【正文】 模擬量和開關(guān)量達(dá)上千個，巡檢周期短，能同時完成信號的自動處理、記錄、報警、聯(lián)鎖動作、打印、計(jì)算等；監(jiān)測參數(shù)除可燃?xì)怏w成分（如HCO等）、濃度、可燃粉塵濃度、可燃液體泄漏量之外，還有溫度、壓力、壓差、風(fēng)速、火災(zāi)特征（煙、溫度、光）等環(huán)境參數(shù)和生產(chǎn)過程參數(shù)。同時，由于及時掌握生產(chǎn)設(shè)備和機(jī)械的工作狀態(tài)，可以分析設(shè)備的配置情況和利用率，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)薄弱環(huán)節(jié)，改善管理，提高生產(chǎn)效率。此外，具有國外20世紀(jì)90年代水平的安全監(jiān)測系統(tǒng)已開始裝備我國的石油、化工、煤礦等工業(yè)部門；安全監(jiān)測、報警及聯(lián)鎖控制裝置等，也在我國自行設(shè)計(jì)的石化生產(chǎn)設(shè)備中獲得了應(yīng)用，這標(biāo)志著我國安全監(jiān)測儀器的研制和裝備進(jìn)入了新的水平。 目前，在我國的大型石化企業(yè)中，如揚(yáng)子乙烯工程、齊魯乙烯工程等，大量裝備使用各種安全監(jiān)測儀表。因此，安全監(jiān)測技術(shù)與石化生產(chǎn)過程控制的密切配合，是我國石化生產(chǎn)的發(fā)展方向，是防火防爆、預(yù)防重大火災(zāi)及爆炸事故發(fā)生的重要環(huán)節(jié)。1）國內(nèi)現(xiàn)狀在我國石油化工部門，對油品和化工產(chǎn)品等易燃易爆液體類物質(zhì)的儲存、檢測和安全管理一直是個難題。而且各種測量儀表仍然使用電動儀表，電動儀表是以電為能源，信號之間聯(lián)系比較方便，適宜于遠(yuǎn)距離傳送和集中恐慌子，也可以做到防火、防爆，但是電動儀表一般結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，易受溫度、濕度、電磁場、放射性等環(huán)境影響，這嚴(yán)重影響了計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的有效性?；诠饫w的諸多優(yōu)點(diǎn)，上世紀(jì)九十年代初期，清華大學(xué)、重慶大學(xué)、武漢理工大學(xué)等在國內(nèi)率先開展傳感光纖的研究。在我國，光纖傳感技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)給石油、化工工業(yè)的自動化計(jì)量和安全檢測技術(shù)帶來重大變革。其中光纖高溫測量儀、光纖液位傳感器、光纖閥位回訊器[5]王紹理、魏訪、呂俊杰。目前國內(nèi)應(yīng)用于石油產(chǎn)業(yè)最廣泛的還是光纖液位傳感器，可以測量儲罐中石油液面的高度。而且國外光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用要比我國早一些，自從1978年發(fā)明的在光纖中形成光致布拉格光柵以來，光纖光柵在光纖通信和傳感中已經(jīng)大量應(yīng)用?！?】王化祥。 論文的主要內(nèi)容 本文研究的核心問題是為石油石化企業(yè)儲油罐區(qū)安全提供整體的解決方案。論文結(jié)構(gòu)安排如下：第一章 緒論 主要介紹課題研究的背景與意義，安全監(jiān)控系統(tǒng)的由來及其發(fā)展?fàn)顩r，以及國內(nèi)外儲油罐區(qū)安全監(jiān)控系統(tǒng)的研究成果和研究動向。第三章 聯(lián)合站儲油罐區(qū)安全監(jiān)控系統(tǒng)初步方案設(shè)計(jì)，對監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了簡要介紹，并說明了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能。