新疆探空站氫氣泄漏監(jiān)測報警系統(tǒng)的設(shè)計與實施

張春雷，劉 濤，張晨亮

新疆氣象技術(shù)裝備保障中心，新疆烏魯木齊 830002

0 引言

經(jīng)過近些年的發(fā)展，新疆氣象部門已初步建立起一套較為完善的氣象觀測網(wǎng)絡(luò)。目前全區(qū)有14 個L 波段探空雷達(dá)站，配備有13 部水電解制氫設(shè)備，水電解制氫設(shè)備是氣象高空探測業(yè)務(wù)制取氫氣的主要手段。我區(qū)投入業(yè)務(wù)運行的水電解制氫設(shè)備通過多年的運行發(fā)現(xiàn)，制氫設(shè)備的氫氣分離器、電解液循環(huán)、氣體排空、壓力平衡等系統(tǒng)連接處及氫氣輸送管線泄露氫氣的現(xiàn)象時有發(fā)生。氫氣是無色無味的易燃易爆氣體，看不見，摸不著，若不能及時檢測發(fā)現(xiàn)排除氫氣泄漏點，存在安全隱患，將造成人身及財產(chǎn)損失。

雖然水電解制氫設(shè)備安裝有壓力、溫度等報警裝置，但對氫氣泄漏定期維護(hù)時需要進(jìn)行人工檢測，不能做到及時發(fā)現(xiàn)排除泄漏點。為確保制氫用氫安全，需要在制氫室、充球室、儲氫室安裝氫氣泄漏測報儀。

氫氣泄漏測報儀能夠自動檢測空氣中氫氣的含量，從而實現(xiàn)自動報警，提醒操作人員及時檢查排除氫氣泄漏點，保證制氫用氫安全，減少人身財產(chǎn)損失。

隨著氣象業(yè)務(wù)的發(fā)展，全疆氣象觀測技術(shù)保障體系建設(shè)和技術(shù)保障手段以及效率要與氣象監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)速度及需求相適應(yīng)，特別是某些水電解制氫設(shè)備建在辦公區(qū)域或離住宅區(qū)較近的地方，制氫業(yè)務(wù)安全監(jiān)測工作就顯得尤為重要。因此，開展全區(qū)氫氣泄漏監(jiān)測報警系統(tǒng)建設(shè)是十分必要的。

1 系統(tǒng)需求

目前，全區(qū)探空站氫氣泄漏監(jiān)測報警系統(tǒng)的基本需求為：通過氫氣測報儀和終端軟件對氫氣流速的監(jiān)測實現(xiàn)全疆探空站氫氣泄露檢測報警功能。

當(dāng)制氫站氫氣泄漏時，臺站安防聯(lián)控主機將持續(xù)發(fā)出蜂鳴聲，并自動以手機短信的方式將報警信息發(fā)送到指定手機上。系統(tǒng)中心端氫氣泄漏監(jiān)測報警功能頁面上，站點圖標(biāo)變成紅色報警狀態(tài)，同時顯示氫氣泄露動畫圖標(biāo)。

通過該功能，便于業(yè)務(wù)管理人員、技術(shù)保障人員、制氫人員實時瀏覽全疆制氫站制氫、用氫情況，制氫安全生產(chǎn)監(jiān)測技術(shù)手段得到大幅提升。

2 總體設(shè)計

2.1 建設(shè)目標(biāo)與思路

本系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)是：一、氫氣泄漏時，臺站安防聯(lián)控主機將持續(xù)發(fā)出蜂鳴聲，并自動以手機短信的方式將報警信息發(fā)送到指定手機上；二、搭建中心端管理平臺，便于業(yè)務(wù)管理人員、技術(shù)保障人員、制氫人員實時瀏覽全區(qū)制氫站制氫、用氫情況。

2.2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

為了滿足我區(qū)各級氣象部門對探空站氫氣泄漏監(jiān)測報警需求，該系統(tǒng)應(yīng)采用三級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：各個氣象站為一級網(wǎng)絡(luò)，各地市氣象局為二級網(wǎng)絡(luò)，自治區(qū)氣象局管理中心端為三級網(wǎng)絡(luò)。

