随着煤炭码头电气自动化程度的提高，因电气设备、电缆以及皮带机输送带故障起火所引起的火灾事故比例逐年上升。尤其是封闭式储煤仓，由于其面积大、空间密闭、通风性差并储存大量易燃物，所以煤仓内的设备或输送带发生故障时都极可能引发严重的火灾事故，造成较大的人员财产损失。因此在封闭煤仓内采用有效可靠的火灾实时监测系统，对电气及输送设备运行过程中的环境温度进行实时监测，就能在火灾发生的初始阶段立即发出预警信号，消控中心在收到预警信号后就能及时采取措施把事故消灭在萌芽之中，对整个煤炭码头的正常运行起到至关重要的作用。
关键词：动态监测、感温光纤、施工工艺、发展前景
一、工程应用
本文通过本人参与施工管理的广东惠州港荃湾港区煤炭码头一期工程中的封闭煤仓火灾动态监测系统为例，结合对该监测系统的特点、技术原理及施工工艺的介绍，从而分析该项技术在煤炭码头项目中的使用前景。
该工程采用新型的易燃空间火灾动态监测系统，作为码头封闭储煤仓内的火灾监测系统。该工程共建有两座条形封闭式储煤仓，每个煤仓的长度为500*118m，建筑高度为43.71m，建筑面积为57419.45㎡，设计储煤量约为30万吨。
工程采用全光纤结构感温光纤作为火灾监测系统的测温部分，感温光纤具有防燃防爆，耐腐蚀，结构简单，电绝缘性好，体积小等特点，能在各种不利环境中工作。易燃空间火灾动态监测系统能够做到温度实时监控、在线监测，并达到提前预警的效果。更能满足如今易燃易爆品储存建筑物对于火灾探测系统连续的动态监控信号和提早预警的要求，且具有安装灵活、施工便捷、施工工期短、使用寿命长、安装以及维护费用少等优点。
二、特点分析
到目前为止，火灾探测报警系统类型主要有：点式感温感烟探测器、感温电缆火灾探测器、光纤光栅感温火灾探测器、极早期主动吸气式火灾探测系统等。各技术对比表如下：
该技术具有以下特点：
1、采用62.5/125µm的多模铠装光纤，以HDPE高密度聚乙烯护套代替传统的阻燃PVC材料作为光纤外套，并在HDPE护套与防水护套之间加入不锈钢金属抗压组件，使感温光纤工作温度范围由原来的-20℃～85℃扩展至-30℃～200℃，抗压性能由原来200N提高至300N，从而保证了感温光纤具有较快的温度响应速度、较强的抗拉、抗压能力和耐高温、阻燃能力，更适应恶劣的施工条件和工作环境。
2、优化系统各回路分配，明确感温光纤最近敷设路由，减少回路数量和测温主机数量，缩短回路长度；以整根光纤为温度检测单元，布线简单，不受电磁干扰，解决传统光纤感温系统的多个单体光栅熔接、系统成本高、后期维护检查点多、难以适应长距离电缆探测的难题。
3、克服传统监测系统在调试阶段进行光纤标定的不足，在光纤敷设前进行光纤标定，避免了安装过程中感温光纤因微弯曲或微扭曲使光信号传输特性受影响，消除测温主机接收通道数据处理与光纤传输特性之间产生的差异性，使监测系统能更加准确获得光纤传输的温度信息。
4、与传统的火灾监控系统相比，在I/O交换器的嵌入式系统中增加两个温升预警、超温报警设定报警点，具有连续监测温度的特点，杜绝了监控盲区，使报警系统更加具有实用性，为现场人员判断提供更全面的报警点。
5、在测温主机添加RSR232接口增加手机通知功能，通过上位机上配装的短信报警模块将报警信息发送到指定人员的手机上，达到最高温度报警时，经人员手动或自动确认后，自动拨打报警电话。
三、技术原理
易燃空间火灾动态监测系统主要由感温光纤、测温主机和以太网系统组成。该技术工作原理是利用拉曼散射和光纤光时域反射OTDR原理实现空间温度场的温度测量与位置确定。
光纤在系统中担任传感器的角色，把一定指标要求的脉冲激光耦合到光纤里，脉冲激光与光纤中的分子相互作用，产生如瑞利散射、布里渊散射和拉曼散射等多种散射现象。其中拉曼散射是由于光纤中分子的热运动与光子相互作用发生能量交换而发生的，产生的光子被反射回来，这些反射光的波长因温度改变而改变，反射光的光谱带有光纤的温度信息。
利用光纤光时域反射技术，感温光纤系统测温主机以极短时间间隔对整条光纤扫描，就可确定温度沿光纤的分布情况，即温度与距离的对应关系激光的光速是已知常数，所以可以根据激光脉冲在光纤中的传输时间来确定热点的位置。
四、施工工艺及操作要点
1、工艺流程
图纸深化设计→施工准备→材料、机具准备→光纤敷设→光纤熔接→系统调试。
2、操作要点
⑴、图纸深化设计
熟悉施工图纸和设计说明，确定分布式感温光纤系统基本监测区域是1、2#封闭煤仓，主要监控煤仓内高、低压电缆桥架及皮带机设备，图文工作站及测温主机设置于综合办公楼的消防控制中心内。