第五章 利用《》編寫監(jiān)控軟件、繪制監(jiān)控畫面，包括工況圖、工藝流程圖、實(shí)時參數(shù)畫面、實(shí)時曲線、歷史數(shù)據(jù)畫面、歷史曲線、報警參數(shù)與報警圖、報表畫面；并對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，研究系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中可能存在的問題，并提出解決方案。作為被測量信號載體的光波和作為光波傳播媒質(zhì)的光纖，具有一系列獨(dú)特的、其它載體和媒質(zhì)難以比擬的優(yōu)點(diǎn)，如靈敏度高，抗電磁干擾、耐腐蝕、電絕緣性好，防爆，光路有可撓曲性，便于構(gòu)成分布式監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，便于與計(jì)算機(jī)聯(lián)接，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，耗電少等。即一種光纖傳感器不僅只針對一種物理量，要能對多種物理量進(jìn)行同時測量。3)新型傳感材料和傳感技術(shù)的開發(fā)。5)光纖連接器及與其他微技術(shù)(微機(jī)械、微流態(tài)學(xué)、噴鍍薄膜等)結(jié)合的微光學(xué)技術(shù)[1]。圖21 光纖傳感器基本工作原理示意圖目前研究的光纖傳感器按其傳感原理分為兩類[1]:一類是傳光型(或稱非功能型)光纖傳感器，另一類是傳感型(或稱功能型)光纖傳感器。傳感器中的光纖是不連續(xù)的，其間有中斷，中斷的部分要接上其它介質(zhì)的敏感元件作為調(diào)制器，調(diào)制器可能是光譜變化的敏感元件或其它敏感元件，光纖在傳感器中僅起傳光的作用。在這類傳感器中，光纖不僅起傳光的作用，而且還利用光纖在外界因素作用下，其光學(xué)特性(如光強(qiáng)、相位、偏振態(tài)等)的變化來實(shí)現(xiàn)傳和感的功能，因此，傳感器中的光纖是連續(xù)的。而傳光用的介質(zhì)一光纖僅起傳光作用，所以采用通信光纖甚至普通的多模光纖就能滿足要求。功能型光纖傳感器在結(jié)構(gòu)上比傳光型光纖傳感器簡單，因?yàn)楣饫w是連續(xù)的，可以少一些光耦合器件。隨著對光纖傳感器基本原理越來越深入的研究，隨著各種特殊光纖的大量問世，高靈敏度的功能型光纖傳感器必將得到更廣泛的應(yīng)用。這使它在各種大型機(jī)電、石油化工、冶金高壓、強(qiáng)電磁干擾、易燃、易爆等環(huán)境中能方便有效地傳感。全量程誤差：液位177?！妫浑娊^緣性和化學(xué)穩(wěn)定性；光纖是非金屬材料，不導(dǎo)電，其外層涂敷材料硅膠亦不導(dǎo)電，因而光纖的絕緣性能好。光纖導(dǎo)光性能好，且耐高溫；光纖是由無機(jī)玻璃、高硅玻璃材料制成，其最低軟化點(diǎn)至少是600℃，176。特別是對傳輸距離較短的光纖傳感器，其傳輸損耗可忽略不計(jì)，利用這一特性制成了在鍋爐外即可對爐內(nèi)燃燒的高溫火焰狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。防爆、耐腐蝕，適用于火險高危的環(huán)境由于光纖內(nèi)部傳輸?shù)氖悄芰亢苄〉墓庑畔?，不會產(chǎn)生火花、高溫、漏電等不安全因素，所以光纖傳感器的安全性能好，另外光纖為非金屬材料，耐腐蝕。重量輕、體積小、外形可變；光纖可以做成非常小巧的傳感器，用來對不規(guī)則振動狀態(tài)下某些對象參數(shù)的測量[1]。這有利于航空航天以及狹窄空間的應(yīng)用[2]。此外光纖損耗小、頻帶寬 , 具有高的數(shù)據(jù)傳輸率 , 并且具有幾何形狀靈活 , 易于遠(yuǎn)距離監(jiān)控和多功能傳感等優(yōu)點(diǎn) ,使得它在地質(zhì)探礦、石油勘探、地震波檢測、軍事制導(dǎo)等領(lǐng)域有著極為重要的應(yīng)用。目前在石化企業(yè)應(yīng)用最廣泛的是光纖液位計(jì)、光纖光柵溫度計(jì)，應(yīng)用光纖傳感器對現(xiàn)場參數(shù)進(jìn)行測量，具有設(shè)計(jì)簡單、穩(wěn)定可靠、易于用電路和計(jì)算機(jī)處理所獲得的測量數(shù)據(jù)等優(yōu)點(diǎn)，因此使用光纖傳感器對儲油罐區(qū)的危險參數(shù)進(jìn)行測量是理想方案。