廚房用甲醇燃料安全物聯網系統應用

周思安

(廈門唯越思智能科技有限公司，福建 廈門 361000)

甲醇是無色透明、易揮發、易燃的液體，具有蒸發潛熱好、抗爆性能好的特點。在歐拉教授的“甲醇經濟”概念中，屬于碳循環的主要載體[1]，不會對環境造成新的污染。而由于我國煤炭資源豐富，作為中間產物的甲醇具有較大的產量。因此，為了更好的應對能源需求，早在20世紀80年代我國就開始了甲醇燃料的研究。而甲醇燃料主要指的是，以甲醇為主的醇類物質作為燃料適當添加一定添加劑作為能源進行使用。在經過大量科研機構企事業單位不斷研究后[2]，實現了甲醇燃料在廚房中的應用。

作為新型的商業廚房環保燃料，如何更加安全應用是重中之重。作為一家具有多年清潔燃料的應用研究經驗的高技術企業，廈門唯越思智能科技有限公司通過在對甲醇燃料的物理化學性質進行分析，添加油溶性甲醇燃料添加劑提高甲醇燃料穩定性的基礎上，進一步研究在應用中實現利用物聯網技術將整個廚房燃料系統進行有效的監控。

1 甲醇廚房燃料

1.1 廚房燃料背景

為了更好的適應不斷提高的人民生活水平及在國內隨處可見各式各樣的酒店和飲食酒家，廚房燃料多元化應用及發展。在餐飲行業，大多數存在安全意識淡薄，操作流程不規范等問題，因此大多數極有可能成為潛在的危害。因此，甲醇燃料成為了商業廚房的新選擇[3]。但目前甲醇燃料在應用上尚未有統一的行業標準，仍然存在許多安全隱患。

1.2 甲醇燃料應用問題

在商業廚房中應用，燃料的安全性能是非常關鍵的因素。因此我公司通過對廚房燃料長期的研發，結合商業廚房應用的特大劍，發現了甲醇燃料在廚房中應用主要存在原料問題、設備問題以及應用問題。

1.2.1 原料問題

甲醇穩定度極低，易揮發，在常見有毒物質中屬于中等度的范疇，在應用中需要注意甲醇的危害性。而揮發性主要體現在甲醇的開口閃點只有12 ℃，屬于易燃品。因此甲醇直接作為燃料應用不可取。大部分甲醇燃料生產企業采取加水的方式控制甲醇的揮發性，但實際上通過調查可以發現加水并不能實現閃點提高，相反會帶來更多問題[4]。

通過多年對甲醇燃料的研究，廈門唯越思智能科技有限公司實現通過添加油溶性甲醇燃料添加劑在甲醇燃料表面均勻分布形成分子膜，液面始終存在封閉層，提高分子間的作用力，實現甲醇燃料穩定性的提高[5]。

1.2.2 設備問題

作為商業廚房的燃料，甲醇燃料的應用主要是整個廚房配套燃燒貯存設備應用的問題，體現在從貯存、管路運輸及燃燒中的整個過程。由于行業內缺乏相關的應用標準，多數廠家在廚房中只是貯存只是簡單的鐵質容器進行存放，使用傳統的柴油灶具進行改進，沒辦法實時監管燃燒系統中甲醇燃料的燃燒情況，不能避免甲醇燃料泄漏及燃燒效果不佳的問題。因此在設備上提升甲醇燃料貯存、管路運輸及應用的安全性是必要的。

1.2.3 應用問題

基于甲醇燃料的原料特性及設備應用存在的問題，對其進行合理有效的監管是至關重要的。但由于甲醇燃料作為新型廚房燃料，目前全國各地仍然欠缺統一的規范及監管標準。而因為甲醇燃料在商業廚房中廣受歡迎，市面上的生產應用廠家水平參差不齊，存在諸如違規操作及違法經營等安全隱患。正如上述對甲醇燃料的原料及設備問題進行分析，部分廠家對原料及應用設備并沒有從安全性考慮，生產人員沒有相應的危化品意識甚至采用普通車輛違法運輸燃料，都是在應用中需要及時監管的方面。

綜上所述，在商業廚房的應用中，從甲醇燃料的運輸到應用，從貯存到管路到燃燒，跟進甲醇燃料自身特性和配套的應用設備，使得甲醇燃料更為有效和安全的燃燒，實現熱量的高效應用是甲醇廚房燃料急需解決的問題。針對這個問題，我公司通過市場調研和多次的試驗研究發現，構建甲醇燃料物聯網安全系統勢在必行。

