廚房用甲醇燃料安全物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)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(fā)、易燃的液體，具有蒸發(fā)潛熱好、抗爆性能好的特點。在歐拉教授的“甲醇經(jīng)濟”概念中，屬于碳循環(huán)的主要載體[1]，不會對環(huán)境造成新的污染。而由于我國煤炭資源豐富，作為中間產(chǎn)物的甲醇具有較大的產(chǎn)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(zhì)作為燃料適當添加一定添加劑作為能源進行使用。在經(jīng)過大量科研機構(gòu)企事業(yè)單位不斷研究后[2]，實現(xiàn)了甲醇燃料在廚房中的應用。

作為新型的商業(yè)廚房環(huán)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(jīng)驗的高技術(shù)企業(yè)，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(zhì)進行分析，添加油溶性甲醇燃料添加劑提高甲醇燃料穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，進一步研究在應用中實現(xiàn)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將整個廚房燃料系統(tǒng)進行有效的監(jiān)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(nèi)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(fā)展。在餐飲行業(yè)，大多數(shù)存在安全意識淡薄，操作流程不規(guī)范等問題，因此大多數(shù)極有可能成為潛在的危害。因此，甲醇燃料成為了商業(yè)廚房的新選擇[3]。但目前甲醇燃料在應用上尚未有統(tǒng)一的行業(yè)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(yè)廚房中應用，燃料的安全性能是非常關(guān)鍵的因素。因此我公司通過對廚房燃料長期的研發(fā)，結(jié)合商業(yè)廚房應用的特大劍，發(fā)現(xiàn)了甲醇燃料在廚房中應用主要存在原料問題、設(shè)備問題以及應用問題。

1.2.1 原料問題

甲醇穩(wěn)定度極低，易揮發(fā)，在常見有毒物質(zhì)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(fā)性主要體現(xiàn)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(chǎn)企業(yè)采取加水的方式控制甲醇的揮發(fā)性，但實際上通過調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)加水并不能實現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)甲醇燃料穩(wěn)定性的提高[5]。

1.2.2 設(shè)備問題

作為商業(yè)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(shè)備應用的問題，體現(xiàn)在從貯存、管路運輸及燃燒中的整個過程。由于行業(yè)內(nèi)缺乏相關(guān)的應用標準，多數(shù)廠家在廚房中只是貯存只是簡單的鐵質(zhì)容器進行存放，使用傳統(tǒng)的柴油灶具進行改進，沒辦法實時監(jiān)管燃燒系統(tǒng)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(shè)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(shè)備應用存在的問題，對其進行合理有效的監(jiān)管是至關(guān)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(tǒng)一的規(guī)范及監(jiān)管標準。而因為甲醇燃料在商業(yè)廚房中廣受歡迎，市面上的生產(chǎn)應用廠家水平參差不齊，存在諸如違規(guī)操作及違法經(jīng)營等安全隱患。正如上述對甲醇燃料的原料及設(shè)備問題進行分析，部分廠家對原料及應用設(shè)備并沒有從安全性考慮，生產(chǎn)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(jiān)管的方面。

綜上所述，在商業(yè)廚房的應用中，從甲醇燃料的運輸?shù)綉茫瑥馁A存到管路到燃燒，跟進甲醇燃料自身特性和配套的應用設(shè)備，使得甲醇燃料更為有效和安全的燃燒，實現(xiàn)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(diào)研和多次的試驗研究發(fā)現(xiàn)，構(gòu)建甲醇燃料物聯(lián)網(wǎng)安全系統(tǒng)勢在必行。

2 甲醇燃料物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

物聯(lián)網(wǎng)作為互聯(lián)網(wǎng)的延伸和擴展，將各種信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)相互結(jié)合，實現(xiàn)對物品互通互聯(lián)。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(tǒng)，根據(jù)甲醇燃料的液體燃料特性進行數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)分析進行安全監(jiān)控，最大程度保證應用上的安全。其中，甲醇燃料物聯(lián)網(wǎng)安全系統(tǒng)主要包括甲醇灶具燃燒系統(tǒng)、甲醇燃料監(jiān)控終端、甲醇燃料數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺。

