餐飲廚房可燃氣體報警及在線監(jiān)測系統(tǒng)

王 磊，錢先鋒，楊 誠，丁 蓓

（中鋼集團馬鞍山礦山研究總院股份有限公司 智能與應急研究所，安徽 馬鞍山 243000）

0 引言

隨著經濟的飛速發(fā)展，城市路邊的小餐館日漸興盛，極大滿足了老百姓的需求，并且豐富了城市的煙火氣。隨著餐飲廚房內越來越多地使用管道燃氣，在一定程度上為人們提供了便利，但是也因此埋下了不少安全隱患。如果在使用過程中出現(xiàn)了意外，發(fā)生了燃氣泄漏，而且泄漏的燃氣沒能及時被發(fā)現(xiàn)和妥善處理，會給廚房及工作人員帶來很大的人身危害。而且餐飲店有很大的客流量，是典型的人群聚集地，一旦發(fā)生燃氣泄漏是很危險的，后果不堪設想。2016 年9 月30 日上午9:30 分左右，湖南省長沙市河西一家餐廳廚房發(fā)生燃氣泄漏，并引發(fā)局部爆炸，引起火災，造成10 人受傷，導致了較大的生命財產損失。

所以，在餐飲廚房安裝可燃氣體報警系統(tǒng)是非常有必要的而且也是迫在眉睫的事情，并且不僅需要安裝可燃氣體報警器，還應安裝聯(lián)動安全裝置，如區(qū)域報警燈、風機、電磁閥，保證發(fā)生氣體泄漏后能及時切斷閥門并排風，保障安全。而且隨著物聯(lián)網(wǎng)與在線監(jiān)測技術的發(fā)展，可燃氣體報警系統(tǒng)也需要配備在線監(jiān)測系統(tǒng)，保證人員能遠程實時監(jiān)測可燃氣體的濃度和狀態(tài)，這樣可更好地保障餐飲廚房的可燃氣體安全。

1 系統(tǒng)的工作原理

當餐飲廚房燃氣管道發(fā)生燃氣泄漏，燃氣泄漏量達到設定的低報報警值時，安裝在灶臺上方的可燃氣體報警器會發(fā)生聲光報警，同時報警信號會傳送至控制器，控制器會聯(lián)鎖控制區(qū)域聲光報警燈進行聲光報警，提醒工作人員及時采取安全措施，并盡快疏散人群；同時，控制器的聯(lián)鎖開關信號傳送至風機控制箱，立即聯(lián)鎖啟動風機，進行排風。當燃氣泄漏量達到高報報警值時，報警器會持續(xù)高報報警，氣體報警控制器會聯(lián)鎖關斷燃氣管道電磁切斷閥，切斷氣源。同時，無線數(shù)據(jù)網(wǎng)關讀取控制器數(shù)據(jù)，并上傳至云端系統(tǒng)，再下發(fā)到客戶端的電腦和手機上，工作人員能遠程實時監(jiān)測可燃氣體的濃度和狀態(tài)，從而及時防止廚房火災爆炸的發(fā)生，進一步保證了人員生命財產安全。

圖1 可燃氣體報警及在線監(jiān)測系統(tǒng)結構原理圖Fig.1 Structural schematic diagram of combustible gas alarm and online monitoring system

2 系統(tǒng)的組成

可燃氣體報警及在線監(jiān)測系統(tǒng)由可燃氣體報警器、氣體報警控制器和聯(lián)動裝置：區(qū)域報警燈、風機、電磁閥組成，以及無線數(shù)據(jù)網(wǎng)關和服務器。

2.1 可燃氣體報警器

報警器選擇需要按照一定的原則設計、匹配，本著適用的原則選擇儀表類型[1]。報警器選用GTQ-SMART 系列可燃氣體探測器。該探測器采用微處理器技術，功能強大。它采用擴散式的采樣方式，連續(xù)檢測空氣中可燃氣體的濃度，并轉換成與之正比的（4 ～20）mA DC 標準信號。當檢測到的氣體濃度超過報警設定值時，聲光報警燈會進行聲光報警。一般情況下，設置報警器的低報值為25%LEL，高報值為50%LEL。具體參數(shù)見表1。

