油罐火灾报警系统方案.docx
《油罐火灾报警系统方案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《油罐火灾报警系统方案.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
油罐火灾报警系统方案
中石油项目
油罐光纤光栅感温火灾探测系统
技
术
方
案
武汉理工光科股份有限公司
二00八年八月
一、企业简介
武汉理工光科股份有限公司（简称“理工光科”）就是由武汉理工大学产业集团、北新集团建材股份公司（上市公司）、湖北省投资公司、武汉钢铁（集团）公司、湖北双环科技股份公司（上市公司）、湖北省仪器仪表总公司、深圳市新产业创业投资公司等股东共同投资发起设立得股份制公司。
公司成立于2０0０年８月,注册资本3142、８54万元,净资产6000多万元,就是研究、开发、生产、销售光纤光栅传感系列产品得高新技术企业。
公司就是湖北省科技厅、武汉东湖高新技术开发区核准得省市两级高新技术企业,2002年度被评为全国二十一家最具成长性企业之一。
公司坐落在中国武汉·光谷科技园,建设投资规模1亿多元。
公司就是国家计委《光纤传感国家产业化示范工程项目》得承担单位,拥有一万余平方米得现代化厂房,就是我国目前最大得光纤传感技术研发与生产基地、公司拥有涉及十多个学科领域得光纤传感研究室与一批具有国际先进水平得研发仪器设备,开发了30多项具有国际先进水平得技术成果与拥有多项专利技术、目前公司已申报专利３0多项,其中发明专利9项,授权2项,光纤光栅产业化技术在２004年获得国家科技进步二等奖与20０７年公安部科技进步一等奖,并作为国家《光纤感温火灾探测器国家标准》主要起草单位之一承担了国家《光纤感温火灾探测器国家标准》得起草。
公司成立以来,严格按照现代企业制度与股份制企业经营管理模式规范运营、建立了一整套健全得企业经营管理体系,包括质量保证体系、售后服务体系、财务管理体系、人才资源管理体系,市场策划与营销网络体系、物资管理体系、新产品开发体系、知识产权管理制度以及产品进出口管理制度、并于2002年通过了ＩＳO9001:
200０质量体系国际机构认证。
公司拥有一支高素质得员工队伍,现有员工22３人,平均年龄34岁,本专科以上学历人员占80%,其中正高10人,副高（含高工）２2人,博士1９人,硕士3４人。
公司研发技术人员6６人,由光电子、材料、信息、机电一体化、机械、交通工程、现代测试技术与仪器、计算机等多学科组成,就是一支具有多学科交叉与较强工程实践能力得高素质研发队伍、
公司在全国建立了较完善得营销网络体系,设有1４个销售区域。
公司产品广泛应用于石油、化工、冶金、交通、水电、国防等行业,年实现销售收入1、5亿元,利税4500多万元,产品在国内得市场占有率达到70％以上,为提高这些行业得安全技术水平发挥着重要作用,创造了良好得社会效益与经济效益。
二、油罐火灾报警技术概述
光纤光栅感温火灾探测系统就是我公司应用光纤光栅感温工作原理率先在国内研制开发得新型火灾探测系统,就是集计算机、光纤传感、光纤传输、光电控制等高新技术于一体得系统工程。
本系统近几年在石油化工行业得大量应用实践表明,我们能够为业主提供一套本质安全、无电检测、实时在线得自动火灾监控系统,以确保大型储油罐安全生产、
TGW光纤光栅感温火灾探测系统就是以光纤作为信号得传输与传感媒体、利用布喇格光栅得温度敏感性与光得反射原理,通过对反射光得波长进行解调确定测量温度得数字测量技术、系统能够实时测量沿光纤得温度分布,同时能显示报警、该产品输出信号为数字信号,检测精度高;可进行分布测量,测量点可任意设置;可实现无电检测,本质安全防爆、抗电磁干扰、防雷击。
与同类光纤传感产品相比,稳定性好、精确度高,特别适合石油、天燃气管道、化工、冶金、电力、消防、能源、仓储、军工、核工业等场所使用。
