选煤厂带式输送机光纤测温监警监控系统研究

姚宇波

【摘 要】 带式输送机是选煤厂的主要运输设备，特别是在栈桥上运行的皮带输送机，存在运输范围长、煤尘产生量大、工作环境恶劣等问题。为了确保带式输送机运行稳定，避免由于带式输送机故障出现高温进而引起煤尘燃烧等事故，将光纤测温监警监控系统应用于选煤厂带式输送机上。并详细对光纤测温监警监控系统高温探测原理、现场测温光纤布置、监控系统现场布置情况及系统运行调试及故障排除等情况进行阐述。现场应用表明，光纤测温监警监控系统可以实现对选煤厂带式输送机沿线温度实时、准确监测，为选煤厂科学决策提供技术支持，在一定程度上可以提升选煤厂安全保障能力。

【关键词】 选煤厂;带式输送机;光纤;测温;预警监控

【中图分类号】 TD528 【文献标识码】 A

【文章编号】 2096-4102（2020）02-0034-03

皮带输送机是带式输送机的一种，特别是在栈桥上运行的皮带输送机由于煤尘产生量大，温度过高或者遭遇明火时会引起煤尘燃烧，给选煤厂生产带来威胁。但是在实践中由于在栈桥上的带式输送机运输距离长，对皮带运行温度监测难度较大。因此亟需一套监控预警系统，可以实现对皮带运行温度的高效、可靠预警监测，避免由于皮带输送机运输故障给选煤厂生产带来不利影响。

光纤测温系统可以实现大范围测温，具备传统温度传感器无法实现功能，同时具有抗干扰性强、耐高温、施工方便等优点。因此，可以将光纤测温预警系统应用于选煤厂皮带输送机上，实现皮带输送机实时、全分布测温，提升选煤厂运行安全保证能力。

1光纤温度监测原理

实现光纤温度监测主要是利用光纤具备的温度特性，通过对监控现场光纤采集到的温度信息进行处理，并将处理得到的温度与实际设计报警温度比对，实现现场火警预报功能。光纤测温工作原理见图1。

光波在光纤中传播时，当光纤中某处温度发生变化，便会有背向散射光产生，通过测算背向散射光传输时间既可得到出现温度变化点的具体位置，从而实现对温度异常点的定位。根据测量的反射光信号原理差异，可以将光纤测温系统具体划分为瑞利散射系统（Rayleigh scattering system）、曼拉散射系统（Manla scattering system）以及布里渊散射系统（Brillouin scattering system）。当激光在光纤内部传播时，在光纤表面出出现上述三种不同的散射显现，其中瑞利散射对温度增加灵敏度差，曼拉散射、布里渊散射对温度增加均较为灵敏，因此可以采用曼拉散射、布里渊散射用以测量温度变化。由频谱分析原理可知，瑞利散射与布里渊散射间的频谱较为接近，采用滤波器有效区分两种散射较为困难，因此曼拉散射在光纤测温系统中应用最为广泛。具体的光纤散射光谱见图2。

2光纤测温监控系统构成

2.1整体组成

选煤厂采用的光纤测温系统主要由探测光缆以及光纤主机构成。探测光缆主要用于对皮带输送机沿线温度进行测量;光纤主机用以对获取的光纤信号进行处理、发出报警信息并进行相关参数设定。光纤主机可以通过CAN、RS485/232及以太网接口与监控中心火灾报警器连接，构建完整火灾预警、报警系统，具体结构图见图3。

2.2测温光纤组成及铺设

2.2.1测温光纤组成

采用的测温光纤规格为50/125μm或62.5/125μm多模光纤，并采用铠装护套，光纤外套材质为具备高阻燃特性的低卤PVC，具体光纤结构见图4。采用的光纤具有温度增加反应速度快，抗应变及抗拉性强，耐阻燃及耐高温等特性。

