CN108898778A - 基于分布式光纤温度传感技术的拱顶储油罐火灾报警系统 - Google Patents

Abstract

一种基于分布式光纤温度传感技术的拱顶储油罐火灾报警系统，包括分布式光纤线型感温火灾探测器、光纤跳线、光缆终端盒、光缆熔接盒和感温光缆等。分布式光纤线型感温火灾探测器通过第一传输光缆、第二传输光缆将光信号传递至各座待监测的拱顶储油罐的感温光缆中，感温光缆沿各座拱顶储油罐的一次密封圈安装布设。所述感温光缆中产生的后向拉曼散射光受到拱顶储油罐一次密封圈附近温度信息的调制。所述分布式光纤线型感温火灾探测器完成对拉曼散射光的解调，可以实时监测拱顶储油罐一次密封圈沿线各点温度，并将温度数据上传至服务器。本发明适用于拱顶储油罐的火灾监测，具有安全无源、抗腐蚀、抗电磁干扰等优点。

Description

基于分布式光纤温度传感技术的拱顶储油罐火灾报警系统

技术领域

本发明属于光纤传感领域，特别涉及一种基于分布式光纤温度传感技术的拱顶储油罐火灾报警系统。

背景技术

随着我国石油工业的发展，原油、成品油储量的增加，国内大型油库、油罐越来越多。这些石油和石化行业中大型的储油罐和储气罐往往大量集中布置。由于油罐数量较多，需控制的设备、阀门数量较多，操作时间长，且流程复杂，原始的手动操作极易发生误操作，油罐区的安全难以保证。油罐储存的燃油为易燃易爆危险化学品，非常容易发生事故，特别是重大灾难性工业事故。事故的发生不仅会给国民经济带来重大损失，往往还带来重大的人员伤亡和环境污染等问题。火灾或爆炸事故大部分是由于温度过高引起的，油罐是重大工业危险源，储油罐温度过高会引起油品挥发、火灾、甚至爆炸。因此，温度作为反映油罐状态的重要参数，如果能够对其进行实时在线监测，对潜在的危险进行早期预警，把危险的发生控制在发展初期，对确保人民生命及国家财产的安全具有重大意义。

在拱顶储油罐内，浮船随着储油量的增减而上下浮动，浮船与罐壁采用一次密封圈密封连接，该部位如果出现老化破损，容易导致泄漏、温度升高从而引发火灾。对于拱顶储油罐火灾报警及监测，目前常采用光纤光栅式火灾报警探测器。该类探测器只有有光栅的部位才可感知温度，一个罐上光栅的点数有限，一个点的封装尺寸在5cm以下。当两个光栅之间的区域发生温度异常时，将无法及时发现并报警，漏报的隐患较大。另外，由于光栅需对光纤进行特殊的加工及封装，对工艺有一定要求，因此成本相对较高，一旦有光栅损坏，需重新更换熔接，还需重新进行标校，维护成本及难度均较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：本发明针对拱顶储油罐火灾报警现有技术的不足，提出了一种基于分布式光纤温度传感技术的拱顶储油罐火灾报警系统，该系统利用光开关的时分复用原理，采用多通道复用设计，使用一台分布式光纤线型火灾报警探测器可以对若干座拱顶储油罐进行火灾监测、预警和报警。通过传输光缆与感温光缆的合理安装布设，可以全天候不间断对拱顶罐一次密封圈各个位置进行分布式温度监测。系统具备本征无源、抗腐蚀、抗电磁干扰、维护便利等特点，可以有效地监测拱顶储油罐的运行安全。

本发明所采用的技术方案是：一种基于分布式光纤温度传感技术的拱顶储油罐火灾报警系统，包括分布式光纤线型感温火灾探测器、光缆终端盒、光缆熔接盒、光纤跳线、第一传输光缆、第二传输光缆、感温光缆；

分布式光纤线型感温火灾探测器通过光纤跳线与光缆终端盒连接，分布式光纤线型感温火灾探测器发出的激光脉冲信号经过光缆终端盒后沿第一传输光缆传输至光缆熔接盒；

根据不同的光纤链路，光缆熔接盒与若干条第二传输光缆连接，各条第二传输光缆分别与各个待测拱顶储油罐内的感温光缆连接；光纤熔接盒通过第二传输光缆将激光脉冲信号传输至感温光缆，激光脉冲信号在进入感温光缆后产生自发拉曼后向散射光并返回至分布式光纤线型感温火灾探测器，自发拉曼后向散射光强度受到温度调制；

