煤矿及化工企业分布式光纤测温技术方案

煤矿及化工企业分布式光纤测温技术 目 录 1( 煤炭化工集团下属企业灾害预防现状 .................................... , 1.1 ................................................................................................................................................... 引言,1.2 ................................................................................................................. 企业面临的安全生产形势,1.3 ......................................................................................................... 煤矿企业安全生产的问题探讨,1.4 化工企业安全生产的主要问题探讨 ................................................................................................ , 1.5 小结 ................................................................................................................................................... , 2( 以温度探测为基础的煤矿火灾防治手段 .................................. , 2.1 矿井火灾分类及防治......................................................................................................................... , 2.2 采空区(内因)火灾防治 ................................................................................................................. , 2.3 外因火灾防治手段 ............................................................................................................................ , 3. 化工类企业火灾类灾害预防手段 ......................................... , 3.1 .................................................................................................................................... 常见火灾原因,3.2 易发灾害点描述和统计 ..................................................................................................................... , ...................................................................................... 3.3 针对化工企业火灾类灾害的应对方法探讨,4. 光纤测温系统介绍 ................................................... ,, 4.1 光纤测温仪原理及系统 ................................................................................................................. ,, 4.2 测温光纤 ....................................................................................................................................... ,, 4.3 光纤测温预警系统软件特点 ......................................................................................................... ,, 4.4测温预警系统结构及配置 .............................................................................................................. ,, 4.5 系统技术指标 ................................................................................................................................ ,, 5(分布式光纤测温系统的应用方案 ....................................... ,, 5.1 采空区温度监测方案..................................................................................................................... ,, 5.2 分布式光纤测温系统在煤矿易发火灾区域的应用 ....................................................................... ,, 5.3分布式光纤测温系统在化工企业的应用 ....................................................................................... ,, 7. 方案产品制造商简述 ............................... 错误～未定义书签。,, 附件:部分案例 ...................................... 错误～未定义书签。,, 1( 煤炭化工集团下属企业灾害预防现状 1.1 引言 煤炭是世界上储量最多、分布最广的常规能源，也是最廉价的能源。行业市场分析研究指出，近年来我国国民经济持续快速发展，电力、冶金、建材、化工等行业的高速发展导致了对煤炭需求的大幅度增加，消费逐年增加。根据国家统计局公布数据显示，2010年我国原煤产量已达到32.4亿吨，成为全球最大的原煤开采和消费国。 为了充分发挥煤炭资源优势和行业整体优势，以神华集团、兖州煤业、伊泰集团、陕煤化集团、兰花科创等为代表的煤炭企业从拓宽产业范围、发展循环经济、延长产业链等角度出发，根据自身历史条件，摸索出具有集团特色的，以煤炭开采、煤炭转化为主的能源化工支柱产业升级模式。从而使企业自身经济规模跃上了新的台阶，达到了新的产业高度，实现了跨越式发展，壮大了企业规模，肩负起稳定祖国经济发展、造福一方的社会责任。 1.2 企业面临的安全生产形势 煤炭化工集团实现跨越式发展的支柱产业煤炭生产、能源化工等都属于高污染、高风险产业，历来都是安全管理的重点和难点。 从煤炭生产角度来看，我国95,的煤矿开采是地下作业，煤矿安全生产形势十分严峻，具体表现为: 1) 煤矿事故的死亡人数占工矿企业一次死亡10人以上特大事故的死亡人数的 72(8,,89(6,; 2) 煤矿企业一次死亡10人以上事故中，瓦斯、火灾事故占死亡人数的75,。煤矿 所面临的重大灾害事故是相当严峻的，造成的损失是极其惨重的。 3) 由于煤矿事故多，死亡人数多，造成了我国煤矿的百万吨死亡率一直居高不下， 与欧美等国的差距很大。 煤矿安全事故分析结果告诉我们，这些事故的发生往往涉及许多方面，既有自然因素、科技投入和研究的不足，也有人为的条件以及国家的体制、管理、经济政策，社会的传统观念，煤矿企业的文化素质等等。 而化工企业生产所具有易燃易爆、高温高压、易中毒、易腐蚀的特性，决定了化工行业的高度危险性，具有事故多发和事故严重度高的特点。从本世纪初我国进入煤化工 发展快行线以以来，由于各种原因，在煤化工的生产、经营、储存、运输、使用和废弃物处理等环节都出现过重大事故，给人民的生命财产造成了严重的损失。 1.3 煤矿企业安全生产的问题探讨 通过对众多矿井事故的分析，我们可以看出发生的原因主要有以下几方面: 1) 我国煤层自然赋存条件复杂多变，是造成事故的客观因素。我国煤矿开采的煤层 大多属于石炭二迭纪的煤层，其中瓦斯含量大、煤层透气性低，地质构造复杂， 原有安全技术及理论基础已难以适应当前煤矿安全高效生产的迫切需求。 2) 国家对煤矿企业的技术定位不够准确是主观因素。长期以来，煤矿在人们的心目 中是技术水平不高，要求比较低的劳动密集型产业，因而长期以来，技术投入不 足，装备水平差，产业技术人才匮乏，劳动效率低。把“千军万马”的队伍放在 高度危险的作业环境中劳动，因而一旦出现瓦斯(煤尘)爆炸、矿井火灾等事故时， 容易导致损失惨重，甚至全矿毁灭的现象。 