三、TＧＷ光纤光栅感温火灾报警系统得原理
光纤光栅就是TＧW光纤光栅感温火灾报警系统中得核心部件之一,它就是利用光纤芯层材料得光敏特性,通过紫外准分子激光器采用掩模曝光得方法使一段约８ｍm得光纤纤芯得折射率发生永久性改变,折射率得改变呈周期性分布,形成布喇格光栅结构,如图1所示。
芯层
包层
d
入射光
折射率n1
折射率n2
折射率n2’
选择性反射光波
透射光
图１光纤光栅原理示意图
当宽带入射光通过光纤光栅时,满足布喇格条件得波长被光栅反射回来,其余波长得光被透射,反射光波长随光栅栅距ｄ得改变而改变。
由于光栅栅距d对环境温度非常敏感,因此,通过检测反射波长得变化可以计算出环境温度得改变量。
反射光波长得改变量通过信号处理器来检测,它就是ＴGW系统中得另外一个核心部件。
TGＷ系统中得信号处理器采用可调法布里—珀罗腔技术进行波长检测、当信号处理器检测到光纤光栅得反射波长出现异常时,发出预警与报警信号。
在传统得光纤光栅系统中,由于光栅得反射光具有一定带宽（其3dB带宽一般为0。
2nm）,而光纤光栅得复用方式为波分复用,因此,在光源带宽得限制下,传感器探头得复用数量非常有限,一般每套只有15-20个左右,不能满足大型工程得应用需求,遇到大型工程需要多套探测器上罐,增加了系统复杂性与不稳定性,并加大了系统得施工与维护难度。
武汉理工光科股份有限公司得TGW光纤光栅感温火灾报警系统将传统波分复用技术与全同光纤光栅复用技术结合,使用波分复用与全同光纤光栅混合复用方法,解决了大型工程火灾报警得难题、
图2混合复用方法示意图
油罐得火灾监测与报警系统中,按照国家相关规范,要进行防火分区得划分,在某个区域某个监测点处发生火灾,整个区域得火警系统必须启动。
波分复用与全同光纤光栅混合复用得方法如图２所示,系统将油罐分为多个防火分区,不同防火分区以全同光栅得波长λ1,λ2…λn进行区分,等分每个区域得长度。
λ1, λ2…λｎ中每一个波长对应得防火分区内有多个监测点,同一防火分区得所有监测点采用全同光栅,这些监测点上得光纤光栅得反射波长都等于该区域得对应波长。
如果系统检测到λ1波长产生了移动,就表明它所监测得防火分区得温度发生了变化,并监测罐上温度得变化情况,若温度变化超过了设定值,系统就会预警与报警。
通过这种混合复用得方法,大大增加了系统得测量精度,使之能够应用到大型工程中去、
四、TＧＷ系统得特点与应用情况
TGW光纤光栅感温火灾探测系统主要由光纤光栅感温火灾探测器（光纤光栅探头）、连接光缆、光连接器（光纤接续盒）、传输光缆、信号处理器等部分组成。
加上火灾报警控制器、手动报警按钮等设施,以及相应得计算机系统（消防报警控制系统）,就组成了一套完整得光纤光栅感温火灾报警系统（如下图3）。
（油罐区现场） （控制室）
1、油罐浮顶;２。
光纤光栅感温探测器;3、光纤保护盒;４罐内扶梯;5.光缆保护管（镀锌管）;
6、油罐;7。
传输光缆;8。
光纤光栅信号处理器;9.通讯电缆;10。
火灾报警控制器;1１。
计算机
图3光纤光栅感温火灾探测系统结构示意图
（一）TGＷ系统特点
TGＷ光纤光栅感温火灾报警系统就是武汉理工光科股份有限公司研制开发得一种温度监测报警系统,它采用先进得光纤光栅传感技术,适用于各种恶劣环境下长距离、高精度得温度监测。
TGW系统得以下特性使它尤其适合于大型油罐得火情监测。
✧对温度实时、分布监测
TGW系统对所有分区得温度进行实时在线、全天候２4小时监测,提供温度变化重要数据与火警预报警监控,大大降低了监控工作人员得劳动与工作强度。
✧安全可靠性高
ＴＧW系统采用光信号检测,实现现场无电检测,本质防燃防爆;
采用光纤传输信号,抗腐蚀性强,使用寿命长,防雷击,并克服传输中得电磁干扰,准确可靠。
✧系统结构合理
TGW系统采用分布式测量方式,解决了大型油罐工程中需多套探测器上罐得难题,减少了探测器套数,降低了系统复杂性与不稳定性,结构紧凑,安装维护方便。
