普乐美铬超标马开良; 汤剑; 管孝瑞; 张玉平
【期刊名称】扭力《《安全、健康和环境》》
【年(卷),期】2019(019)007
【总页数】4页(P40-43)
【作 者】马开良; 汤剑; 管孝瑞; 张玉平
【作者单位】中国石化青岛安全工程研究院化学品安全控制国家重点实验室 山东青岛266071; 徐州实华管道特种作业有限公司 江苏徐州221008
【正文语种】中 文
0 前言
密封圈火灾作为原油储罐最常见事故，若不能在源头遏制，易引发更大的危险事故。国内大型原油储罐已发生了多起因雷击造成的密封圈燃爆事故[1]。GB50160-2018《石油化工企业设计防火规范》规定：单罐容积大于或等于30 000 m3的浮顶罐密封圈处应设置火灾自动报警系统；单罐容积大于或等于10 000 m3并小于30 000 m3的浮顶罐密封圈处宜设置火灾自动报警系统。
目前在浮顶罐的密封圈处推荐设置光纤光栅感温火灾探测器，该类型的线型感温火灾探测器目前在石油化工企业已大面积应用[2，3]，但存在以下不足。
a)温度传感器串接而成，熔接点受热胀冷缩以及浸水影响，可靠性差，容易造成传感器断纤故障，甚至全部监测区域缺失。 b)受传感器设计和封装工艺限制，温度传感器会出现漂移，需要定期重新标定传感器，运行维护工作量大。
c)点式准分布测量，只能测量传感器安装位置及附近的温度，存在测量盲区。
本文基于分布式光纤传感技术，研发了一种新型的密封圈火灾探测装置，具有不受电磁干
扰、耐腐蚀、系统铺设简单方便等优势，并进行现场应用。
1 分布式测温系统开发
1.1 光纤分布式测温原理
光在光纤中传输时，产生辐射散射现象，主要有瑞利散射、布里渊散射和拉曼散射[4]，如图1所示。具体差异如下[5]。
图1 光传输产生的辐射散射类型
文氏图
a)布里渊散射的分布式光纤测温系统的优势为阈值功率低，使得测温系统测温距离明显提升，但其频移较小，对脉冲激光器的稳定性要求极高，而且需利用高工艺的波分复用器来减小瑞利散射的干扰，所以其在成本和技术方面存在一定的劣势。
b)瑞利散射的分布式光纤测温系统分辨率低。瑞利的散射系数对温度的敏感度较低，使得很难得到准确的温度值，后处理需要进行大量优化方式去噪，增加了系统的响应时间[6]。
c)拉曼散射产生的斯托克斯光和反斯托克斯光对温度相当敏感；拉曼型测温系统对各部件
工艺要求低；施工量与布里渊散射系统差异较小，其成本较低，适合大规模、远距离的温度监控。
基于以上分析，结合外浮顶储罐实际运行工况，选择拉曼散射的分布式光纤测温系统进行密封圈火灾监测。利用光纤中拉曼散射光信号对温度的敏感特性，实现对温度变化的精确测量。
1.2 分布式测温系统组成
拉曼散射的分布式光纤测温系统主要包含激光器(Laser)、光电转换器(APD)及放大电路、波分复用器(WDM)、AD高速采集卡、X86主板、电源等组成，系统框图如图2所示。
图2 系统框架
本系统采用经典的拉曼散射原理进行设计，采用传统的X86架构系统集成。选用中心波长为1 550 nm脉冲激光，62.5/125 μm的多模光纤作为传感单元。
1.3 系统参数确定
系统参数目标见表1。
表1 拉曼散射分布式光纤测温系统参数参数数值测温距离/km≥4 测温精度/℃±1 测温范围/℃-20～120 通道数4空间分辨率/m1 响应时间/s<7 采样频率/MHz100 工作温度/℃0～40 存储温度/℃-10～40
1.4 分布式测温系统选型
a)电源模块。激光器和光开关、采集卡、LCD需要5 V供电，独立5V模块，X86主板控制器需要12 V供电，APD需要5 V、-5 V，采用两路模块独立提供，且这些电源模块均带有缓启动功能，抑制冲击电流。
甲苯二异氰酸酯b)X86主板。满足接口、性能、功耗、尺寸等要求，主板整体进行不锈钢外壳包裹，增加主板的散热效果。
c)APD。采用温控APD模块，固定偏压。
d)脉冲激光器。选用中心波长为1 550 nm脉冲激光，激光功率为210。
1.5 系统功能
本系统具有用户权限、采集、实时数据显示、通道切换、通道参数设置、原始曲线显示、原始数据抓取、数据存储、数据上传、系统标定、光缆断裂判断、系统受激自动判断、系统自检、可远程控制等功能。
2 分布式测温系统试验研究
2.1 发热性测试
2.1.1 测试步骤
测试样机在正常工作下，是否会产生发热现象，分别对机箱内部和APD光电探测器进行温度测试，测试方案如下。
a)在APD壳体和机箱内部贴上温度传感器(电子式温度记录仪)，用于记录温度变化。
b)整机放在恒温试验内，外接两通道的光纤，长度约为4 km，首尾两端各有一卷放在高温水槽内，其它光纤放在水箱内，以保持光纤温度尽可能的稳定。
c)设置环境温度为25 ℃，光纤标定后运行时间至少1 h，直到仪器内部环境温度及壳体温度相对稳定。
d)加热到40 ℃，连续运行，至少12 h。温度记录仪记录环境温度和APD壳体温度变化。得到结果如图3、图4所示。
图3 25～40 ℃时内部环境温度、APD壳体温度变化曲线
图4 25～40 ℃下壳体温度与机箱内部环境温度之差变化趋势
2.1.2 测试分析及结论
通过以上数据分析可以得到以下结论。
a)当机箱环境温度为25 ℃时，运行3 h稳定后，机箱内部环境温度为27.3 ℃，壳体约30 ℃。coredraw
b)当机箱温度为40 ℃时，运行17 h稳定后机箱内部环境温度大约为44.7 ℃，APD壳体温度最高在50.7 ℃，两者温度之差稳定在6 ℃左右。
c)得到的最高温度在设备允许的范围内，因此该设备发热性测试通过。
PTCC IN2.2 测温精度及可靠性测试
2.2.1 测试步骤
测试分布式光纤主机在环境温度变化下的测温精度及可靠性，在发热性的测试的同时，进行测温精度及可靠性测试。
a)25 ℃时，采用80 ℃水槽光纤标定，记录前端测温区T1、尾端测温区T2及中间平坦区光纤温度。
b)环境温度升高到40℃，在不同时间记录以上3个参数的变化。
2.2.2 测试分析及结论
从表2中看出，前后端的温度有约5 ℃的误差，但随着环境温度从25～40 ℃变化，T1-T2之差变化了1.3 ℃。其中40 ℃环境大概运行20 h左右的时间。测量的稳定性良好，未出现较大的变化。
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