光纤光栅感温探测器在外浮顶原油罐上的探测性能与敷设间距研究

摘要

光纤光栅感温火灾报警系统因具有结构简单，故障自检，无电监测本质安全，测量精度高，抗干扰耐高温，信号传输距离远等诸多优点而得到应用，尤其被更多的应用到石油化工行业储罐区等易燃易爆场所中去。但是目前国内尚没有关于其工程应用的国家级设计规范，并且安徽省和湖北省地方设计规范关于光纤光栅感温探测器敷设间距的要求存在较大差异。同时，尽管国内科研人员对光纤光栅感温探测器的探测性能进行过大量实验研究，但是实验环境大都为温度均匀变化的环境或者常温环境，很少有关于其在温度突变环境或者高温环境中的研究，与真实火灾环境存在很大的差异，有必要在真实火灾环境下，对其探测性能进行温度突变实验研究和高温实验研究。
　　 本文以外浮顶原油罐火灾初起阶段的火灾环境为研究条件，采用实体火灾实验和计算机数值模拟相结合的研究方法，对光纤光栅感温探测器的性能，以及其在外浮顶原油罐上敷设间距的影响因素如报警温度阈值，差温和定温报警方式，火源功率，环境温度，储罐直径，线路敷设高度等因素进行了研究。本文主要研究结果如下：
　　 1、外浮顶原油罐油气静止损耗量与罐径呈线性关系，并且其火灾初起阶段的火源功率较小；火灾初起阶段火源功率与储罐直径呈线性关系，
　　 2、光纤光栅感温探测器对温度变化具有很高的灵敏度，很好的耐高温性能，表现出很好的可恢复性。
　　 3、当火源功率较小，光纤光栅感温火灾报警系统无法探测到火源时，可以通过所显示温度的最高值与整个区域温度的平均值进行比较，若差值越大，则发生火灾的可能性越大。
　　 4、外浮顶原油罐火灾中，采用差温探测报警方式比采用定温探测报警方式更具有快速探测报警优势，且光纤光栅感温探测器可以采用较大的敷设间距。
　　 5、敷设间距与火源功率存在正相关关系，光纤光栅感温探测器的间距设置可以随着火源功率的增大而增大。当按照安徽省和湖北省关于光纤光栅感温火灾报警系统设计、施工及验收规范要求的敷设间距3m,5m，6.6m，8.2m进行敷设时，光纤光栅感温火灾报警系统可以探测到的火源功率分别大约为700kW，1.9MW,3.3MW,4.8MW。报警系统难以在火灾初起阶段进行及时探测报警，但可以在火灾规模发展较大后进行探测报警，所以应加大敷设密度才可以实现对火灾的早期探测。
　　 6、环境温度对光纤光栅感温探测器的敷设间距和探测性能有很大的影响，环境温度较低，报警系统可能无法实现对火源进行及时探测报警，可以减小探测器敷设间距或者适当调整报警系统的报警温度阈值，从而提高报警系统的可靠性。在不同地区、季节、环境气候条件下，光纤光栅感温火灾报警系统应该设置与环境相适应的报警温度阈值和敷设间距。
　　 7、光纤光栅感温探测器敷设间距与外浮顶原油罐直径存在正相关关系，本文通过曲线拟合获得了敷设间距与罐径的关系表达式。敷设高度对探测报警有明显影响，并且火源功率越大，影响越明显。