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石油化工储罐区火灾报警灭火系统设计指导书

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石油化工储罐区火灾报警灭火系统
---设计指导书

合肥科大立安安全技术股份有限公司
消防技术研究所
8月
目录
1石油化工储罐区的火灾危险性分析 1
1.1石油及石化产品的主要特性 1
1.2石油化工企业的火灾危险性 2
1.2.1火灾危险性 2
1.2.2火灾和爆炸事故的原因 3
1.2.3石油化工火灾的预防 5
2石油化工储罐区火灾报警灭火系统 8
2.1石油化工储罐区火灾报警灭火系统简介 8
2.2系统主要性能和技术参数 8
2.2.1设计依据标准 8
2.2.2系统主要功能和参数 8
2.3系统特点 9
2.4系统组成及安装 10
2.4.1组成 10
2.4.2布线 10
2.4.3安装配置 11
2.5 系统工作流程 12
3石油化工储罐区的火灾报警装置 13
3.1光纤光栅感温火灾报警系统 13
3.1.1简介、特点 13
3.1.2主要指标 13
3.1.3结构特征 14
3.1.4系统安装布置 19
3.2图像型火灾探测系统 20
3.2.1简介、特点 20
3.2.2主要指标 21
3.2.3结构特征、安装、布线 22
3.3 可燃气体探测系统 24
3.3.1简介、特点 24
3.3.2主要指标 25
3.3.3结构特征、安装、布线 25
3.4火灾报警控制器（联动型） 26
3.4.1简介、特点 26
3.3.2主要指标 27
3.4.3结构特征、安装、布线 28
3.5消防应急广播系统 29
3.5.1简介、特点 29
3.5.2结构特征、安装、布线 30
3.6手动火灾报警按钮 31
3.6.1简介、特点 31
3.6.2主要指标 31
3.6.3结构特征、安装、布线 32
3.7声光报警器 33
3.7.1简介、特点 33
3.7.2主要指标 33
3.7.3结构特征、安装、布线 34
4石油化工储罐区的冷却灭火装置 37
4.1水喷雾（淋）冷却系统 37
4.1.1物理性能、工作原理 37
4.1.2冷却装置设置 38
4.1.3性能指标 39
4.1.4安装、调试 43
4.1.5主要部件 44
4.2固定式泡沫灭火系统 50
4.2.1物理性能、工作原理 50
4.2.2灭火装置设置 50
4.2.3性能指标 52
4.2.4安装、调试 54
4.2.5主要部件 55
附录 系统设计说明 63
1.1 泡沫灭火系统设计说明 63
1.2 水喷雾系统设计说明 64
1.3 光纤光栅探测系统、图像型火灾探测系统设计 65
1.4 设备清单 65

