油罐區(qū)光纖光柵感溫火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)用

葛秀方　（合肥市公安消防支隊(duì)，安徽　合肥　230001）

油罐區(qū)光纖光柵感溫火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)用

葛秀方（合肥市公安消防支隊(duì)，安徽合肥230001）

介紹了石油儲(chǔ)罐火災(zāi)爆炸事故的危害、光纖光柵感溫火災(zāi)探測(cè)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(bào)警系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)和光纖光柵感溫火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)，在油罐區(qū)安裝該系統(tǒng)也談了一些個(gè)人的看法，以供參考。

光纖光柵；感溫技術(shù)；火災(zāi)探測(cè)；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(shì)十分嚴(yán)峻，尤其是石油儲(chǔ)罐火災(zāi)爆炸事故頻頻發(fā)生，引起社會(huì)對(duì)石油化工企業(yè)的消防安全、環(huán)境保護(hù)、職業(yè)健康等廣泛關(guān)注。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1962年至2013年期間，有記載的石油儲(chǔ)罐火災(zāi)爆炸事故共83起（國(guó)內(nèi)54起，國(guó)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(jì)445人員死亡以及巨額財(cái)產(chǎn)損失、環(huán)境污染、生態(tài)破壞的慘重教訓(xùn)，社會(huì)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(guó)際儲(chǔ)運(yùn)有限公司原油庫(kù)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(cái)產(chǎn)損失為22330.19萬元。

油罐區(qū)儲(chǔ)存的油品，能夠蒸發(fā)大量的蒸氣，當(dāng)這些油蒸氣與空氣混合達(dá)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(dá)到其引燃溫度即可發(fā)生爆炸。由此可見，要防止儲(chǔ)油罐的火災(zāi)或爆炸，除了消除明火以外，還要時(shí)刻監(jiān)測(cè)溫度。傳統(tǒng)的感溫探測(cè)器一般采用熱點(diǎn)信號(hào)傳感器，對(duì)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(yùn)行。油罐區(qū)儲(chǔ)存的易燃易爆化學(xué)危險(xiǎn)產(chǎn)品，一般都露天存放，環(huán)境條件差，傳統(tǒng)的感溫探測(cè)器受周圍環(huán)境的影響，誤報(bào)率較高，同時(shí)，由于傳感器電信號(hào)引入油罐區(qū)，不可避免地帶來一些安全隱患。因此，加強(qiáng)油罐區(qū)火災(zāi)探測(cè)預(yù)警與安全技術(shù)研究，及時(shí)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(shí)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(zhǔn)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(jìn)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(zhǎng)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(cè)反射光的波長(zhǎng)變化就可以計(jì)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(cè)報(bào)警系統(tǒng)集計(jì)算機(jī)、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(cè)報(bào)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(cè)報(bào)警系統(tǒng)如圖2所示。

圖2　光纖光柵感溫火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的構(gòu)成圖

光纖光柵感溫火災(zāi)報(bào)警探測(cè)系統(tǒng)，是指由光纖光柵感溫探測(cè)光纜（火災(zāi)探測(cè)器）、信號(hào)處理器、光纖連接器、傳送光纜及計(jì)算機(jī)、火災(zāi)報(bào)警控制器等設(shè)備組成，能根據(jù)環(huán)境溫度的變化報(bào)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(cè)報(bào)警系統(tǒng)工作時(shí)，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(chǎng)光纖光柵，光纖光柵會(huì)選擇性地反射窄帶光，反射光波長(zhǎng)隨現(xiàn)場(chǎng)溫度的變化而變化，反射光經(jīng)光耦合（分路）器進(jìn)入波長(zhǎng)解調(diào)器進(jìn)行解調(diào)；解調(diào)后的光信號(hào)傳到光探測(cè)器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)傳到信號(hào)處理電路；信號(hào)處理電路將接收到的信號(hào)放大采集、數(shù)據(jù)處理并轉(zhuǎn)換為溫度顯示信號(hào)和報(bào)警輸出信號(hào)。

4　系統(tǒng)應(yīng)用及安裝布置

檢測(cè)光纜在油罐區(qū)安裝后應(yīng)保證探測(cè)頭位于設(shè)計(jì)的位置，以能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)被測(cè)量點(diǎn)的溫度為宜。檢測(cè)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(cè)探頭可采用導(dǎo)熱膠或機(jī)械方式固定在油罐浮頂上。

4.1在浮頂罐上安裝檢測(cè)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(shí)，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(hù)管引出至罐底，再穿管或沿橋架鋪設(shè)至消防控制室。

