分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)在油罐火災(zāi)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

摘要：本文主要介紹聚光科技（杭州）股份有限公司生產(chǎn)的DST-2000型分布式光纖感溫火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)是集計(jì)算機(jī)、光纖通訊、光纖傳感、光纖傳輸、光電控制等技術(shù)于一體的高新技術(shù)產(chǎn)品。火災(zāi)事故大部分是由于溫度過(guò)高引起的，油罐區(qū)是重大工業(yè)危險(xiǎn)源，大型儲(chǔ)油罐溫度過(guò)高會(huì)引起油品揮發(fā)、火災(zāi)、甚至爆炸，將會(huì)造成重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。在此DST-2000型分布式光纖感溫火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠起到一般在火災(zāi)未發(fā)生時(shí)進(jìn)行溫度檢測(cè)，發(fā)出預(yù)警，使現(xiàn)場(chǎng)操作人員具有充分的時(shí)間采取相應(yīng)的措施，避免發(fā)生事故或引起火災(zāi)尤為重要，同時(shí)也能有效提升企業(yè)安全管理自動(dòng)化水平。

關(guān)鍵詞：DTS-2000型；分布式光纖感溫火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；監(jiān)測(cè)；

1. DTS-2000分布式光纖感溫火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的原理

1.1測(cè)量原理

DTS-2000分布式光纖感溫火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一種利用光纖拉曼散射效應(yīng)和光時(shí)域反射技術(shù)的光纖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，光纖拉曼散射效應(yīng)是指激光在光纖中傳輸時(shí)，由分子熱振動(dòng)所導(dǎo)致的微弱激光散射現(xiàn)象。散射光中的拉曼散射光由波長(zhǎng)稍短的斯托克斯光和波長(zhǎng)稍長(zhǎng)的反斯托克斯光組成。其中，斯托克斯光光強(qiáng)對(duì)光纖形變敏感，反斯托克斯光光強(qiáng)對(duì)光纖溫度和形變均敏感，兩種光光強(qiáng)的比值則能準(zhǔn)確反映光纖的溫度信息。光時(shí)域反射技術(shù)是指激光在光纖中前向傳播時(shí)，不同光纖位置的背向拉曼散射光返回光纖入射端的時(shí)間是不同的，通過(guò)區(qū)分該時(shí)間即可確定散射信號(hào)所對(duì)應(yīng)的光纖位置。

通過(guò)對(duì)拉曼散射信號(hào)和時(shí)域反射時(shí)間的精確檢測(cè)即可準(zhǔn)確、快速地獲得整條感溫光纖的溫度分布信息，圖1。

圖1光纖感溫火災(zāi)探測(cè)器基本原理圖和溫度分布曲線圖

2．DTS-2000分布式光纖溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn)

2.1 對(duì)溫度實(shí)時(shí)、分布式監(jiān)測(cè)

真正的分布式測(cè)量，整根光纜既是信號(hào)傳輸載體，又是溫度探測(cè)器，可以連續(xù)的得到沿著探測(cè)光纜幾十公里的測(cè)量信息，誤報(bào)和漏報(bào)率大大降低。同時(shí)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

2.2報(bào)警方式靈活

DTS-2000系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多級(jí)定溫和差溫報(bào)警，并可配置圖形化監(jiān)控軟件，實(shí)時(shí)顯示各分區(qū)的定溫、差溫等探測(cè)數(shù)據(jù)，并可設(shè)定各種探測(cè)數(shù)據(jù)的報(bào)警閾值，保證實(shí)現(xiàn)早期和可靠的報(bào)警。

2.3高精度、可靠性

提供精確定位火災(zāi)位置、報(bào)警定位精度可達(dá)1米。可顯示全部監(jiān)測(cè)范圍或局部的溫度。并可顯示全線的溫度分布曲線。

2.4安裝簡(jiǎn)單、便于維護(hù)

