CN105953943A - 一种用于密闭储藏装置安全监测的光纤传感测量系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于密闭储藏装置安全监测的光纤传感测量系统，包括多个光纤集成复合传感器探测装置、光纤传感信号解调仪、光源、数据采集单元和计算机，多个光纤集成复合传感器探测装置分布于密闭储藏装置中，每个光纤集成复合传感器探测装置包括光纤F‑P温度/压力复合传感器和光纤F‑P增强拉曼气体传感器，多个光纤F‑P温度/压力复合传感器和多个光纤F‑P增强拉曼气体传感器通过第一耦合器和第二耦合器分别与光源和光纤传感信号解调仪连接，光纤传感信号解调仪通过数据采集单元与计算机连接。具有防爆和抗干扰性能，能实现密闭储藏装置的长期在线安全监测，采用光纤传感器灵敏度高，结构简单，耐腐蚀和高温，抗电磁干扰，安全稳定。

Description

一种用于密闭储藏装置安全监测的光纤传感测量系统
技术领域
本发明涉及气体安全监测技术领域，具体涉及一种用于密闭储藏装置安全监测的光纤传感测量系统。
背景技术
延迟焦化是炼厂提高轻质油收率和生产石油焦的主要手段，它是通过加热裂解使渣油反应转化为气体，汽油、柴油、蜡油和固体产品焦炭的过程。但目前采用的除焦工艺基本为焦炭池敞开式除焦工艺，尘粉飞扬，恶臭弥散，白烟滚滚。除焦污染是困扰石化行业的共性难题，对环境造成不良影响，目前国内城市型炼厂迫切需要解决。
2015年12月2日中石化洛阳工程有限公司与镇海炼化、洛阳涧光石化设备有限公司合作开发设计制造的世界首套全密闭除焦延迟焦化装置在镇海炼化成功试运行。这项蕴含着封闭式智能除焦输送及装储技术等诸多创新因子的先进工艺，破解了长期困扰炼化企业的焦化装置散发异味和粉尘污染等难题，帮助炼化企业实现了清洁生产。该装置分为生产和储藏两部分，其中密闭储藏装置中含有大量的一氧化碳、甲烷等易燃易爆的危险气体，甚至一些有毒气体，同时密闭储藏装置中的气压、温度等参数对于密闭储藏装置的安全也有至关重要的影响。而目前对于这些参量只是应用了一些气体电化学传感器进行监测，对于装置的长期安全监测有很大的局限性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种用于密闭储藏装置安全监测的光纤传感测量系统，具有防爆和抗干扰性能，能实现密闭储藏装置的长期在线安全监测，采用光纤传感器灵敏度高，结构简单，耐腐蚀和高温，抗电磁干扰，安全稳定。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种用于密闭储藏装置安全监测的光纤传感测量系统，包括多个光纤集成复合传感器探测装置、光纤传感信号解调仪、光源、数据采集单元和计算机，多个光纤集成复合传感器探测装置分布于密闭储藏装置中，每个光纤集成复合传感器探测装置包括光纤F-P温度/压力复合传感器和光纤F-P增强拉曼气体传感器，多个光纤F-P温度/压力复合传感器通过第一耦合器分别与光源和光纤传感信号解调仪连接，多个光纤F-P增强拉曼气体传感器通过第二耦合器分别与光源和光纤传感信号解调仪连接，光纤传感信号解调仪通过数据采集单元与计算机连接。
按照上述技术方案，光纤集成复合传感器探测装置个数为4个，所述第一耦合器和第二耦合器均为2×4耦合器。
按照上述技术方案，光纤集成复合传感器探测装置还包括单元气室，光纤F-P温度/压力复合传感器和光纤F-P增强拉曼气体传感器插入到单元气室内，光纤F-P增强拉曼气体传感器的正对面还设有宽带介质反射镜，光纤F-P增强拉曼气体传感器的聚焦透镜与宽带介质反射镜共焦，单元气室通过多个管道与密闭储藏装置连接。