圖1 甲醇燃料物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

2.1 甲醇灶具燃燒系統(tǒng)

為了更安全的利用甲醇燃料，燃燒系統(tǒng)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(nèi)膽兩層結(jié)構(gòu)，并且內(nèi)膽與爐包之間具有空間，燃燒時產(chǎn)生的熱量通過內(nèi)膽壁及內(nèi)膽壁上的排氣孔導流給環(huán)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(chǎn)生的熱量不會直接散發(fā)，得到充分利用，使得灶具的熱效率高。

現(xiàn)有的商業(yè)廚房中，大部分的燃油輸送設(shè)備都只有一個輸油泵，無法實現(xiàn)燃油預警，一旦容器內(nèi)燃油用完無法及時供給會影響正常使用。為此，燃燒系統(tǒng)采用具有備用泵的廚房燃油輸送器，它在容器內(nèi)設(shè)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(nèi)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(shè)于容器內(nèi)，不會有油污弄臟環(huán)境。

2.2 甲醇燃料監(jiān)控終端

雖然在燃燒系統(tǒng)已充分考慮甲醇燃料特性設(shè)計了專屬的燃油灶具及燃油輸送器，但無法實現(xiàn)甲醇燃料實時應用效果的體現(xiàn)，因此在燃燒系統(tǒng)中添加甲醇燃料監(jiān)控終端，依據(jù)甲醇原料的揮發(fā)性，對燃燒系統(tǒng)中的環(huán)境溫度及壓力管道進行監(jiān)控，實現(xiàn)廚房燃油液位、油箱周邊環(huán)境溫度、油箱外管道壓力實時數(shù)據(jù)的監(jiān)測，并通過4G通信監(jiān)測設(shè)備發(fā)送到軟件平臺。

2.3 監(jiān)控終端設(shè)備

廚房燃油監(jiān)控終端即在燃燒系統(tǒng)中采用主控芯片STM32F103，并在管路中設(shè)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(shù)傳模塊移遠全網(wǎng)通EC20進行數(shù)據(jù)傳輸，制訂監(jiān)控站和服務器之間的通信協(xié)議，設(shè)備和計算機通信、軟件開發(fā)等基于該通信協(xié)議實現(xiàn)，可以實現(xiàn)廚房燃油液位、油箱周邊環(huán)境溫度、油箱外管道壓力實時數(shù)據(jù)的監(jiān)測，并通過4G通信監(jiān)測設(shè)備發(fā)送到軟件平臺。

設(shè)備技術(shù)功能點：

(1)可采集壓力、液位、電流、CPU溫度、殼內(nèi)溫度，并上報到服務器。

(2)數(shù)據(jù)上報周期為10分鐘。

(3)平臺歷史記錄保存60天。

(4)使用全網(wǎng)通4G模塊通信。

(5)可遠程控制電機關(guān)閉和開啟。

(6)帶4～7 A/12 V泵電機過流保護控制。

設(shè)備技術(shù)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(jié))

2.4 甲醇燃料數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺

通過監(jiān)控終端設(shè)備采集獲取的液位、壓力、溫度、電流數(shù)據(jù)及時傳輸?shù)焦毯笈_進行數(shù)據(jù)匯總，進一步搭建綜合性甲醇燃料數(shù)據(jù)監(jiān)控應用平臺，實時監(jiān)控管理安全應用。平臺顯示設(shè)備狀態(tài)如表1所示。

表1 平臺首頁顯示設(shè)備狀態(tài)信息

通過表格可知，甲醇燃料數(shù)據(jù)監(jiān)控應用平臺通過系統(tǒng)將用戶與設(shè)備綁定在一起，及時獲取相應數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)變化進行監(jiān)控。