系統(tǒng)安裝非常簡(jiǎn)便，信號(hào)傳輸和探測(cè)用一根光纜，安裝至現(xiàn)場(chǎng)僅需將探測(cè)光纜固定即可輕松完成安裝工作，在光纜有損傷的地方可以像修復(fù)普通光纖一樣接合；光纜能夠不受限制地切割成每一個(gè)工程所要求的長(zhǎng)度。

2.5長(zhǎng)期安全特性

光纜耐用性設(shè)計(jì)優(yōu)異，壽命可達(dá)30年之久，適合在惡劣環(huán)境中工作，光纖采用無(wú)電傳輸信號(hào)，光信號(hào)工作，本質(zhì)防燃防爆，不受雷擊和電磁干擾影響。

2.6良好的兼容性

系統(tǒng)集成方便，可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口或繼電器輸出與外部其他控制設(shè)備進(jìn)行通訊，可以方便地與消防控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。

2.7自檢功能

DTS-2000系統(tǒng)具有自檢測(cè)功能，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)自身運(yùn)行狀況，當(dāng)光纜發(fā)生故障時(shí)，可以在光纜全長(zhǎng)曲線上指示出斷點(diǎn)的具體位置，有利于系統(tǒng)的故障監(jiān)測(cè)與迅速維修。

3．DTS-2000分布式光纖溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成

DTS-2000分布式光纖溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由以下部分組成：感溫光纖、機(jī)柜組成。機(jī)柜包含工控機(jī)（含顯示器）、測(cè)溫主機(jī)、繼電器和UPS電源四個(gè)部分。

4．DTS-2000分布式光纖感溫火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的性能指標(biāo)

測(cè)溫主機(jī)環(huán)境要求：操作溫度：0℃～40℃存放溫度：-40℃～65℃，相對(duì)濕度：＜95%RH（無(wú)凝露）

感溫光纖主要性能指標(biāo)：能夠全天候正常工作。環(huán)境溫度：-40℃～120℃，測(cè)溫范圍：0℃～95℃，測(cè)量范圍： ≤12km

測(cè)溫主機(jī)主要性能指標(biāo)：工作電源：AC220V/50Hz200W，報(bào)警溫度設(shè)定范圍：60℃～95℃ （可任意設(shè)置）溫度分辨率：1℃

定位精度：≤0.5m，相應(yīng)時(shí)間： ≤10s

LED功能指示：電源顯示、系統(tǒng)故障、光纖故障和溫度報(bào)警

系統(tǒng)選配：繼電器擴(kuò)展模塊以太網(wǎng)交換機(jī)，GPRS無(wú)線通訊模塊串口協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊

5.DTS-2000分布式光纖溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

中國(guó)石油隴西分輸油庫(kù)位于隴西縣文峰鎮(zhèn)，是蘭—成—渝管道配套油庫(kù)，主要承擔(dān)著定西地區(qū)及甘南、隴南、天水等周邊地區(qū)的成品油配送任務(wù)，油庫(kù)為甘肅中部重要的成品油倉(cāng)儲(chǔ)及配送中心，這對(duì)保障定西成品油的充足供應(yīng)，促進(jìn)定西及周邊區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展具有重要意義

5.1測(cè)量方案

定西油庫(kù)共有8個(gè)拱頂式油罐。儲(chǔ)油罐的呼吸閥，排氣閥等裝置，可向空氣中散發(fā)大量的可燃性氣體，當(dāng)可燃性氣體與空氣混合的濃度達(dá)到極限時(shí)，如遇撞擊、摩擦、熱源或火花等點(diǎn)火源會(huì)發(fā)生燃燒甚至爆炸，是石油化工儲(chǔ)罐區(qū)極大的安全隱患。

本項(xiàng)目采用DTS-2000分布式光纖感溫火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，利用感溫光纜對(duì)8個(gè)油罐進(jìn)行火災(zāi)安全檢測(cè)。本系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)顯示油罐任意檢測(cè)點(diǎn)溫度，并能進(jìn)行差/定溫兩級(jí)聲光報(bào)警，自檢功能可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)自身運(yùn)行情況并輸出故障報(bào)警聲光信號(hào)，測(cè)溫主機(jī)可將溫度信號(hào)和聲光報(bào)警信號(hào)傳入消防報(bào)警控制系統(tǒng)，并與消防報(bào)警控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行罐區(qū)監(jiān)控。