2.2.2胶带光纤铺设

将测温光纤安装铺设与皮带托辊下方，通过对托辊附近温度变化监测来实现对托辊表面温度控制目的，避免出现托辊温度过高造成胶带燃烧等问题。具体测温光纤铺设位置的见图5。

2.2.3驱动电机位置光纤铺设

采用定点探测盘对带式输送机驱动电机等位置温度监测，在驱动电机上安装定点探测盘实现对驱动电机上多个位置的温度变化精准监测，以便及时发现驱动电机温度异常情况。采用的定点探测盘示意图见图6。

采用的定点探测盘具体为规格0.1m×0.1m金属块（具有良好热传导性），在金属块内安装10～15m长测温光纤圈，从而对监测范围内的温度进行监测，具体定點探测盘示意图见图7。

3现场应用

7001精煤、7002块煤以及8101、8102中煤皮带输送机是该选煤厂的主要运输设备，对保证选煤厂的产品的运输具有重要作用。在上述4条带式输送机上安装光纤测温预警监控系统，将光纤在皮带托辊下方铺设，具体带式输送机、驱动电机光纤位置见2.2，以便实现对主要皮带输送机运输范围内温度的实时监测及预警，具体在皮带输送机上测温光纤铺设实物图见图8。

将监控主机布置在集控中心控制室，在皮带输送机胶带下方以及驱动电机上安装测温光纤，形成温度监控预警系统，具体的监控系统布置形式见图9。

在该选煤厂采用2通道测温光纤对4条主要皮带输送机温度进行监控预警，将预警温度设定为50℃，当监测到有温度超过50℃时，监控主机会发出报警信息，提醒监控人员采取相关措施降低皮带输送机温度，从而避免火灾隐患发生。在测温光纤上每隔1m取一个测样温度，并根据测样温度模拟得出皮带输送机温度分布状况。

4系统运行调试及故障排除

在光纤测温监测预警系统按章完毕后，对系统进行调速。调试的主要解决下述两个问题：

一是由于测温光纤在安装过程中会出现损耗，从而造成监测到的数据会出现差异，因此，调试过程中应通过软件系统对测温光纤监测数据进行差异扣除，提升监测数据的精度。

二是由于测温光纤长度较远，在安装过程中难以避免会有部分光纤出现扭曲，激光散射波在光纤内传输过程中在光纤扭曲部分会发生改变，从而造成实际温度与监测温度存在差异，因此在软件系统数据处理过程中应将对监测结果造成影响的数据去除，以便可以真实发硬监测到的温度。

测温光纤本身即为温度感应器，可以精准的反应测温光纤周边的温度分布。但是在使用过程中应防治光纤出现意外损伤、折叠等情况，应防止将探测主机放置在对数据分析有影响的强磁场环境中，注意光纤由于扭曲或者弯曲造成的损耗问题，从而保证整个光纤测温监控系统可以平稳、整运行。

5总结

光纤测温监控预警系统已经在该选煤厂带式输送机上平稳运行13个月，温度监测精度较高，充分体现了测温优越性，将事故发生隐患控制在萌芽状态，为选煤厂安全、平稳生产提供了切实保障，并提升了科学判断能力。

通过在选煤厂带式输送机运输系统上布置测温监控预警系统，防止由于机械刮故障引起托辊、滚筒等停转并与胶带摩擦产生高温造成附近煤尘着火以及驱动电机故障造成附近可燃物着火等问题，有效避免了皮带输送机故障引起火灾或者人员因素造皮带输送机附近出现火灾问题。

在该选煤厂仍预留有2个测温通道，可以供其他区域皮带输送机布置光纤测温监控系统使用，构建更为完善的安全保证能力。光纤测温监控预警系统在该选煤厂的成功应用为其他选煤厂监控带式输送机运行温度提供了一定的借鉴经验。同时测量胶带、驱动电机温度的光纤布置方式具有显著的实用、推广价值。

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