[发明专利]一种基于DTS光纤温度传感器的煤球仓内部地表面测温系统

说明书

技术领域

本发明属于火灾报警测温技术领域，尤其涉及一种基于DTS光纤温度传感器的煤球仓内部地表面测温系统。

背景技术

长期以来，因为对煤球仓测温领域的重视程度不够或者设计方案不够完善而造成了煤球仓火灾的发生。2002年某公司设计建成的捣固型焦炉，由于煤在煤仓中长期积压而持续发生氧化引起热量积聚，不断升温而导致自燃，最终引起火灾，虽然没有人员伤亡，但是造成了经济上的重大损失。这是由于该煤仓地表面和煤堆外表面未设置感温探测器，未能在煤堆自燃之前探测到其煤堆的温度而造成的。2012年9月11日9时左右，某公司的原煤仓内的原煤自燃后，火灾报警系统无反应。直到原煤仓浓烟外泄，才被附近人员发现，及时采取扑救措施，但所造成的损失还是很大。之后事故分析是由于火灾报警系统设计考虑不完善造成的。该煤仓在火灾报警方面设计时，只考虑了煤仓内壁敷设感温光纤，地表面无任何温度探测器。煤炭表层至1.5米属于冷却层，煤层松散与空气充分接触，虽容易发生氧化反应但是散热条件好，散发热大于氧化释放热，不容易引起自燃。冷却层以下到4米是氧化层，氧化层的煤具备自燃条件，达到自燃发火期就会自燃。由于煤发生自燃之前，煤内部已经积聚了大量的热量而使堆积的地表面和煤内部的温度逐渐上升。如果煤仓地表面设有感温探测器，在氧化层自燃前就会提前报警，通知工作人员确认并采取相关的措施，这样就可以防止煤层自燃的发生。除此之外，由于感温光纤设置区域的局限性，探测区域不能覆盖完全，火灾初期不能及时发现并采取灭火措施，从而延误了最佳的灭火时机，使火灾事故扩大，而造成更大的损失。

煤自燃的机理及过程是一个极其复杂的动态变化过程，其实质是一个缓慢氧化自动放热，如果热量不能及时散发掉，使煤堆内部的温度升高，反过来又加速煤氧化，释放更多热量，热量积聚，升温最后引起自燃。这个过程关键有两点：一是热量的自发产生(不是人为因素)；二是热量逐渐积聚。煤在常温下，能自发产生热量的因素很多，如水与煤的润湿热，煤分子的水解热，煤中硫化物的水解，氧化热，煤对氧的物理吸附热，化学吸附热，煤与氧的化学反应热等。煤中的水分和湿度，粒度和煤化度，挥发的变化是自燃氧化的关键。

影响自燃的主要因素：1.水份：水份的含量及变化是影响煤自发热最主要的因素，理论上讲，含水量增加1％将使煤温上升17℃。因此不能用水来冷却已经产生自发热的煤堆，这是因为冷却水很难将全部的煤浸透而只是让部分温度上升而已。2.通风率：理论上在松散的煤堆中不流通的空气完全反应的话将使其温度上升2℃，实际上当高速流通的空气在提供煤与氧气的同时，也会带走大量的热，而低速则恰好相反，尽管也提供相当数量的氧气但却不能带走其自发产生的热量。3.颗粒细度：与自发热成反比的关系，颗粒越小其表面积越大，与空气的接触越充分，更容易产生自热。但出于堆置上的考量，使煤堆不致于容易坍塌，一般会将其细度控制在一定范围。对于煤自燃的预防措施可以采取人工或者机器定期翻滚煤堆，但是这种办法费时费力，只适用于小型的煤库或者是存放时间不长中转库的火灾预防，对于中大型的煤库，此方案实施起来投资较大。

由于煤发生自燃之前，煤内部已经积聚了大量的热量而使堆积的地表面和煤内部的温度逐渐上升。因此，对堆煤的地表面温度的实时监控尤为重要，将自燃的风险降到最低，本设计方案可以有效的杜绝煤仓自燃的发生。

随着光纤技术的日新月异，DTS测温系统在火灾报警领域的应用已经变得越来越成熟，它以光纤拉曼散射技术为基础，结合了高频脉冲激光、光波分复用、光时域反射、高频信号采集及微弱信号处理等先进技术，在化工行业主要应用于电缆桥架电缆测温、储罐测温、电缆隧道测温、输煤皮带测温等等，对于煤仓地面测温虽然有应用过，但是由于各方面的因素影响并未能完美的实现。传统的煤仓地面测温设计出现的问题基本为施工困难、探测覆盖区域不全、后期维护运行难度极大等等。本方案针对以上问题进行设计。