甲醇（油罐）罐区线型光纤光栅

感温火灾探测系统

1.公司简介

我司利用航天技术主要生产光纤光栅、光纤光栅（DTS)等光电技术产品。主要产品：光纤光栅智能解调仪、光纤光栅（温度、压力、应变、加速度等）传感器、光纤光栅温度监测系统及无线测温和荧光测温。产品广泛应用于电力开关柜及电缆温度监测、石化管道、油罐及储罐泄漏监测、高速公路隧道、地铁的温度火灾消防报警系统以及桥梁、大坝等大型结构的健康在线监测。

目前在光电子器件与集成、激光与太赫兹技术、能源光子学、生物医学光子学、信息存储与光显示、光电探测与辐射等功能实验室及1个光电公共测试平台，开展立足光电前沿的基础研究和满足国家战略需求的高技术研究。

2.概述

    随着我国经济的高速发展，出现大量的石油石化仓储、运输等产业。鉴于这些产业具有的火灾危险性及对环境的危害性，安装监测报警系统具有重要的意义，其目的在于实时监测和动态反映各个监测区域温度参数，分析和判断各监测区域的安全状态，对监测点温度参数实时监测、记录、分析并及时报警。

系统以安全可靠、技术*、经济合理、性能优良、适应各种恶劣环境为原则，满足国家相关规范要求：

《工业自动化仪表工程及验收规范》GBJ93-86

《自动化仪表安装工程质量检验评定标准》GB131-90

《石油化工企业生产装置电信设计规范》SHJ28-90

《石油库区设计规范》GB50074-2002

《火灾自动报警系统设计规范》GB50116-2013

《火灾自动报警系统施工及验收规范》GB50100-92

《线型光纤感温火灾探测器》　GB 16280-2014

《国家原油储备库设计规定》

《石油化工企业设计防火规范》2009

3.光纤光栅测温系统介绍

作为光纤传感技术的代表产品，光纤光栅测温系统有其自身的特点：

3.1技术说明

光栅的基本结构为沿纤芯折射率周期性的调制（如图1所示），所谓调制就是本来沿光纤轴线均匀分布的折射率产生大小起伏的变化。

图1  光栅结构示意图

光纤的材料为石英，由芯层和包层组成。通过对芯层掺杂，使芯层折射率n1比包层折射率n2大，形成波导，光就可以在芯层中传播。当芯层折射率受到周期性调制后，即成为光栅。光栅会对入射的宽带光进行选择性反射，反射一个中心波长与芯层折射率调制相位相匹配的窄带光，刺中心波长为布喇格波长。

如果光栅处的温度发生变化，由于热胀冷缩，光栅条文周期也会跟随温度变化，光栅布喇格波长也就跟着变化。这样通过检测光栅反射光的波长变化，就可以知道光栅出的温度变化。

实际光纤光栅分布式传感系统基本原理如图2所示。

一根光纤上串接的多个光栅（各具有不同的光栅常数），宽带光源所发射的宽带光经Y型分路器通过所有的光栅，每个光栅反射不同中心波长的光，反射光经Y型分路器的另一端口耦合进光纤光栅感温探测信号处理器，通过光纤光栅感温探测信号处理器探测反射光的波长及变化，就可以得到解调数据，在经过处理，就得到对应各个光栅处环境的实际温度。

