光纤光栅石化储罐区火灾监测技术方案
一、石化储罐区火灾监测概述
1.1石化储罐区的火灾危险性质罐区储运的油品大部分都是属于甲类和甲A类火灾危险性介质，通常以液态形式在常温增加压力条件下储存，具有气液两相的性质。其火灾危险性主要表现在以下几个方面：
（1）易挥发。以夜态形式储存释压后立即挥发为气体，气化后体积膨胀250-300倍，并急剧扩散蔓延。
（2）相对密度大（空气的1.5-2倍）。比空气重，容易停滞和积聚在电缆沟、下水道等低洼处，易与空气形成爆炸性混合气体，一旦达到爆炸极限，遇火源便可以燃烧、爆炸。
（3）易燃、易爆。闪点低，着火温度比一般可燃气体温度低（约为400-530℃），危险性大，与空气接触后形成爆炸性混合气体，爆炸极限是2.1%-9.5%（体积比），可被小火星点燃，爆炸速度为2000-3000m/s。
（4）燃烧热值高。热值大于15605.5KJ/KG（91272KJ/m3），火焰温度高达2120℃，辐射热强，极易引燃、引爆周围的易燃、易爆物质，使火势扩大。
（5）易膨胀。储罐属于压力容器，储存在容器内的油品，在一定的额温度和饱和蒸气压下处于气液共存的平衡状态。随着温度的升高，液态体积会不断膨胀，气态压力也会不断增大，气体泄漏的可能性也就越大。
（6）有腐蚀性。内腐蚀可以不断地使容器壁变薄，从而导致容器的耐压强度，缩短容器的使用年限，导致容器穿孔漏气或爆裂，引起火灾爆炸事故。
（7）易产生静电。油品从管口、喷嘴或破损处高速喷出时能产生静电，静电电压可高达数千乃至数万伏。根据测定，当静电电压在350-450V时，所产生的放电火花就能引起可燃气体燃烧或者爆炸。
1.2石化储罐区的火灾监测意义
随着我国经济发展，石油化工企业不断增加，带来了广泛的石化储罐区消防安全问题。鉴于石化储罐区特殊的火灾危险性，在罐区内设计安装火灾监控系统具有实际意义，通过远程实时在线监控手段保障生产过程安全，防患于未然。
二、石化储罐区火灾监测系统设计规范及原则
2.1系统设计规范
石化储罐区火灾监测系统的设计、制造、检查、试验、特性及施工都应遵守主要标准如下：
《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008
《火灾报警控制器》GB4717-2005
《火灾自动报警系统设计规范》GB50116-98
《火灾自动报警系统施工验收规范》GB50166-92
《线型光纤感温火灾探测器》GB/T21197-2007
《火灾显示盘通用技术条件》GB17429-1998
《消防联动控制系统》GB16806-2005
《电气装置工程施工及验收规范》GB50258-96
《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058-1992
2.2系统设计原则
（1）火灾监测仪表大部分是露天安装，首先需要选择防爆类型的仪表，防护等级一般应为IP65以上；因罐区环境复杂，罐顶的监测仪表不需要电信号工作；工作条件需要满足高温高湿热的环境要求。
（2）充分考虑生产过程复杂的工艺安全因素、被保护对象火灾特殊性、火灾蔓延和连锁反应问题，实现消防安全与生产工艺相结合。
（3）通过计算机通信、控制与信息的有机结合，实现不同消防安全单元或区域、不同消防安全监控设备的信息交互。
（4）进行消防安全信息化管理，实现数据库的图形化及可透视性、消防安全事故分析诊断。综合分析监测数据，及时产生报警信号及联动控制信号，有效启动现场灭火设备。
三、光纤光栅感温火灾报警系统显著优势
