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34 ��石油化工安全环保技术�� PETROC H EM IC AL SAF ETY AND ENV IR ONM ENTAL P R OTEC TION TEC H NOL OGY2 012年第2 8卷第1期 收稿日期 2 011 - 12- 05 � 作者简介沈斌,1995 年 7 月毕业于西北大学化工 系化学工程专业,现就职于中化泉州石化有限公司 H SE部,工程师,高级主管� 石 油 储 罐 光 纤 光 栅 感 温 火 灾 报 警 系 统 的 研 究 沈斌 中化泉州石化有限公司,福建 泉州 362103 摘要 光纤光栅感温火灾报警系统是一种新型的火灾报警系统,它采用无电检测和光信 号传输,非常适用于防火防爆要求非常高的石油储罐区的防火预警�主要介绍了光纤布拉格 光栅温度传感的基本原理,分析了光纤光栅感温火灾报警系统的组成与工作原理,详细介绍 了其主要特点,并阐述了该报警系统在石油储罐中的应用情况� 关键词 光纤布拉格光栅温度传感探头火灾报警石油储罐 我国社会经济的高速发展高度依赖于对能源 的需求,特别是对石油及其加工品的需求�2009 年国家发展改革委员会关于总库容达 2 680 万 m 3 的石油储备二期工程规划完毕,共包括 8 个战略 储备基地,其中规划建设新疆鄯善�甘肃兰州� 辽宁锦州�天津滨海等一批战略储备油库,从 2007 年 5月开始,中石油�中石化所属的商业石 油储备公司也开始在全国选址建立一批商业储备 油库�如此大规模储备油库的建成,对于如何保 障这些油库的安全运行显得非常重要�油库罐区 存在大量挥发性易燃易爆气体,属于爆炸和火灾 高危环境,一旦因电气火花或者雷击引发油罐爆 炸,将造成不可估计的灾难性事故�因此对石油 罐区的油罐配备火灾报警系统十分必要�传统的 火灾报警系统通常采用的是热敏电阻以及热电偶 等电类传感器,以电信号的方式进行传输,本身 就可能引发火灾事故,不能保证石油罐区的本质 安全�而光纤光栅感温火灾报警系统是以光信号 的方式进行传输,利用光纤布拉格光栅 F i be � B� agg G� a� i ng ,F B G 的温度敏感性和光的反射原 理,能够实时探测沿光纤光栅感温点的温度变化 情况�由于其传输信号为光信号,具有本质安全 性,可以满足石油罐区的防爆要求� 1FBG 感温原理 F BG 温度传感探头的基本原理如图 1 所示� 将宽带光源耦合进光纤,利用光纤光栅解调仪可 以探测到 F B G 有选择性地反射回一个窄带光,反 射光的中心波长可以表示为 � � �2� � � �� 1 其中 � �为反射光的中心波长, �� � �是光纤纤芯 有效折射率, �为布拉格光栅的周期� 图1FBG 温度传感探头基本原理示意 由 1 式可知,反射光的中心波长由布拉格 光栅周期和光纤纤芯有效折射率共同决定�当光 纤布拉格光栅的温度发生变化时,由于光纤光栅 材料的热胀冷缩效应,布拉格光栅的条纹周期会 发生改变,而且由温度引起的热光效应对光纤纤 芯的有效折射率也会产生影响,最终导致反射光 的中心波长产生相应的漂移�而光纤布拉格光栅 中心波长的变化量与环境温度的变化量之间具有 很好的线性关系,因此只要通过精准测量 F BG 反 ��沈斌 .石油储罐光纤光栅感温火灾报警系统的研究��2 012年第 2 8 卷第 1 期 3 5 射光的中心波长的偏移量,就可获知光纤光栅周 围环境温度的变化状况� 2光纤光栅感温火灾报警系统的组成与工作 原理 光纤光栅感温火灾报警系统主要由光纤光栅 温度传感探头�光源�光缆连接器�传输光缆� 信号处理器�显示仪表�报警器以及软件等组 成�其系统结构如图2 所示� 1 F BG 温度传感探头�F BG 温度传感探头 采用光纤光栅作为敏感元件,它是整个光纤光栅 感温火灾报警系统的核心组成部分,由测量光 栅�导热感温元件组成,其两端由不锈钢软管同 光缆连接 [1 ],实际使用时往往采用多个温度传感 探头串接使用� 2 信号处理器�信号处理器主要由光调 制�解调模块解�信号转换处理电路�继电器� 消防电源�24 V 直流电源等组成,采用 R S485实 现数据通信,测量显示范围 - 30 � 120 �,分辨 率可以达到 0.1 �,响应时间小于 20 � ,可以设 定一次报警�二次报警温度,信号处理器可以与 P L C �DC S 以及消防控制主机等系统连接�用户 可通过信号处理器实时动态地掌握受控环境中火 灾温度参数的变化情况� 图2光纤光栅感温火灾报警系统结构示意 3 显示仪表�显示仪表将对各个被监测油 罐探测点的温度值进行实时显示,并通过通信接 口将数据输出给上位机,可由用户按照实际需求 设置一次报警和二次报警的温度上限� 4 报警器�报警器可以进行一次报警�二 次报警以及系统故障报警,这样,监测维护人员 