1石油化工储罐区的火灾危险性分析
1.1石油及石化产品的主要特性
石油化工企业的生产是以原油为原料, 生产液化烃、 汽油、 煤油、 柴油、 润滑油、 沥青等产品; 或在此基础上, 以烃类、 汽油、 柴油等为原料, 生产乙烯、 丙烯、 丁烯、 丁二烯、 甲醇、 乙二醇、 环氧乙烷、 环氧丙烷、 聚乙烯、 聚丙烯、 橡胶等各类产品。石油化工生产中所涉及的物料品种有400万种以上, 而且物料状态复杂, 气态、 液态、 固态以及不同状态的混合都有可能存在。其生产工艺也是蒸馏、 反应、 蒸发、 分离、 干燥、 萃取等化工单元的组合。不同化工单元操作的相互结合, 构成了不同的生产工艺线路, 而且同一种产品能够有不同的生产路线, 利用同一种物料又能够在不同的条件下生产出多种产品。这就决定了石化企业是高温、 高压( 或低温、 低压) , 易燃易爆, 有毒有害, 易腐蚀, 操作难度大, 精度要求高, 工艺过程复杂的生产特点。具体表现在:
石油化工生产, 从原料到产品, 包括工艺过程中的半成品、 中间体、 溶剂、 添加剂、 催化剂、 试剂等, 绝大多数属于易燃易爆物质, 还有爆炸性物质。它们又多以气体和液体状态存在, 极易泄漏和挥发。特别在生产过程中, 工艺操作条件苛刻, 有高温、 深冷、 高压、 真空, 许多加热温度都达到和超过了物质的自燃点, 一旦操作失误或因设备失修, 便极易发生火灾爆炸事故。另外, 就当前的工艺技术水平看, 在许多生产过程中, 物料还必须用明火加热; 日常的设备检修又要经常动火。这样就构成一个突出的矛盾, 即怕火, 又要用火, 再加之各企业及装置的易燃易爆物质储量很大, 一旦处理不好, 就会发生事故, 其后果不堪设想。
石油化工生产过程中的腐蚀性主要来源于: 一, 生产工艺过程中使用一些强腐蚀性物质, 如硫酸、 硝酸、 盐酸和烧碱等, 不但对人有很强的化学性灼伤作用, 而且对金属设备也有很强的腐蚀作用。二, 生产过程中有些原料和产品本身具有较强的腐蚀作用, 如原油中含有硫化物, 会腐蚀设备管道。三, 生产过程中的化学反应生成许多新的具有不同腐蚀性的物质, 如硫化氢、 氯化氢、 氮氧化物等。腐蚀的危害不但大大降低设备使用寿命, 缩短开工周期, 而且更重要的是它可使设备减薄、 变脆, 无法承受原设计压力而发生泄漏或爆炸着火事故。
石油化工生产从原料到产品, 要经过许多工序和复杂的加工单元, 经过多次的化学反应和物理处理过程才能完成, 因而生产过程既复杂又庞大。另外为了满足石油化工生产的需要, 需要设有供电、 供热等庞大的辅助系统。生产过程使用的各种反应器、 塔、 槽、 罐、 压缩机、 均以管道相连通, 从而形成了工艺过程复杂和工艺流程长的一系列生产线。
石化企业具有技术密集、 资金密集的特点, 一旦发生火灾、 爆炸事故, 往往造成极大的经济损失和人员伤亡。
1.2石油化工企业的火灾危险性
石油自身及其产品在生产、 储存、 运输过程中, 都存在着很大的火灾、 爆炸危险性。其中的主要防火部位有: 罐区、 装卸区、 工艺装置区、 生产厂房和库房等, 下面主要针对罐区进行实际实例设计。
罐区储运的油品大部分为甲类火灾危险物, 油品在储运过程中, 稍有不慎, 泄露逸散到空气中, 极易形成爆炸性气体混合物, 且这类爆炸性气体混合物的密度一般比空气重, 泄露后极易在低洼处积聚。加之点火能量很低, 遇到火源, 很容易被点燃, 发生火灾、 爆炸事故。
1.2.1火灾危险性
罐区储运的油品大部分都属于甲类和甲A类火灾危险性介质, 一般以液态形式在常温增加压力条件下储存, 具有气液两相的性质。其火灾危险性主要表现在以下几个方面:
( 1) 易挥发。以液态形式储存, 释压后, 立即挥发为气体。气化后体积膨胀250~300倍, 并急剧扩散蔓延。
( 2) 相对密度大( 空气的1.5~2倍) 。比空气重, 容易停滞和积聚在电缆沟、 下水道等低洼处, 易与空气形成爆炸性混合气体, 一旦达到爆炸极限, 遇火源便能够燃烧、 爆炸。
( 3) 易燃、 易爆。闪点低, 着火温度比一般可燃气体温度低( 约为400~530℃) , 危险性大, 与空气接触后形成爆炸性混合气体, 爆炸极限是2.1%~9.5%( 体积比) , 可被小火星点燃, 爆炸速度为 ~3000m/s。
( 4) 燃烧热值高。热值大于15605.5kJ/kg( 91272kJ/m3) , 火焰温度高达2120℃, 辐射热强, 极易引燃、 引爆周围的易燃、 易爆物质, 使火势扩大。
( 5) 易膨胀。储罐属于压力容器, 储存在容器内的油品, 在一定的温度和饱和蒸气压下处于气液共存的平衡状态。随着温度的升高, 液态体积会不断膨胀, 气态压力也会不断增大, 气体泄漏的可能性也就越大。
( 6) 有腐蚀性。内腐蚀能够不断地使容器壁变薄, 从而导致容器的耐压强度, 缩短容器的使用年限, 导致容器穿孔漏气或爆裂, 引起火灾报站事故。同时, 容器内壁因受到硫化氢的腐蚀作用, 还会生成黑褐色的硫化亚铁( FeS) 粉末, 附着在器壁上或沉积于容器底部。这种硫化亚铁粉末如果随残液倒出, 或使空气大量进入排空液态的容器内, 硫化亚铁会与空气中的氧气发生氧化反应, 放热而自然, 生成氧化铁( Fe3O4) 和二氧化硫( SO2) , 这种自燃现象也易造成火灾爆炸事故。
