How to use fiber optic temperature measurement system for oil storage tanks in oil tank areas of the petroleum and petrochemical industry-INNO

La plupart des incendies sont causés par des températures élevées. Dans l'industrie pétrolière et pétrochimique, les zones de réservoirs de pétrole constituent un risque industriel majeur. Les températures élevées dans les grands réservoirs de stockage de pétrole peuvent entraîner la volatilisation du pétrole., Incendies, et même des explosions, causant d'importantes victimes et des dégâts matériels. Actuellement, les données d'alarme des systèmes d'alarme automatique d'incendie de réservoir d'huile couramment utilisés proviennent du système de mesure de température à réseau de Bragg en fibre TBG. Ce type de capteur ne peut effectuer que des mesures dispersées. En même temps, lors de l'installation, il est nécessaire de percer des trous et de souder sur le panneau mural du réservoir d'huile ou de l'introduire directement dans le réservoir pour mesurer la température des liquides et des gaz, ce qui n'est pas pratique à la fois pour les premières constructions et pour la maintenance ultérieure. Sur cette base, le Fibre optique distribuée temperature measurement system DTS can be applied to monitor the temperature during a smoldering fire (generating a small amount of smoke and heat), issue warnings, and give on-site operators sufficient time to take corresponding measures to avoid accidents or fires. En même temps, it can effectively improve the automation level of enterprise safety management.

Principe du système de mesure de température distribué à fibre optique

The main working basis of the Système distribué de mesure de la température par fibre optique is the principle of optical time-domain reflectometer (OTDR) and the temperature effect of backward Raman scattering in optical fibers.

The OTDR principle is mainly used for fiber optic positioning, which can achieve spatial distributed positioning of the temperature field inside the oil tank, determine the loss of various parts of the fiber optic (including damaged points), and locate temperature measurement points.

L'effet de diffusion Raman vers l'arrière fait référence au phénomène dans lequel lorsqu'une source laser dans l'unité de traitement principale injecte un signal d'impulsion d'une longueur d'onde de 905 nm dans une fibre., bien que la vitesse de propagation de la lumière soit rapide, il a quand même un certain degré d'atténuation. Une partie de la lumière diffusée se propagera dans la direction opposée à la lumière incidente., et le signal Raman contenu dans la lumière diffusée transporte des informations sur le champ de température. Ce signal est traité via un système de traitement du signal numérique (DSP) pour fournir des informations sur la répartition du champ de température du réservoir de stockage et produire une carte de répartition de la température sur l'ensemble de la fibre.

Conception d'un système de mesure de température distribué à fibre optique

Le système distribué de mesure de température à fibre optique doit garantir les trois points suivants: il peut permettre une détection précoce des risques d'incendie dans les réservoirs de pétrole; Peut clairement indiquer les emplacements à risque d'incendie; Envoyer des informations d'incendie au système de contrôle d'alarme incendie, activer le système de contrôle d'urgence, comme la fermeture du robinet d'arrêt d'urgence, couper les conduites d'huile, et autres opérations d'urgence.

La disposition de l'équipement doit être combinée avec les caractéristiques structurelles du réservoir de fioul, en tenant compte d'une couverture complète et d'une installation pratique. L'ensemble du système de contrôle est divisé en contrôle automatique et contrôle manuel selon les exigences du système de contrôle d'alarme incendie, et le contrôle manuel est prioritaire. Contrôle automatique: Une fois que la valeur de température du réservoir d'huile mesurée dépasse la température d'alarme standard définie, la distribuée Système de surveillance de la température par fibre optique envoie des données d'alarme incendie en temps réel à l'hôte d'alarme incendie. L'hôte d'alarme reçoit un signal de surveillance de l'action du relais et le confirme comme une alarme incendie via un système de jugement logique. Contrôle manuel: une fois qu'une personne découvre un incendie et que le système d'alarme n'a pas été déclenché, il peut appuyer sur le bouton d'alarme manuelle d'urgence. L'hôte d'alarme incendie reçoit le signal d'alarme du bouton, le système confirme qu'il s'agit d'un incendie, et entre immédiatement dans le programme de traitement des incendies. L'hôte d'alarme enverra ensuite une alarme incendie sonore et visuelle aux zones concernées et l'affichera.. En même temps, il reliera le système de bouche d'incendie correspondant, système de pulvérisation automatique de mousse, etc., and upload the alarm signal to the oil depot management office, so as to organize personnel evacuation and rescue work in a timely manner.

The entire monitoring system consists of a DTS control unit, câbles optiques de détection de température, and fiber optic connectors, which can be linked with other systems to form a fire alarm control system,

DTS control unit

The DTS control unit is debugged and programmed by authorized personnel in the human-machine interface environment through an engineer station. The area length and alarm points can be set according to needs, and the temperature trajectory of the optical cable can be displayed in real time on the PC. The alarm signal can be highlighted, including the determination of the actual location of the damaged point of the optical cable. The area setting and alarm point position can also be changed as needed. En même temps, the entire temperature measurement system can be interconnected with other control systems through relay outputs and perform logical judgments. In fire protection applications, it can be connected to the fire alarm control host to provide signals for sound and light alarms, with accurate and complete signal output; The DTS control unit can directly output signals to various digital display devices, such as central control room projectors, affiche, etc., and can set information sharing permissions based on the sharing level.

