危化品罐箱智能监测系统设计

引言

随着科学技术的快速发展，世界范围内的车辆与人的智能管理都有了长足的进展。但是，目前我国对危险品特别是危险品的管理还没有一个统一的规范制度，这就造成了很多问题。因此，构建一套综合、智能化的安全管理系统具有十分重要的意义，不但可以实现车辆、人员和货物的无缝对接，而且极大地提升了危险品运输的安全性。

1 系统简介

智能监测系统融合自动检测、GPRS/GSM、卫星定位、地理信息系统（GIS）和网络技术，整体结构包括两部分：罐箱检测装置和后台监测平台。智能终端采用高精度传感器，实时采集罐内压力、液位、温度等参数，并通过 GPS 实现罐箱定位。采集数据经移动通信网络传至数据中心，结合 Web 技术实现数据可视化，并通过互联网向授权用户提供实时访问。用户还可远程发送控制指令，获取设备及罐箱状态，实现人机交互。

2 关键技术研究

2.1 自动检测技术

为实时监测罐内压力、液面和温度，需使用自动化传感器。在罐箱应用中，要求传感器工作稳定、精度适中、体积小、功耗低、成本可控。目前常用类型包括电阻式、电容差压式、压电式和压阻式。综合评估后，压阻式传感器因其响应快、精度高、稳定性好、温域宽、结构紧凑，是较优选择。液位检测常用方法有电容、雷达、超声、磁致伸缩、静压和干簧管等。其中，超声传感器虽然无需在罐内加装结构，设备简单，但其对介质密度要求高，无法解决复杂介质液位监测的问题，使用雷达液位传感器，是当前较理想的方案。温度监测分为接触式（如热电偶、热敏电阻、一体化传感器）和非接触式（如光学、全辐射、红外温度计）。技术对比显示，PT1000 是目前具有体积小、精度高、线性高、测温范围广及安装方便等优点，是目前较理想的测温方案。

2.2 供电技术

罐箱没有自带电网，但其监控装置对连续性和稳定性要求极高。考虑到作业区域广泛及环境温度变化多端，动力设备需具备高环境适应性。根据客户使用习惯及要求，罐箱至少在一年内无需人工干预，因此供电系统需保证一年以上的持续供电能力。为此，综合采用太阳能、风能等新能源发电技术，对比分析原电池与风力发电等多种供能方式，选择最适合智能监控系统的供电方案。锂 - 亚硫酰氯电池因其众多优点被优先选用。这种电池比能高，在相同体积和重量下存储更多电能；它输出电压稳定，安全性好，且体积小巧、重量轻，便于安装，不会增加罐箱负担。

2.3 电气防爆技术

石化及其他化工物料一般都是易燃、易爆及有毒的。在输送过程中，如果出现泄漏或者遇到火源，都会引起重大的安全事故。为此，为保证运输安全，对运输危险货物的载具及容器，在电气设备的设计、选型等方面，都要有严格的规定。在使用过程中，按照 GB3836.1,GB3836.14,GB3836.15,GB3836.15,GB50058,GB50074 等多个国家的防爆标准来选择和安装。此外，由于安装在罐箱上的各种电器装置的位置各不相同，所面临的环境风险也各不相同，所以对智能监控系统内各种设备的防爆级别也有差异化需求。特别是，在易燃易爆气体环境中，直接与储罐介质相接触，其防爆等级不能低于 iaGa。而其他未与媒介直接接触的设备，尽管如此，其所在区域仍存在易燃、易爆隐患。因此，可依据爆炸性气体分区标准，明确Gb、Gc 分区，以保障整个系统的安全。

2.4 车辆加装技术

罐箱上安装测试装置，在保证其性能的前提下，不能对其自身的操作安全造成影响。为了保证信号的稳定和不被干扰，尽可能将 GPS 定位和通讯模块安装在罐箱的顶部。对于其它电子元件，如传感器、电源等，则可与智能终端进行集中或分开配置，不会影响其本身的功能。由于罐箱溢流盒使用金属制造，所以对信号的传输有较强的屏蔽作用，其内部有预留法兰接口，空间较大，拆装方便，适合不需要通讯的设备安装使用。所以，从总体上看，将智能终端及电源设置在端框或外包上，传感器设置在罐箱溢流盒内部是比较合理的，即方便数据采集，同时方便设备后续维护及现场数据观测。

3 样机试制

3.1 智能终端

智能终端主要由终端模块、传感器、防护装置和安装座四大部件组成，集成了液位、压力、温度传感器、定位及通讯等敏感元件。系统支持多参数测试，在 0-3.5 米范围内测量液面， -50 至 1000kPa 范围内检测压力，以及 -40至 260^∘C 范围内的温度测量。监控终端包含GPS 天线、主控单元、GSM 通讯天线、电源模块、隔爆壳体和固定托架。其中，GPS 天线负责接收定位卫星信号，模块通过接收到的信息解析位置信息，主控单元处理压力、液位、温度和位置等数据并通过GSM 天线传输给后台监测系统。该设备使用锂- 亚硫酰氯电池供电，一般配备隔爆外壳，根据运载不同介质选配不同规格的防爆外壳，确保了系统的安全与稳定性。

3.2 后台监测系统

后台监测系统可以分为两个主要的组成部分：硬件设备和软件。硬件部分主要包括数据库服务器、通讯服务器和磁盘阵列等。在软件方面，研发小组在借鉴和吸收市场上已经成熟的相关技术的基础上，对数据处理与分析单元、通信管理模块、信息安全加密解密模块、突发事件响应模块和用户询问接口进行了设计。该系统可以实现高效率的远程作业和数据采集，并且可以通过 GPRS/GSM 或者 Internet 来进行命令的发送，并且能够及时地接收到各种监控信息。它的人机交互接口简单、直观，可以显示出罐箱的基础资料（如罐箱号、客户名、出场日期等）、物料状态（如压力、液位高度、温度等）、异常报警（如温度异常、振动异常、高低液位等）和实时动态（位置坐标、行驶轨迹等）。

4 试验

对罐箱监控设备进行了多项严格测试，包括气密性、水压、防爆、电子性能以及与 Web 平台的通信联调等。经过多次试验，设备与后台系统通信稳定，定位准确。罐内压力、液位、温度等关键参数，与罐箱安装设备显示一致。防爆及可靠性测试由具备 CNAS 资质的第三方机构完成，结果表明该装置满足管式集装箱运输的安全要求，可为运输过程提供稳定可靠的智能监控支持。

结束语

本文已完成气密性、水压、防爆、电气性能及与后台监测平台的数据通信等一系列测试。结果表明，智能终端与后台系统运行稳定，位置信息准确，压力、液位、温度等参数与现场测量一致。同时，通过第三方机构的防爆和电子性能认证，证实该系统满足罐式集装箱运输及装载作业要求，具备在运营中实现智能监控的能力。

参考文献：

[1] 边海龙 , 王倩微 , 刘兴伟 , 等 . 一种智能罐箱槽罐箱监测终端系统 :202411234002[P][2025-07-28].