合成氨厂重大危险源辨识及储罐区监测研究_李晓萌.doc

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1、工程硕士学位论文 合成氨厂重大危险源辨识 及储罐区监测研究 李晓萌 哈尔滨理工大学 2014 年 3 月 哈尔滨理工大学硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文合成氣厂重大危险源辨识及储罐 区监测研究，是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间独立进 行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除己注明部分外不包含他人己发表 或撰写过的研究成果。对本文研究 工作做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确 方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。 作者签名： R 期 ： 年 3 月 3 丨 R 哈尔滨理工大学硕士学位论文使用授权书 合成氨厂重大危险源辨识及储罐区监测

2、研究系本人在哈尔滨理工大学攻读 硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归哈尔滨理工 大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。木人完全了解哈尔滨理 工大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门提交论文和电 子版本，允许论文被查阅 和借阅。本人授权哈尔滨理工大学可以采用影印、缩印或 其他 M 制手段保存论文，可以公布沦文的全部或部分内容。 木学位论文 H 于 保密，在年解密后适用授权 15。 不保密 0。 (请在以上相应方框内打 V) 作 者 签 名 ： 闩 期 ： 力 /f 年 3 月 31 H 导师签名 : H 期： 丨 workplace t

3、ransport、 building 2.4.6 重大危险源的辨识 以某合成氨厂由以上危险因素进行分析，并根据标准危险化学品重大危 险源辨识 GB18218-2009， 氨相对应的临界量是 10t， 该厂有一个容积为 5350m3的液氨储罐， 存储量按 50%计算是 1899.25t,合成氨厂实际存储氨的量 超出了临界量。可以确定在合成氨厂，构成重大危险源的主要为：液氨储罐。 根据危险化学品重大危险源的监督管理暂行规定（安监总局第 40 号 令）对合成氨厂危险化学品的重大危险源实施分级。将单元内危险化学品的实 际量，和标准危险化学品重大危险源辨识 GB18218-2009 中的相应危险化 学品

4、的临界量，两者作比，将修正完的值相加，用 R 表示 43，这即是分级指 标。 R = aj3 Q 式中： q 危险化学品实际的存在量 / (t); Q 危险 化学品所对应临界量 / (t); P 该危险化学品所对应修正系数； a 该危险化学品重大危险源的厂外暴露人数修正系数。 (2-6) 修正系数 P 值是基于对危险化学品的类别设置，见表 2-1 和表 2-2,可知 P=2 19 表 2-1 校正系数 p 的取值表 Table 2-1 Value for p correction coefficient table 危险化学品的类 别 有毒的气体 爆炸品 易燃的气体 其他类别的危险化 学品 P

5、 见下表 2-2 2 1.5 1 注：危险化学品在危险货物品名表的基础上进行分类。 表 2-2 常见毒性气体修正系数卩的取值表 Table 2-2 Value for (3 common toxic gases correction coefficient table 毒性气体名称 -氧化碳 二氧化硫 氨 环氧乙烷 氯化氢 P 2 2 2 2 3 毒性气体名称 溴甲烷 氯 硫化氢 氟化氢 二氧化氮 P 3 4 5 5 10 毒性气体名称 氰化氢 碳酰氯 磷化氢 异氰酸甲酯 P 10 20 20 20 厂外的暴露人员的修 正系数 是厂外 500 米范畴内的常住人口数量，见表 2-3，可知 a=0

6、.5。 表 2-3 校正系数 a 的取值表 Table 2-3 Value for a correction coefficient table 厂外可能暴露人员数量 a 100 人以上 2.0 50 人 99 人 1.5 30 人 -49 人 1.2 卜 29 人 1.0 0 人 0.5 代入公式计算 : R = aj3- = 0.5x2x 189925 = 189.925 (2-7) Q 10 根据计算出的 R=189.925值，依照表 2-4确定出合 成氨厂的重大危险源级 别。 表 2-4 危险化学品的重大危险源级别与 R 值之间的对应关系 Table 2-4 The correspon