( 7) 易产生静电。油品从管口、 喷嘴或破损处高速喷出时能产生静电, 静电电压可高达数千乃至数万伏。油据测定, 当静电电压在350~450V时, 所产生的放电火花就能引起可燃气体燃烧或者爆炸。由于从管口、 喷嘴或破损处高速喷出时, 极易产生高电位静电, 因此其放电火花足以引起火灾或爆炸事故。
1.2.2火灾和爆炸事故的原因
罐区发生火灾和爆炸事故的原因是多方面的, 概括起来主要有以下几种情况:
( 1) 泄漏爆炸
液态油品泄漏后与空气混合, 形成爆炸性混合气体, 遇明火发生爆炸, 其实质是化学性爆炸。泄漏爆炸事故在罐区火灾爆炸事故中最为常见, 发生的概率最大。导致泄漏的主要原因有以下几点:
①设备质量低劣。储运油品的容器的质量存在问题, 很容易造成泄漏。储罐是压力容器, 压力容器在设计、 选材、 制造、 使用等方面都有特定的要求, 生产制造存在缺陷、 生产制造过程中不符合要求、 都可能会降低产品的质量, 在使用过程中容易出现问题, 发生泄漏事故。
②安全附件失效。储罐的安全附件主要包括: 压力表、 液位计、 温度计、 安全阀、 排污管等。如果失效, 容易造成储罐超装或超压, 导致罐体开裂引起泄漏; 安全附件与罐体的连接部位结合不严, 焊缝质量差, 易引起泄漏; 阀门法兰的密封垫片老化、 开裂也会引起泄漏。
③人为失误。生产操作中, 由于误操作、 违章操作、 盲目指挥和设备检修保养不善, 很容易导致出现物料的跑、 冒、 滴、 漏事故。
④运输不当。在运输过程中出现的槽罐车泄漏起火、 碰撞爆炸等事故也不断增多。主要原因大都是由于运营者的安全意识差、 运输过程中违章驾驶、 交通部门管理存在漏洞等。
( 2) 蒸气爆炸
蒸气爆炸是一种因油品泄放而形成的物理爆炸, 特点是爆炸过程中有相变发生, 是液相急剧气化而引起的爆炸, 爆炸能量来自沸腾的液体和蒸汽的膨胀。
蒸气爆炸事故的严重危害包括两部分: 爆炸本身的直接后果和二次灾害事故造成的后果。直接后果是造成设备毁坏和人员伤亡。二次灾害事故主要是指爆炸发生后, 油品泄漏在发生爆炸的同时, 伴随着巨大火球的产生而形成火灾。如果油品在爆炸时未被点燃, 则泄漏后于空气形成爆炸性混合气体, 一遇到火源即会发生蒸气云爆炸。后果更为严重。
①过量充装。液体具有受热膨胀的特性, 液态体积膨胀率比水大10~16倍。当储罐的温度升高时, 罐内压力可能超过储罐的安全设计压力, 引起储罐薄弱处出现裂缝, 导致油品泄漏; 如果裂口过大或泄压过快, 就会引起蒸气爆炸。
②高温烘烤。火场中受到火焰高温烘烤作用的储罐存在发生蒸气爆炸的危险。火焰的辐射热量传入容器后, 容器材质抗拉强度急剧下降, 同时由于安全阀设定压力较高, 容器不能承受设定压力, 即使安全阀开启快速排气, 容器也可能因压力增大开裂, 继而引发蒸气爆炸。
③机械碰撞。机械碰撞使容器遭受损坏, 罐内压力瞬间降低而引起蒸气爆炸。主要来自于运输过程中槽车的脱轨倾覆、 运行中槽车的碰撞以及周围物件对容器的撞击等。
④设备缺陷。设备本身存在缺陷使容器出现较大裂缝, 也就成为蒸气爆炸产生的原因。另外, 焊缝是容器的薄弱环节。在使用过程中, 由于腐蚀等原因引起器壁变薄也会导致容器强度下降。各种设备缺陷使容器承压能力下降, 可能出现较大裂缝并最终导致发生蒸气爆炸。
( 3) 静电危害
原油、 汽油、 苯、 甲苯、 液化烃等油品在储运过程中, 易产生和积聚静电。易燃易爆气体发生小孔喷射时, 因流速快, 会产生高位静电。当带电体与不带电体或静电电位很低的物体接近时, 电位差达到300V, 就会发生静电放电现象, 并产生火花。另外, 人携带静电的危害也不容忽视。
( 4) 雷击( 电) 危害
雷击主要包括直击雷、 感应雷及雷电侵入, 另外还有比较罕见的球形雷。雷电的灾害主要表现为雷电所造成的雷击具有极大的破坏性。罐区除安装防直击雷的设施外, 对储气( 油) 罐( 池) 及管道、 设备等还必须安装防静电感应雷、 防电磁感应雷的装置, 并定期由专业检测机构进行检测。
( 5) 明火
明火主要是指生产过程中的焊接或切割动火作业、 现场吸烟、 机动车辆排烟喷火等。明火是导致火灾、 爆炸事故的最常见、 最直接的原因。
①焊接、 切割动火作业。第一, 焊接、 切割作业本身就具有火灾、 爆炸危险性。如作业所使用的乙炔、 丙烷、 氢气等, 都是易燃、 易爆气体, 气瓶又是压力容器。作业中飞溅的金属熔渣温度很高, 若接触到可燃物质, 能引起燃烧或爆炸。作业时产生的热传导, 可能引起焊割部件另一端( 侧) 的可燃物质燃烧或爆炸。第二, 违章进行动火作业, 往往导致火灾、 爆炸事故的发生。动火前在现场没有采取有效的安全措施, 作业结束后, 遗留火种等。违章作业直接或间接引起的火灾、 爆炸事故占全部事故的60%以上。