表1 報警器參數(shù)Table 1 Alarm parameters

GTQ-SMART 系列可燃氣體探測器的傳感器是基于催化燃燒的工作原理。該探測器中的傳感器是由兩個敏感元件X 和兩個阻值相等的固定電阻構成的惠斯通電橋。惠斯通電橋的原理圖如圖2 所示。其中，一個敏感元件是有源元件（檢測元件）RD，可以與可燃氣體發(fā)生催化燃燒反應，另一個是無源元件（補償元件）RC，不與可燃氣體反應；兩個元件都具有電熱效應，都能夠被電加熱，二者構成惠斯通電橋的兩個橋臂，另外兩個阻值相等的固定電阻RB構成惠斯通電橋的另兩個橋臂。當沒有可燃氣體時，有源元件不發(fā)生催化燃燒反應。此時，4 個電阻元件分壓平衡，惠斯通電橋平衡，輸出電壓為零，報警器也顯示0LEL。當傳感器接觸可燃氣體時，傳感器里的有源元件使可燃氣體催化氧化，發(fā)生反應，反應放出熱量，使有源元件加熱，使其溫度升高，有源元件電阻值隨之增加，而無源元件的電阻值保持不變。這時，惠斯通電橋橋臂分壓失去平衡，從而產生電壓信號輸出，而且輸出的電壓信號值大小與接觸的可燃氣體的濃度成正比。電壓信號再經轉化換算，成為報警器液晶屏顯示的可燃氣體濃度值。只要有源元件性能保持良好，傳感器就能快速反應，就可以對可燃氣體達到快速響應的效果。

圖2 惠斯通電橋原理圖Fig.2 Schematic diagram of Wheatstone bridge

2.2 氣體報警控制器

氣體報警控制器選用的是FS300-4 系列可燃氣體報警控制器，該控制器采用了先進的智能化模糊控制理論，具有零位標定提示功能。信號輸入是4mA ～20mA 信號，可連接4 路可燃氣體報警器，三線制連接，控制器各控制單元可獨立設置預警、報警設定值、量程，調試、檢查、維修方便，并且具有4 個輸出繼電器，可設置低報動作或者高報動作，可用來聯(lián)鎖區(qū)域報警燈、風機以及切斷閥。

2.3 區(qū)域報警燈

區(qū)域報警燈選用BBJ 防爆聲光報警燈，當廚房發(fā)生燃氣泄漏并引發(fā)報警時，氣體控制器傳送來的控制信號啟動區(qū)域聲光報警電路，進行聲光報警，聲響強度100 dB ～120dB，完成報警提醒工作人員的目的。區(qū)域報警燈采用超高亮LED 發(fā)光二級管，工作電壓DC24V/AC220V。

2.4 風機

風機選用防爆軸流風機，型號為CBF-500，功率0.55kW，電壓380V。該風機是需要透風場所開發(fā)的防爆風機，具有噪音低、能耗低、性能優(yōu)等特點。

風機由風機控制箱控制，可以手動啟動、停止，也可以實現(xiàn)自動啟停。若由控制器聯(lián)鎖，則需要選擇到自動檔。

2.5 電磁閥

電磁閥選用DN25 螺紋常開燃氣切斷電磁閥，公稱壓力0.3Mpa，控制電壓DC24V/AC220V。當發(fā)生報警時，控制器聯(lián)鎖信號傳至電磁閥，電磁閥立即通電，立即關閉，切斷燃氣管道。若要再次開啟電磁閥，需要手動提拉。