7、ding relationship between hazardous chemicals major hazard levels and the value of R 危险化学品的重大危险源级别 R 值 第一级 R100 第二级 100R50 第三级 50R10 第四级 R100,因此，该合成氨厂的液氨储罐属于一级危险化学品 20 重大危险源。 液氨储罐是液化气储罐，是中压二类压力容器，具有发生物理性爆炸的危 害，爆炸产生的碎片及冲击波会产生极大的危害性。液氨储罐发生泄漏和爆炸 事故后，因为氨气有毒，极易造成周围人员中毒，泄漏出的氨气还容易发生燃 烧和爆炸事故。液氨储罐容易发生超压事故，超压

8、原因主要为：安全装置发生 失灵、安装不得当以及装置不完善齐全；液氨储罐的溶液量超标；液氨储罐发 生超压事故，因为温度的升高而造成的（例如环境的温度突然升高）。若液氨 储罐所能承受压力的能力下 降，它所存在缺陷的原因为：氨对储罐内壁有腐蚀 的作用；空气对储罐的外壁有腐蚀的作用；液氨引起的应力腐蚀；内部和外部 的介质对储罐的腐蚀可导致储罐的罐壁变薄。通过实验实践的证明：储罐的材 质发生恶化，储罐发生塑性形变以及有腐蚀、裂纹的出现，均与温度的升高有 很大关系。液氨储罐发生火灾爆炸的危险因素分析主要是：当储罐内的氨气发 生泄漏并与空气发生混合后，如果达到爆炸极限，在静电火花和明火的作用下 极容易导致火

9、灾和爆炸事故的发生。液氨储罐发生中毒的危险因素分析主要 是：因为液氨储罐以及储罐附件爆炸、泄漏，空气中氨 气浓度超过安全阈值可 能引起中毒甚至死亡；人接近液氨储罐、内部氨浓度未达到安全范围 44,45。 2.5 本章小结 本章阐述了合成氨的工艺过程，对原料气制备；原料气净化；原料气压缩 和合成进行分析，可见，合成氨厂存在危险化学品数量多、高温高压的设备容 器多。因此，对合成氨厂的重大危险源辨识是十分重要的，通过对合成氨工艺 过程的了解分析，才能对合成氨厂存在的重大危险源进行更全面的辨识。 在合成氨工艺过程的基础上，对该过程可能存在的重大危险源进行辨识， 辨识主要分为以下六 个方面：危险、有害物

10、质的辨识；合成氨各生产工段的危 险因素辨识；合成氨设备的危险辨识；合成氨环境的危险辨识；公用工程、场 内运输、建筑物的危险辨识；重大危险源的辨识。根据危险化学品重大危险 源辨识GB18218-2009,最后得出结论，合成氨的重大危险源主要是储罐区的 液氨储罐，属于一级危险化学品重大危险源。 第 3 章危险源监测硬件设计 3.1 总体方案设计 合成氨厂的重大危 险源主要在储罐区，本文主要针对液氨储罐进行监测研 究。危险源监测的总体方案设计如图 3-1 所示： 图 3-1 整机原理框图 Fig. 3-1 Principle block diagram of the whole 3.1.1 监测设计

11、原理 对液氨储罐的监测先通过前端的传感器采集信号，再将传感器采集的信号 通过信号调理电路进行调理，主要调理成符合本系统 A/D 的指标，将调理后的 信号通过多路开关，多路开关主 要是控制哪一路传感器信号输出。信号再通过 22 A/D 转换电路，实现模拟量与数字量之间的转换。最后将信号送入单片机微处 理器，向单片机内部输入程序、运行程序，来控制液晶显示、报警装置（超过 设定的上下限值，就会自动报警）、通信接口（与上位机进行连接）。 前端传感器采集的信号主要是液氨储罐的液位参数、温度参数、压力参数 和气体浓度参数，见图 3-2。 图 3-2 传感器测量参数 Fig. 3-2 Sensor meas

12、urement parameters 3.1.2 液氨储罐的具体技术指标 (1) 液氨储罐内液位应在 25% 85%。 (2) 液氨储罐安全温度为 -34C 50C。 (3) 液氨储罐压力为 1.6MPa 2.5MPa。 (4) 液氣储罐周边氨气浓度不应大于 30mg/m3。 (5) 对于系统参数超过预定的阈值，系统可以自动及时地 报警。 3.2 传感器及调理电路 3.2.1 液位模块 液氨储罐的液位不能低于 25%,不能高于 85%。 本设计的液位传感器选用是磁致伸缩液位变送器 AT100。 磁致伸缩效应是 指铁磁材料在磁场中发生形变的物理现象，磁致伸缩液位传感器由探测杆、浮 子和电路单元组

