王硕
中石化新疆新春石油开发有限责任公司 257000
摘要：本文介绍了分布式光纤温度传感开发意义和工作的原理，不仅对油罐安全生产提供了技术保障、提升了数字化水平，同时技术本身采取无电测量，防电磁感应、抗干扰能力强，在实际生产应用体现出极大的技术贺安全优势。
关键词：分布式光纤温度传感在线监测无电测量储罐火灾
储油罐作为储存原油或其他石油产品的容器，在石化行业是非常重要的设备，随着经济的发展，油气需求量与日俱增，油库的规模和数量也大幅增加，储油罐安全问题也越来越突出。储油罐作为存储设备，其潜在危险性主要在于泄漏、火灾和爆炸，一旦发生事故，将造成巨大的经济损失和严重的环境污染问题。因此需要不断的开发和更新相应的技术手段，对储油罐进行安全监测，从根本上杜绝事故发生，确保安全生产。实时的监测监控罐体温度，是保证油罐安全的最直接有效的方法。本系统采用光时域反射（Optical Time Domain Reflect meter简称OTDR）技术，对较长工作距离的目标参量变化进行实时监测，实现分布式的温度测量。
1 分布式光纤温度传感火灾监测系统
随着光通讯、光纤传感领域的不断发展，光纤温度传感凭借着光纤本身对于环境的适应力强、抗电磁干扰、可绕性、耐腐蚀、灵敏度高等优点在温度传感领域得到广泛应用。其中光纤光栅传感器和分布式光纤传感器是其中两种重要的技术方法，目前光纤光栅温度传感器技术发展较为成熟，但光纤光栅温度传感器为点式传感，体积庞大的储油罐监测费用昂贵，且无法做到分布式的监测。而分布式光纤温度传感技术可以采用常规通信光纤，由于光纤生产技术成熟且价格低廉，适合于大规模长距离的测量，在经济适用性上有其他传感器不能比拟的优势。
1.1 分布式光纤温度传感原理
分布式光纤温度传感利用光纤作为温度传感敏感元件和传输信号介质，激光脉冲在光纤中传播与光纤分子相互作用，发生多种散射，下图1所示为瑞利散射、布里渊散射和拉曼散射的频移图，其中拉曼散射是由于光纤分子的热振动和光子相互作用产生能量交换，会产生斯托克斯光和反斯托克斯光两个波长，而反斯托克斯光对温度较为灵敏，当光纤探测区域的温度升高时，光纤内部的反斯托克斯光强度会随之增强，探测器探测到的信号强度变化可以反映温度变化情况。
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1.2 系统组成
此系统集光、机、电、计算机、微信号监测等为一体，主要由感温光缆、监测主机、解析及管理软件组成。
1.2.1监测主机结构设计
监测主机内部由光源、耦合器、分光器、光电探测器、放大器、采集卡、上位机等组成，
其中光源为1550nm的纳秒脉冲激光器，1550nm为通信波段常用波长，在光纤中的衰减较小，适用于长距离传输。
由于系统光源为1550nm，其携带温度信息的反斯托克斯光波长为1450nm，斯托克斯光波长为1660nm，因此我们采用的分光器需要将1550nm、1450nm、1660nm的光分开。
光电探测器我们采用双通道APD模块分别探测两个波长散射光的强度，经过后置的放大器，将放大后的信号传输给采集卡，数据卡进行高速数据采样，转换为数字量，然后经过进一步的信号处理(提高信噪比)，通过计算解调将信号强度对应的温度计算出来并显示在上位机软件上，从而实现温度的探测。
由于散射光强度微弱，弱信号的采集处理对信噪比有一定的要求，信号噪声多为均值为0的白噪声，我们主要通过提高信号强度、降低噪声强度、信号编码、叠加等方式对信号进行处理，提高信噪比。
1.2.2解析及管理软件
监测主机采集的光信号传输给工控机，由工控机中的解析软件对光数据进行解析，得到对应温度数据，从而得到每次数据传输中光纤各个位置处的实时温度信息，如下图4为某分布式光纤温度探测器探测到的室内温度解调曲线，其中横坐标为光纤距离，纵坐标为温度，可以看出室内各处温度变化不大，除解调外，上位机还具有数据分析、管理功能，可以提供历史数据的查询，历史报警数据、某位置处的历史温度数据、某时刻光纤全线的温度数据等多种查询方式，方便用户进行多方位的数据分析及故障排查。同时支持数据导出导入，以便对数据进行保存。下图6为2019年3月6号下午17：08到3月7号下午17：08室内环境下光纤前端10米处的温度探测数据，最低点在凌晨1点左右，最高点在17点左右，符合实验室内的温度变化情况。
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火灾监测系统可以进行温度数据分析，对异常温度点进行报警，解调温度发生异常时可视化界面通过图标闪烁提示报警，点击后可以查看报警位置及相应的温度信息，同时在状态栏提示报警类型，显示实时报警信息。
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2 技术优势
分布式光纤温度传感油罐监测系统是线性感温式、可恢复式、定位式类型的光纤感温探测器，具有显著的优势。
2.1 对油库安全起到技术保障
随着国家对高危环境和油库的标准化技术要求，及应用本质安全的光通信
技术的发展，光通信的一些技术逐渐为传感领域的应用提供了技术平台，分布式光纤传感器就是其中之一。它能够科学的、本质安全的完成油库监测工作，是油库数字化监测的较佳选择。系统可实现储油罐温度的实时在线监测，可对温度的异常状况等进行声光预警、报警。
2.2 提升油库数字化管理能力
该系统可对油料的温度进行科学的监测和处理，它采用先进的分布式光纤技术，通过分布式光纤、控制单元、智能监控、智能分析软件来实现库区的实时自动化监测和数字化管理。
2.3 系统本身的安全性
系统采用分布式光纤检测技术，实现温度参数的无电测量，真正本质安全。
防电磁感应、抗干扰能力强，非常实用于油罐这样的高危环境的应用，具有极大
的技术和安全优势。
3 结论
本系统目前在胜利油田多个油气储罐现场运行使用，实时监测油气储罐温度信息，实际验证了本系统具有误报率低，可靠性高，长期运行稳定的特点，能够针对大罐火灾事故进行有效的预警、报警，促进油田数字化、自动化监测管理。
参考文献：
[1]吕昕,贾祥志.分布式光纤温度传感专利技术综述[J].河南科技,2019(27):42-45.
作者简介：王硕，中石化新疆新春石油开发有限责任公司QHSSE管理督查部科员，工程师，安全工程专业学士学位，目前从安全管理工作。