可以在第一时间处理温度异常�火灾事故和系统 故障� 5 软件�系统软件主要包括实时监测控制 软件�专家系统管理软件�辅助分析性软件�一 般来说,软件要能保证系统实现人机交互良好� 运行安全可靠�误报率几近为零� 在光纤光栅感温火灾报警系统中,火灾探测 点只有实现合理分布才能取得良好的预警效果� 而对于单个石油储罐来说,探测点达到数十个甚 至更多,但在系统制作时,一个回路中的光纤光 栅 温度传感探头 数量是有限的,一般不超过 20 个�为了有效解决上述问题,利用全同光纤光 栅技术,即在一套系统中所有的光纤光栅的中心 波长完全一致,将整个被监测油罐各个探测点在 宏观上看成一个监测数据点,如此能大幅度提高 传感探头复用数量,并且传感探头的复用数量能 根据现场实际需要确定,而不受光源带宽的影 响,可以满足石油储罐温度探测的需求�采用全 同光纤光栅技术因为只需要解调单一波长,因此 解调速度非常之快,而且从理论上讲,假如不考虑 光源能量的限制,其复用数量可以是无限多的� 光纤光栅感温火灾报警系统工作时,宽带光 源所发出的光通过 3dB 分路器耦合进串接好的全 同光纤光栅温度传感探头,将反射波长通过分路 器的另一个分路端口耦合进按照温度设定要求选 定的参考光栅�当布置在油罐上的全同光纤光栅 的其中任一探头的温度达到报警时,系统有光输 出,光探测器探测到输出信号,触发报警器报 警,并给出相应的报警信号� 3光纤光栅感温火灾报警系统的特点 光纤光栅感温火灾报警系统主要特点如下 1 无电检测,本质安全防爆�采用光纤光 栅温度传感探头,在监测现场无需供电,本质安 全; 传感信号以光信号传输,不受电磁干扰的影 响,特别适用于防爆要求严格的石油储罐区的防 火报警� 2 高可靠性�系统通过探测波长编码采集 数据,属于数字量测量,避免了传统传感器易受 电源波动,传输线路损耗等因素影响的问题,系 统的可靠性高 [2 ]� 3 响应时间快�由于采用全同光纤光栅技 术,大幅度改善了系统的响应时间,响应时间一 般小于20 秒� 4 按波长不同设置防火分区,同步检测, 真正实现实时监测� 5 灵活性�用户可根据现场要求对报警方 36 ��石油化工安全环保技术�� 2 012年第2 8卷第1期 式进行调整,如两级温度报警� 6 远距离传输�系统采用光纤传输信号, 有利于实现远距离在线监测和传输,有利于实现 远程网络化监控� 7 具有自检功能�能随时确定设备是否完 好,防止漏报�误报; 能实现定差温报警,并根 据环境温度,自动调整报警参数� 4石油储罐光纤光栅感温火灾报警系统的应用 案例 光纤光栅感温火灾报警系统从研发到工程应 用进行了大量的试验,目前国内的多家企业已经 开始大批量生产,在石油�化工等行业多家企业 的大型石油储罐上进行使用,为企业的安全生产 提供了有利保障,取得了较为明显的社会效益和 经济效益�下面列举光纤光栅感温火灾报警系统 具有代表性的应用案例� 中国石化镇海分公司自 2003年开始,对甲类 火灾危险的24 台储油罐增设全同光纤光栅火灾报 警系统,采取治理火灾发生的有效措施,取得良 好效果; 对现有5 座 10 万 m 3 原油罐的感温电缆 火灾报警系统进行技术改造,改装光纤光栅火灾 报警系统,解决了原系统故障率高,特别是误报 率高的问题�2004 年,中国石化上海分公司在 7 台原油储油罐增设光纤光栅感温火灾报警系统, 运行至今,稳定可靠,得到了用户的高度评价� 镇海国家石油储备库共有 10 万 m 3 原油储罐 52 个,全部使用光纤光栅感温火灾报警系统�除前 述应用案例外,在中国石化股份公司洛阳分公 司�武汉石化�大连石化�广州石化�广东茂名 石化�上海石化�中原油田�中国石油大港油 田�大庆油田等企业的重点监测区也分别安装了 若干套光纤光栅感温火灾报警系统,取得了非常 好的效果� 5结语 光纤光栅感温火灾报警系统结构简单�测量 准确�灵敏度高�可靠性强�安全性好,已经成 为石油储罐新一代理想的温度监测报警自控 系统� 参考文献 [ 1]张言公,王发林. 光纤光栅温度监测报警 系统在石化罐区的应用 [ J]. 化工自动 化及仪表, 2004, 31 3 52-53. [ 2]L i ang L e i . Appl i ca� i on of F i be� Op� i c Se n� o� Te chnol og� i n Ancho� M oni � o� i ng [ J ] . P � o- ceedi ng ofSP IE, 2000 2 73-77 ��������������������������������������������� . 