按照上述技术方案，所述管道个数为2个。
按照上述技术方案，光纤传感信号解调仪包括光纤F-P温度/压力复合传感解调单元和光纤F-P增强气体拉曼解调单元，光源包括宽带光源和单波长高功率激光光源，光纤F-P温度/压力复合传感器通过第一耦合器分别与光纤F-P温度/压力复合传感解调单元和宽带光源连接，光纤F-P增强拉曼气体传感器通过第二耦合器分别与光纤F-P增强气体拉曼解调单元和单波长高功率激光光源。
按照上述技术方案，所述光纤传感测量系统还包括报警单元，报警单元与计算机连接。
按照上述技术方案，所述光纤传感测量系统还包括控制单元，控制单元与计算机连接。
按照上述技术方案，控制单元包括控制阀门和惰性气体吹扫装置，计算机分别与控制阀门和惰性气体吹扫装置连接。
本发明具有以下有益效果：
通过光纤F-P温度/压力复合传感器和光纤F-P增强拉曼气体传感器可同时探测到密闭储藏装置内的温度、压力和气体浓度，并将信号传送给计算机，计算机通过传感器监测密闭储藏装置内温度、压力或气体浓度的变化，若温度、压力或气体浓度值超出安全门限值时计算机将给出提示，通知操作人员进行处理，本系统还具有防爆和抗干扰性能，能实现密闭储藏装置的长期在线安全监测，采用光纤传感器灵敏度高，结构简单，耐腐蚀和高温，抗电磁干扰，安全稳定。
附图说明
图1是本发明实施例中用于密闭装置安全监测的光纤传感测量系统的原理示意图；
图2是本发明实施例中光纤集成复合传感器探测装置；
图中，1-宽带光源，2-光纤集成复合传感器探测装置，3-密闭储藏装置，4-光纤F-P温度/压力复合传感解调单元，5-光纤F-P增强气体拉曼解调单元，6-单波长高功率激光光源，7-数据采集单元，8-计算机，9-报警单元，10-光纤F-P温度/压力复合传感器，11-单元气室，12-光纤F-P增强拉曼气体传感器，13-宽带介质反射镜，14-第一耦合器，15-第二耦合器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
参照图1～图2所示，本发明提供的一个实施例中的用于密闭储藏装置3安全监测的光纤传感测量系统，包括多个光纤集成复合传感器探测装置2、光纤传感信号解调仪、光源、数据采集单元7和计算机8，多个光纤集成复合传感器探测装置2分布于密闭储藏装置3中，每个光纤集成复合传感器探测装置2包括光纤F-P温度/压力复合传感器10和光纤F-P增强拉曼气体传感器12，多个光纤F-P温度/压力复合传感器10通过第一耦合器14分别与光源和光纤传感信号解调仪连接，多个光纤F-P增强拉曼气体传感器12通过第二耦合器15分别与光源和光纤传感信号解调仪连接，光纤传感信号解调仪通过数据采集单元7与计算机8连接；密闭储藏装置3为除焦工艺中的焦炭密闭储藏装置3，由于焦炭长时间密封储藏使密闭储藏装置3内产生一氧化碳和甲烷等易燃易爆的气体，这些易燃易爆的气体的燃烧和爆炸与温度、压力和气体浓度有密切关系，通过光纤F-P温度/压力复合传感器10和光纤F-P增强拉曼气体传感器12可同时探测到密闭储藏装置3内的温度、压力和气体浓度，并将信号传送给计算机8，计算机8通过传感器监测密闭储藏装置3内温度、压力或气体浓度的变化，若温度、压力或气体浓度值超出安全门限值时计算机8将给出提示，通知操作人员进行处理，本系统还具有防爆和抗干扰性能，能实现密闭储藏装置3的长期在线安全监测，采用光纤传感器灵敏度高，结构简单，耐腐蚀和高温，抗电磁干扰，安全稳定。