3.2产品技术优势

与传统传感器相比较，具有许多天然的优势，主要包括：

3.2.1、采用光纤光栅感知温度和位置信息进行信号检测、信号传输，实现无电检测，本质安全防爆；

3.2.2、使用*的光纤光栅作为测量单元，技术*，测量精度高；

3.2.3、光缆及光栅*工作温度范围达-40℃到150℃，瞬时可达200℃，应用范围广；

3.2.4、采用分布式测量方式。测量点多，方式灵活；

3.2.5、通过系统硬件对温度信息解调；

3.2.6、MAX温度点定位至每一个探测器；                                           

3.2.7、系统结构紧凑，安装简单，维护方便；

3.2.8、通过软件，可以根据实际情况设定不同的预警值、火警值；

3.3光纤光栅主机性能指标说明

系统具有以下技术参数：

3.3.1、测温范围：-40℃—+150℃

3.3.2、测温精度：±0.5℃

3.3.3、环境温度：-40℃—+60℃

3.3.4、温度分辨率：0.1℃

3.3.5、火灾报警信号输出端子：预报警、报警、4－20mA信号

3.3.6、外接信号通讯协议：RS232/485，以太网

3.3.7、光纤信号大传输距离：≤40km

3.3.8、响应时间：<1s

3.3.9、测量光缆通道数：大128通道

系统具有以下功能：

3.3.10可实时监测运行状况，并对故障点进行报警

3.3.11、定温报警温度设置：在测温范围内可任意设置

3.3.12、报警级别设定：预警、火警2级报警

  后面板示意图如下图所示：

（注：报警继电器输出端共四组输出（面对后面板从左向右数，两位输出端子为一组），具体：1组对应示警输出，2组对应预警输出，3组4组是报警输出。）

3.4光栅感温传感器技术指标

3.5现场安装

3.5.1赤峰博元公司现场有3台储罐容量为5000m³甲醇罐和中间罐区进行监测(图4),据《火灾自动报警系统设计规范》GB50116-2013设计规范，要求罐区宜采用线型光纤感温火灾探测系统，主要用于监测罐区火灾，根据博元公司提供的罐区资料，我们将光纤光栅传感器布设在拱顶的下部绕行一周，并对重点区域进行重点监测，比如呼吸阀等其它重点部位，然后通过旋梯、穿线管和线槽将8芯光纤引入控制室，连接光栅测温主机。传感器的用磁铁和骑马卡进行固定，下图是现场安装参考图：

3.5.2赤峰博元3台甲醇罐区的其中2台有保温材料，我们采用耐高温胶粘贴传感器卡子，在用卡子固定传感器。

4. 储油罐安全监测

4.1线型光纤感温探测器罐区安全监测的意义

油品库区是储存、输转和供应石油及石油产品的专业性仓库，是协调原油生产和加工、成品油运输及供应的纽带。在油库生产过程中，由于存在大量的易燃、易爆以及易腐蚀、有毒、易流失等不安全因素，危险性大。一旦发生事故，将可能造成人员伤亡和油料物资的大量损失，在石油、化工领域，温度是一个非常重要的参数。通过温度的测量，可以探测储油罐的过热点以及石油化工环境的火灾探测。传统的电传感器为点式测量，存在不能定位，不能提前预报泄漏隐患，误报率高等缺点；同时自身以电为载体会产生热量，存在火灾隐患。光纤光栅传感器用光纤传感和传输信号，实时在线监测，可以提前预报隐患；由于光纤本身不带电，不受各种电磁干扰，自身也不会产生火灾。

油料具有易燃易爆、易挥发和流动性等特点，如果管理不善，就可能发生燃烧或爆炸事故，给国家和人民的生命财产造成损失。因此，在油库安全管理工作中，必须坚决贯彻“安全No1，预防为主”的安全生产方针，及时发现和消除油库安全工作中的不安全因素，加强油库安全管理，杜绝各类事故的发生，光纤光栅测温预警系统在油库的安全管理中应用具有重要的现实意义。

储油罐安全监测主要内容有：

储罐线型光纤感温火灾探测系统

l  外浮顶罐火灾探测

l  内浮顶罐火灾探测

l  拱顶罐火灾探测

l  球罐火灾探测

储罐光纤光栅温度监测系统

l  储油罐罐体温度监测

4.2储罐光纤光栅感温火灾探测系统

光纤光栅温度监测系统，提供了几近的探测性能。相比其他探测手段，这一新兴的线型温度监测手段正逐渐为各个领域的用户广为接受，石化行业消防监测由于其易燃易爆的环境特点就更为适用。

储罐线型光纤光栅感温火灾探测系统系统功能

迅速准确判断火情的位置，*地提高储罐区安全运营的可靠性及技术管理水平。

• 温度探测

   对探测光缆所在的区域进行不间断温度巡检，实时监测现场环境温度。

• 火灾报警

   实现差温、定温报警，报警参数支持人工设定，输出继电器报警信号和报警定位信息。

• 故障报警

出现故障点时，及时判断故障位置，输出报警定位信息。

• 消防联动

当某监测点出现火灾报警时，系统可输出报警信号联动消防火灾报警控制器，由火灾控制器来控制喷水降温装置及视频监控系统。

• 屏蔽系统故障点

    系统出现故障点时，可手动屏蔽该故障点报警，记录历史数据并可记录当时操作人员信息。

• 显示不同报警信号

系统会根据温度上升速度的快慢程度，给出不同的报警信号，根据报警温度不同，采用不同颜色显示。

• 显示MAX点温度

系统软件界面上显示各储罐MAX点温度并指示其具体位置。