新疆探空站氢气泄漏监测报警系统的设计与实施

张春雷，刘 涛，张晨亮

新疆气象技术装备保障中心，新疆乌鲁木齐 830002

0 引言

经过近些年的发展，新疆气象部门已初步建立起一套较为完善的气象观测网络。目前全区有14 个L 波段探空雷达站，配备有13 部水电解制氢设备，水电解制氢设备是气象高空探测业务制取氢气的主要手段。我区投入业务运行的水电解制氢设备通过多年的运行发现，制氢设备的氢气分离器、电解液循环、气体排空、压力平衡等系统连接处及氢气输送管线泄露氢气的现象时有发生。氢气是无色无味的易燃易爆气体，看不见，摸不着，若不能及时检测发现排除氢气泄漏点，存在安全隐患，将造成人身及财产损失。

虽然水电解制氢设备安装有压力、温度等报警装置，但对氢气泄漏定期维护时需要进行人工检测，不能做到及时发现排除泄漏点。为确保制氢用氢安全，需要在制氢室、充球室、储氢室安装氢气泄漏测报仪。

氢气泄漏测报仪能够自动检测空气中氢气的含量，从而实现自动报警，提醒操作人员及时检查排除氢气泄漏点，保证制氢用氢安全，减少人身财产损失。

随着气象业务的发展，全疆气象观测技术保障体系建设和技术保障手段以及效率要与气象监测系统建设速度及需求相适应，特别是某些水电解制氢设备建在办公区域或离住宅区较近的地方，制氢业务安全监测工作就显得尤为重要。因此，开展全区氢气泄漏监测报警系统建设是十分必要的。

1 系统需求

目前，全区探空站氢气泄漏监测报警系统的基本需求为：通过氢气测报仪和终端软件对氢气流速的监测实现全疆探空站氢气泄露检测报警功能。

当制氢站氢气泄漏时，台站安防联控主机将持续发出蜂鸣声，并自动以手机短信的方式将报警信息发送到指定手机上。系统中心端氢气泄漏监测报警功能页面上，站点图标变成红色报警状态，同时显示氢气泄露动画图标。

通过该功能，便于业务管理人员、技术保障人员、制氢人员实时浏览全疆制氢站制氢、用氢情况，制氢安全生产监测技术手段得到大幅提升。

2 总体设计

2.1 建设目标与思路

本系统的建设目标是：一、氢气泄漏时，台站安防联控主机将持续发出蜂鸣声，并自动以手机短信的方式将报警信息发送到指定手机上；二、搭建中心端管理平台，便于业务管理人员、技术保障人员、制氢人员实时浏览全区制氢站制氢、用氢情况。

2.2 总体结构设计

为了满足我区各级气象部门对探空站氢气泄漏监测报警需求，该系统应采用三级网络结构：各个气象站为一级网络，各地市气象局为二级网络，自治区气象局管理中心端为三级网络。

图1 氢气泄漏监测报警系统总体设计图

自治区级：自治区级系统设计和建设重点为中心端管理平台的搭建、系统的运行维护，进而实现全区探空站氢气泄漏监测报警信息资料的在线调用。

地市级：地市级用户通过B/S 方式直接登录区局中心服务器，对本地市所辖台站进行管理、监督。

台站级：台站级氢气泄漏监测报警系统侧重于系统的前端采集单元、氢气泄露监测单元建设，主要任务是氢气泄露检测单元的正常运行。

2.3 总体功能设计

氢气泄漏监测报警系统从功能上进行划分，可分为硬件系统功能和软件系统功能两部分。

2.3.1 硬件系统功能

氢气泄漏监测报警硬件系统功能包括：制氢主机室氢气泄露报警、储氢室氢气泄露报警、充气室氢气泄露报警、信息流存储、防雷设计等。其中：信息流存储功能实现报警信息的存储。防雷设计主要实现信号线路防雷与电源线路防雷功能。

2.3.2 软件系统功能

根据氢气泄漏监测报警系统三级体系架构设计模式，中心端管理平台主要通过接收氢气测报仪信号和终端软件对氢气流速的监测实现探空站氢气泄露报警、用户及角色管理、GIS 管理、设备管理、自动对时、“心跳”检测、视频流远程管理以及日志管理等功能。

软件系统开发环境：氢气泄漏监测报警系统编程环境采用Microsoft Visual Studio 2010，数据库环境采用Microsoft SQL Server 2008。

监测功能：实现氢气检测传感器接入，并可实现氢气泄露自动报警功能。

管理功能：具有对各级系统管理员、操作员账号、密码和操作控制权限灵活管理的功能。

其它功能：实现用户多级远程访问和管理功能；“心跳”信息检测功能；时间同步功能；电子地图功能；可连接报警设备，如红外探头、警灯等；并可实现自动报警功能、远程报警及报警开关的功能。

2.3.3 网络传输的实现

目前，新疆气象局内网带宽为6Mb/s 左右，氢气泄漏监测报警系统默认占用带宽为512kb/s（最小可调整为300Kb/s左右），若增加摄像监控功能，其占用带宽约为700Kb/s 左右。所以，氢气泄漏监测报警系统可以直接利用新疆气象局内网进行数据传输，不会影响正常的气象业务网络带宽。

3 结论

新疆探空站氢气泄漏监测报警系统的建设，将切实加强全疆探空站制氢业务的监测力度，及时发现探空站制氢机、储气罐存在的安全隐患，有效保障全疆探空站制氢业务系统的安全运行，为新疆气象事业的快速发展保驾护航。

[1]南京大桥机器厂.GFE（L）1型二次测风雷达原理和维修[G].南京：南京大桥机器厂，2006.

[2]康会光，马海军，李颖.SQL Server 2008中文版标准教程[M].北京：清华大学出版社，2009：1.

[3]Nick Randolph(兰多夫)、David Gardner、Michael Minutillo等.Visual Studio 2010高级编程[M].北京，清华大学出版社，2012：1.