上接第 13页 2 装/卸载前�后对用氮气充填船舱的气 相空间,从而形成氮封,阻止舱内危险品混合气 体泄漏,减少危险品的蒸发损耗�氮封用的氮气 通过管道输入船舱的气相空间,压力应根据船舱 耐压程度和呼吸阀系统的控制压力进行控制,在 确保船舱安全的情况下,进行充氮� 3 控制装卸速度,降低职业危害�开始装 载时慢装,以减少液面搅动和减少混合气层厚 度,在装至 2/3左右时采取满装,可以减少液面搅 动和混合气层的排出,从而减少职业危害气体� 6结语 重庆川维物流有限公司高度重视危化品码头 装卸过程中危化品的职业危害,并采取相应地控 制措施避免产生事故�虽然危险品码头装卸过程 中的职业危害几乎是不可避免的,但是只要在生 产过程中,不断地完善管理制度,加强职工教育 培训,严格执行操作规程,引进新技术�改进老 工艺,就有可能把职业危害程度降至最低,减少 对作业人员身心健康的影响,降低对环境的污 染,真正做到低碳�环保�清洁生产� 参考文献 [ 1]李汉勇,等 . 油气回收技术[ M] . 北京 化学工业出版社,2007.11. [ 2]王广生,等 .石油化工原料与产品安全手 册[ M ].北京中国石化出版社,1996. [ 3]赵广明,赵广耀. 储运系统油气回收问题 探讨[ M ]. 炼油设计,2001. [ 4]黄维秋,钟�,赵书华,等 . 膜分离技术 在油气回收中的应用[ J ] . 石油化工安全 环保技术,2005. A BSTRAC TS PETR OCHEM I CAL SAFETY AN D EN V I R O N M EN TAL PR O TECTION TECHN OL OGY B� � � � � h� � . 20 Feb. 20 12 V � � .28 N � . 1��� DISC USSIO NO NTH EO VERH AUL SAFETY O F TH E A IR SEPARA TI O N UN IT[ 22] L� � � � � � . A� �S� � � � � � �� �� � � � � � � �� �H � � � �� � � � G � � � � �� � � � � �P� � � � ,� � � � ,H � � � � , 4723 0 0 A� � � � � � � Th� � � g h � e� e� a�� h� � -d� � �� � e� ha� � �� f � he a��� e � a� a� �� �� � � � ,� h� �� a� e�� � � � a� � � e�� he � af e� �� e a� � � e� a� d � � e ca� � � � � � f � � � � ch � � e � ha� �� , � � c�� d� � ga � e � � e �� f � af e � �� � e� a� a� �� �� � � �be f � � e � he � � e� ha� � �� � c h a�� he � � � � � � � � g � f f a� d f �� � � � g � ea� � �� e f � �� he c� �d b� � ,� a� � � gf � a� e � � a� e,� � � e � � � e � a� � � � ,� � e� � � � e� e� � a� d � e a� ag eche c�a� d� af e � � c� � � � � � d� � � � g � he � � e � ha� �� � � ce� � .Th��� � � � � de� � ef e � e � c ef � � c� �� eag � e� f � � �� he� a� e� � d� � � � � d� � � � g � he�� � � e � ha� � � � � ce � � � fc� � d b� � . K � �� � � � � A� �� e� a� a� �� �� � �� ; S� � � � � � � g� f f a� d f � � �� � g� e a� � � � e; C� � d b� � � � e � a� � � � ; O� e � ha� � � af e � � AC C IDEN T A NA L Y SIS O F SW ITC H INGO P- ERA TIO N W I THG RO UND LEAD AND TH E C O UNTERM EASURES[ 25] � � � �F� � � � � 1 ,� � � � �D � � � � � 2. 