感溫光纖安裝在使用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量油罐溫度（油罐頂），測(cè)溫主機(jī)安裝在操作室儀表柜內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)和操作室之間采用同一根光纖進(jìn)行信號(hào)傳輸。

5.2現(xiàn)場(chǎng)安裝

一臺(tái)DTS-2000分布式光纖感溫火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)可測(cè)量的長(zhǎng)度為8km，對(duì)于定西油庫(kù)，采用一臺(tái)測(cè)溫主機(jī)，通過(guò)一根2公里的感溫光纖，就可測(cè)量罐區(qū)內(nèi)所有油罐的溫度，圖2。

圖2系統(tǒng)方案實(shí)施簡(jiǎn)圖

a. 感溫光纖安裝于油罐罐壁上部和罐頂部：采用雙光纜敷設(shè)方式，在罐壁上距罐頂0.5米處敷設(shè)2圈感溫光纜；在罐頂部，直徑4米處和直徑8米處分別兩圈感溫光纜，呈同心圓分布；這樣，每個(gè)罐在罐壁、罐頂共敷設(shè)6圈感溫光纜。

b. 罐上所有感溫光纜均采用磁鐵配金屬卡子固定，固定間隔為2米，磁鐵選用高磁磁鐵，保證安裝固定牢靠。

c. 信號(hào)傳輸光纜由罐頂?shù)焦薜籽毓薇谏舷浪芊笤O(shè)，使用金屬緊固件將光纜固定在水管上，每隔2米一個(gè)固定點(diǎn)。

d. 油罐間的信號(hào)傳輸通過(guò)光纜，沿罐下消防水管敷設(shè)，光纜通過(guò)緊固件固定在水管上，每隔2米一個(gè)固定點(diǎn)。

e. 選擇最靠近罐區(qū)邊緣花園的油罐，作為信號(hào)的輸入輸出端，沿消防水管出罐區(qū)后將光纜傳至罐區(qū)邊花園內(nèi)，然后傳輸光纜通過(guò)線纜橋架敷設(shè)至消防監(jiān)控室。

f. 安裝完畢，由專業(yè)人員進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)采用開(kāi)水澆淋，澆淋時(shí)間不少于40秒；如需檢驗(yàn)溫度測(cè)量精度，須用專門(mén)的恒溫器對(duì)感溫光纜進(jìn)行加熱，待溫度穩(wěn)定后（約5～10分鐘），對(duì)比恒溫器上顯示的溫度與測(cè)溫主機(jī)上的溫度，可檢驗(yàn)溫度測(cè)量誤差。

6.結(jié)束語(yǔ)

DTS-2000分布式光纖感溫火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一種實(shí)時(shí)測(cè)量空間溫度場(chǎng)的傳感系統(tǒng)，在系統(tǒng)中光纖既是傳輸媒體也是傳感媒體。具有防爆、抗腐蝕、抗電磁干擾、實(shí)時(shí)快速測(cè)溫并準(zhǔn)確定位，系統(tǒng)具有自檢功能（包括：儀器故障、光纖斷裂），是集光機(jī)電、計(jì)算機(jī)一體化最先進(jìn)的火災(zāi)報(bào)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

分布式光纖感溫火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在油罐上的應(yīng)用，能很好的預(yù)防油罐溫度升高可能造成的火災(zāi)隱患，使監(jiān)控人員能實(shí)時(shí)監(jiān)控溫度變化，有時(shí)間處理存在的隱患，能最大限度的減少火災(zāi)的發(fā)生。是繼FBG點(diǎn)式油罐溫度監(jiān)測(cè)向連續(xù)無(wú)縫隙溫度檢測(cè)方向發(fā)展的又一技術(shù)突破。