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林融：如何选用气体检测器？（复杂工况）

时间：2023-05-25 来源：浏览：

林融：如何选用气体检测器？（复杂工况）

原创林融仪表圈

仪表圈

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目前，我国石化企业的安全生产隐患排查工作主要通过人工巡检依靠人的专业知识和经验去发现生产中存在的安全隐患，这种方式容易受到主 观因素 影响，且很难发现泄漏事故及危险状态，可靠性差，其次 固定点式气体泄漏检测器 在事故发生后才能发现泄漏源头并采取安全措施，不能达到从 源头上防治事故的目的 。因此，采用智能化泄漏检测技术对由错误操作、工艺异常、仪表故障、设备故障等引起的早期气体泄漏等异常工况及时进行预测，特别是针对“两重点一重大”的危险源能够 远程、大范围、快速、精确地监测 出泄漏地点、浓度、范围及变化趋势，让操作工及时进行挽救操作将操作状况拉回到正常工况，减少事故发生的几率非常重要， 针对复杂工况 ，智能化泄漏检测技术 如何选用？

针对复杂场景工况，推荐选用移动/遥测式 智能气体泄漏检测技术。

移动/遥测式可燃和有毒气体新型检测技术为助力“互联网+安全生产”信息化建设的能力要求，提供覆盖炼化企业全厂的从生产装置区、储运设施、管廊、公用工程及辅助设施的整体气体泄漏光谱智能检测解决方案。

移动/遥测式可燃和有毒气体泄漏检测产品及系统架构如下：

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红外热像仪

红外热像仪是基于不同物质的红外热辐射特性来实现对于气体的探测， 主要用于泄漏检测和温度检测，可以实时给出气体的动态分布和云团形状。

优点：

能实时监测泄漏气体的云团形状及动态走势；
能实时监测设备、管道的温度分布；
能良好地用于气体泄漏和温度的夜间监测。

缺陷：

不能定性识别气体种类；
不能定量给出气体的浓度数值；
光谱波段窄，检测种类少。

红外光谱气体检测仪主要分为：多光谱红外气体检测仪和高光谱红外气体检测仪等两类。

0 2

多光谱红外气体检测仪

多光谱红外气体检测仪又称多频（多波段）红外气体检测仪是通过滤光片来获取不同气体的红外光谱（离散光谱）， 其原理是不同物质在不同红外波段的红外辐射特性不一致，利用滤光片来获取特定气体在特定红外波段的红外辐射特性， 一种滤光片对应一种或者若干种气体。

优点：

利用主动光源被气体吸收特性进行检测，原理简单；
精度高、响应快、不依赖氧气、抗中毒、寿命长；
监测范围大、现场维护校验较容易。

缺陷：

光谱窄，覆盖烃类气体较少；
易受水汽、结霜、结冰、脏污、粉尘、环境光照等干扰、易误报；
单台无法同时检测多种气体，需要预知气体种类来更换相应的滤光片，否则无法检测。

0 3

高光谱红外气体检测仪

－傅里叶变换光谱仪（FTIR）

高光谱红外气体检测仪分为：主动型傅里叶变换红外光谱气体检测仪和被动型傅里叶变换红外光谱气体检测仪。

1）主动型（开路型）傅里叶变换红外光谱气体检测仪

优点：

利用主动宽带光源被气体吸收特性进行检测，原理及算法较简单；
精度高、响应快、不依赖氧气、抗中毒；
探测器使用制冷型可获得较高灵敏度，但成本较高；
监测距离较长、现场维护较容易。

缺陷：

需要安装发射源、反射镜等设备，对安装精度要求高；
只能监测固定光路目标，无法进行扫描监测、无法监测移动目标；
发射源、反射镜受环境影响大，且使用成本高。

2）被动型傅里叶变换红外光谱气体检测仪

被动型利用空间中的红外辐射，通过干涉仪和光谱仪分辨不同波长光谱，无需反射镜。

优点：

远程、非接触、大范围（公里级、三维）实时动态扫描，光谱成像，昼夜自动监测；
识别报警快、能显示分布和扩散、溯源定位、可见即可测、所见即所得；
同时可对多种、多组分气体种类及浓度进行识别和监测；
同样适用于对环保排放监测或对泄漏量、泄漏范围较大情况下进行监测。

