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油罐區(qū)光纖光柵感溫火災(zāi)探測報警系統(tǒng)應(yīng)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(zāi)爆炸事故的危害、光纖光柵感溫火災(zāi)探測技術(shù)的概念和工作原理，分析了油罐區(qū)傳統(tǒng)火災(zāi)報警系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)和光纖光柵感溫火災(zāi)探測報警系統(tǒng)的優(yōu)勢表現(xiàn)，在油罐區(qū)安裝該系統(tǒng)也談了一些個人的看法，以供參考。

光纖光柵；感溫技術(shù)；火災(zāi)探測；應(yīng)用；油罐區(qū)

1　概述

近年來，石油化工企業(yè)的消防安全形勢十分嚴峻，尤其是石油儲罐火災(zāi)爆炸事故頻頻發(fā)生，引起社會對石油化工企業(yè)的消防安全、環(huán)境保護、職業(yè)健康等廣泛關(guān)注。據(jù)統(tǒng)計，1962年至2013年期間，有記載的石油儲罐火災(zāi)爆炸事故共83起（國內(nèi)54起，國外29起），其中26起發(fā)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(chǎn)損失、環(huán)境污染、生態(tài)破壞的慘重教訓(xùn)，社會影響極大。如2010年7月16日，位于遼寧省大連市保稅區(qū)的大連中石油國際儲運有限公司原油庫輸油管道發(fā)生爆炸，引發(fā)大火并造成大量原油泄漏，導(dǎo)致部分原油、管道和設(shè)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(yè)人員1人輕傷、1人失蹤；在滅火過程中，消防戰(zhàn)士1人犧牲、1人重傷，事故造成的直接財產(chǎn)損失為22330.19萬元。

油罐區(qū)儲存的油品，能夠蒸發(fā)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(fā)生爆炸。由此可見，要防止儲油罐的火災(zāi)或爆炸，除了消除明火以外，還要時刻監(jiān)測溫度。傳統(tǒng)的感溫探測器一般采用熱點信號傳感器，對周圍環(huán)境比較苛刻和敏感，環(huán)境的好壞直接影響系統(tǒng)能否正常運行。油罐區(qū)儲存的易燃易爆化學(xué)危險產(chǎn)品，一般都露天存放，環(huán)境條件差，傳統(tǒng)的感溫探測器受周圍環(huán)境的影響，誤報率較高，同時，由于傳感器電信號引入油罐區(qū)，不可避免地帶來一些安全隱患。因此，加強油罐區(qū)火災(zāi)探測預(yù)警與安全技術(shù)研究，及時將火災(zāi)消滅在萌芽狀態(tài)有著重要的意義。

2　光纖光柵感溫技術(shù)

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(jié)構(gòu)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(fā)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(jié)構(gòu)。

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(huán)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(huán)境溫度的改變量。該技術(shù)應(yīng)用于航空航天、電力、通訊、石油化工裝置及核工業(yè)等領(lǐng)域。

圖1　光纖光柵感溫原理圖

3　系統(tǒng)介紹

光纖光柵感溫火災(zāi)探測報警系統(tǒng)集計算機、光纖通信、光纖傳感、光纖傳輸、光電控制等技術(shù)與一體，是光纖光柵傳感技術(shù)在火災(zāi)探測報警領(lǐng)域的最新成果。

3.1系統(tǒng)構(gòu)成

光纖光柵感溫火災(zāi)探測報警系統(tǒng)如圖2所示。

圖2　光纖光柵感溫火災(zāi)探測報警系統(tǒng)的構(gòu)成圖

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

3.2系統(tǒng)工作原理

光纖光柵感溫火災(zāi)探測報警系統(tǒng)工作時，由寬帶光源的光通過光耦合（分路）器、光纖（光纜）傳輸?shù)浆F(xiàn)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(xiàn)場溫度的變化而變化，反射光經(jīng)光耦合（分路）器進入波長解調(diào)器進行解調(diào)；解調(diào)后的光信號傳到光探測器進行光電轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)處理并轉(zhuǎn)換為溫度顯示信號和報警輸出信號。

4　系統(tǒng)應(yīng)用及安裝布置

檢測光纜在油罐區(qū)安裝后應(yīng)保證探測頭位于設(shè)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(yīng)避免與罐內(nèi)介質(zhì)直接接觸。檢測探頭可采用導(dǎo)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(nèi)側(cè)，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(shè)至消防控制室。

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

圖3　檢測光纜在內(nèi)浮頂罐上安裝示意圖

檢測光纜在內(nèi)浮頂罐上安裝通常做法是檢測探頭用固定卡固定在內(nèi)浮盤邊緣或密封裝置上。油罐內(nèi)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(nèi)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?shù)拿芊庀鹌ず蛽跤桶逯g。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(yīng)沿扶梯引至罐外。

傳輸光纜在沿扶梯鋪設(shè)過程中，上段采用穿鋼管固定鋪設(shè)，下段為鋼絲塑料軟管鋪設(shè)，并且下段鋼絲塑料軟管應(yīng)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(yīng)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(yīng)的位置分別布設(shè)在罐頂、罐中和罐底三圈，探測點的間距為4m。

5　應(yīng)用特點

光纖光柵感溫火災(zāi)探測報警系統(tǒng)在油罐區(qū)的安裝優(yōu)勢，集中表現(xiàn)在：

①光纖光柵信號處理系統(tǒng)實時自檢，實時校準，保證系統(tǒng)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(xiàn)不帶電的檢測，本質(zhì)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(zāi)情況，可與油罐區(qū)的自動消防設(shè)施實現(xiàn)聯(lián)動；

⑥光纖光柵感溫火災(zāi)探測信號處理器可根據(jù)用戶要求，設(shè)置成預(yù)警和報警兩級溫度點、差溫報警；報警發(fā)生時，相應(yīng)探測器位置轉(zhuǎn)換為紅色閃爍，同時聲光報警器動作；

⑦可通過區(qū)域網(wǎng)或光纖專線將測量溫度傳輸?shù)郊锌刂浦行牡挠嬎銠C上，可以實現(xiàn)大區(qū)域的報警探測。

6　結(jié)束語

隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展，石油化工、冶金、電力、倉儲、核工業(yè)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(zāi)探測報警系統(tǒng)在消防報警系統(tǒng)的建設(shè)領(lǐng)域是一項變革。該技術(shù)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(zāi)探測技術(shù)，增強各類場所抵御火災(zāi)的能力，為國家和人民群眾的生命財產(chǎn)安全保駕護航。

［1］GB50160-2008，石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范［S］.

［2］GB50116-2013，火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范［S］.

［3］張劍明.火災(zāi)自動報警與聯(lián)動控制系統(tǒng)［M］.北京：中國人民公安大學(xué)出版社，2013.

［4］陳南.火災(zāi)監(jiān)控技術(shù)［M］.北京：國際文化出版公司，2001.

［5］林文建.儲油罐區(qū)火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計［A］.第九屆兩岸四地工程師論文集［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，浙江長興人，畢業(yè)于中國人民武裝警察部隊學(xué)院，工程師。