分布式光纤线型感温火灾探测器对自发拉曼后向散射光进行解调得到各个待测拱顶油罐的温度信息，进行火灾预警、报警；分布式光纤线型感温火灾探测器将各待测拱顶油罐的温度信息及报警信息上传至外部的服务器中，完成存储。

所述分布式光纤线型感温火灾探测器包括光源模块，光纤波分复用器，光电转换模块，数据采集处理模块，工控机以及光开关；

光开关连接若干光纤跳线，光开关通过自动切换接通不同的通道；光源模块发出激光脉冲信号，通过光开关、光纤跳线传输至光缆终端盒；

光波分复用器接收返回的自发拉曼后向散射光，并将自发拉曼后向散射光分为斯托克斯光和反斯托克斯光后，送入光电转换模块完成光电信号转换，数据采集处理模块根据光电转换模块发送的电信号完成温度信号解调；

工控机将数据采集处理模块中获取的温度信息与设定的火灾报警阈值进行对比，如果温度信息超过报警阈值，工控机发出声光报警信息，记录报警时间、位置；工控机将采集到的完整温度数据、报警记录上传至外部服务器；

当分布式光纤线型感温火灾探测器完成某一通道的温度数据采集和处理后，光开关自动切换到下一通道，进行下一座待测拱顶储油罐的温度数据采集，重复循环切换光开关的所有通道，完成对各个待测拱顶储油罐的全天候火灾监测。

所述光开关为1×8光开关。

所述感温光缆为4芯铠装测温光缆，测量温度范围至少包括-40℃～150℃。

所述感温光缆用卡具沿待测拱顶储油罐的一次密封圈安装固定，相邻卡具的距离不超过1m；所述卡具为不锈钢材质，两端有用于安装螺栓的圆孔。

所述第一传输光缆为24芯铠装光缆。

所述第二传输光缆为4芯铠装光缆。

所述光缆熔接盒为防爆型光缆熔接盒。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明提出的一种基于分布式光纤温度传感技术的拱顶储油罐火灾报警系统与现有常有的光纤光栅火灾报警系统相比可以现全分布式无死角的温度监控和火灾报警，漏报率低，且比光纤光栅安装维护简便。且具有安全无源、抗腐蚀、抗电磁干扰等优点。

(2)本发明的系统采用光开关时分复用设计，根据选用光开关的通道数量，一台分布式光纤线型感温火灾探测器监测多座拱顶储油罐的温度，性价比高，系统集成度高。光缆路采用了第一传输光缆将光开关各个通道的信号引入罐区，再分出对应各个待测罐的第二传输光缆引至各拱顶储油罐，铺设便捷，占地面积少，冗余度高。

(3)本发明的感温光缆采用特制卡具安装固定在一次密封圈上，卡具结构简单，体积小，可以结合一次密封圈上的螺栓固定，安装简单。

(4)在本发明的系统中，由分布式光纤线型感温火灾探测器监测到的拱顶储油罐温度信息及报警数据将实时上传至服务器存储，通过服务器可以与输油站内其他控制系统融合，系统灵活性强。

附图说明

图1为本发明的提出的一种基于分布式光纤温度传感技术的拱顶储油罐火灾报警系统示意图。

图2是本发明的分布式线型感温火灾探测器结构示意图。

图3是本发明的光缆卡具使用方式示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种基于分布式光纤温度传感技术的拱顶储油罐火灾报警系统包括：分布式光纤线型感温火灾探测器1，光缆终端盒2，光缆熔接盒3，光纤跳线4、第一传输光缆5、第二传输光缆6，感温光缆7。

分布式光纤线型感温火灾探测器1配接8根光纤跳线连接到光缆终端盒2，所述分布式光纤线型感温火灾探测器1发出的激光脉冲信号经过光缆终端盒2后沿第一传输光缆5传输至光缆熔接盒3，根据不同的光纤链路，所述光缆熔接盒3与8根第二传输光缆6连接，各条第二传输光缆6与各个待测拱顶储油罐内的感温光缆7连接。所述激光脉冲信号在进入感温光缆7后会产生自发拉曼后向散射光，且所述自发拉曼后向散射光强度受到温度调制。所述分布式光纤线型感温火灾探测器1通过对所述自发拉曼后向散射光进行解调从而得到各个拱顶油罐的温度信息，进行火灾预警、报警。所述分布式光纤线型感温火灾探测器1将各罐温度及报警信息通过网线8上传至服务器9，在服务器9完成存储，并且通过服务器9与现场的其他监控系统相连。