3) 大多数煤矿技术水平低下，从业人员素质低，工程技术人员缺口大，难以适应高 危环境的要求。 4) 基础工作薄弱，安全技术装备不足是客观存在的现实。 通过进一步对重特大事故的分析，我们还可以看出，在造成人员伤亡、矿井生产接续停顿等给矿井带来人力或物力损失的矿井事故中，瓦斯、火灾事故占矿井事故的70%以上。因此防治煤矿火灾，对采空区、巷道以及各类易发火灾设备的温度信息进行实时监控，完成矿井火灾预防，对煤矿安全生产非常重要。 1.4 化工企业安全生产的主要问题探讨 相对于其他行业，化工企业灾害事故具有“多发”、“危害大”、“控制难”等特点，频发的现场事故造成不可挽回的生命和财产损失，牵动着每一个化工从业者的神经，把事故排除在萌芽状态是我们追求的共同目标。 通过对化工企业事故的分析，我们发现化工业在生产、储存环节发生的事故都有一个成长的过程，这个过程基本上会经历“设备初期微小故障”——“安全隐患”——“物质和能量聚积”——“条件成熟事故发生”几个阶段。只要能检测到，日趋完善的安全措施在事故发生的每一个阶段都可以准确、高效地完成对安全隐患的消除。监督检测系统在此时就成为消除企业灾害的关键环节。 完善的监督监测系统需要软件()和硬件(先进的设备)相结合才能真正实现。经过多年的努力，已经逐步完善化工企业的各项规章制度，但随着技术的不断更新、生 产规模的不断扩大，我们的安全监督的硬件还不能满足现场的需求。 大部分的安全隐患由于位置明显，巡检人员能够及时发现，被消除在萌芽状态。最终成长为事故的安全隐患往往都隐藏在无法经常检查的位置或不被注意的角落。通过对各国数千次不同现场事故的分析，我们发现在现场事故发生前，由于能量聚积都会造成设备自身或者周边环境温度的变化，通过探测环境温度的变化就能获得预警指标。 1.5 小结 由于火灾等企业灾害造成巨大的人员伤亡、生产紧张、巨大经济损失、严重的环境污染，且瓦斯、火灾事故占煤矿死亡人数的70,，因此，煤炭及煤化工企业火灾类灾害防治对安全生产尤为重要。 火灾发生都与温度相关，对灾害易发场所异常的温度值、异常的温度升高的实时、准确地探测对火灾预警就显得尤为重要。 掌握灾害易发环节的温度数据，我们就扼住“灾害”这个恶魔的咽喉。 2( 以温度探测为基础的煤矿火灾防治手段 2.1 矿井火灾分类及防治 2.1.1 火灾原因及分类: 根据煤矿火灾发生引燃源的不同，可分为内因火灾和外因火灾。 内因火灾是由煤炭自燃而引起的火灾，它经常发生在采空区、停采线、断层、煤柱等丢煤区，掘进冒顶处或封闭不严的旧采区内。内因火灾会产生大量的热和一氧化碳，造成井下生产和人员安全隐患。若处理不当还极易诱发外因火灾， 外因火灾是指由外部火源，如明火、电缆着火、电气设备产生的电弧火花，瓦斯或煤尘爆炸，以及放炮等而引起的火灾。外因火灾大多容易发生在井底车场、机电硐室、运输及回采巷道等机械、电气设备比较集中，而且风流比较畅通的地点。这类火灾一般发生得比较突然，发展速度也快。一个小火源，稍有疏忽，火势就可能蔓延扩大到很大的范围。如果发现不及时，处理方法不当，或是行动措施不果断，会给矿井带来严重损失以至发生惨痛的人身伤亡事故。 2.1.2 常见煤矿火灾防治方法及手段: 煤矿防火应根据火灾成因不同，采取不同的手段有针对性地对煤矿火灾进行预防和治理。 针对内因火灾，主要采取寻找着火点，隔绝氧气的方法，进行灭火。 针对外因火灾，主要采取巡检易发灾害点、及时排除火灾隐患;采取有效灭火措施等方法进行火灾防治。 2.2 采空区(内因)火灾防治 2.2.1 采空区火灾防治理论 煤本身具有自燃性，煤与空气接触，氧化会产生热量，若散热条件不良，热量积蓄到一定程度便会引起煤炭自燃，从而引发采空区火灾事故。 理论和实际研究表明，采空区自燃是一个随着工作面推进而移动的、并且满足一定条件就能燃烧的区域。由西安科技大学(原西安矿业学院)教授徐精彩等人提出的采空区自燃危险区域判定理论认为:采空区有“三带”，即散热带、自燃危险带、窒息带，煤炭自燃发生在自燃危险带内。采空区自燃“三带”的变化，主要是受到工作面推进速度影响，并且为此建立了复杂的采空区自燃危险区域判定模型。 找到采空区自然危险带，采取一定的注浆灭火手段，即可完成采空区火灾防治。 2.2.2 采空区火灾的探测和处理 受井下条件限制，目前对采空区自燃危险带火灾探测主要有以下几种方法: 井下气体检测法。 目前常见的有CO检测法、离子烟感探测法等，其中CO检测法实用性更强。根据煤炭自燃理论，具有自然发火特性的煤炭，越接近煤炭着火温度，除了氧化时间越长之外，氧化产生的CO量也越多。因此，一旦发生采空区着火，会导致回风巷道一氧化碳浓度的升高。通过布置在回风巷道的一氧化碳探测器的读数变化，可以预测采空区的火灾情况。 围岩(或采空区)温度探测法。 无线收发系统、光纤温度探测系统等手段，其中，光纤温度目前主要有温度传感器+ 探测系统更可靠。 