13、成。在测量过程中电路单元产生电流脉冲，该电流脉冲将会沿 着磁致伸缩线向下方传输，同时产生一个环状的磁场，浮子是套在探测杆上 23 的，并会随着液位的变化在探测杆上移 动，浮子内装有的一组永磁铁令其产生 一个磁场，电流的磁场遇上浮子的磁场即产生一个扭曲脉冲，也可称为返回脉 冲，扭曲脉冲与电流脉冲在时间上产生差值，将该差值转换为脉冲信号，这样 就可计算出浮子的实际位置而得到液位值。 AT100 的测量精度是 0.01%FS,电源电压是 10V 30V,本设计的 AT100采 用 24V 的电源电压，其工作温度是 -40C 121C， 工作压力小于 21MPa，测量范 围是 0.3m 22m。 AT

14、100 具有较好的防爆性能，可靠性强，精度高，安装和维 护起来简单，使用寿命长，有利于系统的自动化 工作。 AT100 输出的是 4mA 20mA 的标准电流信号，其输出需接调理电路（如 图 3-3 所示）来转换成 0V 2V 之间的电压信号，来匹配 A/D 电路。 图 3-3 调理电路 Fig. 3-3 Regulate circuit 3.2.2 温度模块 液氨储罐的温度为 -34C 50C 之间。 本设计的温度传感器选用铜热电阻变送器 KZW-KCU,主要由传感器 CU50 构成。铜热电阻传感器测温的原理是：在温度变化的时候，金属本身的 电阻也会发生变化 。因此，铜热电阻测温时反应出来的

15、是电阻值的变化，铜热 电阻变送器 KZW-KCU 是在 CU50 的基础上加入了一个电路模块，将输出电阻 的信号转化成电流的信号。 KZW-KCU 的测量精度是 0.2%FS， 电源电压是 24V, KZW-KCU 的测量范 围是 -5CTC 15(TC， 其体积小，测量滞后小，机械性能好，耐振，抗冲击，安 装和维护起来简单，使用寿命长。 KZW-KCU 输出的是 4mA 20mA 的标准电流信号，其输出需接调理电 24 路，如图 3-3 所示，来转换成 0V 2V 之间的电压信号，来匹配 A/D 电路。 3.2.3压力模块 液氨储罐属于中压二类压力容器，压力为 1.6MPa 2.5MPa。

16、本设计的压力传感器选用压阻式压力变送器 YPS208。 制成压阻式压力传 感器主要利用了两方面技术，一是晶体硅材料的压阻效应，二是集成电路技 术；晶体硅材料的压阻效应就是当有力作用在晶体硅上时，晶体的晶格会发生 变形，致使硅的电阻率发生变化；集成电路技术就是将电阻条集成在晶体硅膜 片上，制作成硅压阻芯片，同时将芯片的周围固定上，封装于外壳之内，将电 极的引线引出，压阻式压力传感器的 测量是直接通过内部的硅膜片感受被测压 力的。 YPS208 的测量精度是 0.25%FS， 电源电压是 12V 30V, 本 设 计 的 YPS208 采用 24V 的电源电压，其工作温度是 -40C 85C， 测

17、量范围是 OMPa 4MPa， 响应频率高 （ 适于动态测量），体积小，灵敏度高，精度高，可 靠性强，其无活动的部件，可在恶劣的环境下工作，对振动、冲击、腐蚀和强 干扰等的抗击性强。 YPS208 输出的是 4mA 20mA 的标准电流信号，其输出需接调理电路，如 图 3-3 所示，来转换成 0V 2V 之间的电压信号，来匹配 A/D 电路。 3.2.4气体浓度模块 因液氨储罐外的气体浓度不能等于或大于 30mg/m3,规定报警的浓度为下 限值的 15%，则液氨储罐外的气体浓度达到 4.5 mg/m3,开始持续报警。 本设计的气体浓度传感器选用的是电化学氨气变送器 HD1100。 电化学氨 气

