選煤廠帶式輸送機光纖測溫監(jiān)警監(jiān)控系統(tǒng)研究

姚宇波

【摘 要】 帶式輸送機是選煤廠的主要運輸設(shè)備，特別是在棧橋上運行的皮帶輸送機，存在運輸范圍長、煤塵產(chǎn)生量大、工作環(huán)境惡劣等問題。為了確保帶式輸送機運行穩(wěn)定，避免由于帶式輸送機故障出現(xiàn)高溫進而引起煤塵燃燒等事故，將光纖測溫監(jiān)警監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于選煤廠帶式輸送機上。并詳細對光纖測溫監(jiān)警監(jiān)控系統(tǒng)高溫探測原理、現(xiàn)場測溫光纖布置、監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場布置情況及系統(tǒng)運行調(diào)試及故障排除等情況進行闡述。現(xiàn)場應(yīng)用表明，光纖測溫監(jiān)警監(jiān)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)對選煤廠帶式輸送機沿線溫度實時、準確監(jiān)測，為選煤廠科學決策提供技術(shù)支持，在一定程度上可以提升選煤廠安全保障能力。

【關(guān)鍵詞】 選煤廠;帶式輸送機;光纖;測溫;預(yù)警監(jiān)控

【中圖分類號】 TD528 【文獻標識碼】 A

【文章編號】 2096-4102（2020）02-0034-03

皮帶輸送機是帶式輸送機的一種，特別是在棧橋上運行的皮帶輸送機由于煤塵產(chǎn)生量大，溫度過高或者遭遇明火時會引起煤塵燃燒，給選煤廠生產(chǎn)帶來威脅。但是在實踐中由于在棧橋上的帶式輸送機運輸距離長，對皮帶運行溫度監(jiān)測難度較大。因此亟需一套監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對皮帶運行溫度的高效、可靠預(yù)警監(jiān)測，避免由于皮帶輸送機運輸故障給選煤廠生產(chǎn)帶來不利影響。

光纖測溫系統(tǒng)可以實現(xiàn)大范圍測溫，具備傳統(tǒng)溫度傳感器無法實現(xiàn)功能，同時具有抗干擾性強、耐高溫、施工方便等優(yōu)點。因此，可以將光纖測溫預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用于選煤廠皮帶輸送機上，實現(xiàn)皮帶輸送機實時、全分布測溫，提升選煤廠運行安全保證能力。

1光纖溫度監(jiān)測原理

實現(xiàn)光纖溫度監(jiān)測主要是利用光纖具備的溫度特性，通過對監(jiān)控現(xiàn)場光纖采集到的溫度信息進行處理，并將處理得到的溫度與實際設(shè)計報警溫度比對，實現(xiàn)現(xiàn)場火警預(yù)報功能。光纖測溫工作原理見圖1。

光波在光纖中傳播時，當光纖中某處溫度發(fā)生變化，便會有背向散射光產(chǎn)生，通過測算背向散射光傳輸時間既可得到出現(xiàn)溫度變化點的具體位置，從而實現(xiàn)對溫度異常點的定位。根據(jù)測量的反射光信號原理差異，可以將光纖測溫系統(tǒng)具體劃分為瑞利散射系統(tǒng)（Rayleigh scattering system）、曼拉散射系統(tǒng)（Manla scattering system）以及布里淵散射系統(tǒng)（Brillouin scattering system）。當激光在光纖內(nèi)部傳播時，在光纖表面出出現(xiàn)上述三種不同的散射顯現(xiàn)，其中瑞利散射對溫度增加靈敏度差，曼拉散射、布里淵散射對溫度增加均較為靈敏，因此可以采用曼拉散射、布里淵散射用以測量溫度變化。由頻譜分析原理可知，瑞利散射與布里淵散射間的頻譜較為接近，采用濾波器有效區(qū)分兩種散射較為困難，因此曼拉散射在光纖測溫系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛。具體的光纖散射光譜見圖2。

2光纖測溫監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成

2.1整體組成

選煤廠采用的光纖測溫系統(tǒng)主要由探測光纜以及光纖主機構(gòu)成。探測光纜主要用于對皮帶輸送機沿線溫度進行測量;光纖主機用以對獲取的光纖信號進行處理、發(fā)出報警信息并進行相關(guān)參數(shù)設(shè)定。光纖主機可以通過CAN、RS485/232及以太網(wǎng)接口與監(jiān)控中心火災(zāi)報警器連接，構(gòu)建完整火災(zāi)預(yù)警、報警系統(tǒng)，具體結(jié)構(gòu)圖見圖3。

2.2測溫光纖組成及鋪設(shè)

2.2.1測溫光纖組成

采用的測溫光纖規(guī)格為50/125μm或62.5/125μm多模光纖，并采用鎧裝護套，光纖外套材質(zhì)為具備高阻燃特性的低鹵PVC，具體光纖結(jié)構(gòu)見圖4。采用的光纖具有溫度增加反應(yīng)速度快，抗應(yīng)變及抗拉性強，耐阻燃及耐高溫等特性。

2.2.2膠帶光纖鋪設(shè)

將測溫光纖安裝鋪設(shè)與皮帶托輥下方，通過對托輥附近溫度變化監(jiān)測來實現(xiàn)對托輥表面溫度控制目的，避免出現(xiàn)托輥溫度過高造成膠帶燃燒等問題。具體測溫光纖鋪設(shè)位置的見圖5。