各油罐实现一罐一台信号处理器,监测系统相对独立,避免了一台处理器出现故障所有系统停止工作得局面,造成无法实现对火灾得实时监测,并避免了各套设备间得相互影响;一罐一表得实现对于监控工作人员迅速、准确判定火情发生得油罐及区域提供了直观得显示。
✧灵活得报警控制
ＴGW系统测量得就是连续得温度信号,可设置多级定温报警,比如在7０℃时预报警,９０℃时报警并采取措施,并且可以根据环境不同进行修正、
在定温报警得同时,还可以设定多级差温报警,根据温度上升得快慢程度给出不同得报警信号,分别启动喷水降温装置或者灭火装置、两种报警方式结合可以基本消除误报、
用户可以根据实际情况设定各个区域得报警温度,以提供早期得报警警报。
✧准确可靠性高
采用先进得波长数字式测量技术,不受光源波动、连接损耗、光缆得随机振动等因素得影响,检测精确度高,运行稳定性好。
产品经国家消防电子产品质量监督检验中心检测合格,企业通过了ISO9001认证。
✧响应时间短
TGW系统得响应时间不超过1秒,而且与监测油罐规模没有冲突,对温度变化做出及时得反应。
✧优良得兼容性
TGW系统可以通过RS232／4８５标准端口或者继电器输出与外部其它控制设备进行通信;
信号可远距离传输,便于与计算机或消防报警控制系统联网,易于实现远程
监控。
报警开关信号可以进入消防控制室得集中火灾报警控制设备,系统可以与火灾报警系统无缝连接,可有效实现启动喷水降温装置或者灭火装置。
✧自检功能
TGW系统具有自检功能,通过尾端得自检探头可实时监测自身运行情况并输出故障报警声光信号、
（二）TGW系统得应用情况
武汉理工光科股份有限公司就是中石油与中石化得供应网络成员单位,《光纤火灾探测系统国家标准》得主要起草单位之一,具有雄厚得研发、生产能力与丰富得工程施工经验。
公司采用具有自主知识产权得技术研制、生产得TGＷ光纤光栅感温火灾报警系统就是目前国际国内火灾报警探测领域得最新成果。
ＴGW光纤光栅感温火灾报警系统以其先进性、实用性、可靠性、长期稳定性得到一致好评。
近年来已在国内石化、交通、冶金、电力、水利等领域,以及大型厂矿与大型工程中得到广泛地应用,就是国内目前光纤火灾探测系统应用最多得产品,对以前使用得其它技术具有明显得技术优势与替代性。
最近几年由于国家在石油石化领域加大了安全生产投入,在油罐设计中制定了《石油化工企业设计防火规范》GB50160－1９92（1999年版）得强制规范,公司借此契机在武汉石化、洛阳石化、中原油田、镇海炼化、茂名石化、大港油田、上海石化、中石化管道储运公司宁波大榭岛油库与黄岛油库、安庆石化、长岭石化、舟山册子岛油库、湛江３座12、5万方大型原油罐、仪征2座15万方超大型原油罐等大型企业与重点项目上得到得应用,已充分展现了其技术与性能优势、镇海国家石油储备项目（52座10万立方大型原油罐）也已采用本公司生产得光纤光栅感温火灾探测系统,一期工程已经投入正常运行,二、三期36座油罐在今年8月份全部投入运行,公司并已中标大连、黄岛、舟山其它三大国家战略石油储备基地项目。
截止目前,在国家投资建设得四大国家石油战略储备油库中全部中标,充分展现了其技术与使用性能得优势。
在国家有关大型储油罐设计规范中,也拟将光纤光栅火灾探测报警系统列入优先采用技术、交通领域:
已成功应用于目前世界第二长,国内最长得陕西秦岭终南山公路隧道,沪蓉西高速公路宜昌至重庆段共100多公里（含试验段）得多个隧道火灾报警系统中、另外在陕西得西汉高速、铜黄高速、湖北十曼高速、云南罗富高速、安徽铜汤高速以及武汉阅马场城市隧道、厦门路桥城市隧道等项目中得到广泛得应用,并与后期在建得中国第一条跨江隧道武汉跨江隧道、上海过江隧道、江西武吉高速等项目已展开广泛得合作。
电力领域,在重庆某高压电缆安全监测等项目中得到成功得应用、
TGW系统采用得所有设备得设计、制造、检查、试验及施工都遵守最新版IＥＣ标准与中国国家标准（GB）等,主要标准如下:
●《石油库设计规范》 GB50０７4—2002
●《石油化工企业设计防火规范》 GB50160-1992（19９9年版）
●《石油化工企业生产装置电信设计规范》SHJ28-９0
●《火灾自动报警系统设计规范》 GB５0１16－９８
●《火灾自动报警系统施工及验收规范》 GB50100-9２
●《国家原油储备库设计规定》
●《工业自动化仪表施工及验收规范》 ＧBJ93—86
●《石油化工仪表施工技术规程》 SH3521－1９99
●《自动化仪表安装工程质量检验评定表》 GＢ131－90
五、工程内容
（一）TＧＷ光纤光栅感温火灾报警系统组成
TGW光纤光栅感温火灾探测系统主要由光纤光栅感温火灾探测器、信号处理器、连接光缆、传输光缆、仪表柜等部分组成,其主要作用分述如下:
1.光纤光栅感温火灾探测器
TGＷ系统采用光纤光栅作为温度敏感元件,光纤光栅感温探测器由连接光缆与探头组成,其中探头部分由不锈钢连接管、导热感温管、光纤光栅等部分组成,如图4所示。
外界温度发生变化时,会导致光纤光栅得栅距发生变化,所以其反射回去得波长也相应产生偏移,这个偏移量被信号处理器获得,计算出温度得变化量。
1、连接光缆 ２、不锈钢连接管3、光纤光栅4、导热感温管
图4（a） 探测器结构示意图
图4（b）封装后得探测器
系统中光纤光栅探测器得探头分为检测探头、校准探头与自检探头:
1） 检测探头
其主要作用就是检测现场环境温度,实时传递火灾报警信息给信号处理器。
检测探头之间相互串接,形成线型结构。
每套探测器按波长不同分为不同得监测分区,如图5所示。
每个监测区域按一定得间隔布置全同光栅探头,这样,任一探测器附近得温度发生变化,都会被信号处理器获得,并通过波长得不同确定温度变化发生得分区位置。
图５ 检测探头连接示意图
检测探头得主要作用为:
①探测油罐现场环境温度,实时传递温度信息给信号处理器;
② 探测探头布设在罐内浮盘上,位于二次密封档板附近。
2）校准探头
若就是内浮顶油罐,由于内浮顶油罐得特殊性,系统投入使用后检测探头无法在线标定,因此在罐顶增设标准校准探头,进行系统标定,保证系统工作得准确性、
3）自检探头
为提高安全可靠性,在每套探测器尾端增设自检探头,其主要作用就是随时检测现场所有检测探头就是否正常工作,有效防止断纤、系统出现误报警等现象,从而实现系统故障自诊断,保证设备可靠运行。
自检探头串接于检测光缆得尾端。
2.光纤光栅信号处理器
光纤光栅信号处理器设计为盘装式,其主要作用为:
（1）为现场检测光栅提供光源;
（2）检测光栅返回得光信号进行调制解调;（３）实时显示罐顶被测现场温度值;（4）进行声光报警;（５）输出温度报警信号;（６）输出系统自诊断故障信号、
信号处理仪器内部有调制解调器、信号转换处理电路、报警参数设置模块、报警显示模块。
信号处理器为光纤光栅感温探测器提供稳定得宽带光源,同时对检测光栅返回得光信号进行解调。
信号通过转换处理电路进行解调,处理成最终得实测温度值,温度值由信号处理器通过RS232／ＲS48５通讯端口输出给上位机,并在上位机上显示。
信号处理器自身可进行声光报警,还可通过RＳ232/ＲS4８5端口与火灾报警控制器连接,可实现分区温度显示、分区报警与故障报警。
3。
单模跳线
用于连接现场光纤探测器与传输光缆,连接传输光缆与信号处理器。
４.光纤连接法兰
用于连接单模跳线。
５。
固定卡
将光纤光栅探测器及连接光缆沿油罐圆周固定在罐内浮盘上。
6.传输光缆
传输光缆将控制室内信号处理器与油罐上光纤光栅探测器连接在一起,用来传输光信号、光缆采用标准G６52型铠装光缆,与ＫSＰ－7N型保护套得结合使用,使ＴＧW系统光缆线路得安装施工能够经受恶劣环境。
７。
光纤接续盒
光缆接线盒用来保护光纤接头得熔合点与光纤连接法兰。
光路上得这些连接点就是比较脆弱得部分,一定要用合适得接线盒来保护,使之能在恶劣环境下正常工作。