18、变送器 HD1100 利用待测气体在电解池中工作电极上的电化学氧化过程，依 据待测气体的电化学反应时所产生的电流，是与其浓度成正比的，因其遵循法 拉第定律，所以，通过测定电流的大小就可以确定待测气体的浓度。 HD1100的测量精度 是 3%FS,电源电压是 12V 30V,本设计的 HD1100 采用 24V 的电源电压，测量范围是 OPPm lOOPPm (Omg/m3 75.9mg/m3)， 响 应时间公 Os， 工作稳定高，反应速度快，测量精度高，具有防爆的结构特点。 HD1100 输出的是 4mA 20mA 的标准电流信号，其输出需接调理电路，如 图 3-3 所示，来转换成 0V 2V

19、 之间的电压信号，来匹配 A/D 电路。 25 3.3 数据采集电路 3.3.1 多路开关电路 多路开关即是在多路信号传输过程中，可以将其中所需要的任意一路信号 选择出来的电路。多路开关的工作原理如图 3-4 所示，以四选一的多路开关为 例，单片机给 A0 和 A1 组信号，如图给 1 和 0,换算成二进制数是 2,也就 是D2 这个输入端被选通了， Y 输出的就是 D2 的信号。 图 3-4 多路开关原理图 Fig. 3-4 Multiway switch schematic diagram 本设计的多路开关选用 CD4052,它是一个双四选一的多路模拟开关，在 应用 时，主要通过单片机对引

20、脚 A 和 B 的控制来实现选择哪一路输入。当从 四路信号输入中选第四路信号输入时，前提其使用的是 Y 组情况下，单片机送 入1 和 1 分别给引脚 A 和 B， 该路便被选中输出，同时需要注意的是，使能引 脚（第 6 脚）必须为 0 时，才会有通道被选中输出。如图 3-5 所示，将通过调 理电路的四路信号由 CD4052 的左侧 Y0 Y3 输入， 3 脚输出连接 ICL7135 的输 入， 9、 10 脚连接单片机控制哪一路信号输出。因为 CD4052 是双四选一的多 路开关，有 X、 Y 两组控制通道，本设计仅测四个参数，用一组通道即可（选 用的 Y 通道），如果增加了测量的参数，还可以

21、将 CD4052 多路开关的 X、 Y 通道同时使用就可实现。 26 图 3-5 多路开关电路 Fig. 3-5 Multiway switch circuit 3.3.2 A/D 转换电路 A/D 转换电路的作用就是将模拟量转换成数字量，如采集的液位、温度、 压力和气体浓度等参量均为模拟量，必须通过 A/D 进行转换处理为 单片机识别 的数字量，这样才可以更好地由单片机直接控制。 图 3-6ICL7135 时序图 Fig. 3-6 ICL7135 timing diagram 本设计的 A/D 转换芯片选用四位半双积分的 ICL7135,其测量精度比较 27 高，相当于 14 位的 A/D

22、转换，并且能够转换输出 20000 个数字量。 ICL7135 在价格方面也比较有优势，性价比高，同时对高频噪声和工频千扰 抑制效果 好。如图 3-6 所示 ， ICL7135 的一个转换周期由以下四个步骤构成：第一步骤 是调零时期，也称为自校准时期，该时期的时间是 10001 个脉冲；第二步骤是 正向积分时期，也称为被测模拟电压积分时期，该时期的时间是 10000 个脉 冲；第三步骤是反向积分时期，也称为基准电压积分时期，该时期是不超过 20001个脉冲，也就是一直到 BUSY 信号为低电平的时候停止；第四步骤是积 分器回零时期，也称为过零检测时期。 BUSY 信号可以控制计数器的启动和停

23、止，当 BUSY 为高电平时开始正向积分阶段，当 BUSY 变为低电平 时反向积 分阶段结束 46。 图 3-7 A/D 转换电路 Fig. 3-7 A/D conversion circuit 整个系统的信噪比是评价这个系统优劣的重要参数，系统中的信噪比主要 取决于由模拟电路以及 A/D 转换电路，抑制系统中噪声对模拟电路以及 A/D 转换电路的干扰是提高信噪比的有效途径。本设计中接入光耦合芯片 6N137 来 提高信噪比， 6N137 是一款用于单通道的高速光耦合芯片。如图 3-7 所示，信 号从 ICL7135 左侧 10 脚输 入，输出端先通过 6N137 光耦合器 ， 6N137 将

