油罐區光纖光柵感溫火災探測報警系統應用

葛秀方　（合肥市公安消防支隊，安徽　合肥　230001）

油罐區光纖光柵感溫火災探測報警系統應用

葛秀方（合肥市公安消防支隊，安徽合肥230001）

介紹了石油儲罐火災爆炸事故的危害、光纖光柵感溫火災探測技術的概念和工作原理，分析了油罐區傳統火災報警系統的薄弱環節和光纖光柵感溫火災探測報警系統的優勢表現，在油罐區安裝該系統也談了一些個人的看法，以供參考。

光纖光柵；感溫技術；火災探測；應用；油罐區

1　概述

近年來，石油化工企業的消防安全形勢十分嚴峻，尤其是石油儲罐火災爆炸事故頻頻發生，引起社會對石油化工企業的消防安全、環境保護、職業健康等廣泛關注。據統計，1962年至2013年期間，有記載的石油儲罐火災爆炸事故共83起（國內54起，國外29起），其中26起發生人員死亡，3人以上死亡的有16起，100人以上死亡的有2起，造成累計445人員死亡以及巨額財產損失、環境污染、生態破壞的慘重教訓，社會影響極大。如2010年7月16日，位于遼寧省大連市保稅區的大連中石油國際儲運有限公司原油庫輸油管道發生爆炸，引發大火并造成大量原油泄漏，導致部分原油、管道和設備燒損，部分泄漏原油流入附近海域造成污染。本次事故造成作業人員1人輕傷、1人失蹤；在滅火過程中，消防戰士1人犧牲、1人重傷，事故造成的直接財產損失為22330.19萬元。

油罐區儲存的油品，能夠蒸發大量的蒸氣，當這些油蒸氣與空氣混合達到一定的濃度，形成爆炸性混合氣體，遇到明火或周圍的溫度達到其引燃溫度即可發生爆炸。由此可見，要防止儲油罐的火災或爆炸，除了消除明火以外，還要時刻監測溫度。傳統的感溫探測器一般采用熱點信號傳感器，對周圍環境比較苛刻和敏感，環境的好壞直接影響系統能否正常運行。油罐區儲存的易燃易爆化學危險產品，一般都露天存放，環境條件差，傳統的感溫探測器受周圍環境的影響，誤報率較高，同時，由于傳感器電信號引入油罐區，不可避免地帶來一些安全隱患。因此，加強油罐區火災探測預警與安全技術研究，及時將火災消滅在萌芽狀態有著重要的意義。

2　光纖光柵感溫技術

光線光柵感溫原理實際上是利用了光柵布拉格光柵（Fiber Bragg Grating）結構的光敏特性。光纖布拉格光柵是通過紫外準分子激光曝光使一段光纖（約6～10mm）纖芯的折射率發生永久性改變，折算率的改變呈周期性分布，形成布拉格光柵結構。

如圖1所示，折射率的分布周期就是光纖光柵的柵距d。入射進光纖布拉格光柵的寬帶光大部分被投射出去，而滿足布拉格條件的光被光柵反射回來。反射光的波長隨光柵柵距d的改變而改變，而光柵柵距d受溫度影響非常敏感，并隨環境溫度的改變而變化，因此，通過檢測反射光的波長變化就可以計算出環境溫度的改變量。該技術應用于航空航天、電力、通訊、石油化工裝置及核工業等領域。

圖1　光纖光柵感溫原理圖

3　系統介紹

光纖光柵感溫火災探測報警系統集計算機、光纖通信、光纖傳感、光纖傳輸、光電控制等技術與一體，是光纖光柵傳感技術在火災探測報警領域的最新成果。

3.1系統構成

光纖光柵感溫火災探測報警系統如圖2所示。

圖2　光纖光柵感溫火災探測報警系統的構成圖

光纖光柵感溫火災報警探測系統，是指由光纖光柵感溫探測光纜（火災探測器）、信號處理器、光纖連接器、傳送光纜及計算機、火災報警控制器等設備組成，能根據環境溫度的變化報告火警的系統。

3.2系統工作原理

光纖光柵感溫火災探測報警系統工作時，由寬帶光源的光通過光耦合（分路）器、光纖（光纜）傳輸到現場光纖光柵，光纖光柵會選擇性地反射窄帶光，反射光波長隨現場溫度的變化而變化，反射光經光耦合（分路）器進入波長解調器進行解調；解調后的光信號傳到光探測器進行光電轉換，轉換后的電信號傳到信號處理電路；信號處理電路將接收到的信號放大采集、數據處理并轉換為溫度顯示信號和報警輸出信號。

4　系統應用及安裝布置

檢測光纜在油罐區安裝后應保證探測頭位于設計的位置，以能夠準確地檢測被測量點的溫度為宜。檢測探頭及連接光纜固定后應避免與罐內介質直接接觸。檢測探頭可采用導熱膠或機械方式固定在油罐浮頂上。

4.1在浮頂罐上安裝檢測光纜

一般安裝在浮盤周圍，擋雨板的內側，如擋雨板上有密封橡膠裝置不能揭開時，則安裝在附近便于安裝的地方。如果有二次密封裝置，則安裝在二次密封裝置的螺栓上。傳輸光纜通常沿盤舷梯、罐壁護管引出至罐底，再穿管或沿橋架鋪設至消防控制室。