所述分布式光纤线型感温火灾探测器1如图2所示，包含光源模块10，光纤波分复用器11，光电转换模块12，数据采集处理模块13，工控机14以及光开关15。光开关15为1×8光开关所述分布式光纤线型感温火灾探测器1完成光信号的发送与拉曼后向散射信号的接收和解调处理，获得各个拱顶储油罐的温度分布信息，通过设置合适的阈值进行火灾监测和报警。光开关15连接若干光纤跳线4，光开关15通过自动切换接通不同的通道；光源模块10发出激光脉冲信号，通过光开关15、光纤跳线4传输至光缆终端盒2；光波分复用器11接收返回的自发拉曼后向散射光，并将自发拉曼后向散射光分为斯托克斯光和反斯托克斯光后，送入光电转换模块12完成光电信号转换，数据采集处理模块13根据光电转换模块12发送的电信号完成温度信号解调；工控机14将数据采集处理模块13中获取的温度信息与设定的火灾报警阈值进行对比，如果温度信息超过报警阈值，工控机14发出声光报警信息，记录报警时间、位置；工控机14将采集到的完整温度数据、报警记录上传至外部服务器9。

所述感温光缆7为4芯铠装测温光缆，测量温度范围至少包括-40℃～150℃。所述感温光缆7为温度传感单元，使用时只需连接其中1芯，其他芯为冗余设计。当温度发生变化时，所述感温光缆7内传输的自发拉曼后向散射光强度会发生改变，通过对所述自发拉曼后向散射光强度的解调即可获得温度信息。

所述感温光缆用卡具16沿一次密封圈安装固定，所述卡具16如图3所示为不锈钢材质，可弯折，两端有圆孔可以安装螺栓。所述卡具16固定在一次密封圈螺栓上，相邻卡具16的距离不超过1m。所述卡具16对折后，两端的圆孔对齐，将一次密封圈的螺栓从其中穿过，固定在一次密封圈上。

所述第一传输光缆5为24芯铠装光缆。使用时，连接其中8芯分别对应所述分布式光纤线型感温火灾探测器的8个通道，其他芯为冗余设计。

所述第二传输光缆6为4芯铠装光缆。使用时只需连接其中1芯，其他芯为冗余设计。

所述光缆熔接盒3为防爆型光缆熔接盒。

本发明提出的一种基于分布式光纤温度传感技术的拱顶储油罐火灾报警系统工作原理如下：

分布式光纤线型感温火灾探测器1的光源模块10发出激光脉冲信号，光开关15连通通道1，激光脉冲信号经过光开关15、第一传输光缆5和第二传输光缆6传递至对应的拱顶储油罐内感温光缆7上。所述激光脉冲在感温光缆7中传输时，会产生自发拉曼后向散射光，并返回到所述分布式光纤线型感温火灾探测器1的光波分复用器11中。所述自发拉曼后向散射光被光波分复用器11分为斯托克斯光和反斯托克斯光，其中，所述反斯托克斯光强度受到温度调制。将所述斯托克斯光与所述反斯托克斯光送入光电转换模块12完成光电信号转换，在数据采集处理模块13中完成温度信号解调。结合光时域反射原理，根据所述激光脉冲入射到接收到所述自发拉曼后向散射光的时间差，可以得到该散射光在光纤中的具体位置，从而实现对整个光纤所处温度场的分布式温度测量。所述工控机14将所述数据采集处理模块13中获取的温度信息与设定的火灾报警阈值进行对比，如果所述温度信息超过报警阈值，所述工控机14发出声光报警信息，记录报警时间、位置等。所述工控机14将采集到的完整温度数据、报警记录等通过网线8实时上传至服务器9。服务器9完成对所述温度信息、所述报警记录的存储，并且可以根据需要与输油站内其他控制系统进行数据融合。