24、数字 电路与模拟电路隔离开， J1 的 1 端口接单片机 P3.2 脚， J1 的 2 端口接单片机 P1.0 脚。 对 A/D 模块的准确度进行测量考核，测量接线如图 3-8 所示。 28 图 3-8 A/D 测量接线图 Fig. 3-8 A/D measurement wiring diagram 通过分析表 3-1 的测量数据： 表 3-1 A/D 准确度测量数据 Table 3-1 A/D measurement data of accuracy 标准值 (V) 测量值 (V) 绝对误差 (V) 0.00000 0.0000 0.00000 0.00030 0.0003 0.00000

25、 0.00060 0.0006 0.00000 0.00090 0.0009 0.00000 0.00300 0.0030 0.00000 0.00600 0.0060 0.00000 0.00900 0.0089 0.00010 0.03000 0.0299 0.00010 0.06000 0.0599 0.00010 0.09000 0.0898 0.00020 0.30000 0.2999 0.00010 0.60000 0.6000 0.00000 0.90000 0.9002 0.00020 1.00000 1.0002 0.00020 1.30000 1.3002 0.00020

26、1.60000 1.6001 0.00010 1.90000 1.8998 0.00020 2.00000 1.9997 0.00030 得出结论： A/D 模块的准确度是 0.15%。， 符合设计要求。 对 A/D 模块的稳定性进行测量考核，实际测量如图 3-9 所示。 29 图 3-9 A/D 实际测量图 Fig. 3-9 A/D actual measurement diagram 信号源 一 直提供 1.5000V 的信号 ， LCD 显示测量值，计算出测量值的浮动 程度。实验时长 14 天 （ 半个月 ）， 一日记录 6 次数据，共记录 85 次数据。 表 3-2 A/D 稳定性测量

27、数据 Table 3-2 A/D measurement data of stability 曰 6:40(V) 9:40(V) 12:40(V) 15:40( V) 18:40( V) 21:40( V) 9 月 6 曰 1.5001 1.5001 1.5001 9 月 7 日 1.5001 1.5001 1.5001 1.5001 1.5001 1.5001 9 月 8 日 1.5001 1.5001 1.5001 1.5001 1.5001 1.5001 9 月 9 曰 1.5001 1.5001 1.5001 1.5001 1.5001 1.5001 9 月 10 日 1.5001 1

28、.5001 1.5001 1.5001 1.5001 1.5001 9 月 11 曰 1.5001 1.5001 1.5001 1.5001 1.5001 1.5001 9 月 12 日 1.5001 1.5001 1.5001 1.5001 1.5001 1.5001 9 月 13 曰 1.5001 1.5001 1.5001 1.5001 1.5001 1.5001 9 月 14 日 1.5001 1.5001 1.5001 1.5001 1.5001 1.5001 9 月 15 曰 1.5001 1.5001 1.5001 1.5001 1.5000 1.5001 9 月 16 日 1.

29、5000 1.5001 1.5001 1.5001 1.5001 1.5001 9 月 17 日 1.5001 1.5001 1.5001 1.5001 1.5001 1.5001 9 月 18 日 1.5001 1.5001 1.5001 1.5001 1.5001 1.5001 9 月 19 日 1.5001 1.5001 1.5001 1.5001 1.5001 1.5001 9 月 20 日 1.5001 1.5001 1.5001 1.5001 30 通过分析以上 数据，稳定性的计算如下： 无是测量值的平均值 D 是标准偏差 A 是稳定性 得出结论： A/D 模块的稳定性是 0.00

30、1%，符合设计要求 t 3.3.3 微处理器 (3-1) (3-2) (3-3) 基于危险源监测的性能指标要求：本设计的微处理器，选用深圳宏晶公司 生产的 STC89C58 单片机。 图 3-10 单片机功能结构框图 Fig. 3-10 SCM function and structure block diagram 31 单片机具有体积小，成本低，控制功能强，以及环境的适应能力强等特 点，易于使用， STC89C58 单片机是一个 8 位的微处理器 CPU， 如图 3-10 所 示，具有 32K 的 Flash 程序存储器，主要用于存储程序，和一些原始的数据以 及表格；具有 1280 字节的