缺陷：

需要大量计算来区分多种、多组分的不同气体，组分越多需要处理时间越长，部分气体有交叉干扰；
探测器使用制冷型可获得较高灵敏度，但成本较高；非制冷型灵敏度低；
算法复杂、投资高，且使用及维护成本较高。

主要技术指标：

Ø 检测气体种类：300余种，可定制；

Ø 检测半径：≥ 1km；≥ 3km；

Ø 光谱范围：7~14um；

Ø 光谱分辨率：1cm-1；

Ø 扫描范围：水平 360°；

Ø 俯仰-30°～+45°；

Ø 报警响应时间：≤4 s；

Ø 视频：可见光（高清）、红外；

Ø 系统功耗：≤150W；

Ø 防水防尘等级：IP65；IP66。

监测范围：

检测半径：≥ 1km；≥ 3km；

在水平方向实现 360°自动循环检测（可调）；

垂直方向的俯仰-30°～+45°检测（可调）。

激光雷达光谱气体检测仪主要分为：差分吸收激光雷达、拉曼激光雷达和紫外差分吸收气体检测仪等三类。

0 4

差分吸收激光雷达气体检测仪

差分吸收激光雷达气体检测仪是以调谐半导体激光吸收光谱技术（TDLAS）为检测手段，该技术基于朗伯比尔定律，比如使用1654nm波长的光去检测甲烷分子会产生吸收效应，而其他气体则不会对1654nm波长产生吸收效应。吸收效应会使检测的光发生衰减，衰减程度和气体分子数量成反比，气体分子数量越多光被吸收的越多。只要准确测量检测激光被吸收的情况就可以准确检测出气体的浓度。

从检测方式上可以分为：开路对射式、固定反射式、固定扫描式、无源光纤式和便携遥测式多种，为目前的主流技术。

优点：

大范围（可达公里级）主动遥测、高灵敏度预警，无需等大量泄漏；
激光波长准确，能克服不同气体之间的光谱交叉干扰，检测速度快、准确性高，适用于对装置级场景的微泄漏安全监测；
无源检测、本质安全、无需频繁标定、半导体激光光源使用寿命长。

缺陷：

光谱窄，覆盖烃类气体较少；
激光芯片依赖进口、成本高；
结构复杂维护维修难度大。

0 5

固定反射式激光雷达气体检测仪

固定反射式激光雷达气体检测仪主要用于大范围空间的整体监测。

其由两部分组成，一部分是一个发射接收装置，负责激光控制和光谱信号分析；另一部分为纯光学的反射装置，无需供电。发射接收装置安装在被监测区域一端。检测激光由发射接收装置发射到反射装置并接收返回的光谱信号，通过分析得到浓度监测结果，在发射接收装置发射到和反射装置之间区域就是被监测区域，监测范围最大可达到1km。

可对甲烷、硫化氢、乙烯、乙炔、一氧化碳、氨气、氟化氢、氯化氢等各种气体进行实时在线监测，符合国家GB/T 50493-2019标准。

0 6

固定扫描式激光雷达气体检测仪

固定扫描式激光雷达气体检测仪集激光控制、光谱采集、光谱分析为一体，将激光发射到远处被监测物体上，通过被监测物体反射回到遥测仪，由遥测仪对返回信号进行分析，得到气体浓度数据。通过遥测仪自身水平和垂直方向的旋转进行扫描，形成一个类似于雷达的360°三维立体被测区域，实现对一个大范围空间的覆盖监测，检测半径可以达到300m。检测数据结合视频图像可以“看”到当前的检测情况，包括正在被检测的位置、气体浓度，通过扫描发现泄漏并进行泄漏点定位。全自动运行，无需人工操作。

