分布式光纤测温系统在电解铝行业应用探讨

摘 要：本文就分布式光纤测温系统发展现状和在电解铝企业相关设备中的应用可行性进行了探讨，为电解槽、中频炉、混合炉等冶炼设备实现在线温度监控提供了参考。

关键词：分布式光纤测温；电解槽；在线监测

0 引言

国内电解铝行业规模在最近十年来取得了飞速发展。槽型和系列规模不断增大，配套装备制造业也紧随其发展逐步跟进，但发展速度和技术水平仍不能满足现阶段电解铝企业对设备精细化和专业化管理需求。在电解槽日常管理中，槽壳温度监控是一个重要的环节。目前，电解槽测温主要靠人工利用红外线测温仪对电解槽壳的某些点进行间断性的测量。这种测温方法存在诸多不足，如电解槽数量多、测温区域庞大，采用这种方法，电解槽的连续多点测量无法实现，不利于测温数据的保存、分析等。如果能够对电解槽壳温度进行连续、多点在线监测，自动生成每台电解槽壳多点温度曲线，实现槽壳温度阈值报警功能，将会对电解槽工艺参数分析和安全运行提供有力的数据支持。广泛应用于电力、石油、化工等行业的分布式光纤测温系统将可能满足这个需求。

1 光纤测温原理介绍

当在光纤中注入一定能量和宽度的激光脉冲时，激光在光纤中向前传播的同时，自发产生喇曼散射光波。喇曼散射光波的强度受所在光纤散射点的温度影响而有所改变。通过获取沿光纤散射回来的背向喇曼光波，可以解调出光纤散射点的温度变化。同时，根据光纤中光波的传输速度与时间的物理关系，可以对温度信息点进行定位。

2 光纤测温主要应用领域

①电力行业 电力电缆、高压开关柜运行温度监测；电力变压器、电容器、电抗器温度监测；发电机、高压电动机绕组温度监测；发电厂高压蒸汽管道温度监测；输煤皮带、磨煤机温度检测。②机电冶金行业 高炉温度安全运行监测；机电设备过热监测；轧钢生产线温度测量；整流柜过热监测。③石油行业 油井温度分布实时测量；储油罐槽温度检测与消防；油田电气设备温度运行监测。④化工行业 储料罐槽温度监测；反应釜温度监测。

3 光纤测温系统参数、特点及优越性

①测点连续，可以全面、实时检测被监测对象各点的温度，监测范围大；既可测线，亦可测点，容易实现各种工况的实时在线监测及早期预警。②光纤本身即为传感器，防燃、防爆、防腐蚀、耐高电压和强电磁场、耐辐射，抗干扰性能力强，无击穿、烧毁等问题。③现场只有敷设的光纤或光缆，无电子设备，系统运行可靠性高。④光纤测温系统技术参数：

测温范围：-45℃-400℃；

测量距离：最大16km；

测温精度：±1℃；

温度分辨率：0.1℃；

定位精度：光纤探头5cm；自由展开光纤1m 或25cm可选。

4 电解槽壳温度监测重要性

槽壳温度的测量是电解生产管理的重要工作之一。一方面通过槽壳温度检测可以反映出电解槽炉膛状况，炉膛形状的好坏会直接影响到电解槽的保温和能耗状况，技术人员通过对槽壳温度分析，可制定出相应的炉膛修复方案。另一方面槽壳温度是反映电解槽运行安全状况的重要依据。电解槽的运行安全对电解生产至关重要，一旦电解槽发生漏槽，将造成电解系列停电，轻则故障电解槽停运大修，重则造成直流母线烧毁，系列停槽，对企业造成重大经济损失。

5 电解槽壳温度监测方法

目前一些大学及企业对电解槽壳在线温度检测方法正在研究及研发成功的有以下几种：

①热电偶测温模块分布式槽壳温度监测系统。采用热电偶作为温度传感器，信号采用有线传输，输出信号范围4-20mA，采用信号采集器和中继器实现信号集中远距离传输，采用通讯管理器实现数据桥接后送入上位监控机，通过上位机监控软件实现温度集中监控、阈值报警等功能。②无线布点式槽壳温度监测系统。采用智能温敏元件作为温度传感器，信号采用模块式无线传输，输出信号为高频载波信号，每个测温点安装一个无线温度检测模块，采用无线中继实现信号远距离传输，通过无线网关实现数据桥接后送入上位监控机，通过上位机监控软件实现温度集中监控、阈值报警等功能。③基于光纤传感器的铝电解槽壳温度在线监测系统。采用光纤作为温度传感器，同时光纤本身又是信号传输载体，传递信号为光信号，信号传输期间不需要转换，根据光纤测温系统空间分辨率可实现连续多点测温。

二种分布式测温系统采用测温元件为热电偶和热电阻，采用有线或无线形式进行信号传输。电解槽工作环境存在强磁场干扰，而热电偶和热电阻输出均为弱电信号，电解系列规模越大，槽子数量越多，信号传输距离就越远，因此抗干扰和远距离信号传输问题是以上两种测温系统能够正常稳定运行必须要解决的难题。另外，热电偶和热电阻均为金属材料制作，存在与电解槽绝缘问题。采用这两种方法需投入大量测温元件、中继器等信号监测及传输设备，测点越多，投资越大。另一种种测温方法采用光纤作为传感器，同时作为信号传输载体，具有抗电磁干扰、绝缘强度高、测点连续，增加测温光纤长度即可增加测点数量，可扩展性强，信号传输距离长且稳定性高等优点。与前两种测温系统相同，光纤测温信号引入监控机服务器后，通过监控软件即可实现温度数据分析、自动生成电解槽壳温度曲线、实现槽壳温度阈值报警等多种功能。

利用光纤测温系统的独特优点，可以将其扩展应用于工（中）频炉炉体、线圈温度在线监测和混合炉炉体温度在线监测，实现重要设备重要参数的在线监测与报警，便于及时发现设备隐患，减少设备事故发生几率，节约企业成本。

6 结束语

自从20世纪70年代中期光纤测温传感器发明以来，以其优越的特性在工业、民用等多种领域得到了飞速发展和广泛的应用。随着电解铝企业对电解系列运行安全的重视和各高校、企业的协作开发，光纤测温技术在电解槽壳测温等领域的应用将有广阔的发展前景。

参考文献：

[1]李海港.分布式光纤光栅测温系统[M].电子工业出版社，2014.

[2]程德福.传感器原理及应用[M].中国教育出版社，2010.

[3]王魁汉.温度测量实用技术[M].机械工业出版社，2006.

作者简介：刘新锋（1977-），男，漢，毕业于中南大学，本科，电气工程师。