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qq厦门海底隧道技术方案0701
厦门翔安隧道
火灾报警系统方案
武汉理工光科股份有限公司
二〇二〇年五月
一、企业简介
武汉理工光科股份有限公司(简称“理工光科”)是在对“武汉理工大学光纤传感技术研究开发中心”整体改制的基础上,以科研实力雄厚的武汉理工大学为第一大股东,并联合“北京建材股份有限公司”、“湖北双环科技开发投资公司”、“武汉钢铁(集团)公司”、“湖北省投资公司”等股东共同发起设立的股份制公司。
公司是国家计委批准的全国唯一的光纤传感技术国家重点工业性试验基地,具备国家信息产业部认证的计算机信息集成资质二级,湖北省公安厅安防设计施工资质一级。
通过EQA国际认证中心ISO9001:
2000质量体系认证。
公司是国家计委《光纤传感国家产业化示范工程项目》的承担单位,是我国目前最大的光纤传感器产业化基地。
公司生产的光纤光栅传感器产品已经广泛应用到石化、交通、水利、电力等领域,产品在国内市场的占有率达到70%以上。
公司拥有一支素质高、实际经验丰富的技术队伍。
高级技术职称及博士、硕士学位以上的高级技术人员占公司总人数的50%。
公司拥有涉及十多个学科领域的光纤传感研究室和一批具有国际先进水平的研发仪器设备,开发了30多项具有国际先进水平的技术成果,并拥有多项专利技术。
光纤光栅的产业化技术获得2004年国家科技进步二等奖。
二、隧道火灾报警技术概述
针对公路、铁路、运输通道等交通、运输工程项目由于现场工作存在着一定的火灾险要情况,因此对以上场所进行实时、准确的火情监测对保障公共财产安全和人身安全有着十分重要的意义。
目前所应用得火灾报警有三种技术——
(1)感温电缆技术、
(2)喇曼散射技术和(3)光纤光栅技术。
(1)早期的火灾报警采用感温电缆方案,其优点是成本低,但其在温度报警点的设置以及定位、定量、可重复使用性等方面有着严重缺陷。
(2)利用喇曼散射技术进行分布式温度测量在上世纪80年代被提出,它能进行分布式、长距离的温度测量,但这种系统是基于对微弱的反射模拟信号的测量,所以容易受光源起伏等其它因素的干扰;另一方面,它的测量精度和响应时间相互制约,无法同时实现短的响应时间和高的测量精度。
(3)光纤光栅传感技术是近几年发展起来的新一代传感技术,它采用对波长信号的数字式测量方法,具有极高的测量精度和抗干扰能力,而且监测距离长、响应时间快,布点灵活,已应用于许多领域的安全监测。
这三种技术优缺点如下表所示:
光纤光栅
感温电缆
喇曼散射
检测量类型
数字量
开关量
模拟量
测量精度
高
低
中
响应时间
短(与测量精度、监测距离无关)
较短
长(受测量精度、监测距离影响)
报警温度设定
在监测范围内任意设定
固定
在监测范围内任意设定
报警方式
定温\差温\混合
定温
定温\差温\混合
监测距离
长(20KM)
短
较长
系统价格
适中
低
高
系统稳定性
稳健
超温即被破坏
经常要维护
安全性
高(本质防燃防爆)
低(非本质安全防爆)
高(本质防燃防爆)
使用寿命
长(>20年)
5年
长
综上所述,光纤光栅火灾报警系统能集多级定差温报警、手动报警以及实时的温度监测于一体,真正做到防患于未然,作为交通运输等领域火情监测系统具有其它技术无可比拟的优势。
三、TGW光纤光栅感温火灾报警系统的原理
武汉理工光科股份有限公司的TGW系统采用光纤光栅作为温度敏感元件,对波长信号进行数字式测量;采用先进的可调法布里-珀罗腔滤波技术进行波长检测。
TGW系统的原理图如图1所示,当信号处理器检测到光纤光栅的反射波长出现异常,它会发送报警信号给火灾报警控制器,火灾报警控制器再发出采取措施的信号。
图1火灾报警信号传输示意图
在传统的光纤光栅系统中,由于受光源带宽的限制下,传感器探头的复用数量非常有限,一般只有15-20个左右,不能满足隧道的应用需求。
武汉理工光科股份有限公司的TGW光纤光栅感温火灾报警系统将传统波分复用技术和全同光纤光栅复用技术结合,使用波分复用与全同光纤光栅混合复用方法,解决了火灾报警的难题。
图2混合复用方法示意图
