餐饮厨房可燃气体报警及在线监测系统

王 磊，钱先锋，杨 诚，丁 蓓

（中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司 智能与应急研究所，安徽 马鞍山 243000）

0 引言

随着经济的飞速发展，城市路边的小餐馆日渐兴盛，极大满足了老百姓的需求，并且丰富了城市的烟火气。随着餐饮厨房内越来越多地使用管道燃气，在一定程度上为人们提供了便利，但是也因此埋下了不少安全隐患。如果在使用过程中出现了意外，发生了燃气泄漏，而且泄漏的燃气没能及时被发现和妥善处理，会给厨房及工作人员带来很大的人身危害。而且餐饮店有很大的客流量，是典型的人群聚集地，一旦发生燃气泄漏是很危险的，后果不堪设想。2016 年9 月30 日上午9:30 分左右，湖南省长沙市河西一家餐厅厨房发生燃气泄漏，并引发局部爆炸，引起火灾，造成10 人受伤，导致了较大的生命财产损失。

所以，在餐饮厨房安装可燃气体报警系统是非常有必要的而且也是迫在眉睫的事情，并且不仅需要安装可燃气体报警器，还应安装联动安全装置，如区域报警灯、风机、电磁阀，保证发生气体泄漏后能及时切断阀门并排风，保障安全。而且随着物联网与在线监测技术的发展，可燃气体报警系统也需要配备在线监测系统，保证人员能远程实时监测可燃气体的浓度和状态，这样可更好地保障餐饮厨房的可燃气体安全。

1 系统的工作原理

当餐饮厨房燃气管道发生燃气泄漏，燃气泄漏量达到设定的低报报警值时，安装在灶台上方的可燃气体报警器会发生声光报警，同时报警信号会传送至控制器，控制器会联锁控制区域声光报警灯进行声光报警，提醒工作人员及时采取安全措施，并尽快疏散人群；同时，控制器的联锁开关信号传送至风机控制箱，立即联锁启动风机，进行排风。当燃气泄漏量达到高报报警值时，报警器会持续高报报警，气体报警控制器会联锁关断燃气管道电磁切断阀，切断气源。同时，无线数据网关读取控制器数据，并上传至云端系统，再下发到客户端的电脑和手机上，工作人员能远程实时监测可燃气体的浓度和状态，从而及时防止厨房火灾爆炸的发生，进一步保证了人员生命财产安全。

图1 可燃气体报警及在线监测系统结构原理图Fig.1 Structural schematic diagram of combustible gas alarm and online monitoring system

2 系统的组成

可燃气体报警及在线监测系统由可燃气体报警器、气体报警控制器和联动装置：区域报警灯、风机、电磁阀组成，以及无线数据网关和服务器。

2.1 可燃气体报警器

报警器选择需要按照一定的原则设计、匹配，本着适用的原则选择仪表类型[1]。报警器选用GTQ-SMART 系列可燃气体探测器。该探测器采用微处理器技术，功能强大。它采用扩散式的采样方式，连续检测空气中可燃气体的浓度，并转换成与之正比的（4 ～20）mA DC 标准信号。当检测到的气体浓度超过报警设定值时，声光报警灯会进行声光报警。一般情况下，设置报警器的低报值为25%LEL，高报值为50%LEL。具体参数见表1。

表1 报警器参数Table 1 Alarm parameters

GTQ-SMART 系列可燃气体探测器的传感器是基于催化燃烧的工作原理。该探测器中的传感器是由两个敏感元件X 和两个阻值相等的固定电阻构成的惠斯通电桥。惠斯通电桥的原理图如图2 所示。其中，一个敏感元件是有源元件（检测元件）RD，可以与可燃气体发生催化燃烧反应，另一个是无源元件（补偿元件）RC，不与可燃气体反应；两个元件都具有电热效应，都能够被电加热，二者构成惠斯通电桥的两个桥臂，另外两个阻值相等的固定电阻RB构成惠斯通电桥的另两个桥臂。当没有可燃气体时，有源元件不发生催化燃烧反应。此时，4 个电阻元件分压平衡，惠斯通电桥平衡，输出电压为零，报警器也显示0LEL。当传感器接触可燃气体时，传感器里的有源元件使可燃气体催化氧化，发生反应，反应放出热量，使有源元件加热，使其温度升高，有源元件电阻值随之增加，而无源元件的电阻值保持不变。这时，惠斯通电桥桥臂分压失去平衡，从而产生电压信号输出，而且输出的电压信号值大小与接触的可燃气体的浓度成正比。电压信号再经转化换算，成为报警器液晶屏显示的可燃气体浓度值。只要有源元件性能保持良好，传感器就能快速反应，就可以对可燃气体达到快速响应的效果。