PI-8F24AC系列光纤光栅线型感温火灾探测系统是北京品傲光电科技有限公司为石化消防行业用户专门开发的一套新型的在线感温火灾探测系统。该系统是通过CCC认证的优质产品，其设计思想是：系统采用分散式就地安装的前端设备（如油罐测温装置），用多路光缆将这些前端设备连接起来构成油罐火灾监测网络；通过开关量接口连接消防火灾报警器构成油库火灾监控管理系统。采用该系统的优点是：设备就地安装，省略诸多中间环节，避免潜在事故隐患；综合利用石化系统联网的信息全面的优势，加快火灾报警速度，避免石油化工行业的损失。
PI-8F24AC系列光纤光栅线型感温火灾探测系统的显著优势有：
a.以光纤光栅传感技术为基础，实现了无电检测，本质安全防爆，适合于各种易燃易爆场合使用；
b.光纤光栅抗强电磁干扰、抗雷击、耐腐蚀性好，环境适应性强；
c.可采用分布式测量方式，形成光纤传感网络，温度布置灵活方便；
d.光纤光栅可实时现场温度测量，灵敏度高、响应时间短、温度精度高；
e.采用先进成熟的技术，产品性能稳定可靠，系统结构紧凑，安装简单，维护方便，使用寿命长。。
f.自动对光栅传感器所在区域进行实时巡检，检测现场温度的异常波动，实现早期火灾报警。
g.光纤光栅报警后可自动恢复重复使用，监测现场的传感器免维护；
h.可根据实际情况对光纤光栅感温火灾探测器的报警阈值进行现场设定，满足工程现场需要；采用两级报警方式，报警温度可远程设置，有效地防止了误报警；
i.以图文形式实时显示相应监测点的温度值和温度变化曲线，监视位置和温度可显示，报警监视直观方便方便管理人员操作和维护。
j.各个监测点的温度和报警信息都保存到光纤光栅感温火灾探测器的大容量储存器内，可查看各监测点的历史温度变化曲线，为决策和维护提供数据支持。
四、石化不同类型储罐区的火灾监测方法针对石化行业不同类型的储罐，火灾监测方法有所不同，具体如下：
【拱顶油罐的火灾监测】
图1为光纤光栅线型感温火灾探测系统在拱顶罐的应用。将光纤光栅感温单元链路直接固定安装在罐顶与罐壁交界处，作为一个报警区域，同理其他拱顶罐以同样的方式设置报警区域，。每间隔1m安装一个固定卡固定监测光缆，将监测光缆及固定卡用2个高强力磁铁吸附在罐体表面，如有合适的螺栓也可用M10螺母将固定卡固定在螺栓上。
图1.拱顶罐的火灾监测系统
【球形油罐的火灾监测】
图2为光纤光栅线型感温火灾探测系统在球形油罐的应用。将光纤光栅感温单元分为多圈，围绕球罐布设，每一圈之间的间距约为3米左右，也可以沿着球罐上的消防管道布设，按照球罐上下两部分为两个报警区域，分光器安装在球罐支撑柱上。采用Ω型卡子（如图3）固定，每间隔1米安装一个固定卡。
图2.球罐安装示意图 图3.传感器安装示意图
【外浮顶罐的火灾监测】
图4为光纤光栅线型感温火灾探测系统在外浮顶罐上的应用。用专门的固定卡或导热胶把光纤光栅温度探头固定在外浮盘边缘或（二次）密封圈上，作为一个报警区域，传输光缆穿直径为20mm的镀锌钢管沿罐体外上引到罐顶，然后沿着可移动的楼梯敷设到光纤接线盒，光纤接线盒安装在浮顶罐的顶部，从光纤接线盒引出单模光纤连接测温光栅，这里需要注意的是传输光缆的长度必须可以保证让浮顶顶从最低位置到达最高位置，要预留足够伸缩余量盘于浮盘上。
图4.外浮顶罐安装示意图
火灾监测系统图如5所示
图5.外浮顶罐火灾监测系统图
【内浮顶罐的火灾监测】
光纤光栅线型感温火灾探测系统在内浮顶储罐上的应用。用专门的固定卡或导热胶把光纤光栅温度探头固定在浮舱与罐内壁密封圈结合处，作为一个报警区域，连接光缆的接线盒固定在通气孔外，进入通气孔内部的单模光缆的长度必须可以保证让浮顶从最低位置达到最高位置，外部连接光缆的做法与外浮顶罐相同。
五、光纤光栅线型感温火灾探测系统介绍
5.1系统拓扑图
PI-8F24AC系列光纤光栅线型感温火灾探测系统由光纤光栅感温单元、信号处理单元、光缆接续盒、传输光缆组成。该系统提供被检测区域内的实时温度监测，系统可根据用户要求对被监测对象任意分区，实时监测全部温度点。
如下图6为光纤光栅线型感温火灾探测系统图：