檢測光纜在內、外浮頂罐上的安裝方式因所應用的罐的類型不同而有所不同。圖3所示為檢測光纜在內浮頂罐上的安裝示意圖。

圖3　檢測光纜在內浮頂罐上安裝示意圖

檢測光纜在內浮頂罐上安裝通常做法是檢測探頭用固定卡固定在內浮盤邊緣或密封裝置上。油罐內檢測光纜留40m左右，從入孔處自然懸垂到浮頂（盡量遠離靜電電線），其余檢測光纜有序卷好放在浮盤上（不綁扎）。油罐上檢測光纜留長30m，在距油罐外探測探頭10m處剪斷，將檢測光纜從接管穿出，沿護欄下的鋼管走向扶梯平臺方向，穿出鋼管后與油罐外檢測探頭的檢測光纜焊接，用φ8.4鋼包塑料套管保護，用102膠密封。

油罐外檢測探頭有跳線的一端，與光纖連接器內的傳輸光纜相連接，然后將鋼管管口及光纖連接器密封好，將油罐上的檢測光纜卷好放在罐頂，一邊與護欄平臺的立柱扎好。圖4為檢測光纜在外浮頂罐上安裝示意圖。

圖4　檢測光纜在外浮頂罐上安裝示意圖

在外浮頂罐上安裝時，建議檢測探頭安裝于油罐浮頂的密封橡皮和擋油板之間。檢測光纜盡量布置在距離罐壁最近的立柱與罐壁之間，就近安裝光纖連接器。傳輸光纜從光纖連接器引出后，在距離罐壁最近的第二排立柱處綁扎固定，應沿扶梯引至罐外。

傳輸光纜在沿扶梯鋪設過程中，上段采用穿鋼管固定鋪設，下段為鋼絲塑料軟管鋪設，并且下段鋼絲塑料軟管應留有不小于12m的活動余量。使用撓性軟接管將扶梯鋼管與罐外鋼管連接時，應確保光纜有足夠大的曲率半徑。

4.2在拱頂罐上安裝檢測光纜

在拱頂罐上安裝檢測光纜，一般安裝在罐頂護欄的下方，罐頂與罐壁的交界處附近，可直接固定安裝在罐頂。探測點間距為5m。如圖5所示。

圖5　檢測光纜在拱頂罐上安裝示意圖

固定檢測光纜時要用專門的固定卡固定，固定卡的間隔不能大于1m。先將檢測光纜及固定卡小彎板用兩個螺釘組合固定到固定卡直板上，然后再將固定卡直板固定到油罐壁上。

4.3在球罐上安裝檢測光纜

一般沿噴淋水管或相應的位置分別布設在罐頂、罐中和罐底三圈，探測點的間距為4m。

5　應用特點

光纖光柵感溫火災探測報警系統在油罐區的安裝優勢，集中表現在：

①光纖光柵信號處理系統實時自檢，實時校準，保證系統運行的可靠性和正確性；

②從儲油罐到消防控制室感溫測量及信號傳輸全部采用光信號，實現不帶電的檢測，本質安全防爆、抗電磁干擾、防雷擊；

③用戶軟件可通過界面直觀地了解儲油罐的實時溫度分布情況，操作簡單方便，可實時查看各個罐體上的每點溫度，可查詢各個點的溫度歷史記錄、溫度列表、報警記錄等；

④可精確定位報警，報警定位每個探測器，報警定位間距3m；

⑤輸出控制觸點信號，作為報警和火災情況，可與油罐區的自動消防設施實現聯動；

⑥光纖光柵感溫火災探測信號處理器可根據用戶要求，設置成預警和報警兩級溫度點、差溫報警；報警發生時，相應探測器位置轉換為紅色閃爍，同時聲光報警器動作；

⑦可通過區域網或光纖專線將測量溫度傳輸到集中控制中心的計算機上，可以實現大區域的報警探測。

6　結束語

隨著我國經濟建設的發展，石油化工、冶金、電力、倉儲、核工業等場所的消防安全需進一步加強和提高，光纖光柵感溫火災探測報警系統在消防報警系統的建設領域是一項變革。該技術也在多個場所使用，因此，必須進一步深入研究光纖光柵感溫火災探測技術，增強各類場所抵御火災的能力，為國家和人民群眾的生命財產安全保駕護航。

［1］GB50160-2008，石油化工企業設計防火規范［S］.

［2］GB50116-2013，火災自動報警系統設計規范［S］.

［3］張劍明.火災自動報警與聯動控制系統［M］.北京：中國人民公安大學出版社，2013.

［4］陳南.火災監控技術［M］.北京：國際文化出版公司，2001.

［5］林文建.儲油罐區火災自動報警系統設計［A］.第九屆兩岸四地工程師論文集［C］.2011.

TU892

B

1007-7359（2016）04-0228-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.04.090

葛秀方（1973-），男，浙江長興人，畢業于中國人民武裝警察部隊學院，工程師。