摘要：钢瓶防爆在线监测的核心为线性变形量探测器，此探测器以螺旋状分布于钢质气瓶的外表面，瓶体变形引起的微伸长使得探测器的特性值发生变化。配套的监控单元一旦探测到此变化，将发出爆裂预警，并可通过主动泄压等手段避免钢瓶爆裂事件的发生。
关键词：地铁；钢瓶爆裂；在线监测
引言
按国家相关规范要求，地下电气设备用房应设置气体灭火系统进行保护，贵阳地铁地下车站设置的IG-541气体灭火系统由报警控制子系统和管网子系统两部分组成，其中气瓶为管网子系统的重要组成部分，钢瓶设计压力应≥17.2MPa（表压），属于高压储气钢瓶，由于钢瓶制造的瑕疵及使用工程中的人为原因，高压储气钢瓶有一定的爆裂概率。一旦高压气瓶爆裂，将引发重大的安全事故，造成对人身、建筑、设施的极大损害，在地铁领域，如若发生钢瓶爆炸事故，将带来不可估计的后果。
1钢瓶的爆裂的原因
根据国家消防安全标准需每三年对钢瓶进行一次返厂放气检验，以降低钢瓶爆裂的机率。由于钢瓶检验过程周期长、成本高，规定的三年一检很难实现。在现实中并不是刚检验过的钢瓶就不存在爆裂的危险，许多新生产并检验合格的钢瓶在安装使用1、2年内也会爆裂，因此钢瓶爆炸事故频频发生。
高压消防钢瓶发生爆炸的主要原因是由于消防气体中含有一定量的水分，导致CO2溶于水分中，形成腐蚀性介质环境，另外高压气瓶在制造过程中内壁产生条带组织，降低了内壁的抗腐蚀性能，而且高压气体在瓶壁中产生了较大的应力。在这三个因素的综合作用下，钢瓶内壁可在较短的时间内发生应力腐蚀开裂，当裂纹达到一定尺寸后，剩余的有效承载面积不足以承受内压时，将发生钢瓶爆炸裂故。
2 消防钢瓶防爆的探测与预防
为防止钢瓶爆裂，贵阳地铁1号线采用了“钢瓶防爆在线监测系统”，可以有效预防钢瓶爆裂事故。钢瓶防爆在线监测的核心为线性变形量探测器，此探测器以螺旋状分布于钢质气瓶的外表面，瓶体变形引起的微伸长使得探测器的特性值发生变化。配套的监控单元一旦探测到此变化，将发出爆裂预警，并可通过主动泄压等手段避免钢瓶爆裂事件的发生。
3 钢瓶防爆在线监测系统
贵阳地铁气体灭火钢瓶防爆在线监测系统中集成了钢瓶压力监控功能，采用成熟耐用的陶瓷压力传感器采集瓶内压力信息，结合钢瓶间现场温度对压力值进行补充并判断，当压力值低于规定的压力下限时发出警示信息。钢瓶防爆裂系统由储气钢瓶、监控单元、集中显示盘、通讯单元等构成。每个钢瓶上安装一个监控单元，各监控单元通过内部总线（4芯，2芯为RS485通讯线，2芯为电源线）连接到集中显示盘。通讯单元位于内部总线的末端，负责向外部网络传递个钢瓶的状态信息。监控单元含有检测电压信号的接口，可接收来自压力变送器的测量信号。
钢瓶防爆在线监测系统中，使用陶瓷压力变送器。采用陶瓷压力传感器作为敏感元件的优点在于：一是稳定、精度高，由于传感器内置了温度补偿元件，因此温漂低，陶瓷作为传感器的应变机构，其机械稳定性及恢复性能极佳，所以陶瓷传感器的时漂亦小；二是陶瓷材料有较好的化学稳定性，可在绝大部分的化学介质中稳定工作，避免了传统的压力变送器要在敏感元件与被测介质之间充油、加不锈钢膜片的使用方式；三是省电，陶瓷压力传感器的应变桥阻抗高达10KΩ以上，因此自身能耗及发热量极低。
钢瓶防爆在线监测系统压力报警采用回差方式，即当钢瓶压力小于当前的报警压力点时立即报警，当钢瓶压力大于带回差报警点（规定报警压力点+0.2MPa）时撤销报警。以此避免钢瓶压力在报警压力点时附近时，报警状态的频繁跳动。
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钢瓶防爆在线监测系统结构图
4联网通讯
各钢瓶的压力值能通过网络传送到集中显示盘，通过集中显示盘中通讯管理单元上传到综合监控系统。通讯单元的作用是联接内外网两个网络，因此具备两个网络接口，其中一个接口连接到以一个集中显示盘为主机的内部网络总线上，在一个内网系统中，集中显示盘连接在内部总线的头端，通讯单元连接在总线的末端。另一个接口连接到综合监控系统通讯的外部网络。两级通讯系统的拓扑结构，每个集中显示盘组成的内部网用蓝色表示，多个内网通过通讯单元连接到位于车站控制室的综合监控系统组成外网（红色）。
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钢瓶防爆在线监测系统网络图
5社会经济性分析
5.1社会效益
钢瓶爆裂预警探测技术解决了气体灭火系统的气瓶自爆炸重大安全隐患问题，能够避免因此而带来的次生灾害；提高消防设施的运营管理水平；极大提高了运营人员检修维护效率；真正实现了消防气瓶由计划维修到状态维修的质的飞跃。
5.2经济效益
每只消防气瓶规定的使用年限是30年，根据2014年颁布的《气瓶安全技术监察规程》“消防气瓶每3年检验1次”的规定，在消防气瓶服役的全生命周期内需要传统检测9次，每只气瓶一次的传统检测费为：5000元（参考其它城市地铁气瓶检测费），一只气瓶服役期间共需传统检测费用为：5000元/次*9次=4.5万元；
6综合性能分析
钢瓶防爆在线监测系统具有的技术优势体现在以下四个方面：高安全性：钢瓶爆裂前报警并泄压，避免爆炸的事故；避免定期检测期间无备用钢瓶时发生火灾无法自动扑救；经济性：传统方式3年检测一次，每次检测费用为系统造价的三分之一，防爆装置成本增加仅十分之一，可避免定期检测，综合计算可大大节省后续维护成本；长效性：传统钢瓶的使用寿命为10-15年，而防爆装置可使钢瓶剩余厚度为原值的1/4仍可安全工作，直到三十年的理论寿命；高效性：钢瓶的状态长期自动进行监测，提高运营维护效率。
7 结论
考虑到目前国内钢瓶爆炸等安全事故，为了增强气体灭火系统钢瓶的安全性、可靠性，结合贵阳市周边地区既无气体灭火生产厂商也没钢瓶检测机构，及后期地铁运营钢瓶检测成本大、周期长，经过多次技术交流及调查研究，结合已有的气体灭火钢瓶保护监测成功案例，针对贵阳市轨道交通1号线气体灭火系统，选取云潭路站、大寨站作为实施试点增加钢瓶的在线监测的功能。