檢測(cè)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(cè)光纜在內(nèi)浮頂罐上的安裝示意圖。

圖3　檢測(cè)光纜在內(nèi)浮頂罐上安裝示意圖

檢測(cè)光纜在內(nèi)浮頂罐上安裝通常做法是檢測(cè)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(cè)光纜留40m左右，從入孔處自然懸垂到浮頂（盡量遠(yuǎn)離靜電電線），其余檢測(cè)光纜有序卷好放在浮盤上（不綁扎）。油罐上檢測(cè)光纜留長(zhǎng)30m，在距油罐外探測(cè)探頭10m處剪斷，將檢測(cè)光纜從接管穿出，沿護(hù)欄下的鋼管走向扶梯平臺(tái)方向，穿出鋼管后與油罐外檢測(cè)探頭的檢測(cè)光纜焊接，用φ8.4鋼包塑料套管保護(hù)，用102膠密封。

油罐外檢測(cè)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(cè)光纜卷好放在罐頂，一邊與護(hù)欄平臺(tái)的立柱扎好。圖4為檢測(cè)光纜在外浮頂罐上安裝示意圖。

圖4　檢測(cè)光纜在外浮頂罐上安裝示意圖

在外浮頂罐上安裝時(shí)，建議檢測(cè)探頭安裝于油罐浮頂?shù)拿芊庀鹌ず蛽跤桶逯g。檢測(cè)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(dòng)余量。使用撓性軟接管將扶梯鋼管與罐外鋼管連接時(shí)，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(cè)光纜

在拱頂罐上安裝檢測(cè)光纜，一般安裝在罐頂護(hù)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(cè)點(diǎn)間距為5m。如圖5所示。

圖5　檢測(cè)光纜在拱頂罐上安裝示意圖

固定檢測(cè)光纜時(shí)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(cè)光纜及固定卡小彎板用兩個(gè)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(cè)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(cè)點(diǎn)的間距為4m。

5　應(yīng)用特點(diǎn)

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

①光纖光柵信號(hào)處理系統(tǒng)實(shí)時(shí)自檢，實(shí)時(shí)校準(zhǔn)，保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和正確性；

②從儲(chǔ)油罐到消防控制室感溫測(cè)量及信號(hào)傳輸全部采用光信號(hào)，實(shí)現(xiàn)不帶電的檢測(cè)，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(chǔ)油罐的實(shí)時(shí)溫度分布情況，操作簡(jiǎn)單方便，可實(shí)時(shí)查看各個(gè)罐體上的每點(diǎn)溫度，可查詢各個(gè)點(diǎn)的溫度歷史記錄、溫度列表、報(bào)警記錄等；

④可精確定位報(bào)警，報(bào)警定位每個(gè)探測(cè)器，報(bào)警定位間距3m；

⑤輸出控制觸點(diǎn)信號(hào)，作為報(bào)警和火災(zāi)情況，可與油罐區(qū)的自動(dòng)消防設(shè)施實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)；

⑥光纖光柵感溫火災(zāi)探測(cè)信號(hào)處理器可根據(jù)用戶要求，設(shè)置成預(yù)警和報(bào)警兩級(jí)溫度點(diǎn)、差溫報(bào)警；報(bào)警發(fā)生時(shí)，相應(yīng)探測(cè)器位置轉(zhuǎn)換為紅色閃爍，同時(shí)聲光報(bào)警器動(dòng)作；

⑦可通過區(qū)域網(wǎng)或光纖專線將測(cè)量溫度傳輸?shù)郊锌刂浦行牡挠?jì)算機(jī)上，可以實(shí)現(xiàn)大區(qū)域的報(bào)警探測(cè)。

6　結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，石油化工、冶金、電力、倉(cāng)儲(chǔ)、核工業(yè)等場(chǎng)所的消防安全需進(jìn)一步加強(qiáng)和提高，光纖光柵感溫火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)在消防報(bào)警系統(tǒng)的建設(shè)領(lǐng)域是一項(xiàng)變革。該技術(shù)也在多個(gè)場(chǎng)所使用，因此，必須進(jìn)一步深入研究光纖光柵感溫火災(zāi)探測(cè)技術(shù)，增強(qiáng)各類場(chǎng)所抵御火災(zāi)的能力，為國(guó)家和人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全保駕護(hù)航。

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

［2］GB50116-2013，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］張劍明.火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警與聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)［M］.北京：中國(guó)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(guó)際文化出版公司，2001.

［5］林文建.儲(chǔ)油罐區(qū)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)［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(zhǎng)興人，畢業(yè)于中國(guó)人民武裝警察部隊(duì)學(xué)院，工程師。