31、 RAM 数据存储器，用于储存可被读取或写入的数 据，例如，计算和将要显示的数据的中间结果和最终结果； 8 个中断源、 4 个 优先级和 3 个定时 /计数器 ，其中内部 Flash 的擦写次数在 100000 次以上，最 高时钟频率是 40MHz， 同时具有功耗低、抗干扰能力强的优势。研宄单片 机在安全检测中的应用，对增加安全检测仪器测试功能，提高测试效率和测量 准确度，实现监测自动化、智能化具有实际意义。 晶体振荡器主要为单片机提供稳定的时钟信号，使其能正常工作，晶体振 荡电路如图 3-11 所不。 图 3-11 晶体振荡电路图 Fig. 3-11 Crystal oscillator c

32、ircuit diagram 复位电路的作用是将电路恢复到起始状态，复位电路如图 3-12所示。 图 3-12 复位电路图 Fig. 3-12 Reset circuit diagram 32 3.4 LCD 显示和报警电路 3.4.1 LCD 显示电路 在危险源的监测现场，危险源监测终端上装有液晶显示器，可将各参数的 情况进行现场显示，本设计的液晶显示器选用 LCD16080,其主要由 HD61830 图形液晶显示控制，具有 8 位微处理器接口这样的设计，显示的 RAM 具有 64K，该发出驱动信号的点阵液晶是由一个内部时序发生器生成。选用液晶显 示器的优点是体积小、重量轻、功耗低，而且数字

33、式的接口使其与单片机系统 的衔接简单可靠，操作起来更加方便。 图 3-13 LCD 显示电路 Fig. 3-13 LCD display circuit HD61830 图形液晶显示控制器可以直接与 M6800 系列时序的 MPU 接口， HD61830 管理 64K 的显示 RAM， 其中图形显示的方式是 64K,字符显示的方 式是 4K; HD61830 内部的字符发生器 CGROM 共有 192 种字符，其中 5x7字 体的 共有 160 种， 5x11 字体的共有 32 种， HD61830 还可以外接字符发生器， 增大字符量，使字符量可多达 256 种。 HD61830 既能够以静态

34、的方式显示，又 能够以 1/128 占空比动态的方式显示。 33 3.4.2 报警电路 当储罐的状态超过设定的阈值时，在上位机上发出报警信号外，现场的危 险源监测终端也会发出报警信号。终端的报警电路如图 3-14 所示，报警电路 采用有源蜂鸣器，电压 5V， 消耗电流最大 15mA,声压： 285dBM0cm,达到 及超过设定的阈值时 ，蜂鸣器发出连续的警报声，二极管发出灯光警报，由单 片机 P2.2 引脚控制。 图 3-14 报瞥电路 Fig. 3-14 Alarm circuit 3.5 通信和电源电路 3.5.1 通信电路 本设计不仅可以在现场单独使用，还可与上位机连接，进行远距离监测。

35、 在远离危险源进行远距离监测时，不仅可以快速、准确、全面地监测危险源， 还可以更好地保障工作人员的人身安全。本设计的通信是通过串口来实现的， 串口通信 选用 RS232 接口，采用美信 （ MAXIM)公司生产的 MAX232芯片， 供电为 +5V 的单电源，其功耗低，传输速率快，集成度高，片外只需要加 4 个 电容便可工作，其电路如图 3-15 所示。 MAX232 芯片的主要作用是为 RS232 提供串口电平的需要、提供数据转换通道、供电。 34 图 3-15 通信接口电路 Fig. 3-15 Communication interface circuit 3.5.2 电源电路 本设计中需

36、要 +24V、 +12V 和 5V 的电源，如图 3-16 所示 t 图 3-16 电源电路 Fig. 3-16 Power supply circuit 在电源部分采用稳压集成芯片 LM7824、 LM7812、 LM7912、 LM7805 和 35 LM7905， 以上的集成芯片分别可以输出 +24V、 +12V、 -12V、 +5V 和 -5V 的电 压。 220V 的交流电压输入经过 T1 变压器后第一路输出降到 8V， 对其整流滤 波后，输入给 7805，稳压后输出 +5V 的电压，该路是为数字电路供电的。第 二路和第三路是为模拟电路供电的，经过 T1 变压器后第二路输出降到 27