②现场吸烟。燃烧的烟头的表面温度能够达到200~300℃, 远高于油品的燃点。打火机、 火柴或烟头点燃时散发的能量也大大超过油气所需要的点燃能量。
③机动车辆排烟喷火。汽车及其它机动车辆一般都以汽油或者柴油作为燃料, 排出的尾气中夹带有火星、 火焰。若未安装阻火器, 有可能引发车辆所在或所经过地区, 如火车栈桥、 汽车装车站、 罐桶间的火灾、 爆炸事故。
④设备设施质量缺陷或故障。电气设备设施选用不当, 不满足防火、 防爆的要求, 不具备安全性, 容易引起火灾爆炸事故。存在质量缺陷或发生故障的电气设备在运行过程中可能造成电气设备过热或产生电火花, 甚至引起电气火灾事故, 进而引起油品的火灾爆炸事故。
储罐、 油泵、 输油臂、 鹤管、 管道及船舶等储运设备设施主体, 若在选材、 制造和安装中存在质量缺陷, 则在运行一段时间后, 会因受腐蚀、 老化及不正常操作的影响而发生故障, 有可能导致油品泄漏、 扩散等事故, 为火灾、 爆炸事故的发生埋下了隐患。附件和安全装置, 如阀门、 法兰、 安全阀、 呼吸阀、 检测仪表、 遥控装置、 连锁保护装置等, 若存在质量缺陷或在运行过程中遭损坏, 很可能引起火灾、 爆炸事故。
1.2.3石油化工火灾的预防
油罐一旦发生火灾, 发展蔓延十分迅速, 扑救难度大, 容易造成较大的经济损失和人员伤亡。由于火险因素复杂, 因此油罐区消防工程对确保油罐安全, 降低火灾扑救损失有着十分重要的作用。
( 一) 经过日常管理预防火灾事故
1.落实消防安全责任制
认真贯彻各项消防法律法规, 落实逐级消防安全责任制和岗位消防安全责任制, 明确逐级和岗位消防安全职责, 确定各级、 各岗位的消防安全责任人, 并正确履行消防安全职责, 牢固树立”安全自抓, 隐患自除, 责任自负”的消防安全责任主体意识。
2.建立健全并贯彻好消防安全制度
消防安全制度主要包括: 消防安全教育、 培训; 防火巡查、 检查; 安全疏散设施管理; 消防值班; 消防设施、 器材维护管理; 灭火和应急疏散预案演练; 燃气和电气设备的检查和管理; 消防安全工作考评和奖惩; 其它必要的消防安全内容。
3.定期开展消防安全检查
各类单位, 都要明确规定防火巡查、 防火检查的人员、 内容、 部位和频次, 填写巡查、 检查记录。
4.及时整改火灾隐患
对存在的火灾隐患, 要及时予以消除, 并记录备案。在火灾隐患未消除之前, 应严格落实防范措施, 保障消防安全。对随时可能引发的火灾或者一旦发生火灾将严重危及人身安全的, 要将危险部位停产整改。
5.制定灭火应急预案并定期进行演练
要针对危险区域, 深入一线熟悉、 掌握实际情况, 制定灭火预案, 并定期组织演练。发现问题修正预案, 使预案贴近实战, 提高处理事故的整体能力。一旦发生事故, 有效处理, 最大限度地减少人员伤亡和财产损失。
6.建立健全消防档案
消防档案应包括单位消防安全基本情况和消防安全管理情况, 内容详实, 并附有必要的图表, 根据情况变化及时更新, 统一保管、 备查。
( 二) 经过安全设计预防火灾事故
1.做好安全设计, 杜绝事故源头
初步设计要根据罐区总体规划, 针对所用设备及材料的危险性, 提出具体意见和措施, 以及对重点区域进行检测监控的自动报警手段及方法。施工图设计阶段要注意检查最终设计中的设备、 电气仪表的防火防爆及防止事故的具体措施是否符合有关规范的要求。
2.把好防火设计审核关
设备的设计、 选型、 布置及安装均应符合国家规范和标准。根据不同工艺过程特点, 选用相应安装要求的材质, 采用先进技术进行制造和安装, 特别是保证危险性场所的电气设备应正确设计选型。新建、 改建、 扩建生产装置布局, 单元设备布置, 防火安全设施的设计和实施应遵循有关规范, 做好严格的防火审核工作, 并经过严格的验收, 夯实防火安全基础。
3.消除导致火灾的物质条件
通风措施, 降低油气浓度; 对动火设备和管线进行吹扫、 清洗以及切断、 隔离、 置换、 测爆、 清除动火场所周围可燃物等都是消除导致火灾物质条件的有效措施。
4.控制着火源
( 1) 控制和消除用火
用明火加热的设备必须与有火灾爆炸危险的生产装置、 储罐区相隔一定的防火间距; 动火过程中的非动火区域限制; 动火后的熄火清场; 锅炉、 加热炉设置足够高的烟囱, 烟囱周围一定距离内不得搭建易燃建筑; 机动车辆装设火花熄灭器, 控制车辆进入危险区域等。
( 2) 防止撞击、 摩擦产生的火花
及时对机械的运转摩擦部位润滑或更换润滑油; 对可能发生摩擦和撞击的部位采用不同的金属制造或包敷有色金属; 使用防爆工具作业; 禁止穿钉鞋; 用不发火的材料建造地面等。
( 3) 防止电火花、 雷击和静电放电
选用符合规范要求级别和组别的防爆电气设备; 正确选择和安装、 定期维护和检查电气线路及设备; 按规范设计、 安装、 定期检测和维护可靠的防雷设施; 爆炸危险场所严禁穿化纤衣服; 将注油管道延伸至容器或油罐底部, 消除附加静电; 设置良好的静电接地等。