光線液位計(jì)【30】集光、機(jī)、電于一體，完成液位測量。光纖液位計(jì)分常壓型與帶壓型兩種，它們都是利用力平衡原理實(shí)現(xiàn)液位的檢測。下面重點(diǎn)介紹帶壓型的工作原理。當(dāng)被測介質(zhì)液面變化時，測量浮球1上下移動，測量鋼絲繩帶動光纖傳感器內(nèi)的光碼盤轉(zhuǎn)動，同時光纖傳感器內(nèi)兩組光學(xué)探頭輸出兩組光脈沖信號，經(jīng)光纜傳輸?shù)焦怆娮兯推?，光電變送器將該兩組帶有液位變化信息的光脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娒}沖信號，并進(jìn)行放大整形，傳送給二次儀表，經(jīng)二次儀表判向與計(jì)數(shù)后，顯示出儲罐內(nèi)液位值，同時輸出信號給計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)罐區(qū)液位自動監(jiān)測[3]。磁力禍合檢測系統(tǒng)和光纖傳感器兩部分安裝在易燃易爆的工作現(xiàn)場，光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、二次儀表和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)安裝在安全的控制室內(nèi)。主要技術(shù)指標(biāo)： 測量準(zhǔn)確度：177。 最大可傳輸距離：5km。 光纖光柵溫度傳感器工作原理：光纖光柵溫度傳感器工作原理如圖23所示【35】，它由感溫探頭、連接光纜、傳輸光纜、光纖光柵調(diào)制解調(diào)器和二次儀表等組成，感溫探頭的數(shù)量可以根據(jù)使用要求的不同而確定，多個串接而成。光纖光柵溫度傳感器工作時，光源發(fā)出的連續(xù)寬帶光，經(jīng)傳輸光纜傳送到測量現(xiàn)場，感溫探頭內(nèi)測量光柵對該寬帶光有選擇性地反射回一窄帶光，經(jīng)同一傳輸光纜傳送到調(diào)制解調(diào)器，通過接收系統(tǒng)進(jìn)行解調(diào)，測定窄帶光的中心波長，從而測定現(xiàn)場溫度。當(dāng)現(xiàn)場溫度發(fā)生變化時，系統(tǒng)返回的窄帶光中心波長發(fā)生相應(yīng)的變化，系統(tǒng)通過二次儀表準(zhǔn)確地顯示出測量溫度。同時由于該系統(tǒng)采用光柵技術(shù)，檢測信號以光信號中心波長為對象，克服了傳統(tǒng)光傳感器依賴光強(qiáng)大小的缺陷，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化檢測，可靠性好，靈敏度高，因此適用于各種惡劣環(huán)境下的溫度測量，可廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、電力、煤炭等行業(yè)，是傳統(tǒng)溫度測量儀表的理想替代產(chǎn)品。系列表面式光纖光柵溫度傳感器主要參數(shù)：測量范圍：50℃~ 測量精度：177。 分辨率：℃；；遠(yuǎn)傳距離：5km；安裝方式：粘貼或捆綁 光纖負(fù)壓報警器光纖壓力報警器由光纖壓力傳感器和光電轉(zhuǎn)換器組成，其工作原理見圖示。光纖壓力報警器的主要技術(shù)指標(biāo)：報警范圍：－300～＋300Pa,可調(diào)； 報警準(zhǔn)確度：2. 5級；繼電器輸出接點(diǎn)容量：1A； 環(huán)境溫度：－40～80℃；相對濕度:≤95%； 儀表電源：24VDC圖24 光纖負(fù)壓報警器工作原理圖[4]新型光纖傳感器在油田聯(lián)合站的研究與應(yīng)用】趙愚，陳安標(biāo)，姜德生。 光纖氣體傳感器【基于甲烷氣體的近紅外吸收光譜, LD作為光源,通過光源調(diào)制實(shí)現(xiàn)氣體濃度的諧波檢測,給出了甲烷氣體的測量結(jié)果。%，%】?！