CN104167075B - 一种基于dts光纤温度传感器的煤球仓内部地表面测温系统 - Google Patents

Abstract

一种基于DTS光纤温度传感器的煤球仓内部地表面测温系统，其特征是包括探测系统、火警报警系统和分布在煤球仓内部地表面的多个手孔井(11)，所述探测系统包括分布式感温光纤(1)，分布式感温光纤(1)设置在镀锌保护管(2)内，镀锌保护管(2)埋置在煤球仓内部地表的混泥土(3)中，分布式感温光纤(1)探测端伸入手孔井(11)中。本测温系统的有益效果是解决了传统设计方案中出现的在煤球仓地表面测温过程中出现的探测区域不全、前期施工难，后期维护难的问题。

Description

一种基于DTS光纤温度传感器的煤球仓内部地表面测温系统

技术领域

本发明属于火灾报警测温技术领域，尤其涉及一种基于DTS光纤温度传感器的煤球仓内部地表面测温系统。

背景技术

长期以来，因为对煤球仓测温领域的重视程度不够或者设计方案不够完善而造成了煤球仓火灾的发生。2002年某公司设计建成的捣固型焦炉，由于煤在煤仓中长期积压而持续发生氧化引起热量积聚，不断升温而导致自燃，最终引起火灾，虽然没有人员伤亡，但是造成了经济上的重大损失。这是由于该煤仓地表面和煤堆外表面未设置感温探测器，未能在煤堆自燃之前探测到其煤堆的温度而造成的。2012年9月11日9时左右，某公司的原煤仓内的原煤自燃后，火灾报警系统无反应。直到原煤仓浓烟外泄，才被附近人员发现，及时采取扑救措施，但所造成的损失还是很大。之后事故分析是由于火灾报警系统设计考虑不完善造成的。该煤仓在火灾报警方面设计时，只考虑了煤仓内壁敷设感温光纤，地表面无任何温度探测器。煤炭表层至1.5米属于冷却层，煤层松散与空气充分接触，虽容易发生氧化反应但是散热条件好，散发热大于氧化释放热，不容易引起自燃。冷却层以下到4米是氧化层，氧化层的煤具备自燃条件，达到自燃发火期就会自燃。由于煤发生自燃之前，煤内部已经积聚了大量的热量而使堆积的地表面和煤内部的温度逐渐上升。如果煤仓地表面设有感温探测器，在氧化层自燃前就会提前报警，通知工作人员确认并采取相关的措施，这样就 可以防止煤层自燃的发生。除此之外，由于感温光纤设置区域的局限性，探测区域不能覆盖完全，火灾初期不能及时发现并采取灭火措施，从而延误了最佳的灭火时机，使火灾事故扩大，而造成更大的损失。

煤自燃的机理及过程是一个极其复杂的动态变化过程，其实质是一个缓慢氧化自动放热，如果热量不能及时散发掉，使煤堆内部的温度升高，反过来又加速煤氧化，释放更多热量，热量积聚，升温最后引起自燃。这个过程关键有两点：一是热量的自发产生(不是人为因素)；二是热量逐渐积聚。煤在常温下，能自发产生热量的因素很多，如水与煤的润湿热，煤分子的水解热，煤中硫化物的水解，氧化热，煤对氧的物理吸附热，化学吸附热，煤与氧的化学反应热等。煤中的水分和湿度，粒度和煤化度，挥发的变化是自燃氧化的关键。

影响自燃的主要因素：1.水份：水份的含量及变化是影响煤自发热最主要的因素，理论上讲，含水量增加1％将使煤温上升17℃。因此不能用水来冷却已经产生自发热的煤堆，这是因为冷却水很难将全部的煤浸透而只是让部分温度上升而已。2.通风率：理论上在松散的煤堆中不流通的空气完全反应的话将使其温度上升2℃，实际上当高速流通的空气在提供煤与氧气的同时，也会带走大量的热，而低速则恰好相反，尽管也提供相当数量的氧气但却不能带走其自发产生的热量。3.颗粒细度：与自发热成反比的关系，颗粒越小其表面积越大，与空气的接触越充分，更容易产生自热。但出于堆置上的考量，使煤堆不致于容易坍塌，一般会将其细度控制在一定范围。对于煤自燃的预防措施可以采取人工或者机器定期翻滚煤堆，但是这种办法费时费力，只适用于小型的煤库或者是存放时间不长中转库的火灾预防，对于中大型的煤库，此方案实施起来投资较大。