波分复用与全同光纤光栅混合复用的方法如图2所示,系统将监测场所分为多个防火分区,不同防火分区以全同光栅的波长1,2…n进行区分,每个分区长度为25-100米。
1,2…n中每一个波长对应的防火分区内有许多监测点,同一防火分区的所有监测点采用全同光栅,通常100米的监测区布设10~20个监测点,这些监测点上的光纤光栅的反射波长都等于该区域的对应波长。
如果系统检测到i波长产生了移动,就表明它所监测的防火分区的温度发生了变化,若温度变化超过了设定值,系统就会报警。
这种混合复用的方法,大大增加了系统的测量距离和测量点数,使之能够应用到更长距离的监控场所工程中去。
四、TGW系统的特点和应用情况
1.TGW系统特点
TGW光纤光栅感温火灾报警系统是武汉理工光科股份有限公司研制开发的一种温度监测报警系统,它采用先进的光纤光栅传感技术,适用于各种恶劣环境下长距离、高精度的温度监测。
对温度实时、分布监测
TGW系统对监控场所中所有分区的温度进行实时在线、全天候24小时监测,对确定事故地点以及火势蔓延方向提供重要数据。
灵活的报警控制
TGW系统测量的是连续的温度信号,可设置多级定温报警,比如在70℃时预报警,90℃时报警并采取措施,并且可以根据环境不同进行修正。
在定温报警的同时,还可以设定多级差温报警,根据温度上升的快慢程度给出不同的报警信号,分别启动喷水降温装置或者灭火装置。
两种报警方式结合可以基本消除误报。
用户可以根据实际情况自定各个区域的报警温度,以提供早期的报警警报。
响应时间短
TGW系统的响应时间不超过10秒,而且与监测长度与精度无关,对温度变化做出及时的反应。
准确性、可靠性
采用先进的数字式测量技术,不受光源波动、连接损耗、光缆的随机振动等因素的影响。
产品经国家消防电子产品质量监督检验中心检测合格,企业通过了ISO9001:
2000认证。
优良的兼容性
TGW系统可以通过RS232/485标准端口或者继电器输出与外部其它控制设备进行通信,可以与消防领域中使用的其它系统联网。
灵活的布点措施
TGW系统组成方便灵活,各检测系统相对独立,避免了设备间的影响;可根据工程需要,灵活方便的选择探头位置和疏密程度。
安全特性
TGW系统的光纤光栅感温探头对温度信号的采集是在无电的情况下进行的,本质防燃防爆。
自检功能
TGW系统具有自检功能,通过尾端的自检探头可实时监测自身运行情况并输出故障报警声光信号。
2.TGW系统的应用情况
武汉理工光科股份有限公司是光纤火灾探测系统国家标准的起草的主要单位之一,具有雄厚的研发、生产能力和丰富的工程施工经验。
公司采用具有自主知识产权的技术研制、生产的TGW光纤光栅感温火灾报警系统是目前国际国内火灾报警探测领域的最新成果。
TGW光纤光栅感温火灾报警系统以其先进性、实用性、可靠性、长期稳定性得到一致好评,近年来已在国内石化、交通、运输、冶金、电力、水利等领域,以及大型厂矿和大型工程中得到广泛的应用,目前已有数百套设备正在运行,是国内光纤火灾探测系统应用最多的产品。
例如交通领域,TGW系统已经成功应用在沪蓉西高速公路宜昌至长阳段的多个隧道火灾报警系统中;并已经成功应用在国内最长隧道——终南山隧道的火灾报警工程中。
石化领域,最近几年在武汉石化、洛阳石化、中原油田、镇海炼化、茂名石化、湖北双环、武汉钢铁公司、大港油田、上海石化等大型企业应用,已充分展现了其技术和使用性能的优势,在国家有关大型储油罐设计规范中,拟将光纤光栅火灾探测报警系统列入优先采用技术;
电力领域:
关键电气设施的安全运行是使用单位对电力设施的基本要求。
电气设施产生故障的大部分原因是设备过热引起的,主要是由于电气设备的裸露接头压接不良,在大负荷电流作用下,接头温度升高,接触点氧化引起接触电阻增大,恶性循环造成隐患;特别是电缆沟或电缆槽盒内多根不同电压等级的电力电缆混杂在一起,通风散热不良,极易发生局部温升老化,引发火灾;通过对电力供电事故的分析得知,引起电缆沟或电缆槽盒内火灾发生的直接原因是电缆中间接头制作质量不良、压接头不紧、接触电阻过大,通风散热不良,长期运行所造成的电缆头过热,绝缘老化,最终导致电缆沟或槽盒内火灾的发生,造成重大经济损失。
由于高压大电流用电设备大多处在强电磁场中,对测量传感器的抗电磁干扰性能和绝缘性能要求很高,传统的电类传感器一般难以胜任。
