油罐区光纤光栅感温火灾探测报警系统应用

葛秀方　（合肥市公安消防支队，安徽　合肥　230001）

油罐区光纤光栅感温火灾探测报警系统应用

葛秀方（合肥市公安消防支队，安徽合肥230001）

介绍了石油储罐火灾爆炸事故的危害、光纤光栅感温火灾探测技术的概念和工作原理，分析了油罐区传统火灾报警系统的薄弱环节和光纤光栅感温火灾探测报警系统的优势表现，在油罐区安装该系统也谈了一些个人的看法，以供参考。

光纤光栅；感温技术；火灾探测；应用；油罐区

1　概述

近年来，石油化工企业的消防安全形势十分严峻，尤其是石油储罐火灾爆炸事故频频发生，引起社会对石油化工企业的消防安全、环境保护、职业健康等广泛关注。据统计，1962年至2013年期间，有记载的石油储罐火灾爆炸事故共83起（国内54起，国外29起），其中26起发生人员死亡，3人以上死亡的有16起，100人以上死亡的有2起，造成累计445人员死亡以及巨额财产损失、环境污染、生态破坏的惨重教训，社会影响极大。如2010年7月16日，位于辽宁省大连市保税区的大连中石油国际储运有限公司原油库输油管道发生爆炸，引发大火并造成大量原油泄漏，导致部分原油、管道和设备烧损，部分泄漏原油流入附近海域造成污染。本次事故造成作业人员1人轻伤、1人失踪；在灭火过程中，消防战士1人牺牲、1人重伤，事故造成的直接财产损失为22330.19万元。

油罐区储存的油品，能够蒸发大量的蒸气，当这些油蒸气与空气混合达到一定的浓度，形成爆炸性混合气体，遇到明火或周围的温度达到其引燃温度即可发生爆炸。由此可见，要防止储油罐的火灾或爆炸，除了消除明火以外，还要时刻监测温度。传统的感温探测器一般采用热点信号传感器，对周围环境比较苛刻和敏感，环境的好坏直接影响系统能否正常运行。油罐区储存的易燃易爆化学危险产品，一般都露天存放，环境条件差，传统的感温探测器受周围环境的影响，误报率较高，同时，由于传感器电信号引入油罐区，不可避免地带来一些安全隐患。因此，加强油罐区火灾探测预警与安全技术研究，及时将火灾消灭在萌芽状态有着重要的意义。

2　光纤光栅感温技术

光线光栅感温原理实际上是利用了光栅布拉格光栅（Fiber Bragg Grating）结构的光敏特性。光纤布拉格光栅是通过紫外准分子激光曝光使一段光纤（约6～10mm）纤芯的折射率发生永久性改变，折算率的改变呈周期性分布，形成布拉格光栅结构。

如图1所示，折射率的分布周期就是光纤光栅的栅距d。入射进光纤布拉格光栅的宽带光大部分被投射出去，而满足布拉格条件的光被光栅反射回来。反射光的波长随光栅栅距d的改变而改变，而光栅栅距d受温度影响非常敏感，并随环境温度的改变而变化，因此，通过检测反射光的波长变化就可以计算出环境温度的改变量。该技术应用于航空航天、电力、通讯、石油化工装置及核工业等领域。

图1　光纤光栅感温原理图

3　系统介绍

光纤光栅感温火灾探测报警系统集计算机、光纤通信、光纤传感、光纤传输、光电控制等技术与一体，是光纤光栅传感技术在火灾探测报警领域的最新成果。

3.1系统构成

光纤光栅感温火灾探测报警系统如图2所示。

图2　光纤光栅感温火灾探测报警系统的构成图

光纤光栅感温火灾报警探测系统，是指由光纤光栅感温探测光缆（火灾探测器）、信号处理器、光纤连接器、传送光缆及计算机、火灾报警控制器等设备组成，能根据环境温度的变化报告火警的系统。

3.2系统工作原理

光纤光栅感温火灾探测报警系统工作时，由宽带光源的光通过光耦合（分路）器、光纤（光缆）传输到现场光纤光栅，光纤光栅会选择性地反射窄带光，反射光波长随现场温度的变化而变化，反射光经光耦合（分路）器进入波长解调器进行解调；解调后的光信号传到光探测器进行光电转换，转换后的电信号传到信号处理电路；信号处理电路将接收到的信号放大采集、数据处理并转换为温度显示信号和报警输出信号。

4　系统应用及安装布置

检测光缆在油罐区安装后应保证探测头位于设计的位置，以能够准确地检测被测量点的温度为宜。检测探头及连接光缆固定后应避免与罐内介质直接接触。检测探头可采用导热胶或机械方式固定在油罐浮顶上。

