基于无线传感器网络的油罐区火灾监测.doc

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1、基于无线传感器网络的油罐区火灾监测作者：张雷来源：《石油研究》2019年第01期        摘要：为有效的监测油罐区的状态和防止油罐区火灾发生，设计了基于无线传感器网络的油罐区火灾监测系统。严格执行相关国家标准，根据原油的物理特性和燃烧特性，结合油罐区布局特点，选择了温度、湿度、烟雾、一氧化碳、二氧化碳、可燃气体这六种物理量作为监测对象，采集油罐区各个油罐的相关参数，利用无线传感器网络实时将数据传输到服务器和客户端，监测油罐区温度、湿度、烟雾、一氧化碳、二氧化碳、可燃气体数据变化，实现对油罐区的火灾监测。        关键词：无线传感器；火灾

2、监测；网络；油罐区        1.引言        石油化工生产过程中，油罐区的防火监控非常重要，如果油罐区某个地方一旦发生火灾，将会造成严重的生产事故，带来巨大破坏和人员生命伤害。2010年1月，中石油兰州石化公司303厂出现了严重生產事故，316罐区油罐发生爆炸和火灾，造成6人死亡和近900万元经济损失[1]。因此，对油罐区进行实时监控，实现油罐区的火灾预防和报警系统，防止油罐区发生安全事故，降低损失，是石油化工生产过程中非常重要的问题。        现有的油罐区安全监测系统主要利用传感器采集储油罐相关参数，通过集散控制系统，将储油罐数

3、据传到监控室，这些数据包括利用热电偶测量储油罐内部温度，利用雷达液位计测量油料液位，利用各种气体探测器检测输油管与储油罐接口处的甲焼、乙院、丙焼等可燃气体的浓度[2]。而监控室监控人员将对数据进行观察，如果发现数据异常，则派人到现场巡查，查找异常原因。如果油罐区发生火情，则按下火灾报警器并打开消防集散控制系统。现有的油罐区监测和火灾预警系统存在着较大缺陷，主要依靠人工巡查发现异常，人工手动处理异常并进行报警，自动化程度低。        随着无线传感器技术（WSN）的发展，可以更加方便、快捷的在油罐区按照布置数据采集设备，无需复杂的线路设计，既减少

4、安装成本，又提高油罐区安全性，减少设备维护巡查时间。因此，将无线传感器技术应用于油罐区的火灾监测，将具有重要的意义。        2.系统总体设计        根据历年统计结果，油罐区火灾发生年平均率仅为0.448%，火灾发生原因主要有明火、静电、雷击、设备故障等，而大部分火灾是由于未严格执行操作规程而导致。目前，油罐区的设计建造是依据GB50074-2002《石油库设计规范》的规定，在油罐区，同一个油罐组内，最多只允许有6个容积为10×104m3的油罐，每个油罐区油罐布局不允许超过两排。根据GB50183-2004《石油天然气工程设计防火规范

5、》的规定，油罐区消防系统主要包括固定式冷却水系统和固定式低倍数泡沫灭火系统，消防系统需要可以实现手动和自动的控制。油罐区消防系统还包括消火栓、泡沫栓、固定式消防水泡和灭火器等进行辅助消防灭火。        以某国家石油储备基地为例，基地内建有30座10×104m3钢制双盘式外浮储罐，和配套的消防、通信、设备等。该基地分为5个罐区，每个罐区内建有6座10×104m3储罐。整个基地的火灾危险性为甲类，基地内火灾危险性较大的区域包括油罐区、输油泵棚、进出站阀组区等。        根据油罐区的布局特点和现状，基于无线传感器网络的油罐区的火灾监测将主要包

6、括：1）油罐区数据采集系统，包括设计安装多种传感器，采集油罐区每个储油罐的状态参数，包括温度、压力、可燃气体检测等[3]；2）无线数据传输系统，根据油罐区无线传感器节点网络拓扑结构，设计各传感器节点数据传输协议、路由算法等；3）数据存储、查询、和实时处理、异常报警，包括初步处理采集的油罐区状态数据，实现利用客户端和移动设备实时查看油罐区状态，同时对油罐区数据进行监测，有效预报油罐区的异常。        根据GB50183-2004《石油天然气工程设计防火规范》的规定，在设计无线传感器网络和火灾预警系统时，严格按照规定，选择相关传感器部件、设计软硬

7、件、网络布置、电气设计等，并符合国家消防安全资格认证（CCCF认证）。图2.1所示为基于无线传感器网络的油罐区火灾监测系统总体设计。        该基于无线传感器网络的油罐区的火灾监测系统，所使用的传感器、芯片、配件、设备等价格便宜、可靠性高，系统所需成本低，而且系统维护、更新方便、快捷，非常适用于油罐区的火灾监测。        2.1油罐区火灾探测传感器选择        油罐区内油罐主要储存的是原油，原油的闪点低于28℃，火灾危险性很大，因此油罐内温度的变化，对油罐区火灾监测非常重要，因此需要选用合适的温度传感器。同时，根据对原油燃烧过程的

8、研究，可以得出油罐区着火后，将会经历四个阶段：着火早期、阴燃阶段、油罐原油全燃阶段和原油燃尽熄灭阶段。每个阶段所产生释放的