Cách sử dụng hệ thống đo nhiệt độ cáp quang cho bồn chứa dầu tại các khu vực bồn chứa dầu của ngành dầu khí-INNO

Phần lớn tai nạn cháy nổ là do nhiệt độ cao. Trong ngành dầu khí và hóa dầu, khu vực bể chứa dầu là mối nguy hiểm công nghiệp lớn. Nhiệt độ cao trong các bể chứa dầu lớn có thể dẫn đến hiện tượng bay hơi dầu, hỏa hoạn, và thậm chí cả vụ nổ, gây thương vong và thiệt hại tài sản đáng kể. Giờ đây, Dữ liệu cảnh báo của các hệ thống báo cháy tự động bồn chứa dầu thường được sử dụng đến từ hệ thống đo nhiệt độ lưới Bragg sợi TBG. Loại cảm biến này chỉ có thể thực hiện phép đo phân tán. Đồng thời, trong quá trình lắp đặt, cần khoan lỗ và hàn trên tấm vách bể dầu hoặc đưa trực tiếp vào bể để đo nhiệt độ của chất lỏng và khí, điều này gây bất tiện cho cả việc xây dựng ban đầu và bảo trì sau này. Trên cơ sở này, Các cáp quang phân tán hệ thống đo nhiệt độ DTS có thể được áp dụng để theo dõi nhiệt độ khi đám cháy âm ỉ (tạo ra một lượng nhỏ khói và nhiệt), đưa ra cảnh báo, và cho người vận hành tại chỗ đủ thời gian để thực hiện các biện pháp tương ứng nhằm tránh tai nạn hoặc hỏa hoạn. Đồng thời, nó có thể cải thiện hiệu quả mức độ tự động hóa của quản lý an toàn doanh nghiệp.

Nguyên lý của hệ thống đo nhiệt độ sợi quang phân tán

Cơ sở hoạt động chính của Hệ thống đo nhiệt độ cáp quang phân tán là nguyên lý của máy đo độ phản xạ miền thời gian quang học (OTDR) và hiệu ứng nhiệt độ của tán xạ Raman ngược trong sợi quang.

Nguyên lý OTDR chủ yếu được sử dụng để định vị cáp quang, có thể đạt được vị trí phân bố không gian của trường nhiệt độ bên trong thùng dầu, xác định sự mất mát của các bộ phận khác nhau của sợi quang (bao gồm cả điểm bị hư hỏng), và xác định vị trí các điểm đo nhiệt độ.

Hiệu ứng tán xạ Raman ngược đề cập đến hiện tượng khi nguồn laser trong bộ xử lý chính truyền tín hiệu xung có bước sóng 905nm vào sợi quang, mặc dù tốc độ truyền ánh sáng rất nhanh, nó vẫn có một mức độ suy giảm nhất định. Một số ánh sáng tán xạ sẽ truyền theo hướng ngược lại với ánh sáng tới, và tín hiệu Raman chứa trong ánh sáng tán xạ mang thông tin trường nhiệt độ. Tín hiệu này được xử lý thông qua hệ thống xử lý tín hiệu số (DSP) để cung cấp thông tin về sự phân bố trường nhiệt độ của bể chứa và đưa ra bản đồ phân bố nhiệt độ trên toàn bộ sợi quang.

Thiết kế hệ thống đo nhiệt độ sợi quang phân tán

Hệ thống đo nhiệt độ cáp quang phân tán phải đảm bảo ba điểm sau: nó có thể cung cấp khả năng phát hiện sớm các nguy cơ cháy bồn chứa dầu; Có thể chỉ rõ vị trí nguy hiểm cháy nổ; Gửi thông tin cháy đến hệ thống điều khiển báo cháy, kích hoạt hệ thống kiểm soát khẩn cấp, chẳng hạn như đóng van ngắt khẩn cấp, cắt đường ống dẫn dầu, và các hoạt động khẩn cấp khác.

