分布式光纤测温技术在智慧工厂安全及工艺监测中的应用研究

【资料简介】

分布式光纤测温技术在智慧工厂安全及工艺监测中的应用研究

摘要

国内制造业加速向智慧工厂、数字化工厂转型，化工厂、钢铁冶炼、铝电解、酿酒、食品、纺织等工厂内部大量存在高温工艺装备、压力输送管道、储罐、全厂电缆桥架。工厂既面临设备过热、介质泄漏、电缆起火等安全风险，同时部分生产流程对温度参数有着严格工艺要求。传统点式温度传感器测点有限，大型厂区管线设备存在大量监测盲区；有源电子器件在防爆、高温、腐蚀车间存在应用短板，难以兼顾安全预警与工艺监测双重需求。分布式光纤测温（DTS）依托拉曼散射光学传感机理，监测现场仅布设无源感温光缆，具备耐高温、抗粉尘腐蚀、抗强电磁干扰特性，能够实现长距离、分布式连续温度采集。本文阐述DTS系统工作原理，研究阈值‑温升速率联合报警算法；针对化工车间、钢铁高炉转炉、铝电解槽、中频炉、酒厂发酵罐、食品加工、纺织车间、厂区电缆桥架开展多场景应用分析；论述光缆选型敷设、报警参数整定、对接工厂DCS/SCADA平台等工程关键技术。工程实践表明，分布式光纤测温技术既能实现工厂隐患早期安全预警，又可以为生产工艺优化提供连续温度数据，对智慧工厂安全生产、数字化管控具备重要工程价值。

**关键词：**分布式光纤测温；DTS；智慧工厂；化工管道；高炉；电解槽；发酵罐；电缆桥架；工艺温度监测；工业安全

1 引言

制造业数字化升级背景下，智慧工厂大量落地，覆盖化工、冶金、酿酒、食品、纺织等诸多细分行业。化工工厂管道储罐储存危险介质，一旦泄漏会产生温度异常并诱发事故；钢铁高炉、转炉炉衬损坏会出现壳体局部过热；铝电解槽温度失衡直接影响电解生产安全与产品质量；中频炉设备过热会造成装备损坏；酒厂发酵罐、食品加工生产线，温度直接决定成品品质；纺织车间电机、全厂电缆桥架是工厂电气火灾高发点。众多故障发生前期均伴随局部温度异常。

大型工厂管线绵延千米，大型工艺设备表面积大，点式热电偶、铂电阻只能采集有限离散点位，形成大量监测盲区；大量电子传感器接线端子，在化工防爆车间带来点火源风险；冶炼高温、粉尘、腐蚀性气体环境加速电子传感器老化，维护成本高。烟感、火焰探测器属于事后报警，故障已经扩大之后才输出告警。人工巡检无法做到全天候全线监测。与此同时，智慧工厂不仅需要安全预警，很多工艺环节还需要连续、完整温度数据支撑生产优化。现有传统监测手段，已经难以匹配智慧工厂安全与工艺数字化双重需求。

分布式光纤测温DTS技术，现场无任何电子元器件，无源本质安全，耐高低温、抗腐蚀抗电磁干扰，能够长距离分布式测温，适配多种工厂复杂工况，逐步在各类智慧工厂项目落地应用。本文围绕DTS原理、工厂多场景应用、工程实施要点开展研究，为智慧工厂温度监测项目提供技术参考。

2 分布式光纤测温系统工作原理

分布式光纤测温基于拉曼散射物理效应。脉冲激光注入感温光缆，光纤内部产生瑞利散射与拉曼散射，拉曼散射分为斯托克斯光与反斯托克斯光，反斯托克斯光光强对温度高度敏感。DTS主机接收光纤返回散射光信号，对比两种散射光强度比值解算光纤沿线各点温度；依据光信号往返传播时间，定位温度异常所处空间位置，同步获取温度数值与故障位置。

整套系统硬件由DTS测温主机、感温光缆、声光报警单元、显示模块、通讯接口模块构成。感温光缆敷设在工艺管道、冶炼设备、罐体、电缆桥架，工厂现场无供电单元；测温主机部署于中控机房，完成光信号解调、温度运算、数据存储、报警逻辑判断。系统通过以太网、RS485输出标准协议，对接工厂DCS、SCADA、智慧工厂运维平台。

系统采用双重报警机制：固定温度阈值报警，温度超过限值触发告警；温升速率报警，监测单位时间温度上升幅度，识别泄漏、设备快速过热故障。设置预警、告警、故障多级预警，具备米级定位精度，精准锁定异常所处管道、设备、桥架区段。

3 智慧工厂典型应用场景分析

3.1 化工厂工艺管道与储罐监测

化工车间管道、储罐存储各类危险介质。感温光缆沿管道外壁、储罐外围敷设，全线监测温度变化，识别介质泄漏、局部超温隐患；光缆无源特性满足防爆区域要求，提升化工车间本质安全水平。

