危化品铁路罐车智能监测系统的研制
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摘 要：研究了危化品铁路罐车智能监测的关键技术，研制了适用于装运介质为汽油、煤油、柴油、醇类等危化品类常压铁路罐车的智能监测系统，并进行了相关试验。
关键词：铁路罐车;危化品;智能监测
中图分类号：U294.8+3 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）07-0033-02
Abstract： The key technology of intelligent monitoring of dangerous chemicals railway tank car is studied. An intelligent monitoring system suitable for dangerous chemicals such as gasoline， kerosene， diesel oil， alcohol and other dangerous chemicals atmospheric pressure railway tank car is developed， and the related tests are carried out.
Keywords： railway tank car; dangerous chemicals; intelligent monitoring
铁路罐车承担着全国各地每年数亿吨的油品和化工品运输，运输介质大多具有易燃、易爆等危险特性，运营过程的安全性至关重要。铁路罐车运输范围广、温度变化大、不可测因素多，运输过程中需要进行车辆调度、编组、隔离等作业，外界环境和运输管理过程都会对铁路罐车装运的危化品产生影响[1]。为了提高危化品运输的安全性，有必要对危化品铁路罐车运营过程中介质的状态参数进行监测，做到安全预防;并对车辆运输途中的位置进行监测，以便实时了解车辆的在途位置，提高运营管理水平。
1 系统简介
智能监测系统结合了自动检测技术、GPRS/GSM无线通信技术、GPS全球卫星定位技术、GIS地理信息管理技术、互联网技术等多项信息化技术，包括车载检测装置和地面监测系统两部分。车载检测装置采用传感器检测罐内介质的状态参数（压力、液位、温度），通过GPS全球卫星定位系统获取车辆位置信息，经加密处理后通过GPRS/GSM无线通信网络传送到地面监测系统。地面监测系统结合GIS地理信息系统对数据进行处理，通过互联网提供给各终端用户查询。用户也可以按需随时给车载检测装置发送信息，获取所需的车辆信息。
2 关键技术研究
结合铁路罐车的结构特点和危化品的运输工况，智能监测系统的关键技术主要包括自动检测技术、供电技术、电气防爆技术和车辆加装技术等四个方面。
2.1 自动检测技術
为了实时获取罐内介质的压力、液位和温度等参数，须采用自动检测传感器。铁路罐车用检测设备应满足可靠性高、精度适中、体积小、节能、经济性好等特点。
常见的压力变送器有电阻式、电容差压式、压电式、压阻式等，经对比，压阻式变送器因灵敏度高、动态响应快、测量精度高、稳定性好、工作温度范围宽、小型化等优点被选为智能监测系统的压力测量装置。通过对比电容式、雷达式、超声波式、磁致伸缩式、静压式和干簧管式液位计的性能特点和安装要求，超声波式液位传感器可避免在罐内增加其他辅助设置，且结构简单，用于智能监测系统液位的测量。在分析热电偶传感器、热电阻传感器和集成温度传感器等接触式测温传感器以及光学温度计、全辐射高温计和红外辐射温度计等非接触式测温传感器的性能和使用要求等基础上，DS18B20智能型集成温度传感器因灵敏度高、体积小、接口方便、生产成本低、传输距离远、不需要辅助电路等优点[2]，最适合智能监测系统的温度测量。
2.2 供电技术
