[0001] 本申请涉及温度监测技术领域，具体涉及一种基于光纤光栅的高温熔盐罐泄露实时在线监测装置及方法。

[0002] 在全球能源供应清洁化、低碳化趋势的背景下，近几年来太阳能热发电技术发展迅速。目前，全球范围内已经掀起了新的光热投资和建设热潮，其中高温熔盐储能技术作为解决新能源发电与电网匹配的重要途径，在新兴的光热电站中已经开始应用，但光热发电技术仍然面临很多的技术和经验问题，其中熔盐罐的泄漏检测问题在世界范围内还没有较好的解决方法。由于光热电厂熔盐储罐罐体大(高度十几米，罐体直径三四十米，单罐容积达到2万立方米)、底面积大(单罐可达1000多平方米)、熔盐介质温度高(可达560℃)，且罐体结构复杂，若采用目前常用的热电偶测温监测手段，一个熔盐罐基础要分布上百只热电偶，成本与安装都会成为问题，同时数量众多的热电偶还会对基础强度和散热造成影响，严重威胁罐体的安全运行，且热电偶只能实现具体某个点位置温度的测量，只有当泄漏量覆盖到温度监测点时泄漏才能被监测到，无法实现对整个熔盐罐基础温度测量的良好覆盖，一旦熔盐罐发生泄漏未及时发现，将会带来巨大的经济损失。

[0032] 下面详细描述本申请的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。

[0033] 本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

[0034] 本领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

[0035] 对于现有技术中所存在的技术问题，本申请提供的基于光纤光栅的高温熔盐罐泄露实时在线监测装置及方法，旨在解决现有技术的技术问题中的至少一项。

[0036] 下面以具体实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本申请的实施例进行描述。

[0037] 本申请实施例提供了一种可能的实现方式，提供了一种基于光纤光栅的高温熔盐罐泄露实时在线监测装置，所述装置包括高温熔盐罐、熔盐罐侧壁及顶部测温光纤101、熔盐罐底部测温光纤102、光纤测温主机、火灾报警控制主机：如图1所示，距离高温熔盐罐顶部外壁和侧部外壁外第一预设距离处，沿高温熔盐罐顶部至底部的方向敷设有熔盐罐侧壁及顶部测温光纤101；距离高温熔盐罐底部第二预设距离处，采用直线敷设与蛇形迂回敷设并存的方式敷设有熔盐罐底部测温光纤102；熔盐罐侧壁及顶部测温光纤101和熔盐罐底部测温光纤102的尾端均为开放端，首端在敷设完成后均接入光纤测温主机；光纤测温主机与火灾报警控制主机通信连接。可选的，光纤测温主机与火灾报警控制主机通过通信电缆连接。

[0038] 本申请实施例中的装置利用了光纤分布式测温技术测量距离长、精度高、结构简单、响应迅速及使用寿命长等特点，能够实现对大体积高温熔盐罐泄露的实时监测。

[0039] 本申请实施例中，高温熔盐罐包括顶部、侧部以及底部。顶部呈半球状，且与侧部以及底部连接成罐体结构。本申请实施例中的测温光栅包括熔盐罐侧壁及顶部测温光纤101和熔盐罐底部测温光纤102，熔盐罐侧壁及顶部测温光纤101设置在距离罐体顶部及侧部外壁的第一预设距离处，可以设置有多根，以使测点对罐体顶部与侧部进行全面覆盖。其中，每一根均从罐体的顶部到底部的方向设置，相较于环绕在罐体侧部的敷设方式而言，从罐体的顶部到底部的方向设置的敷设方式使得光纤在罐体侧部趋于竖直，能够减少光纤弯曲带来的问题，使得分布测点更加均匀。熔盐罐底部测温光纤102设置在距离罐体底部第二预设距离处，可以设置有多根，以使测点对罐体顶部与侧部进行全面覆盖。如图2所示，熔盐罐底部测温光纤102采用直线敷设与蛇形迂回敷设并存的方式敷设，可选的，多根熔盐罐底部测温光纤102等间距分布，在靠近底部中心的部分采用直线敷设，靠近底部边缘的部分，采用蛇形迂回敷设，这样的敷设方式可以提高光纤的利用率。

[0040] 可选地，本申请实施例中针对底直径*高为12m*20m的常用罐体，同时采用55根测温光纤(熔盐罐底部测温光纤102为19根、熔盐罐侧壁及顶部测温光纤101为36根)配合一台光纤测温主机便能够完成对整个高温熔盐罐罐体的实时监测，相比于采用几百个热电偶测温的方法，该方法更加经济可靠。经计算，相比之下采用此方法可节省成本约20％‑30％。

[0041] 本申请实施例中，高温熔盐罐顶部和侧部敷设熔盐罐侧壁及顶部测温光纤101，底部敷设熔盐罐底部测温光纤102，可以提高测点覆盖的全面性及测点监测的准确性。其中，熔盐罐侧壁及顶部测温光纤101沿高温熔盐罐顶部至底部的方向敷设，可以减少光纤弯曲带来的问题，熔盐罐底部测温光纤102采用直线敷设与蛇形迂回敷设并存的方式敷设，可以节省光纤，提高光纤的利用率。熔盐罐侧壁及顶部测温光纤101和熔盐罐底部测温光纤102的尾端均为开放端，首端在敷设完成后均接入光纤测温主机，确保光纤单点故障不影响整个系统的测量。光纤测温主机与火灾报警控制主机通信连接。光纤温度测量值及空间定位信息通过测温光纤主机反馈到控制室的火灾报警主机，使运行人员能够及时的发现泄露并确定泄露的具体位置，及时采取有效应对措施。