1. P� � � � A� � � � � � � � � - � � � �O�� � � � � � SINOPEC � � � � � � � � �O� � �� � � �C� � � � � � , P� � � � � ,H � � � � ,457 00 0 ; 2. SINOPEC � � � � � � � � � P� � � � � � � � � � � � C� � � . L� � . , P� � � � � ,H � � � � , 4570 0 0 A� � � � � � � Th� � � a� e� a� a� � � e� a�� � � � � �acc � de� � � c- c� � � ed � �a6� V � � � e� � � b� � a� � � �� he�� � � � c h�� g� � - e� a�� � �� a� ca� � � e d � � � � � �h g � � � � d � e ad. I � d� � c � � � e� � he ca� � e�f � ��he acc � de� � � he��� a� � � � � � � � �� � � e� � � � h g � � � � d �ead � � e� a� e � � � h � � � �ch � � . The � a� e � � � � �f � � � a� d � a� ag e� e� � � e a� � � e�f � �g � � � � d � ead f � � �� hea� � ec � � � f� e ch� � c a� c � � � � e� � ea� � � e� , e d� c a- � � � �a� d � a� ag e� e� � .Ed� c a� � � � � � � af e � �� � � � � � � h� � � d be e � ha� ced a� d � � � �� e � � � � � � � � e � � h� � �d be �� � � e � e � � ed � �� � c � � � � �� � de � ��� � e� e� � � he � cc � � - � e� ce� f� � ch ac c� de � �� a� d e � � � � e� he� af ea� d � �ab� e � � e � a� � � � � f�he� � � e � � � � � e � � . K � � � � � � � H� g h � � � � ag e � � � � c h; G� � � � d � e ad; Ac- c�de � � ; A� a�� � � � ; C� � � � e � � e a� � � e� AN ALY SIS O N AN ATTEM PTEDIN C IDENT A - BO UT W ELDED JO I N TS TEARING O F H IG H - PRESSURED DO UBLE VALVE UNIO N BO DY VA LVE AND TH E C O UNTERM EA SURES[ 27] C� � �� � � , � � � � K� � � � � . SINOPEC L� � � � � � C� � � � - � � ,L� � � � � � ,H � � � � , 4710 12 A� � � � � � � A� � e� � � e d � � c� de � ��a� d � � � � � �acc � de� � � ha� e � he� a� e� e cha� �� �a� d � � c e� � � � e� . Th� � � a� e � dee � ��a� a� � � e �� he �� c e� � �� e�� f a�a� � e � � � e d �� c� - de� � ab� � �� e � ded � � �� ��� e a� � � g � f h� g h- � � e� � � � e d d� � b� e� a�� e � � �� �b� d�� a� � e � ha� ha� � e� e d � �� he � � a� � �� g� � � d� c � � � �� � � ce� �� f� he � e� � � - b� � � � 220 � 10 4 � /a � a�� � � h� d� � g e� a� �� �� � � � . A� d � � � � � � f � � - � a� d c� � � e� � � � d� � gc� � � � e� � e a� � � e�a� d � � g g e � � � � � � f � � � he � � e� e� � � � �� f� � ch � � c � de� � � . K � �� � � � � A� � e � � � e d � � c � de� � ; W a� � � � h� d� � g e� a- � �� � ; Sec � � � �� BRIEF AN ALY SIS A ND C O N SEQ UEN C E SIM - ULATIO NO FPA RA XY LENETA NKLEA K - AG E[ 3 0] � � � �� � � � ,G �C� � � �� � , � � � � P� � � . SINOP EC Q�� � � � � S� �� � � E� � � � � � � � � � I� � � � �� �� , Q� � � � � � , S� � � � � � � , 26 6 0 71 A� � � � � � � Pa� a� � � e� e ha�a� � � � ed g � ea�c� � ce � �a- � � � g� e� � �e be ca� � e� f� � � ha� a� d� � � � � � � e � � � e� � � c h a� f � a� � ab�� � � � , e � � � � � � � e � e� � a� d� � � � c � � � a� d � � � � . Th�� � a� e � � e�ec��� he � a� a� � �e� e � a� �� fa c� � � a� � a� � e� e a� ch � b� ec � a� d � a� e� a � � � � �a� � � �a� a� � � � � � � � hec� � � e� � e� c e � f� ea� ag e acc � de� � b�� e� �� � g�ea� - ag e c � � c� � � � a� c e� . I� a� a� � � e� � he c � � ce � � � a� � � �d� � - � � � b� � � � �� f� a� a� � � e� e� � � h � a� � edd� � � a� c e, � he� a� g e � f� he� � a� � ad� a� � � � af � e� � he� c c� � � e � ce� f� e� f �� ea� d � � � � f � � e a� d � heda� ag e a� ea d� � � � � b� � � � � af �e� e� � � � - � �� � . A� d � he� �� � � a� � � � � e � � � � � a�� � � � � dede c�� � � � - � a� � � g� e f e� e � c e f � � � he� � e� e� � � � �a� dc� � �� � � � fac- c � de� � � . K � �� � � � � Pa� a� � � e � e ; Le a� ag e; P� � � f � � e; E� � � � - � �� � ; S� � � �a� � � � STUDYO F FIBER BRA G G G RATING FIRE A - L A RM ING SY STEMSEN SITIVE TO TEM PER- ATURE FO R PETRO LEUM TAN K [ 3 4] S� � �B��. S�� � C� � �Q� � � � � � �P� � � � � � � � � � � � C� . , LTD . ,Q� � � � � � � ,F� �� � � , 3 6210 3 A� � � � � � � F�be �B� ag gg � a� � � gf � � e a� a� � � � g� � � �e� � e � � � � � � e � � � e � � e � a� � � e� � a � e �� � � � e�� h� c h ad� � �� � � � - e� e c� � � cde � e c� � � �a� d � � � � ca� � � a� � � � � � � � � . I � ’ � � e� �� � �� ab� e f � � � he e a� � �� a� � �� g� ff � � e a� d e� � � � - � �� �� � e� e � � � � �� �� e� � � �e� �� a� �a� e a� � he � e� he � e- � � � � e� e� � � f � � f � � e a� d e � � � � � � � �� � e � e � � � � �a� e � e � � h� g h. 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