由于煤发生自燃之前，煤内部已经积聚了大量的热量而使堆积的地表面和煤内部的温度逐渐上升。因此，对堆煤的地表面温度的实时监控尤为重要，将自 燃的风险降到最低，本设计方案可以有效的杜绝煤仓自燃的发生。

随着光纤技术的日新月异，DTS测温系统在火灾报警领域的应用已经变得越来越成熟，它以光纤拉曼散射技术为基础，结合了高频脉冲激光、光波分复用、光时域反射、高频信号采集及微弱信号处理等先进技术，在化工行业主要应用于电缆桥架电缆测温、储罐测温、电缆隧道测温、输煤皮带测温等等，对于煤仓地面测温虽然有应用过，但是由于各方面的因素影响并未能完美的实现。传统的煤仓地面测温设计出现的问题基本为施工困难、探测覆盖区域不全、后期维护运行难度极大等等。本方案针对以上问题进行设计。

传统的煤球仓在火灾报警方面的设计，基本采用火焰探测器、图像型探测器、感烟探测器、红外测温仪或者在墙壁上安装热电偶。火焰探测器和图像型探测器只能在煤堆产生明火以后才能报警；感烟探测器在此场合不适合应用，因为煤仓灰尘较多，容易引起误报；红外测温仪只能探测到煤表面3米以下的温度；墙壁上的热电偶只能探测到煤堆四周的温度。以上探测方式均无法对煤堆进行全方位的探测。对于煤堆的地表面温度的探测，基本未布置相关的探测设备，即使采用了感温光纤探测器，其布置结构基本为圆环形，这种布局就存在施工困难的问题。因为分布式感温光纤探测器为铠装型，有一定的弯曲半径，布局为环形，其保护管必须煨弯成弧形，两根保护管之间的连接，若采用焊接，穿管时因为路径是弧形并且长度较长，敷设感温光纤就存在很大困难，若采用手孔井过渡，手孔井的数量将大大增加，并且处于靠近中心位置的手孔井后期维护很难，需要挖掉很多煤才能打开，在资源上造成很大程度的浪费。

发明内容

本发明的目的是提供一种新颖、合理的基于DTS光纤温度传感器的煤球仓内部地表面测温系统，解决了传统设计和现有技术中存在的施工困难、探测覆盖 区域不全、后期维护运行难度极大等问题。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于DTS光纤温度传感器的煤球仓内部地表面测温系统，包括探测系统、火警报警系统和分布在煤球仓内部地表面的多个手孔井11，所述探测系统包括分布式感温光纤1，分布式感温光纤1设置在镀锌保护管2内，镀锌保护管2埋置在煤球仓内部地表的混泥土3中，分布式感温光纤1探测端伸入手孔井11中，火警报警系统包括火灾报警控制器12、联动电源13、接地线14、接地端子排15、接地干线16、接地极17、火警电源线18、隔离模块19、输入输出模块20、火警总线21、DTS主机22、传输光缆23和分布式感温光纤信号线24，分布式感温光纤1依次连接火警报警系统的分布式感温光纤信号线24、传输光缆23、DTS主机22、火警总线21、输入输出模块20、隔离模块19和火灾报警控制器12，输入输出模块20通过火警电源线18连接联动电源13，联动电源13依次与接地线14、接地端子排15、接地干线16和接地极17连接。

所述手孔井11内部填沙，下部设有排水洞5，手孔井11顶部设有手孔井盖4，手孔井盖4上部还设有花纹钢板6。

所述手孔井11设置在煤球仓内部地表面周边，煤球仓内部地表面中部设置环形电缆沟7和混泥土基础8，相邻手孔井11之间为检修通道9。

综上所述，本发明的有益效果是解决了传统设计方案中出现的在煤球仓地表面测温过程中出现的探测区域不全、前期施工难，后期维护难的问题。

附图说明

图1是本发明的感温光缆探测器水泥地坪预埋管线示意图。

图2是本发明的手孔井预制及预埋示意图。

图3是本发明的环形电缆沟预制及预埋示意图。

图4是本发明的感温光纤平面布置图。

图5本发明的探测系统结构图。

图中，1.分布式感温光纤，2.镀锌保护管，3.混泥土，4.手孔井盖，5.排水洞、填沙，6.花纹钢板，7.环形电缆沟，8.混泥土基础，9.检修通道，10.弯通穿线盒，11.手孔井，12.火灾报警控制器，13.联动电源，14.接地线，15.接地端子排，16.接地干线，17.接地极，18.火警电源线，19.隔离模块，20.输入输出模块，21.火警总线，22.DTS主机，23.传输光缆，24.分布式感温光纤信号线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述：