Cách bố trí thiết bị phải kết hợp với đặc điểm kết cấu của bồn chứa dầu, có tính đến phạm vi bảo hiểm toàn diện và cài đặt thuận tiện. Toàn bộ hệ thống điều khiển được chia thành điều khiển tự động và điều khiển bằng tay theo yêu cầu của hệ thống điều khiển báo cháy, và điều khiển bằng tay được ưu tiên. Điều khiển tự động: Khi giá trị nhiệt độ của thùng dầu đo được vượt quá nhiệt độ cảnh báo tiêu chuẩn đã đặt, sự phân phối hệ thống giám sát nhiệt độ sợi quang gửi dữ liệu báo cháy theo thời gian thực đến máy chủ báo cháy. Máy chủ báo động nhận tín hiệu giám sát hành động chuyển tiếp và xác nhận đó là tín hiệu báo cháy thông qua hệ thống phán đoán logic. Điều khiển bằng tay: khi một người tìm thấy đám cháy và hệ thống báo động chưa được khởi động, anh ấy có thể nhấn nút báo động khẩn cấp bằng tay. Máy chủ báo cháy nhận được tín hiệu cảnh báo bằng nút, hệ thống xác nhận rằng đó là một đám cháy, và ngay lập tức tham gia chương trình chữa cháy. Sau đó, máy chủ báo động sẽ gửi báo cháy bằng âm thanh và hình ảnh đến các khu vực liên quan và hiển thị nó. Đồng thời, nó sẽ liên kết hệ thống vòi chữa cháy tương ứng, hệ thống phun bọt tự động, v.v., và tải tín hiệu báo động lên văn phòng quản lý kho xăng dầu, để tổ chức công tác sơ tán, cứu nạn nhân viên kịp thời..

Toàn bộ hệ thống giám sát bao gồm một bộ điều khiển DTS, cáp quang cảm biến nhiệt độ, và đầu nối cáp quang, có thể liên kết với các hệ thống khác để tạo thành hệ thống điều khiển báo cháy,

Bộ điều khiển DTS

Bộ điều khiển DTS được gỡ lỗi và lập trình bởi nhân viên có thẩm quyền trong môi trường giao diện người-máy thông qua trạm kỹ sư. Chiều dài khu vực và điểm báo động có thể được đặt theo nhu cầu, và quỹ đạo nhiệt độ của cáp quang có thể được hiển thị theo thời gian thực trên PC. Tín hiệu báo động có thể được đánh dấu, bao gồm cả việc xác định vị trí thực tế điểm hư hỏng của cáp quang. Cài đặt khu vực và vị trí điểm báo động cũng có thể được thay đổi khi cần thiết. Đồng thời, toàn bộ hệ thống đo nhiệt độ có thể được kết nối với các hệ thống điều khiển khác thông qua đầu ra rơle và thực hiện các phán đoán logic. Trong ứng dụng phòng cháy chữa cháy, nó có thể được kết nối với máy chủ điều khiển báo cháy để cung cấp tín hiệu cho báo động âm thanh và ánh sáng, với đầu ra tín hiệu chính xác và đầy đủ; Bộ điều khiển DTS có thể xuất tín hiệu trực tiếp tới các thiết bị hiển thị kỹ thuật số khác nhau, như máy chiếu phòng điều khiển trung tâm, hiển thị, v.v., và có thể đặt quyền chia sẻ thông tin dựa trên mức độ chia sẻ.