可对甲烷、乙烯、乙炔、氨气等气体进行实时在线监测。符合国家GB/T 50493-2019标准。

0 7

无源光纤激光气体检测仪

无源光纤激光气体检测仪该系统由系统主机和光感终端组成。

主机与终端通过光纤进行连接，监测现场安装的光感终端为纯光学设备无需用电即可长期工作。可替代传统的催化燃烧和红外点式监测设备，尤其是对可燃气体监测，在监测现场不用对设备进行供电，保证现场本质安全监测。

可对甲烷、乙烯、乙炔、氨气等气体进行实时在线监测。

0 8

便携遥测式激光甲烷检测仪

便携遥测式激光甲烷检测仪个人随身携带，人员可以不用到检测现场 ， 站在远处就可对目标进行检测，检测距离达到150米。 利用检测速度快的特点，结合遥测仪提供的浓度变化波形图，可以在气团当中准确找到泄漏点。

0 9

智能巡检机器人

随着人工智能技术和工业机器人技术的深度融合，智能巡检机器人已替代传统机器人渗透到多个领域如汽车制造、物流分拣、采油采矿、电力巡检以等能够替代人工完成相关工作任务。

随着《机器人产业发展规划2016—2020年》和工业和信息化部等十七个部门 2023.1.18联合发布的《“机器人+”应用行动实施方案》的提出，在危险程度高的化工等行业推进工业机器人的广泛应用。

因此对存在高危作业场所的石油化工企业而言，应抓住契机深入研究智能巡检机器人替代人工巡检，以减少危险作业场所人工巡检操作频次，提高工作效率，降低造成人员伤亡事故的风险。

未来的炼化企业智能巡检机器人应能够实时监测现场工艺设备、机泵、管道、仪表及控制阀的异常工况及报警，并及时将其发送至炼化工厂的中心控制室和消防/安全监控中心，具备以下先进功能：

1) 人工智能导航与自适应控制系统

能够按照自身设计的巡检路线进行自主导航，遇到临时障碍或突发事件能及时调整巡检路线和巡检任务次序，无需后台人工干预及控制。

2) 智能检测与传感系统

集可见光、红外、红外夜视、激光雷达等多种摄像头于一体；集温度、压力、可燃和有毒气体/蒸气泄漏、振动、噪声、超声侧厚等多种传感器于一身；具备“视觉、听觉、嗅觉、触觉”的智能检测与传感功能。

3) 智能安全与防护系统

具有防爆、防尘、防水、急停、避让、报警、防跌、姿态调整等智能安全与防护功能,能自主自动充电，能够在危险环境中连续工作12个月以上不需大的检修。

4) 智能识别与辨识系统

通过智能检测与传感系统，结合后台智能识别与辨识软件，具有指针仪表识别、数显仪表识别、气体泄漏识别、语音识别、温度/压力/液位/振动/噪声/阀位识别、风速/风向识别等功能。

5) 新一代实时通信系统

具有5G/6G无线网络通信、北斗卫星定位、报告即时传输、报警与SOE信息同步、智能机器人云服务等实时通信功能。

总之， 采用遥测/移动式新型检测技术， 能够有效地对 ①油田气田及长输管线；② LNG接收站和天然气净化厂；③炼油装置与油品罐区；④乙烯等化工装置及液态烃球罐区等四大典型应场景中， 可燃和有毒气体的泄漏进行动态实时地检测及报警， 能够有效地预防或减少 火灾、爆炸、人身中毒、环境污染等重大危险事故的发生，保护企业、社会生命、财产及环境安全。

拓展知识

中共中央办公厅、国务院办公厅《关于全面加强危险化学品安全生产工作的意见》，实现园区内企业、重点场所、重大危险源、基础设施 实时风险监控预警。

应急管理部《“工业互联网+危化安全生产”试点建设方案》（应急厅【2021】27号），支持化工园区及企业加快部署大范围速扫监测预警装备，实现园区危险气体浓度场数据的 远程、大范围、快速监测和传输。

应急管理部《危险化学品企业安全风险智能化管控平台建设指南（试行）》（应急厅【2022】5号）通知，鼓励有条件的企业可以部署基于 TDLAS 技术与CT算法的水平场分布测量系统、 光谱成像气体检测系统及由空基探测系统 、地基探测系统所构成的空地一体化危险气体探测网。