当分布式光纤线型感温火灾探测器1完成某一通道的温度数据采集和处理后，光开关15自动切换到下一通道，进行另一座拱顶储油罐的温度数据采集，重复循环切换光开关15的8个通道，完成对各个拱顶储油罐的全天候火灾监测。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。

Claims (8)

1.一种基于分布式光纤温度传感技术的拱顶储油罐火灾报警系统，其特征在于：包括分布式光纤线型感温火灾探测器(1)、光缆终端盒(2)、光缆熔接盒(3)、光纤跳线(4)、第一传输光缆(5)、第二传输光缆(6)、感温光缆(7)；

分布式光纤线型感温火灾探测器(1)通过光纤跳线(4)与光缆终端盒(2)连接，分布式光纤线型感温火灾探测器(1)发出的激光脉冲信号经过光缆终端盒(2)后沿第一传输光缆(5)传输至光缆熔接盒(3)；

根据不同的光纤链路，光缆熔接盒(3)与若干条第二传输光缆(6)连接，各条第二传输光缆(6)分别与各个待测拱顶储油罐内的感温光缆(7)连接；光纤熔接盒(3)通过第二传输光缆(6)将激光脉冲信号传输至感温光缆(7)，激光脉冲信号在进入感温光缆(7)后产生自发拉曼后向散射光并返回至分布式光纤线型感温火灾探测器(1)，自发拉曼后向散射光强度受到温度调制；

分布式光纤线型感温火灾探测器(1)对自发拉曼后向散射光进行解调得到各个待测拱顶油罐的温度信息，进行火灾预警、报警；分布式光纤线型感温火灾探测器(1)将各待测拱顶油罐的温度信息及报警信息上传至外部的服务器(9)中，完成存储。

2.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤温度传感技术的拱顶储油罐火灾报警系统，其特征在于：所述分布式光纤线型感温火灾探测器(1)包括光源模块(10)，光纤波分复用器(11)，光电转换模块(12)，数据采集处理模块(13)，工控机(14)以及光开关(15)；

光开关(15)连接若干光纤跳线(4)，光开关(15)通过自动切换接通不同的通道；光源模块(10)发出激光脉冲信号，通过光开关(15)、光纤跳线(4)传输至光缆终端盒(2)；

光波分复用器(11)接收返回的自发拉曼后向散射光，并将自发拉曼后向散射光分为斯托克斯光和反斯托克斯光后，送入光电转换模块(12)完成光电信号转换，数据采集处理模块(13)根据光电转换模块(12)发送的电信号完成温度信号解调；

工控机(14)将数据采集处理模块(13)中获取的温度信息与设定的火灾报警阈值进行对比，如果温度信息超过报警阈值，工控机(14)发出声光报警信息，记录报警时间、位置；工控机(14)将采集到的完整温度数据、报警记录上传至外部服务器(9)；

当分布式光纤线型感温火灾探测器(1)完成任一通道的温度数据采集和处理后，光开关(15)自动切换到下一通道，进行下一座待测拱顶储油罐的温度数据采集，重复循环切换光开关(15)的所有通道，完成对各个待测拱顶储油罐的全天候火灾监测。

3.根据权利要求2所述的一种基于分布式光纤温度传感技术的拱顶储油罐火灾报警系统，其特征在于：所述光开关(15)为1×8光开关。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于分布式光纤温度传感技术的拱顶储油罐火灾报警系统，其特征在于：所述感温光缆(7)为4芯铠装测温光缆，测量温度范围至少包括-40℃～150℃。

5.根据权利要求4所述的一种基于分布式光纤温度传感技术的拱顶储油罐火灾报警系统，其特征在于：所述感温光缆(7)用卡具(16)沿待测拱顶储油罐的一次密封圈安装固定，相邻卡具(16)的距离不超过1m；所述卡具(16)为不锈钢材质，两端有用于安装螺栓的圆孔。

6.根据权利要求5所述的一种基于分布式光纤温度传感技术的拱顶储油罐火灾报警系统，其特征在于：所述第一传输光缆(5)为24芯铠装光缆。

7.根据权利要求5或6所述的一种基于分布式光纤温度传感技术的拱顶储油罐火灾报警系统，其特征在于：所述第二传输光缆(6)为4芯铠装光缆。

8.根据权利要求7所述的一种基于分布式光纤温度传感技术的拱顶储油罐火灾报警系统，其特征在于：所述光缆熔接盒(3)为防爆型光缆熔接盒。