测温技术在城市地下综合管廊中的研究与应用

2022-09-11

1. 引言

为有效解决我国城市地下管线在规划、建设和管理过程中存在的马路拉链、架空线密集、管线事故频发等问题, 2016年中央城市工作会议明确要求全面推进地下综合管廊建设, 所有城市管线必须入廊, 包括电力、燃气、供水、排水、热力、通信等。

由于城市地下综合管廊的空间密闭性较强, 入廊管线及廊内附属设施在运行和维护过程中存在火灾危险性, 按照《城市综合管廊工程技术规范》 (GB50838-2015) 设计要求, 应满足消防要求。因此, 对综合管廊廊体、入廊管线及附属设施的火灾自动监测、报警及处置显得尤为重要。

本文基于目前国内地下综合管廊火灾探测、监测、报警的技术应用和工程实践出发, 针对综合管廊火灾特点, 提出感温电缆、分布式光纤、光纤光栅三种测温技术在综合管廊火灾自动监测和报警中应用的特点, 以及不同需求的技术选择对比分析, 对未来管廊建设过程中火灾监测、报警的技术和方案选择提供有价值的参考。

2. 光纤光栅线型测温技术

光纤光栅线型测温技术的原理是以光纤作为信号的传输和传感每条, 利用布拉格光栅的温度敏感性和有效折射率, 实时探测周围环境温度变化, 达到环境温度的精确测量和超限报警。光栅光纤线型感温技术在实际应用中报警准确性高, 漏报率极低。

利用该技术可构建对地下综合管廊环境温度高可靠性的在线监测系统, 即光纤光栅火灾自动监测系统。系统由光纤光栅感温探测器、信号处理器、传输光缆、光纤接续盒以及监控管理系统等组成。系统组成和敷设方式如下图一、图二所示。

光纤光栅线型测温技术优势在于:

(1) 报警及时、准确率高:实现早期探测预警并及时报警, 报警准确率高, 定位精度±1.5米范围内。

(2) 本质安全:传感器无源, 监测现场及施工现场均无需供电, 防爆防静电。

(3) 环境适应性强:光纤光栅抗强电磁干扰、耐腐蚀性好、环境适应性强;

(4) 精度高、系统稳定:测温精度小于±0.5℃, 仅对温度敏感, 系统稳定可靠。

(5) 布置灵活:多个感温探测器之间相互串接, 便于组网和长距离传输。

(6) 可重复使用:光纤光栅探测传感器报警后, 可恢复重复使用

3. 分布式光纤线感温技术

分布式光纤感温技术的测温原理是依利用后向拉曼散射效应, 当激光脉冲与光纤分子相互作用时发生散射, 通过光纤分子热振动产生比光源波长长的光, 使光强产生变化, 从而实现沿光纤敷设范围的温度场的分布式测量。

分布式光纤感温探测系统由光纤感温传感系统、网络系统、通讯传输网络、信息处理及分析系统组成。系统组成和敷设方式如下图三、图四所示。

分布式光纤感温探测技术特点和优势体现在以下几个方面:

(1) 连续实时测量:分布式光纤探测器具有沿光纤连续测量信息和实时监测的特点, 且漏报率和误报率低。

(2) 测量距离远:光纤的突出优点是传输数据量大和损耗小, 适和长距离传输, 在无需中继的情况下, 可实现远程监测。

(3) 抗干扰能力强、测量精度高:光纤探测器以光纤作为信号传输载体, 本质安全, 在高电磁环境中抗电磁干扰和防雷能力强, 且测量精度优于普通传感器。

(4) 寿命长、成本低、使用简单:

综合考虑自身成本及后续的维护费用, 使用光纤探测器可以大大降低建设和运营维护成本。

4. 感温电缆技术

感温电缆技术测温的原理是当电缆受热达到设定报警温度时, 使电缆融断, 钢导体短路, 产生报警信号, 融断处即为报警点。感温电缆探测系统由钢导线探测器、信号线、监控管理系统等组成。

系统组成和敷设方式示意图如图五、图六所示:

感温电缆探测系统具有探测范围大、响应时间较快、安装方便、调试简单、可靠性高等特点。其探测利用短路原理, 抗电磁干扰能力强, 误报率低。但测量精度不高, 且后期维护成本较高。

5. 三种测温技术在城市地下综合管廊中的对比

三种测温技术在城市地下综合管廊温度监测及火灾报警中有着各自的优势及劣势, 分别适用于不同的客户和应用需求。本文将从精度、成本、维护性、可恢复性、报警方式及安全性等指标方面对光纤光栅火灾自动监测系统、分布式光纤感温探测系统和感温电缆探测系统进行对比分析。

综合上述对比分析, 结合城市地下综合管廊温度监测实际, 管廊环境温度监测主要考虑环境温度报警的及时性及规范支持的需求, 推荐使用光纤光栅测温技术;廊内电缆温度监测如更多考虑报警准确性、可靠性及后期维护费用, 建议使用分布式光纤测温, 如考虑初始造价, 则建议感温电缆。也可采用平衡策略, 对于110KV及以上火灾风险等级高的部位使用分布式光纤测温, 低压部分使用感温电缆。