緫?yīng)用介質(zhì)對光吸收而使光產(chǎn)生衰減這一特性的吸收型光纖氣體傳感器具有傳輸功率損耗小，傳輸信息容量大，抗電磁干擾能力強(qiáng)，且耐高溫、高壓、腐蝕，絕緣、阻燃、防爆，易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離實(shí)時遙測和良好的氣體選擇性等特點(diǎn)。%，爆炸就最猛烈。光纖甲烷氣體傳感器 郭偉青 王智 李欣蓓 北京交通大學(xué) 2006 12 18 紅外報】【光譜吸收式光纖氣體傳感器是基于分子振動和轉(zhuǎn)動吸收譜與光源發(fā)光光譜間的光譜一致性。通過測定氣體吸收特定波長光的程度，從而求出氣體濃度。圖25 光纖氣體傳感器原理框圖[5]光纖乙炔氣體傳感器的研究 燕山大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 王杰 2001 3】 光纖液位報警器工作原理：光纖液位報警器是利用光的折射和反射原理實(shí)現(xiàn)液位定點(diǎn)監(jiān)測。在監(jiān)測系統(tǒng)中作為液位高位報警，起雙重保護(hù)作用。這種液位報警器由于利用光纖對液位信號進(jìn)行檢測，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場無電檢測；結(jié)構(gòu)新穎、靈敏度高且便于使用。 CYB4 適用介質(zhì)：各種油品； 工作溫度：30℃~80℃； 報警控制精度：177。 報警信號：聲/光/電光纖光柵感溫火災(zāi)探測器由感溫傳感器探頭、連接光纜、光纜連接器、傳輸光纜等部分組成，安裝在現(xiàn)場。 工作原理：光纖光柵火災(zāi)報警器的工作原理如下圖所示，將多個溫度特性完全相同的光纖光柵串接在一根光纖中。窄帶反射光經(jīng)Y形光分路器的另一分路端口進(jìn)入可調(diào)濾波器。在正常狀態(tài)下，全同光纖光柵反射光的布拉格波長小于可調(diào)濾波器所設(shè)置的濾波波長，可調(diào)濾波器的濾波輸出端口無光輸出；當(dāng)全同光纖光柵中任何一個光纖光柵所處的環(huán)境溫度升高，這一光纖光柵的布拉格波長將向長波方向移動，當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到所設(shè)置的報警值時，此處光纖光柵的布拉格波長將與可調(diào)濾波器的濾波波長重合，可調(diào)濾波器的濾波輸出端口有光輸出，光探測器探測到光信號從而觸發(fā)聲光報警裝置。 圖26 光纖光柵感溫火災(zāi)報警器原理框圖TGW100 溫度測量范圍：0℃～95℃（B 報警設(shè)定溫度：50℃～95℃（A型可調(diào)）；5℃； 傳輸距離：≤10km 本章小結(jié)由于光纖傳感器具有獨(dú)特的性能，從根本上解決了困擾大中型油庫的安全、生產(chǎn)管理中的監(jiān)測問題。由于油庫液位、溫度、壓力自動檢測的實(shí)現(xiàn)，使得油庫安全監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)成為可能。通過本章的介紹，對光纖傳感器有了一個基本的了解，便于在本次設(shè)計(jì)中應(yīng)用光纖傳感器進(jìn)行探測。系統(tǒng)流程為：首先在數(shù)據(jù)采集部分，通過光纖傳感器，將被測對象的參量變化轉(zhuǎn)換為光脈沖信號，并通過光纖傳送給光電轉(zhuǎn)換器；其次在監(jiān)測臺，光電轉(zhuǎn)換器將光脈沖信號轉(zhuǎn)換為電脈沖信號，并進(jìn)行放大整形，傳給二次儀表，二次儀表對光電轉(zhuǎn)換器輸出的電脈沖信號進(jìn)行線性化處理，并進(jìn)行儀表的量程、靈敏度等調(diào)節(jié)，以數(shù)字形式顯示被測參量；最后二次儀表采用串行通訊方式(RS232和RS485)同監(jiān)測系統(tǒng)采集機(jī)相連，并實(shí)現(xiàn)對被監(jiān)測參量的顯示、報警、計(jì)量、報表處理等功能，從而實(shí)現(xiàn)對被測參量的自動監(jiān)測。適應(yīng)性：軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，整個系統(tǒng)由各種不同模塊組成，用戶可根據(jù)需要進(jìn)行功能的刪除和擴(kuò)展。