2 甲醇燃料物聯網系統

物聯網作為互聯網的延伸和擴展，將各種信息傳感設備與互聯網相互結合，實現對物品互通互聯。因此為了更好的應用甲醇燃料，完善整個廚房配套燃燒系統，根據甲醇燃料的液體燃料特性進行數據采集及數據分析進行安全監控，最大程度保證應用上的安全。其中，甲醇燃料物聯網安全系統主要包括甲醇灶具燃燒系統、甲醇燃料監控終端、甲醇燃料數據監控平臺。

圖1 甲醇燃料物聯網系統

2.1 甲醇灶具燃燒系統

為了更安全的利用甲醇燃料，燃燒系統中的灶具采用可充分利用熱能的燃燒爐，爐頭采用爐包和內膽兩層結構，并且內膽與爐包之間具有空間，燃燒時產生的熱量通過內膽壁及內膽壁上的排氣孔導流給環形通道，并通過爐包上的排氣口收集熱量輸送給與其連通的水鍋，燃燒產生的熱量不會直接散發，得到充分利用，使得灶具的熱效率高。

現有的商業廚房中，大部分的燃油輸送設備都只有一個輸油泵，無法實現燃油預警，一旦容器內燃油用完無法及時供給會影響正常使用。為此，燃燒系統采用具有備用泵的廚房燃油輸送器，它在容器內設有兩個輸油泵，其中一個為備用輸油泵，當正常工作的輸油泵抽不到燃油時，灶臺熄火，立即啟動備用輸油泵輸送容器底部的備用燃油，保證灶臺工作。同時通知供油單位往容器內加入燃油，加油后再啟動正常工作的輸油泵。并且將兩個輸油泵均設于容器內，不會有油污弄臟環境。

2.2 甲醇燃料監控終端

雖然在燃燒系統已充分考慮甲醇燃料特性設計了專屬的燃油灶具及燃油輸送器，但無法實現甲醇燃料實時應用效果的體現，因此在燃燒系統中添加甲醇燃料監控終端，依據甲醇原料的揮發性，對燃燒系統中的環境溫度及壓力管道進行監控，實現廚房燃油液位、油箱周邊環境溫度、油箱外管道壓力實時數據的監測，并通過4G通信監測設備發送到軟件平臺。

2.3 監控終端設備

廚房燃油監控終端即在燃燒系統中采用主控芯片STM32F103，并在管路中設置12VDC/100 MPa的壓力傳感器進行壓力采集及12VDC/150 Pa液位傳感器進行液位測量，通過無線數傳模塊移遠全網通EC20進行數據傳輸，制訂監控站和服務器之間的通信協議，設備和計算機通信、軟件開發等基于該通信協議實現，可以實現廚房燃油液位、油箱周邊環境溫度、油箱外管道壓力實時數據的監測，并通過4G通信監測設備發送到軟件平臺。

設備技術功能點：

(1)可采集壓力、液位、電流、CPU溫度、殼內溫度，并上報到服務器。

(2)數據上報周期為10分鐘。

(3)平臺歷史記錄保存60天。

(4)使用全網通4G模塊通信。

(5)可遠程控制電機關閉和開啟。

(6)帶4～7 A/12 V泵電機過流保護控制。

設備技術指標：

(1)電壓范圍：DC 10～13 V

(2)控制板空載工作電流：≤500 mA

(3)泵帶載電壓：12 V，泵帶載電流：5～6.5 A

(4)泵(I)過流保護：4 A≤I≤7 A

(5)工作溫度：-10～+50 ℃

(6)工作濕度：10%～90%(25 ℃不凝結)

2.4 甲醇燃料數據監控平臺

通過監控終端設備采集獲取的液位、壓力、溫度、電流數據及時傳輸到供應商后臺進行數據匯總，進一步搭建綜合性甲醇燃料數據監控應用平臺，實時監控管理安全應用。平臺顯示設備狀態如表1所示。