2.6 數(shù)據(jù)網(wǎng)關

數(shù)據(jù)網(wǎng)關選用工業(yè)智能網(wǎng)關F-G100，該網(wǎng)關內置Modbus RTU 通訊協(xié)議，配置界面如圖3 所示。通過該協(xié)議讀取控制器的傳感器實時濃度數(shù)據(jù)，并通過mqtt 協(xié)議實時上傳至云平臺服務器?？蛻敉ㄟ^手機端app 可以遠程實時檢測到報警器的實時濃度，實現(xiàn)實時監(jiān)測的功能。

圖3 數(shù)據(jù)網(wǎng)關Modbus RTU通訊配置界面圖Fig.3 Data gateway Modbus RTU communication configuration interface diagram

3 系統(tǒng)的安裝

3.1 可燃氣體報警器的安裝

可燃氣體檢測器能否正確檢測，與安裝位置的選擇有密切關系，總的要求是應該保證被測氣體能充分與檢測器接觸[2]。燃氣主要成分是甲烷，甲烷氣體密度比空氣輕。比空氣輕的，應安裝在泄漏域的上方位置，宜距屋頂距離小于0.3m[3]。燃氣檢測器距釋放源水平距離不宜大于7.5m，與通風口及門窗之間的水平距離應大于0.5m。安裝時還要注意，不宜安裝在油煙較多的地方，過多的油煙容易造成誤報，而且油煙也會進入傳感器，會堵住傳感器，導致進氣不暢，影響探測器的靈敏度。以吊裝抱箍形式安裝在距頂部0.5m 處，距離灶臺水平距離1.5m。

3.2 軸流風機的安裝

軸流風機一般安裝在通風口附近， 距頂部30cm ～50cm，這個位置聚集的天然氣最多。同時還需要考慮軸流風機的排氣方向，避免對周圍環(huán)境造成影響。當天然氣泄漏導致報警器報警，控制器輸出繼電器被觸發(fā)，給風機控制箱啟動開關信號，從而啟動風機進行排氣，起到安全防護的作用。

3.3 電磁閥的安裝

在燃氣管線上安裝燃氣切斷閥，應該設置在分戶計量表前[4]。電磁閥應按閥體上標明的氣流方向安裝，線圈不能倒置安裝。電磁閥控制線要按照正確極性接線，白為正，黑為負，不能接反。當發(fā)生高報報警時，控制器輸出脈沖開關信號給電磁閥，電磁閥立即動作，切斷管道中的天然氣，起到緊急切斷的作用，防止事故進一步擴大。

4 系統(tǒng)的調試

不通標準樣氣時，可燃氣體報警器顯示0%LEL，報警器不報警，無聯(lián)鎖動作，同時在手機端app 顯示0。在氣體報警器下端通標準樣氣，當樣氣濃度達到25%LEL 時，報警器報警，控制器報警，區(qū)域報警燈報警，同時風機啟動進行排風，手機端app 顯示25.2%LEL，并推送報警信息。當樣氣濃度達到50%LEL 時，電磁閥動作，切斷天然氣，手機端app 顯示50.1%LEL。所有功能調試正常，投入正常使用。

5 系統(tǒng)的維護

1）要定期對報警器進行清洗、保養(yǎng)是防止發(fā)生故障的重要工作，建議每3 個月或季節(jié)更替時（環(huán)境溫度、濕度變化明顯時）進行標定[5]。

2）對于軸流風機的葉片積灰，需要定期進行清掃，保證風機的正常工作。要定期檢查風機葉片是否有松動，葉片與風機間隙是否正常。

3）電磁閥每年進行1 ～2 次定期檢修。

4）當發(fā)生報警并且設備聯(lián)鎖動作后，需由專業(yè)技術人員進行消除和復位。

6 結束語

餐廳廚房可燃氣體報警及在線檢測系統(tǒng)能實時監(jiān)測廚房內可燃氣體的含量，當發(fā)生超標時，系統(tǒng)會發(fā)生報警并聯(lián)鎖打開風機進行排風或者電磁閥動作切斷管道，從而防止爆炸的發(fā)生，保證了安全。而且手機app 端也會推送報警信息，遠程實時就能知曉，更進一步保證了安全。