通用性：在設(shè)計(jì)時，應(yīng)充分考慮其應(yīng)用對象的共性，使系統(tǒng)具有較強(qiáng)的通用性，可以在油罐區(qū)推廣應(yīng)用。擴(kuò)展性：系統(tǒng)的設(shè)計(jì)容量要足夠大，滿足系統(tǒng)今后的擴(kuò)充需要。操作維護(hù)方便性：在軟件方面，要求人機(jī)界面友好，操作簡便，易學(xué)易懂；在硬件方面，要求維護(hù)檢修方便。（2）可以實(shí)時地顯示所采集的數(shù)據(jù)。（4）能顯示主要數(shù)據(jù)的歷史趨勢曲線，可以將數(shù)天前的歷史記錄從硬盤調(diào)出。（6）能對報警信息及時提示，并以文件的形式記錄下來，便于查詢報警信息。 本章小結(jié)在本章中主要對張?zhí)烨?lián)合站儲油罐區(qū)安全監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了初步方案設(shè)計(jì)，對整個監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了簡要介紹，并指出了監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，以及系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的功能。張?zhí)烨?lián)合站的主要設(shè)備有沉降罐、凈化罐、收球筒、量油分離器、緩沖罐、污油箱、換熱器、過濾器、以及不同型號的輸油泵。張?zhí)烨?lián)合站的兩幅工藝流程圖分別參見圖41和圖42。原油的生產(chǎn)流程如下：圖43 原油的生產(chǎn)流程圖在此流程中，來油的計(jì)量是通過雙容積量油分離器來完成的。當(dāng)下面的計(jì)量容器中的原油達(dá)到上限時，原油從計(jì)量容器中輸出；輸出完畢時，原油再從緩沖容器輸入到計(jì)量容器。(2) 站內(nèi)吹掃流程(3) 站內(nèi)循環(huán)流程(4) 站外吹掃流程 監(jiān)控內(nèi)容及功能本文主要是針對罐區(qū)進(jìn)行安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，所以要監(jiān)測罐區(qū)的液位、壓力、溫度，為了防止油罐發(fā)生泄漏，還要對罐區(qū)進(jìn)行氣體濃度的監(jiān)測。②監(jiān)測分離緩沖罐、兩個凈化罐、三個沉降罐、兩個裝車泵及四個外輸泵的前后壓力。④監(jiān)測分離緩沖罐及兩個凈化罐的液位高低報警。⑥監(jiān)測三個齒輪卸油泵的開關(guān)狀態(tài)。⑧控制三個齒輪卸油泵的開關(guān)。②監(jiān)控操作：實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場各個設(shè)備參數(shù)及狀態(tài)的檢測。④操作畫面：通過操作畫面查詢和管理工藝過程；打印實(shí)時或歷史報表、趨勢曲線和報警畫面。由于本次設(shè)計(jì)對穩(wěn)定性的要求一般、費(fèi)用預(yù)算要求不高，所以本次設(shè)計(jì)選擇上位機(jī)加485總線加I/O模塊和工業(yè)儀表的方案。監(jiān)測分離緩沖罐及兩個凈化罐的液位高低報警、三個雙容積量油分離器的液位高低報警、三個齒輪卸油泵的開關(guān)狀態(tài)共15路信號明顯是對應(yīng)數(shù)字量輸入信號。 系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)表41 監(jiān)控系統(tǒng)I/O變量表序號監(jiān)控對象總點(diǎn)數(shù)控制要求AIDIDO1站區(qū)1616點(diǎn)氣體濃度監(jiān)測16*1=16——2三個收球筒（容2）3溫度監(jiān)測3*1=3——3（換1）4換熱器進(jìn)出口溫度監(jiān)測2*2=4——4（換3）4換熱器進(jìn)出口溫度監(jiān)測2*2=45（換2）2換熱器進(jìn)出口溫度監(jiān)測1*2=2——