表1 平臺首頁顯示設備狀態信息

通過表格可知，甲醇燃料數據監控應用平臺通過系統將用戶與設備綁定在一起，及時獲取相應數據，通過數據變化進行監控。

平臺功能說明：

(1)系統錄入。通過錄入客戶名稱、油箱規格、用戶歸屬地及卡號，通過物聯網卡將設備與系統連接。

圖2 系統錄入界面

(2)設定預警類型。填入高預警值和低預警值，添加了預警配置的設備，當設備的相關變量低于設置的低預警值或者高于設置的高預警值的時候，系統會自動向設備的管理員號碼發送相關的預警短信，并且在客戶列表相應的變量會呈現紅色預警狀態。

(3)客戶歷史記錄查詢。點擊操作欄的查看歷史記錄按鈕，進入該設備的歷史記錄信息，按時間倒序排列。通過搜索的時間段可以對歷史記錄進行過濾，并且提供導出excel功能。

(4)設備加油操作。正常情況下給客戶的設備加燃油需要在客戶列表界面點擊加油按鈕，點擊加油后則按鈕變成確定，等待加油完畢時候點擊確認按鈕，代表確認該設備加油結束。則該設備在此操作期間的液位上升不進行液位異常上升的預警，反之沒有通過該操作的液位上漲會進行液位黃色預警。并向該設備的管理員手機號碼發送相應的預警信息。

圖3 設備狀態圖

(5)設備閥門開關操作。客戶列表的閥門狀態欄展示了當前客戶設備的閥門狀態，有開啟、待開、關閉、待關四種狀態。當閥門狀態為開啟狀態的時候，點擊按鈕則彈出是否關閉閥門的確認框，點擊確定后會向后臺發送一條設備要關閉閥門的指令，并且當前閥門狀態變為待關。

(6)主動提醒功能。當需要手動給客戶發送短信的時候點擊操作欄的短信發送按鈕。選擇要發送的短信類型，是其他的預警類型時候需要填入設備的異常類型，點擊發送則可以像客戶的號碼發送預警短信。

圖4 主動提醒功能

3 甲醇燃料物聯網系統應用分析

作為商業廚房燃料，甲醇燃料通過物聯網的應用，將整個廚房燃燒系統都納入實時監管中，能更好的做到安全性能的提升，主要體現在：

(1)監管更及時

甲醇燃料本身閃點低、易揮發，對溫度和壓力較為敏感。通過對整個燃油系統中的溫度進行測量，可以及時的判斷是否存在故障導致系統中燃料貯存溫度過高，也避免了由于甲醇揮發在隱蔽空間集聚導致后續問題。而通過對壓力數據的及時獲取，可以更好的跟進整個燃燒系統中壓力情況，評估整套燃燒系統燃燒的效率，更好的配套燃燒灶具提升整體的燃燒效率。

(2)跟進更有效

在安全應用生產監管情況跟進方面，由于商業廚房人員變動較大，傳統的機械式監控和人工相結合的方式會存在不少的紕漏。因此，采用甲醇燃料物聯網系統可以減少人工操作，通過網絡的傳輸及時有效的直接獲取溫度、壓力、液位的數據，再通過監管平臺直接進行在線診斷與在線支持，進而更有針對性的服務客戶。

(3)服務更周到

依據監管平臺對整體甲醇燃料應用情況進行統計，形成區域化特色化的大數據，可以根據不同客戶的甲醇燃料使用情況以及不同階段性的甲醇燃料品質特性等方面進行歸納匯總分析，做到老客戶長期維護跟進服務的提升，也可以在新客戶引入的時候快速的對接匹配，多方位的為客戶安全便捷應用甲醇燃料提供保障！

(4)應用更放心

由于監管平臺系統屬于應用實時監管系統，在政府相關部門及行業相關廠家的引導下，也可以將整個行業系統進行監管，實現商業廚房安全性綜合性的應用，在生產經營的基礎上引入相關職能部門監管，真正的實現安全放心的應用甲醇燃料！

4 結 語

由于目前行業內沒有相應的標準限值，而且甲醇燃料應用從業人員多數只是通過傳統的燃料應用方式進行對甲醇燃料的管理，安全應用上欠缺及時性和有效性。作為一家具有多年清潔燃料的應用研究經驗的高技術企業，廈門唯越思智能科技有限公司在甲醇燃料等通過在對甲醇燃料添加油溶性甲醇燃料添加劑提高甲醇燃料穩定性的基礎上，首創利用物聯網技術將整個廚房燃料系統進行有效的監控，進而及時有效的進行安全應用甲醇燃料，形成完善的燃料安全應用技術體系，更好的為我國能源行業做貢獻。