Temperature sensing detection optical cable

The temperature sensing fiber optic cable is the front-end device of the entire system, directly related to the judgment results of the DTS control unit. It can be installed on the outer wall of the oil tank. The alarm detection logic judgment for each zone can use any combination of three methods: maximum temperature in the zone (température constante), temperature rise rate in the zone (température différentielle), and the difference between the maximum temperature in the zone and the average temperature in the zone (uniformity of zone temperature) to ensure early and reliable alarm and prevent smoldering. En même temps, considering that the layout of oil tank areas is often in harsh environments, temperature sensing detection optical cables should have good characteristics such as anti biting, earthquake resistance, résistance à la corrosion, etc. The optical cables should have a sturdy sheath (PVC flame-retardant material), which can provide good protective characteristics. En même temps, they should also provide good temperature conductivity to ensure that fires can be detected quickly. The longest detection distance for a single channel is 30KM, and the number of channels can be expanded to 16. The positioning accuracy can reach ± 0.5m. The fastest response time for a single channel is 3.5s, and the startup preheating time is instant use.

The attenuation of the entire system optical cable shall not exceed the standards of the DTS control unit. The maximum attenuation rate on the 2km optical fiber shall not exceed 10dB, each junction box shall not exceed 0.4dB, and each fusion joint shall not exceed 0.2dB.

Fiber optic connecting devices

The fiber optic connecting device serves as the hub for connecting the temperature sensing detection optical cable to the DTS control unit. The tail fiber and the detection optical cable are connected through fiber optic fusion points, which are located in the fiber optic connection box next to the DTS control unit.

Distributed fiber optic fire detection system

According to the design requirements, there are a total of 4 external floating roof crude oil tanks and 5 internal floating roof finished oil tanks in the oil tank area, which are equipped with fiber optic fire detection systems. Install a fiber optic temperature fire detector at the sealing ring of the floating plate of the floating roof tank, and add twice the vertical laying length. The required detection optical cable for winding a oil tank is about 196m. Based on the above data calculation, taking 1.15 times the effective redundancy, the required optical cable for the storage tank is 2028m.

Basé sur les caractéristiques de distribution des réservoirs de pétrole et les exigences spécifiques en matière de surveillance de la température, this project adopts a “un réservoir, une machine” mode for design. En même temps, pour augmenter la stabilité du système, la veille chaude à double machine est adoptée, qui peut basculer automatiquement en cas de panne du système. Un total de 9 fiber optic distributed temperature monitoring systems are used to monitor the required oil tanks in real-time online.

1) Each tank is monitored by an independent sensing optical fiber, which is installed on the floating plate of the tank and at the outer edge of the secondary sealing ring.

2) The anti-static optical fiber led out by the Capteur de température à fibre optique installed on the floating plate inside the tank is protected by laying an explosion-proof metal hose with a diameter of DN25 inside the tank. The upper end of the explosion-proof metal hose is fixed on the flange of the manhole on the top of the tank, and the lower end of the metal hose is fixed on the floating plate inside the tank. The fixing method is non hot work, and the explosion-proof metal hose is equipotentially connected to the tank body.

3) Compte tenu des changements de déplacement en haut du réservoir à toit flottant, afin d'éviter que la fibre optique antistatique passant à travers des tuyaux métalliques antidéflagrants ne fonctionne mal en raison du traînage, la longueur réservée ne doit pas être inférieure à 0.5 fois la hauteur de la paroi extérieure du réservoir, et un dispositif à fibre optique à disque doit être utilisé pour contrôler la fibre optique antistatique dans une certaine zone de position.

4) The anti-static optical fiber led out by the fiber optic temperature sensor installed on the floating plate inside the tank is threaded through an explosion-proof galvanized pipe with a diameter of DN25 on the outer section of the tank and led along the escalator or tank wall to the existing ground trunking. It is connected and protected with the communication optical cable installed inside the trunking through a waterproof optical cable splice box, and the elbow part is connected with an explosion-proof metal hose.

5) Tous les capteurs de température à fibre optique installés sur le toit flottant de chaque réservoir de pétrole dans la zone du réservoir sont acheminés via des fibres optiques antistatiques et convergent vers des câbles optiques de communication pour la collecte et la transmission du signal vers la salle de surveillance.. Le câble optique de communication est posé directement enterré, et le coude est relié à un tuyau métallique antidéflagrant.

6) Une fois le câble optique de communication transmis de la zone du réservoir à la salle de surveillance, il est connecté à l'interface du canal de détection correspondant à l'hôte DTS via une queue de fibre optique courte distance avec un connecteur de fibre optique standard, qui est un cavalier à fibre optique.

7) Neuf hôtes de mesure de température à fibre optique distribués DTS à 2 canaux ont été placés dans la salle de surveillance pour réaliser l'acquisition du signal de température, Avertissement d’élévation de température, Alarme de surchauffe, détection de défauts, et opérations de gestion de l'information des capteurs de température à fibre optique installés sur le site du réservoir de pétrole. Ils peuvent être connectés au système de contrôle d'alarme incendie via l'interface d'alarme de commutation pour obtenir une alarme incendie et l'afficher dans la salle de service d'incendie.. La valeur actuelle de la température, état d'alarme, et la courbe de température historique de tous les points de détection de température du réservoir de stockage peut être affichée visuellement dans la salle d'opération des instruments via la carte électronique du logiciel de configuration. An external sound and light alarm can also provide alarm signals in the instrument operation room.

The distributed fiber optic temperature measurement system can detect the temperature value at every point along the fiber optic cable in real-time online, and can determine the trend of fire spread; Multiple alarm methods such as temperature difference and temperature rise rate can be set, and multi-level warnings can be set up to achieve early warning before a fire occurs; Alarm zones can be set arbitrarily according to changes in on-site conditions, and each zone can set different alarm values; It can withstand harsh environments, résister aux interférences électromagnétiques, and does not generate electromagnetic radiation. The effective lifespan of the detection optical cable is 30 années, overcoming the high false alarm rate and maintenance difficulties of the point type fiber optic grating temperature measurement system. It has reference significance for the fire safety of future oil tank areas.