一种基于DTS光纤温度传感器的煤球仓内部地表面测温系统，包括探测系统、火警报警系统和分布在煤球仓内部地表面的多个手孔井11，所述探测系统包括分布式感温光纤1，分布式感温光纤1设置在镀锌保护管2内，镀锌保护管2埋置在煤球仓内部地表的混泥土3中，分布式感温光纤1探测端伸入手孔井11中，火警报警系统包括火灾报警控制器12、联动电源13、接地线14、接地端子排15、接地干线16、接地极17、火警电源线18、隔离模块19、输入输出模块20、火警总线21、DTS主机22、传输光缆23和分布式感温光纤信号线24，分布式感温光纤1依次连接火警报警系统的分布式感温光纤信号线24、传输光缆23、DTS主机22、火警总线21、输入输出模块20、隔离模块19和火灾报警控制器12，输入输出模块20通过火警电源线18连接联动电源13，联动电源13依次与接地线14、接地端 子排15、接地干线16和接地极17连接。

手孔井11内部填沙，下部设有排水洞5，手孔井11顶部设有手孔井盖4，手孔井盖4上部还设有花纹钢板6。

手孔井11设置在煤球仓内部地表面周边，煤球仓内部地表面中部设置环形电缆沟7和混泥土基础8，相邻手孔井11之间为检修通道9。

采用DTS测温系统探测煤仓地表面的温度。该测温系统主要由光纤主机、感温光纤、软件组成。光纤主机负责激光输出、光纤散射光接收、信号处理、报警和参数设置等，感温光纤负责现场的温度采集。光纤主机可以通过RS485/232、CAN、继电器接口与火灾报警控制器相连，构成完整的火灾报警系统。方案设计时，首先就是对手孔井的合理布局，这一环节尤为关键，手孔井的布局合理与否直接关系到后期的维护难易。以图4中的煤球仓为例，先是在检修通道两侧各设置一个手孔井(尺寸可根据实际需要进行调整，一般深度为300MM，盖板必须与地面平齐)；在扬煤机钢构基础周围设置环形或者方形电缆沟，采用花纹钢板制作盖板，这样既大大的降低了施工过程中敷设感温光纤的难度又能在手孔井和电缆沟中留有足沟的余量供后期维护使用。其次是感温光纤保护管的预埋，如图1所示，预埋的保护管上表面基本与地平面平齐，一头与中心的电缆沟相通，另一头与手孔井相通或者与弯通穿线盒相连。除此之外，在感温光纤敷设过程中的部分拐弯处预埋弯通穿线盒，预埋时，可开启的盖与地平面平齐，确保施工过程中能够打开盒盖；从检修通道的手孔井算起，以敷设的感温光纤长度为前提，每100M左右设置一个手孔井，这样在是施工时，施工人员能够穿过小于100M直线段的保护管对感温光纤进行敷设，将一定数量的感温光纤缠绕排放在手孔井里供后期维修使用，在设有弯通穿线盒的拐弯处能 够将穿线盒打开，抽出一定数量的感温光纤再穿至下一段保护管，这样施工就变的很简单；手孔井和弯通穿线盒所设的位置都位于检修通道和煤仓四周，这样，将来检修时只要挖去少量的煤便能找到。

采用扇型式的布局，在不超出感温光纤探测半径(R＝3M)的前提下，根据整个煤球仓的尺寸和分布式感温光纤的探测半径计算出两根相邻感温光纤之间的平均夹角￠：

公式：N＝L/6，L＝2πR，￠＝360°/N(R为煤球仓半径，N取整数加1)