4.1在浮顶罐上安装检测光缆

一般安装在浮盘周围，挡雨板的内侧，如挡雨板上有密封橡胶装置不能揭开时，则安装在附近便于安装的地方。如果有二次密封装置，则安装在二次密封装置的螺栓上。传输光缆通常沿盘舷梯、罐壁护管引出至罐底，再穿管或沿桥架铺设至消防控制室。

检测光缆在内、外浮顶罐上的安装方式因所应用的罐的类型不同而有所不同。图3所示为检测光缆在内浮顶罐上的安装示意图。

图3　检测光缆在内浮顶罐上安装示意图

检测光缆在内浮顶罐上安装通常做法是检测探头用固定卡固定在内浮盘边缘或密封装置上。油罐内检测光缆留40m左右，从入孔处自然悬垂到浮顶（尽量远离静电电线），其余检测光缆有序卷好放在浮盘上（不绑扎）。油罐上检测光缆留长30m，在距油罐外探测探头10m处剪断，将检测光缆从接管穿出，沿护栏下的钢管走向扶梯平台方向，穿出钢管后与油罐外检测探头的检测光缆焊接，用φ8.4钢包塑料套管保护，用102胶密封。

油罐外检测探头有跳线的一端，与光纤连接器内的传输光缆相连接，然后将钢管管口及光纤连接器密封好，将油罐上的检测光缆卷好放在罐顶，一边与护栏平台的立柱扎好。图4为检测光缆在外浮顶罐上安装示意图。

图4　检测光缆在外浮顶罐上安装示意图

在外浮顶罐上安装时，建议检测探头安装于油罐浮顶的密封橡皮和挡油板之间。检测光缆尽量布置在距离罐壁最近的立柱与罐壁之间，就近安装光纤连接器。传输光缆从光纤连接器引出后，在距离罐壁最近的第二排立柱处绑扎固定，应沿扶梯引至罐外。

传输光缆在沿扶梯铺设过程中，上段采用穿钢管固定铺设，下段为钢丝塑料软管铺设，并且下段钢丝塑料软管应留有不小于12m的活动余量。使用挠性软接管将扶梯钢管与罐外钢管连接时，应确保光缆有足够大的曲率半径。

4.2在拱顶罐上安装检测光缆

在拱顶罐上安装检测光缆，一般安装在罐顶护栏的下方，罐顶与罐壁的交界处附近，可直接固定安装在罐顶。探测点间距为5m。如图5所示。

图5　检测光缆在拱顶罐上安装示意图

固定检测光缆时要用专门的固定卡固定，固定卡的间隔不能大于1m。先将检测光缆及固定卡小弯板用两个螺钉组合固定到固定卡直板上，然后再将固定卡直板固定到油罐壁上。

4.3在球罐上安装检测光缆

一般沿喷淋水管或相应的位置分别布设在罐顶、罐中和罐底三圈，探测点的间距为4m。

5　应用特点

光纤光栅感温火灾探测报警系统在油罐区的安装优势，集中表现在：

①光纤光栅信号处理系统实时自检，实时校准，保证系统运行的可靠性和正确性；

②从储油罐到消防控制室感温测量及信号传输全部采用光信号，实现不带电的检测，本质安全防爆、抗电磁干扰、防雷击；

③用户软件可通过界面直观地了解储油罐的实时温度分布情况，操作简单方便，可实时查看各个罐体上的每点温度，可查询各个点的温度历史记录、温度列表、报警记录等；

④可精确定位报警，报警定位每个探测器，报警定位间距3m；

⑤输出控制触点信号，作为报警和火灾情况，可与油罐区的自动消防设施实现联动；

⑥光纤光栅感温火灾探测信号处理器可根据用户要求，设置成预警和报警两级温度点、差温报警；报警发生时，相应探测器位置转换为红色闪烁，同时声光报警器动作；

⑦可通过区域网或光纤专线将测量温度传输到集中控制中心的计算机上，可以实现大区域的报警探测。

6　结束语

随着我国经济建设的发展，石油化工、冶金、电力、仓储、核工业等场所的消防安全需进一步加强和提高，光纤光栅感温火灾探测报警系统在消防报警系统的建设领域是一项变革。该技术也在多个场所使用，因此，必须进一步深入研究光纤光栅感温火灾探测技术，增强各类场所抵御火灾的能力，为国家和人民群众的生命财产安全保驾护航。

［1］GB50160-2008，石油化工企业设计防火规范［S］.

［2］GB50116-2013，火灾自动报警系统设计规范［S］.

［3］张剑明.火灾自动报警与联动控制系统［M］.北京：中国人民公安大学出版社，2013.

［4］陈南.火灾监控技术［M］.北京：国际文化出版公司，2001.

［5］林文建.储油罐区火灾自动报警系统设计［A］.第九届两岸四地工程师论文集［C］.2011.

TU892

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1007-7359（2016）04-0228-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.04.090

葛秀方（1973-），男，浙江长兴人，毕业于中国人民武装警察部队学院，工程师。