37、V, 再对其整流滤波后，输入给 7824,稳压后输出 +24V 的电压；经过 T1 变压器 后第三路输出降到 15V,整流滤波后再输入给 7812 和 7912，稳压后输出 + 12V 和-12V 的电压，最后输入给 7805 和 7905，稳压后输出 +5V 和 -5V 的电压。 3.6 本章小结 本章从实际需求出发，针对液氨储罐进行危险源监测的硬件电路设计。以 STC89C58 微处理器模块为核心，对液位、温度、压力及气体浓度监测电路模 块进行设计，并对多路开关模块和 A/D 转换模块进行设计，完成对 A/D 电路 的准确度和稳定性的测量考核，同时完成对 LCD 显示和报警电路、通信和电

38、源电路的设计。 36 第 4 章危险源监测软件设计 危险源监测的软件设计主要是完成液位、温度、压力、气体浓度的检测、 显示和报警的控制。编程语言选用 c语言， c语言可以对计算机最基本的单元 (位、字节、地址 ） 进行操作，使用简洁；程序书写的形式自由，使用起来灵 活方便；具有多样化的表达式及丰富的运算符号；具有整形、字符型、指针型 和数组型等多种数据类型，支持多种显示器和驱动器，有强大的计算功能和逻 辑判断功能；适用系统和机型的范围广，可移植性好。软件开发环境选用 Keil 编译软件，Keil 可以提供 丰富的库函数，是一款功能强大的调试开发工具。 4.1 主程序设计 图 4-1 主程序流程

39、图 Fig. 4-1 The main program flow chart 37 主程序流程图如图 4-1 所示，完成初始化，设置好阈值参数，并调用各模 块相应的子程序。若采集的信号超出阈值，则进入报警程序；若采集的信号没 有超出阈值，则继续进行检测，采集信号。主要 实现对重大危险源储罐的液 位、温度、压力和气体浓度等参数的实时测量，通过软件编程，完成以上参数 的信号采集、 A/D 转换处理、 LCD 显示和报警等功能。软件编程也是系统实现 的重要部分。 4.2 A/D 采样程序设计 图 4-2 A/D 采样程序流程图 Fig. 4-2 A/D sampling program flow c

40、hart A/D 采样程序流程图如图 4-2 所示， ICL7135 是将模拟信号转化成数字信 号，是危险源监测系统中至关重要的部分。选 ICL7135 的另一方面原因是其编 程简洁，具有占用单片机资源少的特点。 如图 3-6 所示 ， ICL7135 时序图中的 BUSY信号是控制计数器的启动和停 止的，通过对计数的脉冲个数进行运算，才可得出对应的模拟量。计 数器工作 流程图如图 4-3 所示。 38 图 4-3 计数器工作流程图 Fig. 4-3 The counter work flow chart 4.3 LCD 显示程序设计 LCD 显示程序流程图如图 4-4 所示， LCD1608

41、0 的控制器是 HD61830,软 件编程主要由 14 条指令码构成，相应的指令代码及指令参数组成了指令码， 通过单片机对指令码进行 编程操作就可实现液晶的显示功能，实现液晶显示功 39 能的主要程序为：初始化、清屏、读状态位、读数据、写指令、写数据、设置 显示首地址、设置光标等子程序。 图 4-4 LCD 显示程序流程图 Fig. 4-4 LCD display program flow chart 如表 4-1 所示，是 LCD16080 的三个主要引脚 RS、 R/W、 E 在不同状态下 的组合所能实现的功能。 表 4-1 主要引 脚功能表 Table 4-1 Main pins fun