2.2.3驅(qū)動電機位置光纖鋪設(shè)

采用定點探測盤對帶式輸送機驅(qū)動電機等位置溫度監(jiān)測，在驅(qū)動電機上安裝定點探測盤實現(xiàn)對驅(qū)動電機上多個位置的溫度變化精準監(jiān)測，以便及時發(fā)現(xiàn)驅(qū)動電機溫度異常情況。采用的定點探測盤示意圖見圖6。

采用的定點探測盤具體為規(guī)格0.1m×0.1m金屬塊（具有良好熱傳導性），在金屬塊內(nèi)安裝10～15m長測溫光纖圈，從而對監(jiān)測范圍內(nèi)的溫度進行監(jiān)測，具體定點探測盤示意圖見圖7。

3現(xiàn)場應(yīng)用

7001精煤、7002塊煤以及8101、8102中煤皮帶輸送機是該選煤廠的主要運輸設(shè)備，對保證選煤廠的產(chǎn)品的運輸具有重要作用。在上述4條帶式輸送機上安裝光纖測溫預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)，將光纖在皮帶托輥下方鋪設(shè)，具體帶式輸送機、驅(qū)動電機光纖位置見2.2，以便實現(xiàn)對主要皮帶輸送機運輸范圍內(nèi)溫度的實時監(jiān)測及預(yù)警，具體在皮帶輸送機上測溫光纖鋪設(shè)實物圖見圖8。

將監(jiān)控主機布置在集控中心控制室，在皮帶輸送機膠帶下方以及驅(qū)動電機上安裝測溫光纖，形成溫度監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，具體的監(jiān)控系統(tǒng)布置形式見圖9。

在該選煤廠采用2通道測溫光纖對4條主要皮帶輸送機溫度進行監(jiān)控預(yù)警，將預(yù)警溫度設(shè)定為50℃，當監(jiān)測到有溫度超過50℃時，監(jiān)控主機會發(fā)出報警信息，提醒監(jiān)控人員采取相關(guān)措施降低皮帶輸送機溫度，從而避免火災(zāi)隱患發(fā)生。在測溫光纖上每隔1m取一個測樣溫度，并根據(jù)測樣溫度模擬得出皮帶輸送機溫度分布狀況。

4系統(tǒng)運行調(diào)試及故障排除

在光纖測溫監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)按章完畢后，對系統(tǒng)進行調(diào)速。調(diào)試的主要解決下述兩個問題：

一是由于測溫光纖在安裝過程中會出現(xiàn)損耗，從而造成監(jiān)測到的數(shù)據(jù)會出現(xiàn)差異，因此，調(diào)試過程中應(yīng)通過軟件系統(tǒng)對測溫光纖監(jiān)測數(shù)據(jù)進行差異扣除，提升監(jiān)測數(shù)據(jù)的精度。

二是由于測溫光纖長度較遠，在安裝過程中難以避免會有部分光纖出現(xiàn)扭曲，激光散射波在光纖內(nèi)傳輸過程中在光纖扭曲部分會發(fā)生改變，從而造成實際溫度與監(jiān)測溫度存在差異，因此在軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理過程中應(yīng)將對監(jiān)測結(jié)果造成影響的數(shù)據(jù)去除，以便可以真實發(fā)硬監(jiān)測到的溫度。

測溫光纖本身即為溫度感應(yīng)器，可以精準的反應(yīng)測溫光纖周邊的溫度分布。但是在使用過程中應(yīng)防治光纖出現(xiàn)意外損傷、折疊等情況，應(yīng)防止將探測主機放置在對數(shù)據(jù)分析有影響的強磁場環(huán)境中，注意光纖由于扭曲或者彎曲造成的損耗問題，從而保證整個光纖測溫監(jiān)控系統(tǒng)可以平穩(wěn)、整運行。

5總結(jié)

光纖測溫監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)已經(jīng)在該選煤廠帶式輸送機上平穩(wěn)運行13個月，溫度監(jiān)測精度較高，充分體現(xiàn)了測溫優(yōu)越性，將事故發(fā)生隱患控制在萌芽狀態(tài)，為選煤廠安全、平穩(wěn)生產(chǎn)提供了切實保障，并提升了科學判斷能力。

通過在選煤廠帶式輸送機運輸系統(tǒng)上布置測溫監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，防止由于機械刮故障引起托輥、滾筒等停轉(zhuǎn)并與膠帶摩擦產(chǎn)生高溫造成附近煤塵著火以及驅(qū)動電機故障造成附近可燃物著火等問題，有效避免了皮帶輸送機故障引起火災(zāi)或者人員因素造皮帶輸送機附近出現(xiàn)火災(zāi)問題。

在該選煤廠仍預(yù)留有2個測溫通道，可以供其他區(qū)域皮帶輸送機布置光纖測溫監(jiān)控系統(tǒng)使用，構(gòu)建更為完善的安全保證能力。光纖測溫監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)在該選煤廠的成功應(yīng)用為其他選煤廠監(jiān)控帶式輸送機運行溫度提供了一定的借鑒經(jīng)驗。同時測量膠帶、驅(qū)動電機溫度的光纖布置方式具有顯著的實用、推廣價值。

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