圖1 氫氣泄漏監(jiān)測報警系統(tǒng)總體設(shè)計圖

自治區(qū)級：自治區(qū)級系統(tǒng)設(shè)計和建設(shè)重點為中心端管理平臺的搭建、系統(tǒng)的運行維護(hù)，進(jìn)而實現(xiàn)全區(qū)探空站氫氣泄漏監(jiān)測報警信息資料的在線調(diào)用。

地市級：地市級用戶通過B/S 方式直接登錄區(qū)局中心服務(wù)器，對本地市所轄臺站進(jìn)行管理、監(jiān)督。

臺站級：臺站級氫氣泄漏監(jiān)測報警系統(tǒng)側(cè)重于系統(tǒng)的前端采集單元、氫氣泄露監(jiān)測單元建設(shè)，主要任務(wù)是氫氣泄露檢測單元的正常運行。

2.3 總體功能設(shè)計

氫氣泄漏監(jiān)測報警系統(tǒng)從功能上進(jìn)行劃分，可分為硬件系統(tǒng)功能和軟件系統(tǒng)功能兩部分。

2.3.1 硬件系統(tǒng)功能

氫氣泄漏監(jiān)測報警硬件系統(tǒng)功能包括：制氫主機室氫氣泄露報警、儲氫室氫氣泄露報警、充氣室氫氣泄露報警、信息流存儲、防雷設(shè)計等。其中：信息流存儲功能實現(xiàn)報警信息的存儲。防雷設(shè)計主要實現(xiàn)信號線路防雷與電源線路防雷功能。

2.3.2 軟件系統(tǒng)功能

根據(jù)氫氣泄漏監(jiān)測報警系統(tǒng)三級體系架構(gòu)設(shè)計模式，中心端管理平臺主要通過接收氫氣測報儀信號和終端軟件對氫氣流速的監(jiān)測實現(xiàn)探空站氫氣泄露報警、用戶及角色管理、GIS 管理、設(shè)備管理、自動對時、“心跳”檢測、視頻流遠(yuǎn)程管理以及日志管理等功能。

軟件系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境：氫氣泄漏監(jiān)測報警系統(tǒng)編程環(huán)境采用Microsoft Visual Studio 2010，數(shù)據(jù)庫環(huán)境采用Microsoft SQL Server 2008。

監(jiān)測功能：實現(xiàn)氫氣檢測傳感器接入，并可實現(xiàn)氫氣泄露自動報警功能。

管理功能：具有對各級系統(tǒng)管理員、操作員賬號、密碼和操作控制權(quán)限靈活管理的功能。

其它功能：實現(xiàn)用戶多級遠(yuǎn)程訪問和管理功能；“心跳”信息檢測功能；時間同步功能；電子地圖功能；可連接報警設(shè)備，如紅外探頭、警燈等；并可實現(xiàn)自動報警功能、遠(yuǎn)程報警及報警開關(guān)的功能。

2.3.3 網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶崿F(xiàn)

目前，新疆氣象局內(nèi)網(wǎng)帶寬為6Mb/s 左右，氫氣泄漏監(jiān)測報警系統(tǒng)默認(rèn)占用帶寬為512kb/s（最小可調(diào)整為300Kb/s左右），若增加攝像監(jiān)控功能，其占用帶寬約為700Kb/s 左右。所以，氫氣泄漏監(jiān)測報警系統(tǒng)可以直接利用新疆氣象局內(nèi)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，不會影響正常的氣象業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)帶寬。

3 結(jié)論

新疆探空站氫氣泄漏監(jiān)測報警系統(tǒng)的建設(shè)，將切實加強全疆探空站制氫業(yè)務(wù)的監(jiān)測力度，及時發(fā)現(xiàn)探空站制氫機、儲氣罐存在的安全隱患，有效保障全疆探空站制氫業(yè)務(wù)系統(tǒng)的安全運行，為新疆氣象事業(yè)的快速發(fā)展保駕護(hù)航。

[1]南京大橋機器廠.GFE（L）1型二次測風(fēng)雷達(dá)原理和維修[G].南京：南京大橋機器廠，2006.

[2]康會光，馬海軍，李穎.SQL Server 2008中文版標(biāo)準(zhǔn)教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009：1.

[3]Nick Randolph(蘭多夫)、David Gardner、Michael Minutillo等.Visual Studio 2010高級編程[M].北京，清華大學(xué)出版社，2012：1.