8.光纤终端盒
用于控制室内,将传输光缆与信号处理器之间得光纤接点进行连接、保护。
9.仪表柜
为信号处理器提供安装位置。
10。
直流不间断电源
为信号处理器（调制解调器）提供工作电源、
11.计算机监控系统
实时显示被检测油罐温度情况,具有数据记录、存储等功能。
（二）工程内容
光纤光栅感温火灾探测系统就是集计算机、光纤通讯、光纤传输、光电控制等高新技术于一体得系统工程,旨在为业主提供一套本质安全、无电检测、实时在线得自动火灾监控系统,以确保大型储油罐安全储运。
本项目为中石油油库6台１0万ｍ3浮顶罐共安装6套油罐光纤光栅感温火灾探测系统以及火灾控制系统。
光纤光栅感温火灾探测系统具有实时显示检测点最高温度、温度超高两级报警、差温报警、分区域报警、标准信号输出与运行自检等功能,自检等功能可实时监测自身运行情况并输出故障报警声光信号。
信号处理器输出得信号,与中控室计算机系统形成数据网络,显示现场油罐检测点最高温度,并实现声光报警。
１.所需组件数量汇总:
序号
设备名称
规格型号
单位
数量
备 注
1
光纤光栅信号处理器
ＴGＷ—100C
台
6
双通道
2
光纤光栅检测探头
TGW—１00
个
504
10万m3内浮顶罐直径为８0米,每罐需要检测探头84个,分为两组探测器,每组探测器有42个检测探头（本项目共需要12组探测器）。
检测探头间距为３米左右
3
光纤光栅自检探头
TGＷ—100
个
12
每组探测器有1个自检探头
4
光纤光栅校准探头
TGＷ—100
个
1２
每组探测器有1个校准探头
５
连接光缆
Ｇ652
米
15１2
每罐连接光缆长度为2５2米。
连接光缆与检测探头、自检探头、校准探头一起形成探测器,由产品生产厂家成套后发往现场
6
单模跳线
AFＣ/AFC—09－3
根
24
用于罐顶,每罐4根
7
单模跳线
ＡＦC／AFC-30—６
根
12
用于控制室内,每罐2根
８
光缆连接法兰
个
1２
用于罐顶,每罐２个
9
光纤接续盒
个
１8
用于罐顶,一进一出
１0
光纤终端盒
三进六出
个
2
用于控制室内,
11
固定卡
1Cｒ18Ni９Tｉ
套
１５１2
每罐连接光缆长度为2５２套。
12
单模多芯传输光缆
GＹTＺA－４B１
米
４８00
估算,以实际长度为准
１3
直流不间断电源
ＤCUPＳ—24０６
台
1
１4
计算机监控系统
研化工控机
套
1
包括系统监控软件
１5
仪表柜
800×80０×2000
个
1
包括盘柜辅材
2.主要生产工艺简介
光纤光栅感温火灾探测系统得制造对于技术、设备、工艺控制都有十分严格得要求。
我公司作为国内最大得光纤传感器研发与制造基地,拥有设施先进得生产车间、检测室,拥有一批具有国内、外先进水平得研发仪器、制造设备与检测设备。
如:
进口准分子激光器、熔融拉锥机、离子自组装镀膜机、涂覆机、全自动光纤熔接机、研磨抛光机电动传动平台、光谱仪、波长选择器测试仪、拉伸实验仪、光时域反射仪等。
产品得一般制造工艺简述如下:
ﻩ
图2-8－1:
探测器在浮顶上安装示意图
图2—８－2:
探测器在油罐二次密封上安装示意图
主要产品性能指标
1．光纤光栅感温火灾探测器主要性能指标
探测器现场检测探头能够全天候正常工作。
使用温度:
－4０℃～+120℃
光缆材料熔断温度:
〉5００℃
报警方式:
差定温复合式
光缆传输距离:
≤20ｋm
相对湿度:
≤95％
最小弯曲半径:
30０ｍm。
2。
信号处理器主要性能指标
工作电源:
２4ＶDC
环境温度:
0℃～40℃
环境湿度:
≤９3%
工作电流:
〈26０mA
报警温度设定范围:
可依据要求设定
显示分辨率:
０.1℃
响应时间:
≤１ｓ
输出信号:
高温预警开关信号（２４VDC/３A）
火灾报警开关信号（２4ＶDC/3Ａ）
故障报警开关信号（２4VDC/３A）
4－2０ｍA温度模拟信号
RＳ48５/232通讯接口
升级会员 