温度传感器+无线收发系统是将普通温度传感器连接无线发射装置后，包装在钢制盒体中，利用无线发射器的接收和发射功能，将温度信息传递到采区巷道接受装置，再反馈到地面终端，直观显示采空区温度变化信息。 光纤温度探测系统是将高强度铠装光纤随工作面的推移布设入采空区，利用光纤内传导的激光自身具有的温度特性，将温度信息传导到地面主机，从而获取采空区内的温度信息。相对无线系统，具有更强大的抗干扰、连续性更强的能力。 经验估算法。 根据各个煤矿煤炭自燃的系数，按照工作面推进速度，历史上发生采空区火灾的数据统计，综合估算采空区火灾发生的情况。目前通常认为采空区最易自燃深度一般为30~60m。 具体到煤矿的实际应用来看，往往是气体、温度、人员多个安全子系统共同作用，根据上述一个或多个系统反馈的信息，判断矿井的安全系数。一旦确认采空区发生火灾，通常采用注浆法灭火。即:就是在采空区内自燃区域前注胶体泥浆，形成一道隔离带，在隔离带内大量注浆，从而破坏漏风供氧和蓄热环境，消灭煤炭自燃。 在上述安全子系统中，光纤温度探测系统是近年刚引入煤矿进行温度探测的新手段。在系统理论基础上的项目屡获国家级、山东省级、陕西省级自然科学奖项。 2.3 外因火灾防治手段 防治煤矿外因火灾，主要是防治:明火、电火、炮火以及内因火灾引发的明火;或者成品煤在地面系统的自燃。 由于各种作业规程的不断完善、矿井自动化程度的不断提高，明火、炮火在火灾事故原因统计中所占比例已经越来越小，矿井电火防治成为矿井火灾预防的重中之重。根据煤矿的特殊结构，电火的发生在早期往往具有极强的隐蔽性。根据北京某研究所多年来的研究和统计，在煤矿各系统中，电缆沟/桥架内电缆过热、开关柜内电气接点过热、原煤仓、输煤皮带等位置均是常见的火灾事故发生处，如不能在这些地点的电气设备发生故障后的热量聚集期及时发现和处理好，极有可能就此引发火灾。2008年陕西大佛寺煤矿、2010年河南新密煤矿、陕西韩城小南沟矿的火灾均为例证。 2.3.1 易发灾害点统计 根据我们的现场经验和相关机构的统计，变电站内开关柜电气接点、变压器;地面供电系统(含洗煤厂)的电缆沟、电缆桥架;下井电缆及中间接头;井底变电站的开关柜内电气接点等多个位置，都曾经发生过电气火灾隐患，都是电气火灾敏感区域。 在地下及地面输煤系统中，皮带通廊、井下煤仓、地面煤仓等地，也是火灾敏感区域。 2.3.2针对煤矿外因火灾的应对方法 根据煤矿火灾的发生特点，我们主要依靠“早发现、早消除”来预防。 根据各种易发火灾位置的特点:开关柜都是密闭状态运转的“五防柜”，各种元器件都是在密闭的柜体内运行;电缆沟/桥架、煤仓、输煤皮带、煤仓等由于位置特殊，巡查不便。我们得到这样的结论，各电气接点和电缆的故障和发热都具有极高的隐蔽性，往往都是柜体电缆着火、爆炸后设备自身的故障才被发现。因此，理论上来说，如果在故障发生期或成长期及时发现并消除就可以成功杜绝煤矿外因火灾。 从目前常见的技术手段看，主要的手段都是监测各电气接点得温度变化来衡量个电气接点是否运转正常。这些手段主要有:电子传感、红外传感、热成像仪和光纤传感技术等。就常见几种手段比较的结果:电子传感技术无法应用于高压开关柜电气接点的监测，且在电缆沟内易受干扰，误报率极高;红外传感技术应用于高压开关柜，具有不易安装、受柜内电磁干扰误差较大的弊端，电缆沟内、煤仓内易受分成干扰，可靠性差;热成像仪具有产品造价高，依赖人工巡检，周期长，多个位置无法检测等缺点。 而光纤测温监测系统对开关柜电气接点、电缆沟/桥架、煤仓、输煤皮带等位置均可安装布设，且具有:连续分布、实时精确、耐高压、耐腐蚀、抗电磁干扰等优点。能为保障各系统安全运行，减少非停电、降低运行成本、提高工作效率发挥积极和重要 着火的母排 的作用。 我们推荐使用光纤测温监测系统对煤矿外因火灾进行预防。 3. 化工类企业火灾类灾害预防手段 3.1 常见火灾原因 根据现场经验及相关数据统计，化工企业火灾一般分为两大类，一类为不可预知的明火源(如乱丢烟头引燃易燃物)引起，另一类则是企业部分子系统和设备的各种故障、泄漏或设备过热引起，这类火灾主要是电气系统故障或易燃物泄漏引发火灾为主。我们将电气系统故障引起的火灾称为电气火灾，将可燃物泄漏引发的火灾称为事故火灾。针对明火源引起的灾害，我们已经有各种规章制度来强化管理，以起到杜绝灾害的目的。而针对电气火灾和事故火灾，则需要依赖各种传感和探测设备，在火灾发生前做出准确的火灾预判，将灾害控制在萌芽阶段。 但由于化工厂电气系统的特殊结构，电气火灾的发生在早期往往具有极强的隐蔽性。根据北京某研究所多年来的研究和统计，化工厂电气系统中，电缆沟/桥架内电缆过热、 因温度聚集爆炸的互感器 开关柜内电气接点过热、煤仓、输煤皮带、各种油脂油箱及油管等均是常见的火灾事故发生处，如不能在这些地点的电气设备发生故障后的热量聚集期及时发现和处理好，就会引发爆炸等火灾等恶性事故，严重影响企业正常的安全生产。因此，对上述地点的温度过热实施在线监测和预警，对防止火灾事故的发生，保障企业安全生产具有重要的意义。 