2石油化工储罐区火灾报警灭火系统
2.1石油化工储罐区火灾报警灭火系统简介
石油化工储罐区火灾报警灭火系统是针对石油化工企业防火技术要求而设计的集火灾自动探测、 联动控制、 水喷雾冷却与泡沫灭火等多功能于一体的智能化综合系统。
石油化工储罐区火灾报警灭火系统主要由火灾报警控制装置、 冷却灭火装置等两部分组成。其中, 火灾报警控制装置完成对石油化工储罐的火灾险情进行自动探测、 报警及输出灭火联动控制信号; 冷却灭火装置则实现对火灾的灭火功能。本系统最大特点是自动探测报警与冷却灭火系统有机结合。系统显示直观、 操作简便、 运行稳定可靠, 该产品的研制成功及推广应用, 必将给石油化工储罐区的安全提供切实有效的技术保障, 并将产生巨大的社会经济效益。
2.2系统主要性能和技术参数
2.2.1设计依据标准
石油化工储罐区火灾报警灭火系统及各组成部件的生产及现场安装设计参照GB50160- 《石油化工企业设计防火规范》、 GB50116-98《火灾自动报警系统设计规范》、 GB21197- 《线型光纤感温火灾探测器》、 DB42/ 348- 《光纤光栅感温火灾报警系统设计、 施工及验收规范》、 GB15322- 《可燃气体探测器》、 GB 50151- 《泡沫灭火系统设计规范》、 GB50219-95《水喷雾灭火系统设计规范》。
2.2.2系统主要功能和参数
( 1) 具有各储罐独立的消防防火分区;
( 2) 多参数复合探测有效减少误报( 可配接光纤光栅感温火灾探测器、 图像型火灾探测器、 可燃气体探测器、 手动火灾报警按钮) ;
( 3) 独立的消防防火分区配置, 可直接控制单个储罐进行固定式泡沫系统灭火和水喷雾系统冷却;
( 4) 可手动急起、 急停冷却灭火控制系统;
( 5) 可经过专业接口将主机内的记录转存到计算机中, 可详细查看报警、 故障和操作记录;
( 6) 火灾报警、 故障时, 报警指示灯发光指示同时蜂鸣器发出报警音;
表2.1火灾探测器、 报警、 控制装置
火灾探测、 报警、 控制装置
冷却灭火
启动方式
系统电源
使用环境温度( ℃)
设计压力( Mpa)
光纤光栅感温火灾探测器、 图像型火灾探测器、 可燃气体探测器、 手动火灾报警按钮、 火灾声光报警器
固定式泡沫灭火系统、 水喷雾冷却系统
电器自动; 电气手动; 机械应急手动操作
电源系统: AC220V/DC110V/DC48V;
启动装置:
DC24V、 1.1A
-25～70
≥0.2
2.3系统特点
( 1) 火灾探测灵敏度
系统中的探测部分对石油化工储罐区的着火火源敏感、 反应速度快, 在探测原理上不受电磁环境中的粉尘、 气流等干扰、 寿命长、 本征安全。
针对储罐初期火灾不易发现和火情蔓延迅速的特点, 从初期可燃气体聚集, 到温度上升异常, 以及明火出现进行三种火灾参量的探测, 能起到最佳的火灾早期预警及中后期火灾报警的功能。
( 2) 冷却灭火安全可靠
系统中的冷却部分选用水喷雾装置, 杜绝储罐火灾蔓延和储罐温度过高发生爆炸。灭火部分选用泡沫灭火装置, 对油品火灾具有极强的破灭能力。
( 3) 系统稳定可靠
针对石油化工储罐区的室外环境, 系统在结构上增加抗振动、 防爆设计, 系统部件均能工作在-25～70℃的温度范围内并经过了严格的电磁干扰实验。系统部件结构设计、 零部件的选型、 安装设计均按照石油化工储罐区的工作环境及其维护和检修原则, 使产品的安装和使用不影响储罐的结构和日常使用, 也不会对定期的检修和维护造成妨碍。
2.4系统组成及安装
2.4.1组成
根据石油化工储罐区的火灾危险性及其环境特点, 可将消防系统分为报警控制装置和冷却灭火装置。
1、 报警控制装置由联动型火灾报警控制器、 光纤光栅感温火灾探测器、 图像型火灾探测器、 可燃气体探测器、 现场手动报警按钮、 声光报警器、 消防电话、 消防广播等设备组成。该套装置实现自动监测现场火情, 启动火警声、 光报警提示, 电气自动或手动启动冷却灭火装置的功能。
2、 冷却灭火装置由水喷雾冷却系统和固定式泡沫灭火系统构成。接到系统的冷却灭火指令后, 可自动或手动启动装置对防护区实施冷却及灭火。
2.4.2布线
图2.1布线示意图
2.4.3安装配置
详图见浮顶储罐区消防CAD图纸。