3.2 钢铁冶炼高炉、转炉监测

高炉、转炉长期高温运行，炉衬损耗会造成壳体局部过热。光缆沿炉体外壁布设，连续采集壳体温度分布，提前识别炉衬损坏隐患，避免设备重大故障，保障冶炼连续生产。

3.3 铝厂电解槽温度监测

电解槽对运行温度十分敏感，温度异常会造成生产故障、能耗上升。光缆布置于电解槽区域，获取全域温度分布数据，既做安全监测，同时支撑电解工艺参数优化。

3.4 中频炉车间设备监测

中频炉工作存在强电磁干扰，传统电子传感器容易受干扰失真。光纤抗电磁干扰优势明显，实现炉体温度监测，优化加热流程，提高能源利用率，预警设备过热损坏。

3.5 酒厂发酵罐温度监测

发酵过程温度区间直接决定酒水品质。光缆沿发酵罐体布设，实时采集罐体温度，把温度数据上传中控系统，保障发酵工艺稳定可控。

3.6 食品加工厂工艺监测

食品加工对温度管控严格。光缆部署在加工管线、反应罐体，全过程记录工艺温度，保障食品安全与产品品质。

3.7 纺织工厂设备与电缆桥架监测

纺织车间可燃物多，电机、电缆接头过热极易引发火情。光缆沿车间动力设备、全厂电缆桥架敷设，实时监测全线温度，预警电气火灾风险。

3.8 全厂电缆桥架集中监测

大型智慧工厂电缆桥架覆盖范围广，电缆接头老化发热是工厂常见起火诱因。单台DTS主机接入长距离光缆，实现全厂桥架全线分布式测温，完成厂区电气安全集中监管。

4 工程实施关键技术

4.1 光缆选型与敷设工艺

根据工厂不同工况匹配光缆型号：冶炼高温工况选用耐高温护套光缆；化工区域选用耐腐蚀光缆；食品酿酒场景选用洁净护套光缆。管道采用专用夹具捆扎；电缆桥架将光缆固定于桥架上部；高温冶炼设备外侧增加隔热防护；光纤熔接接头全部做防尘、防腐密封处理。存量工厂改造尽量利用大修窗口期，减少产线停工时间。

4.2 报警阈值参数整定

不可直接套用通用阈值，结合各车间工艺温度、环境四季温度变化现场整定。区分设备正常工艺升温与故障异常温升，同时启用温度阈值、温升速率双重判据，降低误报与漏报。

4.3 工业系统平台对接

DTS主机输出标准通讯协议，对接工厂DCS、SCADA智慧管控平台，温度数据、报警信息上传中控室，实现告警弹窗、声光提示、数据存储，融入工厂现有自动化体系。

4.4 后期运维管理

系统投运后建立定期巡检制度，检查光缆有无机械剐蹭、老化、脱落；定期核对测温数据与现场实际工况，校验报警逻辑有效性，保障系统长期稳定运行。

5 技术局限性与优化方向

分布式光纤测温存在一定局限：光缆一旦断裂，断点之后区段丧失监测能力，工厂车间机械设备多，施工运维阶段必须做好光缆防机械损伤防护；光缆监测设备外壁、管道外表面温度，设备内部介质温度无法直接测量，需要结合工艺模型做推演计算。实际工程中，可结合视频监控、气体检测设备，构建多参量综合监测体系，进一步提升工厂风险综合研判能力。

6 结论

智慧工厂涵盖化工、冶金、食品、纺织等众多行业，既要防范设备过热、介质泄漏、电缆起火等安全事故，又需要稳定连续温度数据支撑生产工艺。传统点式测温存在监测盲区，在防爆、高温腐蚀环境存在固有短板。分布式光纤测温DTS系统具备无源安全、耐高温抗腐蚀、抗电磁干扰、长距离分布式测温优势，既能够实现工厂隐患早期预警，又可为生产工艺提供完整温度数据集，在智慧工厂安全生产、数字化改造领域具备很高推广应用价值。

参考文献

[1] GB 50016‑2014（2018版）建筑设计防火规范

[2] GB 50493‑2019 石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准

智慧工厂光纤监测｜全套关键词

核心产品词

分布式光纤测温、DTS系统、感温光缆、线型光纤感温火灾探测器、光纤测温主机

行业场景词

智慧工厂、化工厂、钢铁厂、高炉转炉、铝厂电解槽、中频炉、酒厂发酵罐、食品加工厂、纺织厂、工厂电缆桥架、工业管道储罐

故障隐患词

管道介质泄漏、炉衬损坏过热、电解槽温度异常、电缆接头过热、设备超温、车间电气火灾、工艺温度漂移

技术特性词

拉曼散射、无源传感、耐高温、抗粉尘腐蚀、抗强电磁干扰、长距离分布式测温、米级定位、温升速率报警

功能应用词

工厂安全预警、工业工艺温度监测、对接DCS/SCADA、全厂电缆桥架测温、智慧工厂数字化

营销长尾词

智慧工厂DTS技改、冶金车间光纤测温改造、化工车间分布式光纤监测、酒厂发酵罐温度在线监测