3.2 易发灾害点描述和统计 针对电气火灾，根据我们的现场经验和相关机构的统计，集控楼、主厂房;燃油泵 着火后的电缆 房及油库区;输煤系统等主要厂区内的多个位置，都曾经发生过电气火灾隐患，都是电气火灾敏感区域。 而针对事故火灾，原料罐、储气罐、厂区中间罐群和管道往往是露天建设的，罐和管道内储存着大量的油料、天然气、氮氧化物、硫化物、氯化物等各种易燃易爆、有毒有害物品。由于日晒风吹、老化、腐蚀等原因很容易导致阀门、罐体的泄漏，从而造成触目惊心的事故。 3.3 针对化工企业火灾类灾害的应对方法探讨 根据电气火灾和事故火灾的发生特点，我们主要依靠“早发现、早消除”来预防。 各种易发火灾的位置特点:开关柜都是密闭状态运转的“五防柜”，各种元器件都是在密闭的柜体内运行;电缆沟/桥架、煤仓、输煤皮带、各种油脂油箱及油管、各种储罐等所处的位置都比较特殊，巡查不变。因此，我们得到这样的结论，各种设备事故、电气故障和发热都具有极高的隐蔽性，往往都是柜体电缆着火、爆炸后设备自身的故障才被发现。因此，理论上来说，如果在故障发生期或成长期及时发现并消除就可以成功杜绝电气火灾。从目前常见的技术手段看，主要的手段都是监测各电气接点得温度变化来衡量个电气接点是否运转正常。这些手段主要有:电子传感、红外传感、热成像仪和光纤 传感技术等。 就常见几种手段比较的结果:电子传感技术无法应用于储罐、高压开关柜电气接点的监测，且在电缆沟内易受干扰，误报率极高;红外传感技术应用于高压开关柜，具有不易安装、受柜内电磁干扰误差较大的弊端，电缆沟内、煤仓内易受分成干扰，可靠性差;热成像仪具有产品造价高，依赖人工巡检，周期长，多个位置无法检测等缺点。 着火后的柜内电气接点 而连续分布全光纤测温监测技术对高压开关柜电气接点、电缆沟/桥架、煤仓、输煤皮带、各种油脂油箱、储罐及管道等位置均可安装布设，且具有:连续分布、实时精确、耐高压、耐腐蚀、抗电磁干扰等优点。能为保障企业供电系统安全运行，减少非计划停电、降低运行成本、提高工作效率发挥积极和重要的作用。 着火的母排 4. 光纤测温系统介绍 4.1 光纤测温仪原理及系统 DSC-DTS系列连续分布全光纤测温系统采用分布式光纤感温方式，其原理是利用光在光纤中传输时产生的自发喇曼(Raman)散射和光时域反射(OTDR)原理来获取空间温度分布信息，当在光纤中注入一定能量和宽度的激光脉冲时，它在光纤中向前传输的同时不断产生后向喇曼散射光波，这些后向喇曼散射光波的强度受所在光纤散射点的温度影响而有所改变，散射回来的后向喇曼光波经过光学滤波、光电转换、放大、模-数转换后，送入信号处理器，系统便可将温度信息实时显示出来，同时根据光纤中光波的传输速度和后向光回波的时间对温度信息定位。由于后向喇曼散射光波的强度非常微弱，因此监测预警系统需要非常高的处理增益、非常低的噪声电平才能检测到该信号;同时为了实现足够高的空间定位精度，监测预警系统必需具有足够的时间分辨率，即带宽和采样频率。经过高频信号采集技术和微弱信号处理技术，解调出光纤各测温点的温度值;然后将采集的数据传送到工控机进行数据处理，通过组态软件展示各测温点的温度变化状态值，或通过网络实现远程数据共享。 4.2 测温光纤 根据使用环境不同，我们使用普通铠装感温光缆和特殊耐高温感温铠装光缆(或普通光缆穿管)组合完成对测温区域完成温度监测。 普通铠装感温光缆基本参数为: 测温范围:-50?-120?(长时间耐温-45?-85?); 强度:抗拉300N，抗压3000N/100m; 最小弯曲半径:30mm。 特殊耐高温铠装光缆参数为: 测温范围:-50?-420?(长时间耐温-45?-300?) 强度:抗拉2000N，抗压3000N/100mm; 最小弯曲半径:35mm。 4.3 光纤测温预警系统软件特点 , 强大的数据处理、显示和管理功能; , 友好的图形直观显示和中文操作界面; , 分级权限管理功能; , 方便设置、调整多极过热、过冷、温升、温降报警阀值。 , 可以进行大量分区，对各被监测区的温度变化趋势进行智能分析，并准确定位。 , 保存并可随时查询历史数据，打印报表。 , 联入局域网系统或其他网络系统，实现远程监控与信息共享。 , 可与报警、消防、视频监控等设备联动。 , 具有自诊断功能，可瞬时判定光纤或光缆故障并准确定位。 , 优异的功能扩展特性。 4.4测温预警系统结构及配置 DSC-DTS系列连续分布全光纤测温系统结构简单直观，该系统主要由温度传感光纤 (或光缆)、测温主机(连续分布全光纤测温仪)、监控子系统(工业计算机、软件)和 预警子系统四大部分组成。 每套系统配置为: 1) DSC-DTS系列多通道光纤测温仪。 2) 嵌入式工控计算机。 3) 普通传感光缆、光纤和特殊铠装光缆(根据现场工况定长度)。 4) 系统运行软件一套。 5) UPS电源。 6) 机柜、电源、光端接续盒等辅助设施。 4.5 系统技术指标 测温范围:,50? — +420?(使用特种光纤可扩展到+700?); 测温长度:最长28Km每通道; 测温精度:标准