为了与其它系统更好地连接，光纤光栅线型感温火灾探测系统采用标准通讯接口和通讯协议：RS－485、RS－232和ETHERNETIEEE802.3规范，支持IPX及TCP/IP协议，由于采用ETHERNET标准，系统可与管理网互连。
光纤光栅线型感温火灾探测系统方案包括以下相互关联的子系统：
传感器与传输系统：
该系统应用先进的准分布式光纤光栅传感技术，通过光纤光栅感温火灾探测器，将被测的温度量值转换成便于记录及再处理的光信号。由于从光纤光栅感温火灾探测器输出的信号为光信号，所以可以直接通过光缆进行远距离传输。光纤光栅良好的耐环境性能也为隧道长时期的安全监控提供了可靠的保障。
数据采集系统：
该系统的功能：光纤光栅感温火灾探测器所产生的光信号经光缆的远程传输，然后通过放置在监控室的光纤光栅温度火灾探测信号处理器直接进行数字量识别并转换为物理量，记录的数据可以在计算机终端显示、记录、保存或直接进入监测数据库。
监测管理系统;
该系统的目的是根据各监测项目的特点，使各种不同类型的数据通过恰当的组织被有效地储存起来。在保证必要信息储存的前提下，尽量减少数据冗余度。
该管理系统能方便地从数据量系统中获取数据，同时数据可以被不同用户方便地调用。
5.2系统工作原理
北京品傲光电科技有限公司研发的光纤光栅线型感温火灾探测系统使用光纤作为感温元件和信号传输介质，为提高光纤对温度的敏感程度及准确定位能力，采用国际最先进的光纤局部加工技术，在普通单模光纤上制作一系列的温度敏感区——光纤光栅，这些敏感区可以精确、灵敏地探测到周围温度的细微变化，而光纤的其他部分只是用于信号传输，对机械应力和环境干扰不敏感，从而保证整个光纤光栅感温探测系统的高灵敏性和低误报率。其基本原理是利用光栅感温探头内部敏感元件——光纤光栅反射的光学频谱对温度的敏感特性，通过光纤光栅温度报警仪显示表头内部各功能模块完成对光纤光栅传感器的输入光源激励/输出光学频谱分析和物理量换算，以数字方式给出各监测点的温度信息，并根据预先设定的报警温度设定值和报警温升速率实时给出火灾预警和报警信号。
5.3系统主要组成及介绍
光纤光栅线型感温火灾探测器PI-8F24AC-B型由光纤光栅感温敏感单元、信号处理器和光纤（缆）的接续部分构成。如下图2为光纤光栅线型感温火灾探测器PI-8F24AC-B型典型的系统组成。
1)光纤光栅感温敏感单元
感温敏感单元包括光纤光栅、密封壳体及引出光缆三部分。其工作原理为通过对沿光缆远程传输来的入射宽带ASE光源（总功率小于20mW）进行选择性反射，将被检测的温度量转换为波长线性变化的窄带反射光信号，沿入射光缆原路返回。光纤光栅感温敏感单元安装布设在油罐、隧道等需要进行火灾监测的危险区域，通过光缆连接到监控室等安全区域内放置的信号处理器，从而实现对火灾的实时探测。每一通道的敏感部件由多个（最多24个）感温敏感单元串接组成。
2)信号处理单元
信号处理器是光纤光栅线型感温火灾探测器PI-8F24AC系列联网时的核心单元，它一方面负责把监测现场的数据进行处理、分析，根据用户设置判断是否发出相应的声光报警信号，并将报警信息传送至报警控制器，在需要时向远程服务器发送相关信息完成遥信遥测；另一方面提供现场监测所必需的宽带光。同时它还配备了串行接口，以便与厂站内其它智能设备进行通讯。信号处理器由下列硬件组成：宽带光源、光纤耦合器、数据采集模块、CPU主控电路、通讯接口、光开关、声光报警指示模块、电源模块等，主要实现光信号的输出和数据的采集和处理分析，如图9所示。
信号处理单元的主要功能如下：
a.向监测现场提供宽带光源：实现监测现场的无电监测，采集来自监测现场的温度信息（波长变化量）；
b.与后台机通讯：实时将采集到的数据传送到后台机，在后台机上可以通过图形、曲线等工具直观地看到整个系统的运行工况；
c.调试功能：系统可配置调试接口，用笔记本电脑可以轻松地查看所有数据库。
