[发明专利]一种基于FBG传感器的OCM反应器温度监测系统

说明书

本发明公开一种基于FBG传感器的OCM反应器温度监测系统，包括宽带光源模块、可调谐F‑P滤波器模块、耦合器模块、传感光栅阵列模块和光电检测器模块，所述宽带光源模块主要是为科学研究和工业生产而设计的高稳定度光源；内置高功率、宽光谱的SLD(SLED)模块，针对SLD(SLED)激光器的特殊性，在电路设计和光路处理上采取了专门的保护措施，避免了电流电压的突变以及回光对SLD(SLED)激光器的损伤，确保光源长期、安全、稳定地工作，本发明将超高温光栅FBG串联应用于甲烷氧化偶联反应器的温度监测并实现反应器内温度场的分布监测，充分利用光纤传感技术的优势，对反应器温度进行直接、高精度的监测。

技术领域

本发明属于石化生产工艺监测领域，具体涉及一种基于FBG传感器的OCM反应器温度监测系统。

背景技术

目前国外90％以上的乙烯来自石脑油和乙烷的裂解，国内则主要来自于石脑油和甲醇的裂解。这种裂解炉的生产工艺复杂、生产成本也较高，随着石油资源的日渐缺乏，国内外已经开始研究用新原料和新工艺来生产乙烯，其中最具代表性的是甲烷氧化偶联制乙烯技术，它以天然气中的甲烷为原料，只需一步反应过程即可将甲烷转化成乙烯，如果能实现规模化工业生产，将对破解乙烯行业原料来源瓶颈、降低生产成本(约700～2200元/吨)、增强乙烯行业及下游产业的竞争力意义重大，并将促进化学工业发生划时代的变化。

甲烷氧化偶联是高温(750～950℃)条件下的快速、强放热反应。大量反应热的放出，会造成催化剂床层温度急速升高，如果因分布不均匀而产生热点，将严重影响催化剂的催化性能，同时给反应器带来损害。因此，对反应器床层进行分布式的温度监测进而进行温度控制，是甲烷氧化偶联工程化的关键一步。目前用于OCM反应工艺的反应器主要有流化床反应器、固定床反应器、膜反应器等。

由于氧化偶联的温度高，流速快，一般的温度传感器使用寿命只能用12-18个月左右。在实际使用过程中，为了温度传感器不被冲蚀，一般是用表面热电偶在反应器外表面测温，此测温方法虽然解决了冲蚀问题，但是温度的滞后和受外界温差的影响都不能真正的反映反应器内的准确温度和温度分布情况，属于间接测量的方式，制约了温度监测的效果。

超高温光栅FBG基于单模光纤制作而成，可耐受高达1000℃的恶劣环境温度。退火温度高达1100℃，天然封装(写入)在光纤本身上，超高温光栅可以作为裸光栅直接使用，也可以用它来做进一步封装，把超高温光栅封装成各种类型的高级光栅传感器。超高温光栅具有尺寸小，响应时间快，波长和温度之间线性度好的特点，而且它的操作和安装都十分简便和快速，具有光纤光栅传感器固有的很多优点。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于FBG传感器的OCM反应器温度监测系统，包括宽带光源模块、可调谐F-P滤波器模块、耦合器模块、传感光栅阵列模块和光电检测器模块，所述宽带光源模块主要是为科学研究和工业生产而设计的高稳定度光源；内置高功率、宽光谱的SLD(SLED)模块，针对SLD(SLED)激光器的特殊性，在电路设计和光路处理上采取了专门的保护措施，避免了电流电压的突变以及回光对SLD(SLED)激光器的损伤，确保光源长期、安全、稳定地工作；

所述可调谐F-P滤波器模块主要由可调谐F-P滤波器组成，可调谐F-P滤波器是一种波长选择器件，在光纤通信和光纤传感领域中具有广泛的应用，它允许波长跟F-P腔长度有倍数关系的光通过，而其他波长的光按艾里函数衰减，具有调谐范围宽、带宽窄、PDL小的特点；

所述耦合器模块主要是在微波系统中，将一路微波功率按比例分成几路，从而实现功率分配，光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端；