燃气体检测器、通讯中继器时,充分考虑防爆、防水、防潮;
通讯中继器通过市电取电,并给可燃气体检测器供电;
可燃气体检测器实时将检测数据上传到管理中心;
管理中心根据该点的历史信息,进行分析处理,产生声光告警或与其它系统联动。
3.3.2系统功能
密闭空间的监控实现功能如下:
1)对密闭空间的燃气泄漏实时监测报警。
2)系统能在中心通过图形化界面观测到管网安全状况(是否出现异常施工状况),出现异常时能进行声光告警。
3)和燃气公司现有的GIS系统无缝低耦合、快速集成。
第4章主要设备性能指标
4.1.1RTU(RemoteTerminalUnits)
基本参数如下:
参数类型
通讯方式
内置GPRS/3G无线模块实现远程通讯
RS422接口/RS485接口(两种接口任选其一)
1个(用于与表具通信)
通信速率:
300~115200bps
通讯协议:
MODBUSRTU/ASCⅡ、自定义(集成各类型流量计私有协议)
传输方式:
全双工/半双工
模拟量输入
8路4~20mA模拟量输入
数字量输入
6路开关量输入(用于门禁、流量开关等开关量输出传感器)
数字量输出
2路开关量输出
供电方式
交流220V±
10%;
电池供电;
太阳能供电
对外供电
直流,5V,100mA;
9V50mA;
12V,50mA(用于对外提供电源)
温度特性
使用温度:
-25°
C~+55°
C
存储温度:
-50°
C~+80°
管理表具数量
≤32只
数据存储总容量
64Kbyte
存储器类型
FRAM(掉电不丢失信息,可保存20年)
功耗
≤2W
防爆等级
ExdIICT4
防雷
符合国标《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-2004
《雷电电磁脉冲防》GB/T19271-2003/IEC61312-1995要求
防护等级
IP66
4.1.2燃气探头AEC2232b
序号
1
探头类型:
红外式
2
检测气体:
可燃气体及蒸气、有毒有害气体
3
采样方式:
扩散式
4
湿度范围:
<
93%RH
5
温度范围:
-40℃~+70℃
6
压力范围:
86kPa~106kPa
7
常备检测量程:
0~100%LEL
8
工作电压:
DC24V±
6V
9
功
耗:
≤1.5W(DC24V)
10
电气接口:
G3/4"内螺纹
11
防爆等级:
ExdⅡCT6
12
外
壳:
铸铝
13
尺寸:
204mm×
155mm×
70mm(长×
宽×
厚)
14
重
量:
约1.5kg
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- 天然气 管道 密闭 空间 无线 监测 系统 V2