图2.2安装配置示意图
2.5 系统工作流程

图2.3系统工作流程示意图
3石油化工储罐区的火灾报警装置
3.1光纤光栅感温火灾报警系统
3.1.1简介、 特点
JTW-XF-LA1004/CS/8光纤光栅感温火灾探测器以光纤作为光信号的传输通道, 光栅作为传感器, 利用布喇格光栅的温度敏感性和光的反射原理, 实时探测各监测点的温度变化情况, 达到报警条件时发出报警信号。光纤光栅感温火灾探测器具有精度高、 分辨率高、 可靠性高、 抗电磁干扰、 能在恶劣环境使用、 布设方便、 兼容性强等优点。功能特点如下所示:
【全光型】采用光栅传感器进行信号检测、 光纤进行信号传输, 实现无电检测本质安全防爆, 不受电磁干扰, 不受雷击
【高精度】使用先进的光纤光栅作为传感器, 技术先进, 测量精度高, 指标优于传统的测温传感器
【稳定可靠】系统结构紧凑, 安装简单, 维护方便, 抗电磁干扰、 抗腐蚀, 能在恶劣的环境下工作, 可靠性高, 使用寿命长
【实时巡检】自动对光栅传感器所在区域进行实时巡检, 检测现场温度的异常波动, 实现早期火灾报警
【多点监测定位】最多可扩展32个通道, 同时监测多个传感器
【图形显示】以图文形式实时显示相应监测点的温度值和温度变化曲线, 方便管理人员操作和维护
【系统自检】具有自检功能, 可实时监测自身运行情况并输出故障报警信号
【数据查询】各个监测点的温度和报警信息都保存到光纤光栅感温火灾探测器的大容量储存器内, 可查看各监测点的历史温度变化曲线, 为决策和维护提供数据支持
【阈值可调】可根据实际情况对光纤光栅感温火灾探测器的报警阈值进行现场设定
【布设方便】采用准分布式测量方式, 测量点多, 能够灵活调整传感器的布设位置
3.1.2主要指标
表3.1探测器技术参数
探测器类别
定温、 85℃
测温范围
-20℃～120℃( 取决于传感器)
测温精度
±2℃
测量时间
≤20s
分辨率
0.1℃
测量通道
最多32个通道
传感器容量
10个同频/8个频率/单个通道
传感器间距
≥2m
传输距离
≤6Km
报警温度出厂设定
预警70℃、 报警85℃( 用户可现场修改)
报警输出
继电器接口
通讯接口
RS485
显示器类型
LCD液晶屏
连接方式
FC/APC
电源
DC24V, ≤700mA
工作环境温度
0℃～40℃
相对湿度
≤90%( 40℃)
机箱尺寸
482×132.5×291mm( W×H×D)
重量
6.5Kg
颜色
黑色
执行标准
线型光纤感温火灾探测器GB/T 21197-
3.1.3结构特征
JTW-XF-LA1004/CS/8光纤光栅感温火灾探测器主要由以下三个部分组成:
Ø 光纤光栅传感器
利用光纤光栅对温度敏感性的原理, 用来检测被保护区域温度变化的装置。
Ø 传输光缆及光缆接续盒
Ø 信号处理器
光信号经过信号处理器解调出温度数据, 具有显示、 报警功能的装置。

图3.1 光纤光栅感温火灾探测系统结构示意图
( 1) 光纤光栅传感器
采用光纤光栅作为温度敏感元件, 外界温度发生变化时, 会导致反射光的中心波长产生相应的偏移, 经过这个偏移量计算出温度。