42、ction table RS R/W E 功能 0 0 下降沿 写数据或指令参数 0 1 高电平 读数据 1 0 下降沿 写指令代码 1 1 高电平 读忙标志位 40 4.4 本章小结 本章针对液氨储罐进行危险源监测的软件设计，编程语言选用 C 语言，软 件开发环境选用 Keil 编译软件，主要完成主程序设计、 A/D 采样程序设计、 LCD显示程序设计，以此来实 现对危险源液位、温度、压力和气体浓度的实时 监测。 结论 本课题完成了基于合成氨厂的重大危险源辨识及储罐区监测的研宄与设 计。确定了合成氨厂的危险源及重大危险源，重大危险源主要是储罐区（液氨 储罐）。针对液氨储罐，设计了危险源监测的

43、电路，完成对液氨储罐的液位、 温度、压力和气体浓度等参数的实时监测，当参数值达到阈值或超过阈值时， 即进行声光报警，同时也可通过上位机对参数情况进行实时监测，从而可以有 效地预防由于以上 参数不正常而引起的气体泄漏、火灾、爆炸等重大事故的发 生。本文完成的工作如下： 1. 合成氨厂存在危险化学品数量多、高温高压的设备容器多，通过对合成 氨工艺过程 （ 原料气制备；原料气净化；原料气压缩和合成）的分析，以此为 基础对合成氨厂进行危险源辨识。对危险源的辨识主要分为以下五个方面：危 险、有害物质的辨识；合成氨各生产工段的危险因素辨识；合成氨设备的危险 辨识；合成氨环境的危险辨识；公用工程、场内运输、

44、建筑物的危险辨识。然 后再依据危险化学品重大危险源辨识 GB18218-2009 对合成氨厂的重大危 险源进行辨识，得出的结论是合成氨的重大危险源主要是储罐区的液氨储罐， 是一级的危险化学品重大危险源。 2. 根据实际需求，针对重大危险源液氨储罐进行危险源监测的硬件电路设 计。以 STC89C58 微处理器模块为核心，对液位、温度、压力及气体浓度监测 电路模块进行设计，并对多路开关模块和 A/D 转换模块进行设计，完成对 A/D 电路的准确度和稳定性的测量考核，同时完成对 LCD 显示和报警电路、通信 和电源电路的设计。 3. 针对液氨储罐进行危险源监测的软件设计，编程语言选用 C 语言，软

45、件开发环境选用 Keil 编译软 件，主要完成主程序设计、 A/D 采样程序设计、 LCD显不程序设计。 整个危险源监测电路还不足够完善，希望毕业后有时间可以继续研宄本课 题，在原来设计基础上，弥补系统中的不足，增加系统实用性，争取能够投入 社会实际应用。 42 参考文献 1 刘冲 .合成氨装置的环境污染及防治对策研宄 D.大连：大连理工大 学，2008: 22-23. 2 郑希林 .南疆大化肥装置增产节能改造项目可行性研宄 D.天津：天津 大学， 2010: 18-22. 3 孟伶勇 .合成氨技术的发展 J.辽宁化工， 2012， 41(5): 484-485. 4 王旭红 .HT-L 粉煤

46、气化配套变换工艺设计 J.氮肥技术， 2011， 32(1): 10. 5 日本昭田川崎工厂合成氨设备爆炸事故 OL.辽宁特种设备公众信息 网，2010. 6 曹海英 .全国各级工会对安全隐患要“零容忍” J.工会博览， 2013, 6(18)： 4. 7 C. Pinnagoda. Major Hazard Control. The Proceedings of Occupational Safety and Health Congress for the Asian and Pacific RegionC, 19&20 August 1993, Singapore. 8 吴玫 .合成氨生产

47、危险因素的分析辨识 J.内江科技， 2010, 9(11): 36. 9 L. A. Papazoglou, O. N. Aneziris, J. G. Post, B. J. M. Ale. Technical modeling in integrated risk assessment of chemical installations. Loss Prevention in the Process Industries, 2002:26-29. 10 袁续良 .基于 WebGIS的可移动危险源监控与事故应急救援研宄 D.淮 南：安徽理工大学， 2009:23-33. 11 张红鸽 .基于灰色系统理论的危险源辨识方法研宄 D.太原：太原理工 大学， 2007:26-33. 12 孙健 .浅析企业重大安全隐患的辨识与监 控预防 J.现代经济信息， 2012， 10(20): 35. 13 Matz G， Hunte T, Albrecht T. Gas sensor system for chemical accidents and firesEB/OL： http： / /www. etl. tu- harbur