平臺功能說明：

(1)系統(tǒng)錄入。通過錄入客戶名稱、油箱規(guī)格、用戶歸屬地及卡號，通過物聯(lián)網(wǎng)卡將設(shè)備與系統(tǒng)連接。

圖2 系統(tǒng)錄入界面

(2)設(shè)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(shè)備，當設(shè)備的相關(guān)變量低于設(shè)置的低預警值或者高于設(shè)置的高預警值的時候，系統(tǒng)會自動向設(shè)備的管理員號碼發(fā)送相關(guān)的預警短信，并且在客戶列表相應的變量會呈現(xiàn)紅色預警狀態(tài)。

(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(shè)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(shè)備加油操作。正常情況下給客戶的設(shè)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(shè)備加油結(jié)束。則該設(shè)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(shè)備的管理員手機號碼發(fā)送相應的預警信息。

圖3 設(shè)備狀態(tài)圖

(5)設(shè)備閥門開關(guān)操作?？蛻袅斜淼拈y門狀態(tài)欄展示了當前客戶設(shè)備的閥門狀態(tài)，有開啟、待開、關(guān)閉、待關(guān)四種狀態(tài)。當閥門狀態(tài)為開啟狀態(tài)的時候，點擊按鈕則彈出是否關(guān)閉閥門的確認框，點擊確定后會向后臺發(fā)送一條設(shè)備要關(guān)閉閥門的指令，并且當前閥門狀態(tài)變?yōu)榇P(guān)。

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

圖4 主動提醒功能

3 甲醇燃料物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應用分析

作為商業(yè)廚房燃料，甲醇燃料通過物聯(lián)網(wǎng)的應用，將整個廚房燃燒系統(tǒng)都納入實時監(jiān)管中，能更好的做到安全性能的提升，主要體現(xiàn)在：

(1)監(jiān)管更及時

甲醇燃料本身閃點低、易揮發(fā)，對溫度和壓力較為敏感。通過對整個燃油系統(tǒng)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(tǒng)中燃料貯存溫度過高，也避免了由于甲醇揮發(fā)在隱蔽空間集聚導致后續(xù)問題。而通過對壓力數(shù)據(jù)的及時獲取，可以更好的跟進整個燃燒系統(tǒng)中壓力情況，評估整套燃燒系統(tǒng)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(chǎn)監(jiān)管情況跟進方面，由于商業(yè)廚房人員變動較大，傳統(tǒng)的機械式監(jiān)控和人工相結(jié)合的方式會存在不少的紕漏。因此，采用甲醇燃料物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可以減少人工操作，通過網(wǎng)絡(luò)的傳輸及時有效的直接獲取溫度、壓力、液位的數(shù)據(jù)，再通過監(jiān)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(jù)監(jiān)管平臺對整體甲醇燃料應用情況進行統(tǒng)計，形成區(qū)域化特色化的大數(shù)據(jù)，可以根據(jù)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(zhì)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(jiān)管平臺系統(tǒng)屬于應用實時監(jiān)管系統(tǒng)，在政府相關(guān)部門及行業(yè)相關(guān)廠家的引導下，也可以將整個行業(yè)系統(tǒng)進行監(jiān)管，實現(xiàn)商業(yè)廚房安全性綜合性的應用，在生產(chǎn)經(jīng)營的基礎(chǔ)上引入相關(guān)職能部門監(jiān)管，真正的實現(xiàn)安全放心的應用甲醇燃料！

4 結(jié) 語

由于目前行業(yè)內(nèi)沒有相應的標準限值，而且甲醇燃料應用從業(yè)人員多數(shù)只是通過傳統(tǒng)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(jīng)驗的高技術(shù)企業(yè)，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(wěn)定性的基礎(chǔ)上，首創(chuàng)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將整個廚房燃料系統(tǒng)進行有效的監(jiān)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(shù)體系，更好的為我國能源行業(yè)做貢獻。