进一步地，光纤集成复合传感器探测装置2个数为4个，所述第一耦合器14和第二耦合器15均为2×4耦合器。
进一步地，光纤集成复合传感器探测装置2还包括单元气室11，光纤F-P温度/压力复合传感器10和光纤F-P增强拉曼气体传感器12插入到单元气室11内，光纤F-P增强拉曼气体传感器12的正对面还设有宽带介质反射镜13，光纤F-P增强拉曼气体传感器12的聚焦透镜与宽带介质反射镜13共焦，单元气室11通过多个管道与密闭储藏装置3连接；管道通过法兰与密闭储存装置密闭连接，保证了整个密闭储藏装置3的密封性和单元气室11的流通性，使单元气室11内的温度、气体压力和气体成分与密闭储藏装置3内一致。
进一步地，所述管道个数为2个。
进一步地，光纤传感信号解调仪包括光纤F-P温度/压力复合传感解调单元4和光纤F-P增强气体拉曼解调单元5，光源包括宽带光源1和单波长高功率激光光源6，光纤F-P温度/压力复合传感器10通过第一耦合器14分别与光纤F-P温度/压力复合传感解调单元4和宽带光源1连接，光纤F-P增强拉曼气体传感器12通过第二耦合器15分别与光纤F-P增强气体拉曼解调单元5和单波长高功率激光光源6。
进一步地，所述光纤传感测量系统还包括报警单元9，报警单元9与计算机8连接，若温度、压力或气体浓度值超出安全门限值时计算机8将通过报警单元9进行报警提示。
进一步地，所述光纤传感测量系统还包括控制单元，控制单元与计算机8连接，若温度、压力或气体浓度值超出安全门限值时计算机8将通过控制单元进行自动控制，以降低燃烧和爆炸风险。
进一步地，控制单元包括控制阀门和惰性气体吹扫装置，计算机8分别与控制阀门和惰性气体吹扫装置连接；当计算机8监测到密闭储藏装置3内的温度过高或压力过大时，计算机8控制控制阀门打开，释放密闭储藏装置3中的气体，降低温度减少压力，当计算机8监测到密闭储藏装置3内的气体浓度过高时，计算机8控制控制阀门打开同时控制惰性气体吹扫装置工作，向密闭储藏装置3吹扫惰性气体，稀释密闭储藏装置3的内易燃易爆气体的浓度。
本发明的一个实施例中，本发明的工作原理：
光纤集成复合传感器探测装置2通过双管道用密封法兰安装在密闭储藏装置3上，宽带光源1发出的光经2X4耦合器进入4个光纤集成复合传感器探测装置2中的光纤F-P温度/压力复合传感器10，经调制后再通过2X4耦合器进入光纤F-P温度/压力复合传感解调单元4，进行解调；单波长高功率激光光源6发出的光经2X4耦合器进入4个光纤集成复合传感器探测装置2中的光纤F-P增强拉曼气体传感器12，激发的拉曼光再通过2X4耦合器进入光纤F-P增强气体拉曼传感解调单元5，进行解调；光纤F-P温度/压力复合传感解调单元4和光纤F-P增强气体拉曼传感解调单元5通过通讯线将得到的解调信号传输给数据采集单元7，在传输到计算机8上，计算机8对信号处理后，将预警信号和控制信号传输给报警单元9与控制单元，进行安全预警和自动控制。
光纤F-P温度/压力复合传感器10采用了基于傅立叶变化的相位解调方法,通过相位变化求出腔长，为了同时测量温度和压力信号，信号解调时通过傅里叶变换分别得到温度和压力两个F-P腔的干涉频率信号，设计制备时使两个F-P腔腔长相差100μm以上，在傅里叶频域中两信号即可完全分开，通过带通滤波器截取不同腔长对应的频率，并通过一定的转换获得各自传感器的腔长变化；光纤F-P温度/压力复合传感器10通过温度的测量，实现对压力敏感腔进行温度补偿，测试的准确性大大提高。
