分布式光纤测温系统在油罐火灾监测中的应用
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作者: 高书成 王亮
摘要：本文主要介绍聚光科技（杭州）股份有限公司生产的DST-2000型分布式光纤感温火灾监测系统。该系统是集计算机、光纤通讯、光纤传感、光纤传输、光电控制等技术于一体的高新技术产品。火灾事故大部分是由于温度过高引起的，油罐区是重大工业危险源，大型储油罐温度过高会引起油品挥发、火灾、甚至爆炸，将会造成重大人员伤亡和财产损失。在此DST-2000型分布式光纤感温火灾监测系统能够起到一般在火灾未发生时进行温度检测，发出预警，使现场操作人员具有充分的时间采取相应的措施，避免发生事故或引起火灾尤为重要，同时也能有效提升企业安全管理自动化水平。
关键词：DTS-2000型；分布式光纤感温火灾监测系统；监测；
1. DTS-2000分布式光纤感温火灾监测系统的原理
1.1测量原理
DTS-2000分布式光纤感温火灾监测系统是一种利用光纤拉曼散射效应和光时域反射技术的光纤监测系统，光纤拉曼散射效应是指激光在光纤中传输时，由分子热振动所导致的微弱激光散射现象。散射光中的拉曼散射光由波长稍短的斯托克斯光和波长稍长的反斯托克斯光组成。其中，斯托克斯光光强对光纤形变敏感，反斯托克斯光光强对光纤温度和形变均敏感，两种光光强的比值则能准确反映光纤的温度信息。光时域反射技术是指激光在光纤中前向传播时，不同光纤位置的背向拉曼散射光返回光纤入射端的时间是不同的，通过区分该时间即可确定散射信号所对应的光纤位置。
通过对拉曼散射信号和时域反射时间的精确检测即可准确、快速地获得整条感温光纤的温度分布信息，图1。
图1光纤感温火灾探测器基本原理图和温度分布曲线图
2．DTS-2000分布式光纤温度监测系统的特点
2.1 对温度实时、分布式监测
真正的分布式测量，整根光缆既是信号传输载体，又是温度探测器，可以连续的得到沿着探测光缆几十公里的测量信息，误报和漏报率大大降低。同时实现实时监测。
2.2报警方式灵活
DTS-2000系统可以实现多级定温和差温报警，并可配置图形化监控软件，实时显示各分区的定温、差温等探测数据，并可设定各种探测数据的报警阈值，保证实现早期和可靠的报警。
2.3高精度、可靠性
提供精确定位火灾位置、报警定位精度可达1米。可显示全部监测范围或局部的温度。并可显示全线的温度分布曲线。
2.4安装简单、便于维护
系统安装非常简便，信号传输和探测用一根光缆，安装至现场仅需将探测光缆固定即可轻松完成安装工作，在光缆有损伤的地方可以像修复普通光纤一样接合；光缆能够不受限制地切割成每一个工程所要求的长度。
2.5长期安全特性
光缆耐用性设计优异，寿命可达30年之久，适合在恶劣环境中工作，光纤采用无电传输信号，光信号工作，本质防燃防爆，不受雷击和电磁干扰影响。
2.6良好的兼容性
系统集成方便，可通过标准接口或继电器输出与外部其他控制设备进行通讯，可以方便地与消防控制系统联网。
2.7自检功能
DTS-2000系统具有自检测功能，可以实时监测自身运行状况，当光缆发生故障时，可以在光缆全长曲线上指示出断点的具体位置，有利于系统的故障监测与迅速维修。
3．DTS-2000分布式光纤温度监测系统的组成
DTS-2000分布式光纤温度监测系统主要由以下部分组成：感温光纤、机柜组成。机柜包含工控机（含显示器）、测温主机、继电器和UPS电源四个部分。
4．DTS-2000分布式光纤感温火灾监测系统的性能指标
测温主机环境要求：操作温度：0℃～40℃存放温度：-40℃～65℃，相对湿度：＜95%RH（无凝露）