图3.2光纤光栅传感器
表3.2 光纤光栅传感器性能指标
性能
指标
量程
－20℃～120℃( 可定制)
直径
7mm
承受最大外力
100N
耐久性
>
( 2) 传输光缆及光缆接续盒
传输光缆将控制室内信号处理器和保护区域内光纤光栅传感器连接在一起, 用来传输光信号。传输光缆宜采用标准铠装光缆。
光缆接续盒用来保护光纤接头的熔合点和光纤连接法兰。光路上的连接点比较脆弱, 一定要用合适的接续盒来保护, 使之能在恶劣环境下正常工作。
( 3) 信号处理器
信号处理器的主要功能是提供光源信号, 对传感器的返回光信号进行解调, 输出温度测量结果和声光报警信号。信号处理器外形尺寸为482×132.5×291mm( 宽×高×深) , 可安装在机柜也能够单独使用。
USB口
显示屏
指示灯
电源开关

图3.3信号处理器前面板
信号处理器前面板有电源开关、 指示灯、 USB接口、 LCD显示屏四部分, 面板上有四个指示灯: 电源指示灯、 故障指示灯、 报警指示灯和消音指示灯。图3.3所示为信号处理器前面板。
电源开关: 采用钥匙开关使信号处理器通电或者断电
电源指示灯: 信号处理器通电, 电源指示灯点亮
故障指示灯: 出现故障, 故障指示灯点亮
报警指示灯: 达到报警条件时, 报警指示灯点亮
消音指示灯: 关闭声音报警时, 消音指示灯点亮
USB接口: 可外接鼠标和键盘
LCD显示屏: 光纤光栅感温火灾探测器监控软件界面, 提供系统设置及显示各监测点的温度数据信息和报警信息。
通讯口
继电器输出
电源
接地端子
备用
光通道4
光通道3
光通道2
光通道1

图3.4信号处理器后面板
通道1-4: 每个通道能够连接8种频率光纤光栅传感器
扩展口1: 备用
扩展口2: 备用
485通讯接口: 与外部火灾控制器、 计算机等相连接
继电器输出接口: 输出接口定义如图3.5所示
电源: DC24V, 电源输入接口如图3.6所示

图3.5继电器输出接口示意图
继电器触点容量:
最大电流
最大电压
1A
120VAC
1A
24VDC

图3.6电源输入接口示意图
( 4) 多通道扩展模块
多通道扩展模块能够扩充光纤光栅信号处理器主机的连接能力, 可连接更多传感器, 适用于需要大量测量点的工程。
表3.3 JTW-XF-LA/EX32都通道扩展模块
输入输出端口
FC/APC
通道数量
最大32通道
测量点数
10个同频/8个频率/单个通道
外形尺寸
482×44.5×291mm( W×H×D)
供电方式
DC24V, ≤700mA
工作温度范围
0℃～40℃

图3.7多通道扩展模块前面板

图3.8多通道扩展模块后面板
信号处理器主机的4个光通道经过多通道扩展模块后, 光通道数量最多可扩展为32通道。每个通道可带8种频率, 每种频率能够串接10只同频传感器, 系统可带传感器容量大大增加。

图3.9 系统最大容量结构示意图

3.1.4系统安装布置
光纤光栅传感器应沿罐壁呈圆形单圈分布。5万m3及以下的储罐, 间距为5m; 5～10万m3储罐, 间距为6.6m; 15万m3以上储罐间距为8.2m。具体布置如下所示。
表3.4 传感器安装敷设方式
储罐类型
光纤光栅传感器敷设
内、 外浮顶罐
一般安装在浮盘周围, 挡雨板的内侧或二次密封装置的螺栓上
拱顶罐
一般安装在罐顶护拦的下方, 罐顶与罐壁的交界处附近, 探测点间距为5m。
球罐
一般沿喷淋水管或相应的位置布设罐顶、 罐中、 罐底三圈, 探测点的间距为4m。