施工人员在充分了解光纤敷设要求以及技术标准后，结合施工现场实际，按图纸设计要求及系统使用功能，进一步对图纸进行深化设计。系统的深化设计应充分考虑封闭煤仓防火分区的设置要求，合理划分出测温监控区域，以尽量减少测温光纤主机数量的布置，缩短每回路感温光纤长度，以方便感温光纤敷设施工为前提。根据测温光纤的敷设要求，施工现场的具体状况，将系统中的测温光纤进行合理划分。
⑵、光纤敷设
①、在光纤敷设前，感温光纤需要先进行标定。光纤标定时，邀请厂家技术人员到场，协助记录标定获得的光纤原始背景曲线导入至系统软件当中。标定前先在每回路光纤两端的显著位置配挂符合设计图纸要求的光缆编号牌，编号牌的内容至少应包括光缆名称、光缆编号、起点、终点等信息。
②、本工程易燃空间火灾动态监测系统主要负责封闭煤仓内皮带机及电缆桥架的温度监测，其中皮带机感温光纤敷设于皮带机托辊处，直线敷设。
③、在皮带机每个轮柱上安装一个挂钩支架用于固定感温光纤，支架材质选用3*30镀锌扁钢，支架与皮带机之间使用Φ8螺栓进行固定，支架加工时，应注意在挂钩处预留两个Φ4孔洞，便于日后穿扎丝将感温光纤固定于支架上。
④、感温光缆安装在电缆桥架上时，宜以正弦波方式铺设于所有被保护的动力电缆或控制电缆的外护套上面。尽可能采用接触安装。固定卡具选用阻燃塑料卡具。
⑤、在绕盘测试段时，采用顺时针绕10圈，然后逆时针绕10圈，依次类推。防止在绕置过程中光纤拧折。
⑥、在离主机3米处及在现场方便处的位置各绕置一个测试段，以便工程人员调试及验收使用。
⑦、为方便日后的维护与管理，特别是让工作人员最快的找到火灾异常的地方，现场桥架内需安装光纤走向标识牌。并将实地光纤走向与标识牌输入到监控主机内，方便工作人员精确监控各个区域的情况。
⑶、光纤熔接
①、光纤熔接前，首先要准备好剥纤钳、切刀、熔接机、热缩套管、酒精棉等必要操作设备、工具和必需材料，查看熔接机电源是否充裕够用，各种材料是否齐全等。然后把要熔接的光纤外护套、钢丝等视盘纤长度去除（这个可根据现场的条件灵活处理，一般情况下去除1.5m左右），查找出需要熔接的相对应的光纤，在做好前期充分准备工作的前提下，按流程进行光纤熔接。
②、固定好光纤接线盒。光纤在接线盒中留2米备用线盘成圈，注意圈的直径要满足光缆弯曲半径的要求。
③、准备好熔接机及光纤。主要注意检查熔接机状态是否正常，专用工具是否齐备，现场是否有电源或熔接机充电电池是否电量充足，现场环境是否满足熔纤工作的要求。用专用工具剥除光缆护套，准备好光纤。
④、准备好并插入光纤，去除一段约长50mm的光纤包皮层，用酒精清擦光纤的末梢，用专用小刀切出光纤接头。按光纤熔接机规定顺序打开电极板、支撑板及盖子，插入光纤。注意光纤头的位置，关闭支撑架盖上盖子。在另一端用同样的方法插入另一端光纤，关闭电极板。
⑤、设置程序及选择熔接过程。打开熔接机电源即进入参数菜单，可进行程序设置。可根据光纤参数及其他实际情况设定熔接程序，并选择熔接过程。
⑥、按键启动熔接，整个熔接的过程自动进行。熔接完成后打开盖板、电极板和支撑架。取出熔接好的光纤。此外，光纤熔接处需要增设光纤保护盒对光纤熔接头进行保护。
⑷、系统调试
①、打开光纤测温主机，检查测温主机光纤尾纤，保证主机与现场测温光纤连通，确保了解每个回路所到达的监控范围。
②、复核每个回路光纤监控区域与图纸吻合。
③、感温光纤定位
现场在需定位的区域采用对折光纤方式人为阻断光纤内光信号传输，根据主机显示的光纤断路长度精确定位相应区域。一般按三米一段对现场光纤进行定位。
④、测量温度预报警设置
当环境温度达到50℃时主机进行一级预警；60℃时主机进行二级预警；70℃时主机进行火警预警。
五、结束语
易燃空间火灾监测系统中的分布式光纤感温技术是近年来发展起来的一种实时、在线、多点的温度传感技术，可用于实时测量温度场。感温系统中的检测光纤不带电、抗射频和电磁干扰、防燃、防爆、抗腐蚀、耐高压和强电磁场、耐电离辐射，能在有害的环境中安全运行，在很多高温、高热等恶劣环境下具有特殊优势，系统通过连续分布式测量，误报率和漏报率极低。
另外光纤传感还具备抗电磁干扰、安全可靠性高、防雷防爆灵敏度高、响应速度快、测量距离远、系统简单可靠、维护成本低、使用寿命长等显著优点，近年来已广泛应用于大型煤炭码头的易燃空间火灾监测系统中。通过本文中的相关介绍和分析，也论证了此项技术可在石油和天然气、航空航天、民用基础建设、交通运输生物医学等技术领域具有广阔的发展前景。
论文作者:邱伟斌
论文发表刊物:《科技中国》2018年5期
论文发表时间:2018/8/10
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