以图4中的球型煤仓为例，已知R＝25M，可计算出周长L＝2πR＝157M,

N＝L/6＝157/6＝27，￠＝360°/N＝360/27＝13.3°

最后根据此平均夹角进行感温光纤的合理布局。这样，设计时就能将感温光纤覆盖所有煤堆积的位置；

第一部分：

本设计主要针对煤球仓地面温度的探测，及时将现场的实时情况传送至DTS主机和火警控制器供值班人员查看确认。具体实施如下：首先测量出从第一个手孔井至终点的感温光纤的大致长度和每个手孔井预留的长度。分布式感温光纤由DTS主机引进煤仓，在检修通道两侧各设置一个手孔井，外来感温光纤引至手孔井，手孔井预留100M至200M的长度，其余穿过预埋好的镀锌保护管敷设至环形电缆沟，在环形电缆沟留有足够的备用量，然后再穿过预埋好的镀锌保护管敷设至与手孔井相对称的位置，利用此处预埋好的弯通穿线盒将感温光纤引至圆周上的相邻弯通穿线盒(相邻弯通穿线盒间距小于6M)；与此类似循环敷设。

第二部分：

整个设计解决了“探测区域不全、前期施工难，后期维护难”等问题是基于以下基础之上：

首先，根据整个煤库的尺寸和分布式感温光纤的探测半径计算出相邻感温光纤之间的平均夹角￠，然后进行感温光纤的布局，这样解决了探测区域覆盖不全的问题；

其次，合理的设置手孔井，在检修通道两侧各设一个手孔井，之后每间距100M左右设置一个手孔井，其余各个拐弯处预埋弯通穿线盒(10)，可开启的面朝上，与地面平齐，保证施工过程中能够随意的打开穿线盒，这样解决了前期施工难的问题；

最后，在每个手孔井和中间的环形或者方形电缆沟留有充足的感温光纤余量以供后期维护使用，这样解决了后期维护难的问题。

第三部分：

DTS测温系统一般具有1,2,4,8通道等类型，测量距离为2km/4km/10km等，根据探测区域的大小以及与主机距离的远近选用最合适的型号。如果被测区域的终端与主机的距离超多测量距离，可以分为两个通道；DTS测温系统的定位精度能达到1m，可根据被探测煤仓的大小来定义每个探测分区的长度，最终在DTS主机上会显示各分区的实时温度，一旦超出预设温度值，主机将会报警，提示工作人员进行现场查看确认并采取相应的措施遏制火灾的发生。

本设计方案基于传统设计和现有技术上加于改进，有效的解决了当今设计方案中存在的问题，避免了煤球仓火灾的发生。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思前提下，本领域中普通工 程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容已经全部记载在权利要求书中。

Claims (3)

1.一种基于DTS光纤温度传感器的煤球仓内部地表面测温系统，其特征是包括探测系统、火警报警系统和分布在煤球仓内部地表面的多个手孔井(11)，所述探测系统包括分布式感温光纤(1)，分布式感温光纤(1)设置在镀锌保护管(2)内，镀锌保护管(2)埋置在煤球仓内部地表的混泥土(3)中，分布式感温光纤(1)探测端伸入手孔井(11)中，火警报警系统包括火灾报警控制器(12)、联动电源(13)、接地线(14)、接地端子排(15)、接地干线(16)、接地极(17)、火警电源线(18)、隔离模块(19)、输入输出模块(20)、火警总线(21)、DTS主机(22)、传输光缆(23)和分布式感温光纤信号线(24)，分布式感温光纤(1)依次连接火警报警系统的分布式感温光纤信号线(24)、传输光缆(23)、DTS主机(22)、火警总线(21)、输入输出模块(20)、隔离模块(19)和火灾报警控制器(12)，输入输出模块(20)通过火警电源线(18)连接联动电源(13)，联动电源(13)依次与接地线(14)、接地端子排(15)、接地干线(16)和接地极(17)连接。

2.根据权利要求1所述的基于DTS光纤温度传感器的煤球仓内部地表面测温系统，其特征在于所述手孔井(11)内部填沙，下部设有排水洞(5)，手孔井(11)顶部设有手孔井盖(4)，手孔井盖(4)上部还设有花纹钢板(6)。

3.根据权利要求1所述的基于DTS光纤温度传感器的煤球仓内部地表面测温系统，其特征在于所述手孔井(11)设置在煤球仓内部地表面周边，煤球仓内部地表面中部设置环形电缆沟(7)和混泥土基础(8)，相邻手孔井(11)之间为检修通道(9)。