如高压开关、高压变压器绕组、发电机定子等部位的温度等参数的实时检测都要求传感器不但绝缘性能好,而且体积不能太大,而光纤光栅所具有的良好抗电磁干扰性能和绝缘性能正好能够满足这种环境条件。
采用光纤光栅多点在线测温火灾探测系统可以有效防范此类事故的发生,大大提高行业的生产安全程度。
光纤光栅火灾探测系统已在重庆某高压电缆安全监测等项目中得到成功的应用。
TGW系统采用的所有设备的设计、制造、检查、试验及施工都遵守最新版IEC标准和中国国家标准(GB)等,具体如下:
《线型光纤感温火灾探测器》GB/T21197-2007
《火灾自动报警系统设计规范》GB50116-98
《火灾自动报警系统施工及验收规范》GB50100-92
交通部《公路隧道火灾报警系统技术条件》
企业标准编号Q/WGD006-2006
中国消防电子产品质量监督检验中心的型式检验
通过交通部重庆交科院的隧道点火试验
五、工程内容
1.TGW光纤光栅感温火灾报警系统组成
TGW系统主要由以下部分组成,各部分的主要作用分述如下。
1.1光纤光栅探测器:
光纤光栅探测器是TGW系统的温度敏感元件,由连接光缆和探头组成,探头采用光纤光栅为测量单元,多个检测探头之间相互串接,形成线型结构。
其主要作用为:
检测现场环境温度,实时传递火灾报警信息给信号处理器,在监控现场,光纤光栅探测器悬吊敷设于监控场所顶部。
1.2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监控场所内光纤光栅探测器连接在一起,用来传输光信号。
光缆接续盒用来保护光纤接头的熔合点和光纤连接法兰,使之能在恶劣环境下正常工作。
1.3光纤光栅信号处理器:
信号处理器的主要作用为:
(1)给现场检测光栅提供光源;
(2)对检测光栅返回的光信号进行调制解调;(3)输出报警信号;(4)进行声光报警。
(5)每台处理器最多连接8路光纤光栅探测器,分别监测各个报警分区,其编码与监控场所的位置坐标相对应。
1.4火灾报警控制器
火灾报警控制器接收来自光纤光栅感温火灾探测信号处理器和该监控段的手动火灾报警按钮的信号,通过通讯口(RS232)将信号传送到控制中心计算机,计算机可显示可视化报警介面,经人工确认后,输出报警和其它控制信号。
2.实施方案
在TGW火灾报警系统中,光纤光栅信号处理器为8个光通道,每个光通道连接一根光纤光栅探测器,每个光纤光栅探测器分为10个分区进行信号监测,各个分区均匀设置多个光栅感温探测点,这样,光纤光栅探测器和信号处理器可对监控场所中各点信号进行及时而准确的采集与处理,根据现场长度,选择相应数量的信号处理器通道数以及光纤光栅探测器。
根据隧道布置特点,光纤光栅感温火灾探测器在左右行车隧道中每250米划分为一个光通道,光栅感温点间距为5米,每个光通道中每25米为一个防火分区(既5个感温点为一个防火分区);在中间服务隧道中每500米划分为一个光通道,光栅感温点间距为10米,每个光通道中每50米为一防火分区(既5个感温点为一个防火分区);
左右隧道:
左行6045m,右行6051m
左右隧道中共配置48条250米和2条50米TGW100型光纤光栅感温火灾探测器、6台TGW100D型信号处理器;
服务隧道:
总长6048m
隧道中共配置12条500米和1条50米TGW100型光纤光栅感温火灾探测器、2台TGW100D型信号处理器;
当某个分区内任意一个监测点附近发生火灾时,信号处理器就会获得该分区的位置,并发出报警信号,系统示意图如图3-1所示。
所有的光纤光栅传感器均用传输光缆将信号传输至控制室的仪表柜,分别与对应的信号处理器通道连接,信号处理器将光纤光栅传感器的信号转换为温度信号和报警信号,并传输至区域火灾报警控制器,火灾报警控制器根据接收的信号可以进行本地控制,也可以通过标准通信端口与监控分中心的消防计算机连接,将温度、报警信号传输至消防计算机。
系统各部分的安装如下所述:
1)探测器部分:
探测器通常安装在监控现场顶部;
隧道内探测器安装据天花板120mm到180mm,以保证光缆周围良好的空气流动。
