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石油石化行业油罐区储油罐光纤测温系统解决方案

火灾事故大部分是由于温度过高引起的,石油石化行业中油罐区作为重大的工业危险源,大型储油罐温度过高会导致油品挥发、火灾甚至发生爆炸,造成重大人员伤亡和财产损失。目前,常用的油罐火灾自动报警系统的报警数据来源于光纤光栅测温系统TBG,这种传感器只能进行散点式测量,同时安装时需在油罐壁板打孔焊接或直接投入储罐内测量液体和气体的温度,无论是前期施工还是后期维护都较为不便。在此基础上,应用分布式光纤测温系统DTS能够在火灾阴燃(产生少量的烟雾和热量)时进行温度监测,发出预警,使现场操作人员具有充分的时间采取相应的措施,避免发生事故或引起火灾,同时也能有效提升企业安全管理自动化水平。

分布式光纤测温系统原理

分布式光纤测温系统的主要工作依据是光时域反射计原理OTDR和光纤的后向拉曼散射温度效应。

OTDR原理主要用于光纤定位,可实现对油罐内部的温度场进行空间分布式定位,可确定光纤各处(包括破损点)的损耗,同时对温度测量点进行定位。

后向拉曼散射效应是指当主处理机中的激光光源向光纤注入波长905nm的脉冲信号后,虽然光的传播速度很快,但光仍然具有一定的衰减性,其中一部分散射光会按照入射光相反的方向传播,该部分散射光中含有的拉曼信号中携带温度场信息,将该信号通过数字信号处理系统(DSP)进行信息处理,可提供有关储罐的温度场分布信息,输出整条光纤上的温度分布图。

分布式光纤测温系统设计

分布式光纤测温系统必须保证以下三点:可提供油罐火灾危险的早期探测;可清楚指示火灾危险地点;将火灾信息传送至火灾报警控制系统,启动应急控制系统,如关闭紧急切断阀、切断油管等应急操作。

设备的布置必须结合油罐的结构特点,从全面覆盖、安装便利方面通盘考虑,整个控制系统按照火灾报警控制系统的要求分为自动控制和手动控制,同时设置手动控制优先。自动控制:一旦发现所测油罐的温度值超过标准设定的报警温度时,分布式光纤温度监测系统把实时火灾报警数据发到火灾报警主机,报警主机收到继电器动作监视信号,通过逻辑判断系统确认为火警。手动控制:一旦有人员发现火情同时报警系统尚未启动,可按下紧急手动报警按钮,火灾报警主机收到按钮报警信号,系统确认为火灾,并马上进入火灾处理程序,报警主机随后将向有关区域发出火灾声光警报并显示,同时联动相应的消火栓系统、自动泡沫-喷淋系统等,并将报警信号上传至油库管理所,以便及时组织人员疏散和抢险工作。

整个监测系统由DTS控制单元、感温探测光缆以及光纤连接器件等组成,可与其他系统联动共同构成火灾报警控制系统,

DTS控制单元

DTS控制单元通过工程师站在人机界面环境下由具有权限的人员调试编程完成,可根据需求自行设定区域长度及报警点,在PC机上实时显示光缆的温度轨迹,报警信号可突出显示,包括光缆受损点实际位置的确定,也可根据需要改变区域设定及报警点位置。同时,整个测温系统可以通过继电器输出与其他控制系统互连并进行逻辑判断,在消防应用中可与火灾报警控制主机连接,提供信号进行声光报警,信号输出准确、完整;DTS控制单元可直接输出信号至各种数字显示设备,如中心控制室投影仪、显示器等,并可根据共享等级设定信息共享权限。

感温探测光缆

感温探测光缆是整个系统的前端装置,直接关系到DTS控制单元的判断结果,可安装于油罐外壁上,对每个分区的报警探测逻辑判断可采用分区内最大温度(定温)、分区内温升速率(差温)、分区内最大温度与分区平均温度之间差值(分区 温度均匀程度)三种方式的任意组合,保证实现早期和可靠的报警,防止发生阴燃。同时,考虑到油 罐区的布置往往处于恶劣环境下,感温探测光缆 应具备良好的抗啮咬、抗震、抗腐蚀等特性,光缆应具备坚固的护套(PVC阻燃材料),可提供良好的防护特性,同时也应该提供良好的温度传导性 能,以保证能快速地探测火灾。单通道最长探测距离为30KM,通道数可扩展到16个,定位精度可达±0.5m,单通道最快响应时间3.5s,启动预热时间为即开即用。