感温光纤主要性能指标：能够全天候正常工作。环境温度：-40℃～120℃，测温范围：0℃～95℃，测量范围： ≤12km
测温主机主要性能指标：工作电源：AC220V/50Hz200W，报警温度设定范围：60℃～95℃ （可任意设置）温度分辨率：1℃
定位精度：≤0.5m，相应时间： ≤10s
LED功能指示：电源显示、系统故障、光纤故障和温度报警
系统选配：继电器扩展模块以太网交换机，GPRS无线通讯模块串口协议转换模块
5.DTS-2000分布式光纤温度监测系统现场应用
中国石油陇西分输油库位于陇西县文峰镇,是兰―成―渝管道配套油库,主要承担着定西地区及甘南、陇南、天水等周边地区的成品油配送任务,油库为甘肃中部重要的成品油仓储及配送中心,这对保障定西成品油的充足供应,促进定西及周边区域经济社会发展具有重要意义
5.1测量方案
定西油库共有8个拱顶式油罐。储油罐的呼吸阀，排气阀等装置，可向空气中散发大量的可燃性气体，当可燃性气体与空气混合的浓度达到极限时，如遇撞击、摩擦、热源或火花等点火源会发生燃烧甚至爆炸，是石油化工储罐区极大的安全隐患。
本项目采用DTS-2000分布式光纤感温火灾报警系统，利用感温光缆对8个油罐进行火灾安全检测。本系统具有实时显示油罐任意检测点温度，并能进行差/定温两级声光报警，自检功能可实时监测自身运行情况并输出故障报警声光信号，测温主机可将温度信号和声光报警信号传入消防报警控制系统，并与消防报警控制系统计算机联网进行罐区监控。
感温光纤安装在使用现场测量油罐温度（油罐顶），测温主机安装在操作室仪表柜内，现场和操作室之间采用同一根光纤进行信号传输。
5.2现场安装
一台DTS-2000分布式光纤感温火灾报警系统可测量的长度为8km，对于定西油库，采用一台测温主机，通过一根2公里的感温光纤，就可测量罐区内所有油罐的温度，图2。
图2系统方案实施简图
a. 感温光纤安装于油罐罐壁上部和罐顶部：采用双光缆敷设方式，在罐壁上距罐顶0.5米处敷设2圈感温光缆；在罐顶部，直径4米处和直径8米处分别两圈感温光缆，呈同心圆分布；这样，每个罐在罐壁、罐顶共敷设6圈感温光缆。
b. 罐上所有感温光缆均采用磁铁配金属卡子固定，固定间隔为2米，磁铁选用高磁磁铁，保证安装固定牢靠。
c. 信号传输光缆由罐顶到罐底沿罐壁上消防水管敷设，使用金属紧固件将光缆固定在水管上，每隔2米一个固定点。
d. 油罐间的信号传输通过光缆，沿罐下消防水管敷设，光缆通过紧固件固定在水管上，每隔2米一个固定点。
e. 选择最靠近罐区边缘花园的油罐，作为信号的输入输出端，沿消防水管出罐区后将光缆传至罐区边花园内，然后传输光缆通过线缆桥架敷设至消防监控室。
f. 安装完毕，由专业人员进行检验，检验采用开水浇淋，浇淋时间不少于40秒；如需检验温度测量精度，须用专门的恒温器对感温光缆进行加热，待温度稳定后（约5～10分钟），对比恒温器上显示的温度与测温主机上的温度，可检验温度测量误差。
6.结束语
DTS-2000分布式光纤感温火灾监测系统是一种实时测量空间温度场的传感系统，在系统中光纤既是传输媒体也是传感媒体。具有防爆、抗腐蚀、抗电磁干扰、实时快速测温并准确定位，系统具有自检功能（包括：仪器故障、光纤断裂），是集光机电、计算机一体化最先进的火灾报警监测系统。
分布式光纤感温火灾监测系统在油罐上的应用，能很好的预防油罐温度升高可能造成的火灾隐患，使监控人员能实时监控温度变化，有时间处理存在的隐患，能最大限度的减少火灾的发生。是继FBG点式油罐温度监测向连续无缝隙温度检测方向发展的又一技术突破。
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