纤F-P增强拉曼气体传感器中激光光源发出的光经过光纤射入探头F-P光学增强腔，利用F-P腔的多角度反射特性以增加光路通过探头中央部位的次数，在探头的前端中央部位获得增强的拉曼信号；通过拉曼解调单元对多组分气体浓度的拉曼散射强度信号进行解调处理，最后由计算机8进行数据处理与运算获得除焦密闭装置中的甲烷、一氧化碳等易燃易爆气体的浓度。计算机8利用有限元分析软件对密闭焦炭储藏装置的压力门限进行分析设定，并依据气体排放要求对甲烷、一氧化碳等易燃易爆气体的浓度门限进行设定；并输出控制信号与报警系统、控制系统连接，实现安全监测预警与自动控制联动。
光纤传感技术作为一种新兴的传感技术，以高测量精度为特点，能够对许多物理参数进行测量。与电类传感器相比，光纤传感器具有灵敏度高、结构简单、耐腐蚀和高温、抗电磁干扰、易于复用和本质安全防爆等突出优点，特别适合于石化等一些易燃易爆行业的应用。
以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于密闭储藏装置安全监测的光纤传感测量系统，其特征在于，包括多个光纤集成复合传感器探测装置、光纤传感信号解调仪、光源、数据采集单元和计算机，多个光纤集成复合传感器探测装置分布于密闭储藏装置中，每个光纤集成复合传感器探测装置包括光纤F-P温度/压力复合传感器和光纤F-P增强拉曼气体传感器，多个光纤F-P温度/压力复合传感器通过第一耦合器分别与光源和光纤传感信号解调仪连接，多个光纤F-P增强拉曼气体传感器通过第二耦合器分别与光源和光纤传感信号解调仪连接，光纤传感信号解调仪通过数据采集单元与计算机连接。
2.根据权利要求1所述的用于密闭储藏装置安全监测的光纤传感测量系统，其特征在于，光纤集成复合传感器探测装置个数为4个，所述第一耦合器和第二耦合器均为2×4耦合器。
3.根据权利要求1所述的用于密闭储藏装置安全监测的光纤传感测量系统，其特征在于，光纤集成复合传感器探测装置还包括单元气室，光纤F-P温度/压力复合传感器和光纤F-P增强拉曼气体传感器插入到单元气室内，光纤F-P增强拉曼气体传感器的正对面还设有宽带介质反射镜，光纤F-P增强拉曼气体传感器的聚焦透镜与宽带介质反射镜共焦，单元气室通过多个管道与密闭储藏装置连接。
4.根据权利要求3所述的用于密闭储藏装置安全监测的光纤传感测量系统，其特征在于，所述管道个数为2个。
5.根据权利要求3所述的用于密闭储藏装置安全监测的光纤传感测量系统，其特征在于，光纤传感信号解调仪包括光纤F-P温度/压力复合传感解调单元和光纤F-P增强气体拉曼解调单元，光源包括宽带光源和单波长高功率激光光源，光纤F-P温度/压力复合传感器通过第一耦合器分别与光纤F-P温度/压力复合传感解调单元和宽带光源连接，光纤F-P增强拉曼气体传感器通过第二耦合器分别与光纤F-P增强气体拉曼解调单元和单波长高功率激光光源。
6.根据权利要求1所述的用于密闭储藏装置安全监测的光纤传感测量系统，其特征在于，所述光纤传感测量系统还包括报警单元，报警单元与计算机连接。
7.根据权利要求1所述的用于密闭储藏装置安全监测的光纤传感测量系统，其特征在于，所述光纤传感测量系统还包括控制单元，控制单元与计算机连接。
8.根据权利要求7所述的用于密闭储藏装置安全监测的光纤传感测量系统，其特征在于，控制单元包括控制阀门和惰性气体吹扫装置，计算机分别与控制阀门和惰性气体吹扫装置连接。
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Inventor after: Tong Xinglin

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