铁路罐车无供电设施，车载检测装置的运行需要一个可靠稳定的电源。由于铁路罐车运输范围广、温度变化大，电源应能满足铁路罐车运营环境温度的要求，即-40℃～+50℃。并且，铁路罐车的最短检修周期为1年，在此期间，一般无专人维护，因而，电源的供电时间应不小于1年。通过对原电池、蓄电池以及轴端发电、风力发电和太阳能发电等发电技术进行综合对比，锂亚硫酰氯电池因具有比能量高[3]、工作电压高且平稳、体积小、重量轻、耐振动和冲击等优点，被确定为智能监测系统的供电电源。
2.3 电气防爆技术
汽油、煤油、柴油、醇类等介质均具有易燃、易爆等特性，装运这类介质的铁路罐车电气设备应满足防爆要求。参照GB3836.1、GB3836.14、GB3836.15、GB 50058和GB 50074等相关防爆标准，结合各电气设备在车辆上的安装位置，车载检测装置中与罐内介质直接接触设备的防爆等级应不低于Ex iaIIAT3Ga，其他设备的防爆等级应不低于Ex dIIAT3Gb。
2.4 车辆加装技术
车载检测装置在车辆上的加装不仅要确保实现功能，更重要的是不能影响铁路罐车的运用安全。
车载检测装置的GPS定位通信模块须安装在罐体顶部，以保证信号收发良好，其他电气装置如传感器、电源等在保证各自功能实现的前提下，应与GPS定位通信模块集中布置以降低车载检测装置的功耗。考虑到人孔附近安装后影响装卸操作，罐体一位端设有走板、护栏等辅助装置，故罐体二位端顶部为车载检测装置安装位置的最佳选择。为便于拆卸、检修，车载检测装置与罐体之间采用螺栓连接。
3 样机试制
通过对智能监测系统的关键技术进行充分研究，试制了样机，主要由车载检测装置和地面监测系统两部分组成。
3.1 车载检测装置 车载检测装置主要由检测模块、监测终端、保护装置和安装座等组成，见图1。
检测模块主要由超声波式液位计、压阻式压力变送器、集成温度传感器和安装法兰等组成，能够满足液位测量范围0～3.5m、压力测量范围-50kPa～200kPa、温度测量范围-50℃～70℃的要求，各传感器的防爆等级为Ex iaIIAT3Ga。
监测终端主要由GPS天线、控制器、GSM天线、电源、隔爆壳及固定座等组成。GPS天线获取车辆的位置信息，控制器对检测到的介质状态参数（压力、液位、温度）和车辆位置信息进行处理，通过GSM天线传送到地面监测系统，采用锂亚硫酰氯电池给车载检测装置供电，隔爆壳的防爆等级为Ex dⅡBT3Gb。
3.2 地面监测系统
地面监测系统包括硬件和软件。
硬件包括数据库服务器、通讯服务器、硬盘阵列等。结合既有的成熟技术，地面监测系统的软件开发主要有数据分析模块、通信控制模块、数据加解密模块、应急处理模块、查询界面等，通过GPRS/GSM网络或Internet网络发送控制命令、接收各项数据，界面上可显示以下内容：车辆属性（车号、制造厂、制造日期、装运介质）、介质状态参数（压力、液位、温度）和车辆信息（位置、速度）等内容。
4 试验
对车载检测装置进行了气密性试验、水压试验、防爆试验、电子性能试验以及与地面监测系统的通讯测试等检测。结果表明，车载检测装置与地面监测系统通讯良好，地面监测系统界面上显示的车辆位置信息准确，介质状态参数（压力、液位、温度）与安装在车辆上用于对比的机械式仪表读数一致，委托专业机构进行了防爆试验和电子性能试验，能够满足铁路罐车的装车要求，实现运营过程中的智能监测。
5 结束语
危化品鐵路罐车智能监测系统满足铁路罐车的运用工况，适用于装运介质为汽油、煤油、柴油、醇类等常压铁路罐车，不仅能够实现车辆运营全过程介质状态参数（压力、液位、温度）的实时监测及异常情况下报警，提高了危化品运输的安全性，而且能够获取车辆位置信息，起到远程跟踪与监控的作用，提高了铁路罐车的运营管理水平。随着铁路信息化的发展以及用户对危化品运输监管需求的提高，智能监测系统具有广阔的应用前景。
参考文献：
[1]海涛.铁路危险货物罐车车载动态监控系统研究[J].铁道运输与经济，2011，33（4）：35-40.
[2]沙占友.智能化集成温度传感器原理与应用[M].机械工业出版社，2002.
[3]王圣平.油田用高温锂亚硫酰氯电池的性能分析[J].国外测井技术，2005，20（3）：67-70.
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