農村沼氣安全利用報警系統結構設計

劉熠寬，夏雪雪，唐威威，崔月冬，王文和

重慶科技學院安全工程學院，重慶 401331

0 引言

目前，在沼氣使用過程中安全事故主要表現是中毒、燃燒爆炸等。而泄漏是沼氣工程中比較常見的問題，沼氣泄漏不容易被及時發現，如果遇到明火，就很容易發生火災甚至是爆炸；而沼氣是一種混合氣體，除了甲烷外還含有其他氣體，其中也含有一些劇毒氣體，如硫化氫等，所以在使用中如有不慎，就可能會釀成悲劇。本文設計一套沼氣安全利用報警系統，在沼氣池井蓋、管道、廚房沼氣含量和沼氣池水位等處安裝報警裝置，實時報警以達到及時有效的防御。

1 沼氣利用工藝流程

沼氣在沼氣池產生后，在氣水分離器中分離出比較純凈的甲烷氣體，然后在凈化調控器里進一步凈化。當池內產生沼氣時，貯氣間內的沼氣不斷增多，壓力不斷增高，迫使發酵間液面下降，擠壓出一部分料液到水壓間內。當打開爐灶時，沼氣不斷被消耗，貯氣間的壓力逐漸下降，水壓間料液不斷流回主池。這樣，不斷地產氣和用氣，使發酵間和出料間始終維持壓力平衡地狀態。沼氣在壓力的持續下通過管道輸入用戶端，進行照明、取暖、做飯和洗浴等一系列利用階段。

2 報警系統設計

沼氣使用過程中，容易發生中毒、火災爆炸事故。目前針對農村沼氣安全利用過程中的報警系統設計較少，大部分沼氣利用系統中并沒有設置相應的報警系統。為了保障農村復雜人員環境和素質的要求，針對沼氣安全隱患設計一套完整的簡易適用的農村沼氣安全利用報警系統，對池內壓力的監測、硫化氫的監測、沼氣泄漏報警系統等方面進行安全報警，具有重要的經濟社會效益和現實意義。系統設計如圖1所示：

圖1 報警系統設計圖

1）池內壓力傳感報警設計

本文通過對沼氣池的分析，充分利用其自身的結構，設計了一種簡易的壓力傳感系統。沼氣池的輸氣是通過水壓間的高水位產生的壓力把氣體從貯氣間壓出，這樣沼氣池中本身就存在壓力調控的機制，在這基礎上，我們可以設計一個簡易的報警裝置，以起到時時監控報警的作用。具體的設計如下：在貯氣間的水位上安置一個帶頂針的浮力球，當池內壓力過高時，水壓間的水位就會上升，上升到一定高度時，頂針就會促動回路1的接通，此時高壓報警啟動；當水位低于一定值時，浮力球隨水位下降，頂針就會促動回路2的接通，此時低壓指示燈發出提示。

2）硫化氫報警系統

沼氣中的硫化氫濃度可以達到4 000mg/m3。而在工業衛生上容許的硫化氫濃度僅為10mg/m3，空氣中硫化氫濃度達到1 500 mg/m3～3 000mg/m3時可以致人死亡。由此可見，在沼氣使用過程中對硫化氫進行檢測是非常必要的。硫化氫中毒的風險主要存在于廚房之類的有限空間內，對此，在廚房這些關鍵處安裝硫化氫報警器，當空氣中的硫化氫含量超過允許值時，報警器能夠及時的發出報警，從而避免事故的發生。具體設計如下：可以在外購買一個輸出標準信號的硫化氫濃度傳感器和一個萬能輸入的帶觸點輸出的數字顯示儀表控制器。將傳感器輸出信號接入數字顯示儀表，同時再將數字儀表輸出的觸點信號接入報警裝置。當硫化氫濃度超過一定值時，數字儀表的控制觸點動作，閃光報警器開始報警。

3）沼氣泄漏報警系統

沼氣的主要成分是甲烷，所以對空氣中甲烷濃度的監測能夠起到對沼氣氣體泄漏的報警效果。對此市面上的一些便宜簡單的甲烷報警器可以直接利用。系統設計可以參考硫化氫報警，但是，氣體濃度傳感器有一定的時效性，故要定期校準并更換，以免發生意外。由于甲烷比空氣輕，會懸浮于天花板，故報警器應安裝在低于天花板0.3m～1.2m處，距氣源半徑1.5m以內的合適之處。安裝報警器時應當注意要避免正對爐灶的油煙、蒸汽；不要安裝在通風良好處；也不要被窗簾或櫥柜屏蔽隔斷；盡可能遠離浴室等水蒸汽較大處。

3 結論

發展沼氣是我國社會主義新農村建設的一項重要措施，安全使用沼氣也是保護人民群眾身體健康的重要環節，因此，除了了解正確使用沼氣的基本常識外，沼氣安全利用報警系統又增加了安全砝碼，確保人們安全放心的使用沼氣進行生產和生活。本文提出的沼氣安全利用報警系統是對以前的沼氣使用安全現狀的改進和完善，其報警信號準確，且及時高效，具有較好可靠性和安全性。

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