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激光检测技术在天然气管网中的应用
2013年第二期    发布时间:2013-7-1 9:51:01

激光检测技术在天然气管网中的应用

武汉安耐捷科技工程有限公司 黄丽

      内容摘要:对燃气检测技术进行了介绍,结合OMD和RMLD在燃气管网中的应用,阐述了激光甲烷检测技术的特点和优势。
关键词:开环红外激光可调谐二极管吸收光谱(IR TDLAS) 闭环双折射红外激光 OMD RMLD
      1. 前言
      如今,天然气作为一种新型清洁的能源,在城镇建设发展中得到广泛的应用,并与人们生活息息相关,但由于其无色无味的特性,泄漏时不易察觉,所以,针对其特性要使用不同的检测方法进行查漏,已达到不漏测、不误测、高效准确的目的,以保证天然气使用的安全性。
      本文将针对目前几种主要的燃气检测技术进行说明,并重点介绍其中针对天然气泄漏的激光甲烷检测技术和相应仪器的应用及优势。
      2. 燃气检测常用技术介绍
      传统燃气检测技术主要有催化燃烧、热传导、扩展型热传导、半导体、电化学;该类技术主要应用于设计便携式可燃气体检测仪,可用于有限空间和多种气体泄漏检测,具有操作简单,较低成本等优点,但检测速度慢,气体选择性较差。
      新型燃气检测技术主要有开环红外激光可调谐二极管吸收光谱(IR TDLAS)、闭环双折射红外激光,开环被动式红外激光镜像检测技术等。该类技术可用于便携遥测和车载检测仪,进行城镇管网大范围检测,由于其高响应、高灵敏度、高选择性等特点已逐渐普及到国内外大中型燃气公司使用并得到广泛好评。
      由于开环被动式红外激光镜像检测技术对中大型泄漏较有效,对微小泄漏容易造成遗漏,且在部分环境中成像困难,所以较少用于燃气泄漏检测中。目前最先进、技术成熟、应用普及的新型燃气检测技术主要有开环红外激光可调谐二极管吸收光谱(IR TDLAS)、闭环双折射红外激光。
      3. 激光检测技术原理及特点
      开环:红外激光穿过天然气泄漏气流通过背景反射回激光接收器;
      闭环:红外激光穿过取样气室进入激光接收器;
      1) 闭环双折射红外激光基于气体分子吸收特定波长(3.3μm针对甲烷)的原理。取样气体穿过光径,部分红外激光被吸收,激光处理器利用双折射(标准件)水晶体来测量吸收的光谱数量,,被吸收的光谱数量与气体浓度和穿越气团的长度呈线性关系。
      图1所示基于该技术的OMD激光甲烷检测仪在秦皇岛燃气公司的应用图,OMD检测车可对天然气管网进行车载巡检,针对甲烷泄漏灵敏度高达1ppm,采样速度10000次/秒,时速最
高50公里/小时,1秒之内快速响应,大大提高了城镇天然气管网大范围泄漏巡查的效率。
                                    

图1 OMD激光甲烷检测车在秦皇岛燃气应用图

      2) 开环红外激光可调二极管吸收光谱(TDLAS)基于红外激光光束(1.6μm针对甲烷)远距离扫射过泄露气团被吸收的原理。当红外激光光束穿越气团,气体吸收部分光,吸收光谱用于测量吸收的量,被吸收的光谱数量与气体浓度和穿越气团的长度呈线性关系。
      图2所示基于该技术的RMLD激光甲烷遥距检测仪在现场的应用图,用于遥距检测甲烷泄漏,改善操作者安全保障,针对某种气体进行专项检测,无需进入有限空间,达到快速高效准确扫描的目的。

                                      

      4. 基于激光检测技术检测仪的特点及优势
      4.1OMD激光甲烷检测车组成和特点
      OMD激光甲烷检测仪是美国汉斯公司与美国燃气研究院合作,经过11年的研制、开发成功的最新一代的车载式燃气管网泄漏巡检设备。
      OMD安装在检测车前,主要是一根红外线灯柱,位于探测器前的光前滤镜使对甲烷敏感的波长的红外线透过,如果无甲烷成分,红外波强度不受影响,反之,红外光强被甲烷吸收的衰减度经过换算成电信号输出,从而反映甲烷的浓度。
      OMD主要由检测光柱、激光发射器、激光接收器、电源盒、GPS及便携式电脑组成,配套检测软件实时记录检测数据及泄漏位置,可对天然气管网泄漏进行高效准确的巡查,主要具有如下特点:
      (一)针对甲烷检测,无误测;
      (二)灵敏度1PPM,车速最高50KM/h,效率更高;

                       

                    图3 OMD激光甲烷检测车北京燃气应用图

      (三)运行温度-36℃~50℃,环境适应性强;

      (四)GPS记录泄漏位置,便于定位查找;

      (五)中文界面操作软件,记录所有检测数据。

图4 OMD激光甲烷检测车记录软件界面

      4.2RMLD激光甲烷遥距检测仪组成和特点
      RMLD激光甲烷遥距检测仪是美国汉斯公司生产的新一代燃气巡检仪,与传统检测仪不同,该仪器不用检测时不用直接置于泄漏区域,可在100米范围内遥距检测天然气泄漏,从而大大地提高了巡检的效率和安全性。该仪器面世以来,得到全世界的广泛认可,并获得2005年100佳发明奖。

图5 RMLD激光遥距检测仪组成图

      RMLD由激光发射器和控制器组成,内置可充电锂电池可连续使用8小时以上。不用置身泄漏区,便可完成检测任务,可用于矿区、过河管、架空管、楼栋立管,门站或户内等检查。该仪器主要具有如下特点:

      (一)针对甲烷,无误测;
      (二)灵敏度5ppm.m,最大检测距离100米,效率高;
      (三)专业DMD(数字甲烷检测)模式,可有效屏蔽环境干扰;
      (四)红色检测光检测泄漏(不可见),绿色定位激光用于指示检测位置;
      (五)可车载或手持检测,一机多用。
      由于激光检测技术准确、高效的优势,基于  该技术的燃气检测仪OMD和RMLD得到广大用户的一致好评,并逐渐普及到国内外大中型燃气公司。

                               

       5. 激光检测技术的发展及前景
       近年来,由于天然气在工业生产、家庭安全、环境监测和医疗等领域地位日趋重要,为了避免燃气泄漏和能源浪费造成的不利影响,因此对燃气检测技术的准确和高效性要求也越来越高。从而基于激光检测技术的燃气检漏仪应运而生,并很好的满足了相关要求,随着科技的不断发展,该技术将向着微型化、智能化和多功能化等方向持续发展,并将应用到更多的领域中。