Cáp quang phát hiện cảm biến nhiệt độ

Cáp quang cảm biến nhiệt độ là thiết bị đầu cuối của toàn bộ hệ thống, liên quan trực tiếp đến kết quả phán đoán của bộ phận điều khiển DTS. Nó có thể được lắp đặt trên thành ngoài của thùng dầu. Phán quyết logic phát hiện cảnh báo cho từng vùng có thể sử dụng bất kỳ sự kết hợp nào của ba phương pháp: nhiệt độ tối đa trong vùng (nhiệt độ không đổi), tốc độ tăng nhiệt độ trong vùng (chênh lệch nhiệt độ), và chênh lệch giữa nhiệt độ cao nhất trong vùng và nhiệt độ trung bình trong vùng (độ đồng đều của nhiệt độ vùng) để đảm bảo báo động sớm và đáng tin cậy và ngăn ngừa cháy âm ỉ. Đồng thời, xét thấy việc bố trí các khu vực chứa dầu thường ở môi trường khắc nghiệt, Cáp quang phát hiện cảm biến nhiệt độ nên có các đặc tính tốt như chống cắn, chống động đất, chống ăn mòn, v.v. Cáp quang phải có vỏ bọc chắc chắn (Vật liệu chống cháy PVC), có thể cung cấp các đặc tính bảo vệ tốt. Đồng thời, chúng cũng phải cung cấp khả năng dẫn nhiệt tốt để đảm bảo có thể phát hiện đám cháy nhanh chóng. Khoảng cách phát hiện dài nhất cho một kênh là 30KM, và số lượng kênh có thể được mở rộng đến 16. Độ chính xác định vị có thể đạt tới ± 0,5m. Thời gian phản hồi nhanh nhất cho một kênh là 3,5 giây, và thời gian làm nóng trước khi khởi động được sử dụng ngay lập tức.

Độ suy hao của toàn bộ cáp quang hệ thống không vượt quá tiêu chuẩn của bộ điều khiển DTS. Tốc độ suy giảm tối đa trên sợi quang 2km không vượt quá 10dB, mỗi hộp nối không được vượt quá 0,4dB, và mỗi mối nối nhiệt hạch không được vượt quá 0,2dB.

Thiết bị kết nối cáp quang

Thiết bị kết nối cáp quang đóng vai trò là trung tâm kết nối cáp quang phát hiện cảm biến nhiệt độ với bộ điều khiển DTS. Sợi đuôi và cáp quang phát hiện được kết nối thông qua các điểm tổng hợp sợi quang, được đặt trong hộp kết nối cáp quang bên cạnh bộ điều khiển DTS.

Hệ thống báo cháy cáp quang phân tán

Theo yêu cầu thiết kế, có tổng cộng 4 bể chứa dầu thô mái nổi bên ngoài và 5 Bể chứa dầu hoàn thiện mái nổi bên trong tại khu vực bể chứa dầu, được trang bị hệ thống báo cháy bằng sợi quang. Lắp đặt đầu báo cháy nhiệt độ sợi quang tại vòng đệm của tấm nổi bể mái nổi, và thêm gấp đôi chiều dài đặt dọc. Cáp quang phát hiện cần thiết để quấn thùng dầu là khoảng 196m. Dựa vào số liệu tính toán trên, lấy 1.15 lần mức dự phòng hiệu quả, cáp quang yêu cầu cho bể chứa là 2028m.

Dựa trên đặc điểm phân bố của bể chứa dầu và yêu cầu cụ thể về giám sát nhiệt độ, dự án này thông qua một “một chiếc xe tăng, một máy” chế độ thiết kế. Đồng thời, để tăng tính ổn định của hệ thống, chế độ chờ nóng máy kép được thông qua, có thể tự động chuyển đổi trong trường hợp hệ thống bị lỗi. Tổng cộng 9 hệ thống giám sát nhiệt độ phân tán bằng sợi quang được sử dụng để giám sát các thùng dầu cần thiết trực tuyến theo thời gian thực.

1) Mỗi bể được giám sát bằng cáp quang cảm biến độc lập, được lắp đặt trên tấm nổi của bể và ở mép ngoài của vòng đệm thứ cấp.

2) Sợi quang chống tĩnh điện được dẫn ra bởi cảm biến nhiệt độ sợi quang lắp trên tấm nổi bên trong bể được bảo vệ bằng cách đặt ống kim loại chống cháy nổ đường kính DN25 bên trong bể. Đầu trên của ống kim loại chống cháy nổ được cố định vào mặt bích của hố ga trên đỉnh bể, và đầu dưới của ống kim loại được cố định trên tấm nổi bên trong bể. Phương pháp sửa chữa không nóng, và ống kim loại chống cháy nổ được nối đẳng thế với thân bể.