图3.10内浮顶罐图

图3.11外浮顶罐图

图3.12 传感器安装局部放大图
3.2图像型火灾探测系统
3.2.1简介、 特点
图像型火灾探测器采用国际上最先进的智能图像分析技术, 能区分真正的火灾条件和其它干扰来源, 如太阳辐射、 耀斑辐射、 电弧焊、 高温气体和黑体辐射, 是唯一满足火焰探测和视频监视功能的探测方式。图像型火灾探测器能够对石化企业防火区域内的情况进行7×24小时不间断实时监控, 一旦有火情出现, 能够在2~15秒内做出准确判断, 同时把报警信号及火情现场实时视频图像传送到消防监控中心并给出火灾定位信息( 误差小于1.5m) , 同时能够经过火灾报警控制主机自动联动相应消防装置( 如: 水炮、 喷淋等) 为及时控制火情, 迅速启动应急预案赢得了时间。
图像型火灾探测器在储罐区的优势:
图像型火灾探测报警系统在石油石化行业应用广泛, 如: 海上石油勘探生产平台、 炼油厂、 汽油运输装卸站、 管道泵站、 石油石化厂、 罐区等, 可解决多方面问题, 有以下优势:
1、 提供远程视频终端无人监控能力。
2、 防护罩保护镜头不受外界影响、 不受高温气候影响, 保证灵敏度不降低。
3、 解决双波段、 红外等传统火灾探测上的误报问题, 能真正区分火灾及干扰源, 不受灯光、 光斑、 太阳辐射、 耀斑辐射、 热CO2气体排放影响。
4、 在现场人员稀少的情况下, 系统能够自动将火灾现场信息传到中心, 方便值班人员记录火灾信息, 并疏导现场人员脱离险区, 指挥救援人员即使救火。
3.2.2主要指标
表3.5 探测范围与探测距离选择
产品类型
分型类别
视场角
最远探测距离( 国标火)
水平视场角
垂直视场角
防爆型

——————

标准型
A型
64
50
40m
B型
42
32
60m
C型
32
24
80m
D型
22
17
100m
E型
10
8
300m

表3.6 技术参数
项目
标准型
防爆型

通讯接口
以太网
1个RJ45 10M/100M
火警/故障
2路开关量
视频输出
BNC接口/1.0±0.2Vp-p/75Ω

光学参数
最低照度
0.1LUX( 彩色)
线数
480线( 彩色)
信噪比
50db

视频服务
视频压缩标准
MPEG4
视频分辨率
CIF:(352×288), 4CIF:(704×576)
视频帧率
1-25帧/秒
视频码率
CIF:400Kbps,4CIF:1.5Mbps
网络图像延迟
＜800毫秒

尺寸及重量
外形尺寸( mm)
282×148×55
600×340×300
材质
铝, 钢
不锈钢304或316L
单位重量( kg)
1.5
24
运输重量( kg)
3
30
防爆等级
无
EXDIICT6DIPA20.TA.T6
防护等级
IP54
IP68
安装方式
支架安装
电源
电压
DC18V-DC32V( 标称值DC24V)
功耗
15W
50W

环境条件
大气压力
86-106KPa
工作温度
-10℃~﹢55℃
-20℃~﹢60℃
储藏温度
-20℃~﹢60℃
-40℃~﹢70℃
湿度
≤95%RH( +25℃)

3.2.3结构特征、 安装、 布线
图像型火灾探测器在储罐区的应用如下图所示:

图3.13 结构特征示意图

( a) 直径12米, 高11米储罐布置方式

( b) 直径80米高21米储罐布置方式
图3.14 安装示意图
3.3 可燃气体探测系统
3.3.1简介、 特点
点型可燃气体探测器是一种安装在爆炸性危险环境的气体探测设备, 它将现场的可燃气体浓度转换成数字信号并传送到位于安全区的火灾报警控制器, 以达到监测现场可燃气体浓度的目的。产品需符合GB 3836.1《爆炸性气体环境用电气设备第1部分: 通用要求》、 GB 3836.2《爆炸性气体环境用电气设备第2部分: 隔爆型”d”》及GB 15322.1《可燃气体探测器第1部分: 测量范围为0～100%LEL的点型可燃气体探测器》等标准的要求。
GST-BF003M型点型可燃气体探测器经过四芯电缆与处在安全区的GST系列火灾报警控制器连接, 其中两根线为DC24V电源线, 另两根为总线。本探测器防爆标志为ExdIICT6, 适用于石油、 化工、 机械、 医药、 储运等行业爆炸危险环境的1区和2区。
3.3.2主要指标
(1) 工作电压:
(2) 信号总线电压: 总线24V允许范围: 16V～28V
(3) 电源总线电压: DC24V 允许范围: DC12V～DC28V
(4) 工作电流
(5) 信号总线监视电流≤2mA
(6) 信号总线报警电流≤3mA
(7) 电源总线电流≤40mA
(8) 传感原理: 催化燃烧
(9) 取样方式: 自然扩散
(10) 检测范围: 0～100%LEL
(11) 线制: 四线——两根DC24V电源线, 两根为总线
(12) 检测气体: 天然气、 液化石油气
(13) 传感器使用寿命: 2年
(14) 使用环境:
(15) 温度: －40℃～＋70℃
(16) 相对湿度≤95%, 不结露
(17) 外壳防护等级: IP43
(18) 防爆标志: ExdIICT6
3.3.3结构特征、 安装、 布线
点型可燃气体探测器外形示意图如图3.15所示, 接线端子示意图如图3.16所示。

图3.15 GST-BF003M点型可燃气体探测器外形示意图

图3.16 接线端子示意图
其中:
Z1、 Z2: 接火灾报警控