先用固定支架将钢索固定,支架采用膨胀螺栓固定在现场中间顶部,其纵向间距20M-40M,施工人员在移动升降平台上作业,先安装支架,并将钢索固定,再将探测器线缆用线夹固定在钢索上,一根探测器线缆安装完毕后,将探测器尾纤沿隧道壁敷设(或穿护管)至隧道侧面光纤接续盒,与传输光纤进行熔接;
2)传输光缆部分:
光纤光栅感温火灾报警系统的信号传输采用单芯A护套阻燃光缆,光缆沿隧道侧面布置,在光纤接续盒处通过隧道壁的穿护管连接光纤光栅探测器。
3)信号处理器部分:
光纤光栅感温火灾探测信号处理器为架装式,安装在仪表控制柜上,采用DC24V供电,输出信号为RS485/232和无源接点开关信号。
信号处理器的8个光通道接口分别连接隧道内光纤光栅传感器。
各个分区的报警信号通过光纤光栅感温火灾探测信号处理器输出给火灾报警控制器,实现火灾报警及地址判断。
4)火灾报警控制器部分:
火灾报警控制器安装在仪表控制柜上,它负责接收来自光纤光栅感温火灾探测信号处理器的开关量报警信号或故障信号,提供报警、故障、分区位置等信息,并将这些信号通过通讯方式传送至消防主控室计算机系统,由主控室计算机系统进行报警介面显示,经确认后采取相应措施。
每台TGW100D型信号处理器有4个光通道,每个通道连接一根传感光纤,可分为5个分区。
图中左行隧道和右行隧道各划分为19个分区,分别用1台TGW100D处理;左行隧道分区编号为1~19,右行隧道分区编号为20~38。
图3-2隧道内设备安装图
六、主要性能指标
1.光纤光栅探测器主要性能指标
探测器现场检测探头能够全天候正常工作。
使用温度:
-40℃~+120℃
报警方式:
差定温复合式
左右隧道探测器长度:
250m
服务隧道探测器长度:
500m
光缆传输距离:
≤20km
相对湿度:
≤95%
最大弯曲半径:
300mm。
2.信号处理器主要性能指标
工作电源:
24VDC
环境温度:
0℃~40℃
工作电流:
<800mA
报警温度设定范围:
65℃~95℃
响应时间:
<2s
输出信号:
通过RS232/RS485端口和火灾报警控制器连接,实现分区温度显示、分区报警和各光路故障报警。
七、售后服务承诺书
为了更好地满足业主的要求和维护业主的利益,保证工程竣工后系统能安全稳定地运行,我公司将严格遵循标书及合同的规定,提供全面的技术支持和完善的服务工作,为此,我公司郑重承诺:
、及时到位的服务响应
我公司在接到业主单位故障保修通知后,将在24小时内派相关技术人员到达现场提供服务。
如遇紧急情况,通过拨打我公司24小时售后服务电话,保证技术人员第一时间赶赴现场,迅速、快捷地解除故障。
、定期保养维护
工程竣工后,我公司将派工程技术人员对系统进行定期维护、保养,使其处于良好的工作状态。
、维护费用
我公司承诺在产品投入运行后二年内免费为业主提供售后服务。
二年后我公司将以成本价向业主提供所需设备的备品备件,并在业主通知后及时将备品备件送至现场安装。
、建立并保存完整的系统文档
我公司将协助业主建立系统的运行、管理和维护文档,以便在发生异常情况时能根据资料迅速找到并排除问题,将可能发生的损失减到最小。
、免费培训
系统投入运行后,我公司技术人员将在现场及我公司总部对业主单位软件使用和维护人员进行免费培训,使其能熟练操作使用。
、售后服务机构及联系方式
作为我公司的一个重要职能部门,售后服务部配备专职技术人员,能迅速反馈并解决业主提出的问题。
我公司售后服务电话为:
。
、投诉
若业主对公司服务有不满之处,可拨打投诉电话,我们将做进一步改善和提高服务质量,我公司的市场服务监督电话为:
。
八、部分应用案例
理工光科已承接沪蓉高速公路湖北西段章家槽隧道、白岩溪隧道和女娘山隧道、武汉市阅马场隧道、陕西终南山公路隧道等火灾探测报警安全监测。
2006年2月,应用于沪蓉西高速公路湖北西段隧道的光纤光栅感温火灾探测系统通过用户单位验收,安装使用至今,运行情况良好,深受用户好评。
2006年7月,在全国最长、世界第二长的公路隧道——陕西钟南山隧道(全长18公里)火灾报警系统投标竞争中,理工光科唯一具有自主知识产权,并在技术论证和专家评定中,评分第一,一举中标。
应用现场之一
沪蓉西高速公路隧道安全监测现场
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