图2 惠斯通电桥原理图Fig.2 Schematic diagram of Wheatstone bridge

2.2 气体报警控制器

气体报警控制器选用的是FS300-4 系列可燃气体报警控制器，该控制器采用了先进的智能化模糊控制理论，具有零位标定提示功能。信号输入是4mA ～20mA 信号，可连接4 路可燃气体报警器，三线制连接，控制器各控制单元可独立设置预警、报警设定值、量程，调试、检查、维修方便，并且具有4 个输出继电器，可设置低报动作或者高报动作，可用来联锁区域报警灯、风机以及切断阀。

2.3 区域报警灯

区域报警灯选用BBJ 防爆声光报警灯，当厨房发生燃气泄漏并引发报警时，气体控制器传送来的控制信号启动区域声光报警电路，进行声光报警，声响强度100 dB ～120dB，完成报警提醒工作人员的目的。区域报警灯采用超高亮LED 发光二级管，工作电压DC24V/AC220V。

2.4 风机

风机选用防爆轴流风机，型号为CBF-500，功率0.55kW，电压380V。该风机是需要透风场所开发的防爆风机，具有噪音低、能耗低、性能优等特点。

风机由风机控制箱控制，可以手动启动、停止，也可以实现自动启停。若由控制器联锁，则需要选择到自动档。

2.5 电磁阀

电磁阀选用DN25 螺纹常开燃气切断电磁阀，公称压力0.3Mpa，控制电压DC24V/AC220V。当发生报警时，控制器联锁信号传至电磁阀，电磁阀立即通电，立即关闭，切断燃气管道。若要再次开启电磁阀，需要手动提拉。

2.6 数据网关

数据网关选用工业智能网关F-G100，该网关内置Modbus RTU 通讯协议，配置界面如图3 所示。通过该协议读取控制器的传感器实时浓度数据，并通过mqtt 协议实时上传至云平台服务器。客户通过手机端app 可以远程实时检测到报警器的实时浓度，实现实时监测的功能。

图3 数据网关Modbus RTU通讯配置界面图Fig.3 Data gateway Modbus RTU communication configuration interface diagram

3 系统的安装

3.1 可燃气体报警器的安装

可燃气体检测器能否正确检测，与安装位置的选择有密切关系，总的要求是应该保证被测气体能充分与检测器接触[2]。燃气主要成分是甲烷，甲烷气体密度比空气轻。比空气轻的，应安装在泄漏域的上方位置，宜距屋顶距离小于0.3m[3]。燃气检测器距释放源水平距离不宜大于7.5m，与通风口及门窗之间的水平距离应大于0.5m。安装时还要注意，不宜安装在油烟较多的地方，过多的油烟容易造成误报，而且油烟也会进入传感器，会堵住传感器，导致进气不畅，影响探测器的灵敏度。以吊装抱箍形式安装在距顶部0.5m 处，距离灶台水平距离1.5m。

3.2 轴流风机的安装

轴流风机一般安装在通风口附近， 距顶部30cm ～50cm，这个位置聚集的天然气最多。同时还需要考虑轴流风机的排气方向，避免对周围环境造成影响。当天然气泄漏导致报警器报警，控制器输出继电器被触发，给风机控制箱启动开关信号，从而启动风机进行排气，起到安全防护的作用。

3.3 电磁阀的安装

在燃气管线上安装燃气切断阀，应该设置在分户计量表前[4]。电磁阀应按阀体上标明的气流方向安装，线圈不能倒置安装。电磁阀控制线要按照正确极性接线，白为正，黑为负，不能接反。当发生高报报警时，控制器输出脉冲开关信号给电磁阀，电磁阀立即动作，切断管道中的天然气，起到紧急切断的作用，防止事故进一步扩大。

4 系统的调试

不通标准样气时，可燃气体报警器显示0%LEL，报警器不报警，无联锁动作，同时在手机端app 显示0。在气体报警器下端通标准样气，当样气浓度达到25%LEL 时，报警器报警，控制器报警，区域报警灯报警，同时风机启动进行排风，手机端app 显示25.2%LEL，并推送报警信息。当样气浓度达到50%LEL 时，电磁阀动作，切断天然气，手机端app 显示50.1%LEL。所有功能调试正常，投入正常使用。

5 系统的维护

1）要定期对报警器进行清洗、保养是防止发生故障的重要工作，建议每3 个月或季节更替时（环境温度、湿度变化明显时）进行标定[5]。

2）对于轴流风机的叶片积灰，需要定期进行清扫，保证风机的正常工作。要定期检查风机叶片是否有松动，叶片与风机间隙是否正常。

3）电磁阀每年进行1 ～2 次定期检修。

4）当发生报警并且设备联锁动作后，需由专业技术人员进行消除和复位。

6 结束语

餐厅厨房可燃气体报警及在线检测系统能实时监测厨房内可燃气体的含量，当发生超标时，系统会发生报警并联锁打开风机进行排风或者电磁阀动作切断管道，从而防止爆炸的发生，保证了安全。而且手机app 端也会推送报警信息，远程实时就能知晓，更进一步保证了安全。