整个系统光缆的衰减不得超过DTS控制单元的标准,其中2km光纤上的最大衰减率不超过10db,每个接线盒不超过0.4db,每个熔接处不超过0.2db。

光纤连接器件

光纤连接器件作为连接感温探测光缆与DTS控制单元的枢纽,将尾纤与探测光缆之间通过光纤熔接点连接,熔接点位于DTS控制单元旁的光纤连接盒内。

分布式光纤火灾探测系统

根据设计要求,该油罐区共有4座外浮顶原油罐、5座内浮顶成品油罐,对其设置光纤火灾探测系统。在浮顶罐的浮盘的密封圈处设置光纤感温火灾探测器,加上2倍的垂直敷设长度,缠绕完一座油罐所需的探测光缆约为196m。按照以上数据计算,同时取有效冗余1.15倍,储罐所需光缆为2028m。

针对油罐的分布特点,按照温度监测的具体要求,该项目采用“一罐一机”模式进行设计,同时为增加系统的稳定性,采用双机热备,可在系统故障时自动切换,共使用9台光纤分布式温度监测系统对所需监测油罐进行实时在线监测。

1)每座罐体采用一个独立传感光纤监测罐体,传感光纤安装在罐体浮盘上,二次密封圈外沿处。

2)罐内浮盘上布设的光纤温度传感器引出的防静电光纤通过在罐内敷设口径为DN25的防爆金属软管保护,防爆金属软管上端固定在罐顶人孔法兰盘上,金属软管下端固定在罐内浮盘上,固定方式采用不动火手段,防爆金属软管与罐体等电位连接。

3)考虑到浮顶罐罐顶位移的变化,为防止穿防爆金属软管的防静电光纤由于拖动导致故障,其预留长度不小于罐外壁高度的0.5倍,并采用盘光纤装置,将防静电光纤控制在一定的位置区域。

4)罐内浮盘上布设的光纤温度传感器引出的防静电光纤在罐外敷设段穿口径为DN25的防爆镀锌管沿罐外扶梯或罐壁引至地面已有的线槽,并与线槽内布设的通信光缆通过防水型光缆接续盒连接、保护,弯头部位采用防爆金属软管连接。

5)罐区内各油罐浮顶布设的所有光纤温度传感器全部通过防静电光纤引出并汇聚到通信光缆进行信号集合、传输到监控室。通信光缆采用直埋方式敷设,弯头采用防爆金属软管连接。

6)通信光缆由罐区传输到监控室后,通过引出光纤跳线,即带标准光纤连接头的短距离光纤尾纤,连接到DTS主机对应的探测通道接口。

7)在监控室内放置了9台2通道型DTS分布式光纤测温主机,实现对油罐现场布设的光纤温度传感器输出温度信号采集、温升预警、过温报警、故障检测及信息管理操作,可通过开关报警接口与火灾报警控制系统相连接,实现火灾报警并在消防值班室显示,并通过组态App的电子地图在仪表操作室内直观显示所有储罐各感温点的当前温度值、报警状态和历史温度曲线,也可外接声光报警器在仪表操作室给出报警信号。

分布式光纤测温系统可实时在线探测光缆沿线每一点温度值,并可判断火灾的蔓延趋势;可设置温差、温升速 率等多种报警方式,可 设多级预警,能在火灾发生前做到早期预警;可根据现场条件变化任意设定报警分区,且每个分区可设定不同的报警值;可耐受恶劣环境,抗电磁干扰同时也不会产生电磁辐射,探测光缆有效寿命30a,克服了点式光纤光栅测温系统存在的误报率高、维护困难的问题,对今后油罐区的消防安全有借鉴意义。转载

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