3) Xét sự thay đổi chuyển vị ở đỉnh bể mái nổi, nhằm ngăn chặn sợi quang chống tĩnh điện đi qua ống kim loại chống cháy nổ bị trục trặc do bị kéo, chiều dài dành riêng không được nhỏ hơn 0.5 lần chiều cao của thành ngoài của bể, và nên sử dụng thiết bị cáp quang dạng đĩa để điều khiển sợi quang chống tĩnh điện ở một khu vực vị trí nhất định.

4) Sợi quang chống tĩnh điện dẫn ra ngoài bằng cảm biến nhiệt độ sợi quang lắp đặt trên tấm nổi bên trong bể được luồn qua ống mạ kẽm chống cháy nổ đường kính DN25 ở mặt ngoài bể và dẫn dọc theo thang cuốn hoặc thành bể đến hệ thống đường trục mặt đất hiện có. Nó được kết nối và bảo vệ bằng cáp quang liên lạc được lắp đặt bên trong đường trục thông qua hộp nối cáp quang chống thấm nước, và phần khuỷu tay được nối bằng ống kim loại chống cháy nổ.

5) Toàn bộ các cảm biến nhiệt độ cáp quang lắp đặt trên nóc nổi của từng bồn dầu trong khu vực bồn chứa đều được dẫn ra ngoài qua các sợi quang chống tĩnh điện và hội tụ về các cáp quang truyền thông để thu thập và truyền tín hiệu về phòng giám sát. Cáp quang thông tin liên lạc được chôn trực tiếp, và khuỷu tay được kết nối với ống kim loại chống cháy nổ.

6) Sau khi cáp quang thông tin liên lạc được truyền từ khu vực bể chứa về phòng giám sát, nó được kết nối với giao diện kênh phát hiện tương ứng với máy chủ DTS thông qua đuôi cáp quang khoảng cách ngắn với đầu nối cáp quang tiêu chuẩn, đó là một máy nhảy cáp quang.

7) Chín máy chủ đo nhiệt độ sợi quang phân tán DTS 2 kênh được đặt trong phòng giám sát để thu được tín hiệu nhiệt độ, Cảnh báo tăng nhiệt độ, báo động quá nhiệt, phát hiện lỗi, và hoạt động quản lý thông tin cho các cảm biến nhiệt độ cáp quang được lắp đặt tại khu vực bể chứa dầu. Chúng có thể được kết nối với hệ thống điều khiển báo cháy thông qua giao diện chuyển mạch cảnh báo để đạt được báo cháy và hiển thị nó trong phòng chữa cháy. Giá trị nhiệt độ hiện tại, trạng thái báo động, và đường cong nhiệt độ lịch sử của tất cả các điểm cảm biến nhiệt độ của bể chứa có thể được hiển thị trực quan trong phòng vận hành thiết bị thông qua bản đồ điện tử của phần mềm cấu hình. Báo động âm thanh và ánh sáng bên ngoài cũng có thể cung cấp tín hiệu báo động trong phòng vận hành thiết bị.

Hệ thống đo nhiệt độ sợi quang phân tán có thể phát hiện giá trị nhiệt độ tại mọi điểm dọc theo cáp quang trong thời gian thực trực tuyến, và có thể xác định xu hướng lan truyền lửa; Có thể cài đặt nhiều phương pháp báo động như chênh lệch nhiệt độ và tốc độ tăng nhiệt độ, và cảnh báo đa cấp có thể được thiết lập để đạt được cảnh báo sớm trước khi xảy ra hỏa hoạn; Vùng báo động có thể được đặt tùy ý theo những thay đổi trong điều kiện tại chỗ, và mỗi vùng có thể đặt các giá trị cảnh báo khác nhau; Nó có thể chịu được môi trường khắc nghiệt, chống nhiễu điện từ, và không tạo ra bức xạ điện từ. Tuổi thọ hiệu quả của cáp quang phát hiện là 30 năm, khắc phục tỷ lệ cảnh báo sai cao và khó khăn trong bảo trì của hệ thống đo nhiệt độ cách tử sợi quang loại điểm. Nó có ý nghĩa tham khảo về an toàn cháy nổ của các khu vực chứa dầu trong tương lai.