[0042] 在一个可选的实施例中，高温熔盐罐外第一预设距离处设有熔盐罐保温层；熔盐罐侧壁及顶部测温光纤101设于熔盐罐保温层内。

[0043] 在一个可选的实施例中，高温熔盐罐底部由上到下依次设置有路基层和膨胀粘土层；熔盐罐底部测温光纤102设置在膨胀粘土层内。

[0044] 在一个可选的实施例中，第一预设距离为80‑90mm。

[0045] 经计算，距离高温熔盐罐顶部外壁和侧部外壁外80‑90mm的位置，温度与罐壁及罐体内熔盐的温度差比较大，且测温光纤的测温精度达到0.1℃、空间分辨率达到0.1m，当罐体侧壁及顶部焊缝处有熔盐泄露时能够及时探测到泄露并准确定位泄露的具体位置。

[0046] 在一个可选的实施例中，第二预设距离为740‑760mm。

[0047] 经计算，距离所述高温熔盐罐底部740‑760mm的位置，温度处在熔盐凝固点之上，约在220℃‑260℃之间，温度与罐内熔盐温度差值较大，根据测温光纤测出的温差变化很容易判断熔盐罐是否发生泄露。

[0048] 在一个可选的实施例中，熔盐罐侧壁及顶部测温光纤101敷设有多条，且多条熔盐罐侧壁及顶部测温光纤101的敷设间距为440‑460mm。

[0049] 该敷设间距可以实现合理分布测点，提高测点覆盖的全面性。

[0050] 在一个可选的实施例中，熔盐罐底部测温光纤102敷设有多条，且多条熔盐罐底部测温光纤102的敷设间距为440‑460mm。

[0051] 该敷设间距可以实现合理分布测点，提高测点覆盖的全面性。

[0052] 在一个可选的实施例中，熔盐罐底部测温光纤102在距离高温熔盐罐底部中心3.5‑4.5m的位置改用蛇形迂回敷设。

[0053] 针对底直径*高为12m*20m的常用罐体，在高温熔盐罐底部中心至距离高温熔盐罐底部中心3.5‑4.5m的位置，可以采用直线敷设的方式，以减少光纤弯曲带来的问题。在距离高温熔盐罐底部中心3.5‑4.5m的位置至高温熔盐罐底部边缘，若采用直线敷设，则需要多根较短短的光纤，因此本申请实施例中采用蛇形迂回敷设的方式，可以采用一根蛇形迂回的光纤代替多根较短的光纤，减少光纤在敷设过程中的损耗，提高光纤的利用率。

[0054] 在一个可选的实施例中，熔盐罐底部测温光纤102的敷设面积与高温熔盐罐罐底面积大小等同且敷设区域应在罐底正下方。

[0055] 在一个可选的实施例中，熔盐罐侧壁及顶部测温光纤101及熔盐罐底部测温光纤102均采用有金属涂覆的耐高温光纤。

[0056] 光热电站中冷盐温度大于290℃、热盐温度大于500℃，熔盐罐侧壁及顶部光纤敷设处的温度约100℃‑150℃左右、熔盐罐底部光纤敷设处的温度约为220℃‑260℃之间，因此需要采用有金属涂覆的耐高温光纤，使装置具有耐用性、实用性及稳定性。

[0057] 本申请实施例还提供了一种基于光纤光栅的高温熔盐罐泄露实时在线监测方法，基于本申请实施例所提供的任一个所述的基于光纤光栅的高温熔盐罐泄露实时在线监测装置实现，如图3所示，所述方法包括：

[0058] 步骤301，使用光纤测温主机实时检测熔盐罐侧壁及顶部测温光纤101和熔盐罐底部测温光纤102的温度值；

[0059] 步骤302，根据温度值计算并定位熔盐罐侧壁及顶部测温光纤101和熔盐罐底部测温光纤102的温度上升幅值和位置；

[0060] 步骤303，若熔盐罐侧壁及顶部测温光纤101和熔盐罐底部测温光纤102中任一光纤的温度上升幅值大于阈值，则将对应光纤的温度上升幅值和位置通信电缆通过反馈至火灾报警控制主机，并进行报警处理。

[0061] 可选地，本申请实施例中阈值可以设置为15℃。

[0062] 测温光纤(熔盐罐侧壁及顶部测温光纤101和熔盐罐底部测温光纤102)的测温精度达到1℃、空间分辨率达到0.1m，当熔盐罐侧壁及顶部焊缝处有熔盐泄露时能够及时探测到泄露并准确定位泄露的具体位置。光纤温度测量值及空间定位信息通过光纤测温主机及通信电缆反馈到控制室的火灾报警控制主机，使运行人员能够及时的发现泄露并确定泄露的具体位置，及时采取有效应对措施。

[0063] 同理，当高温熔盐罐罐底部熔盐泄露时，高温熔盐沿路基层和膨胀黏土层下渗，直至接触到熔盐罐底部测温光纤102，熔盐罐底部测温光纤102能够及时准确的感知到温度的升高，当温升速率超过15℃/min时便能确定温度变化的空间位置，将这些信息通过光纤测温主机及通信电缆通信到控制室火灾报警控制主机，使运行人员能够及时的发现泄露并确定泄露的具体位置，及时采取有效应对措施。

[0064] 本申请实施例提供的基于光纤光栅的高温熔盐罐泄露实时在线监测方法中涉及到的各个部件/结构可以参照实现图1至图2的装置实施例中各部件/结构，为避免重复，这里不再赘述。

[0065] 以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述公开构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。