孟綾 大慶油田化工集團技術(shù)開發(fā)研究院

1 泄漏監(jiān)測技術(shù)

1.1 輸送管道

輸送液體的管道原則上可以集中監(jiān)測，使用內(nèi)部系統(tǒng)監(jiān)視管道內(nèi)的液體是否發(fā)生破裂或泄漏。這樣的系統(tǒng)對液體適用，但是不適用于氣體。由于天然氣具有高壓縮性，氣體泄漏不會以氣壓下降的形式表現(xiàn)出來，中心監(jiān)測站無法發(fā)現(xiàn)氣體泄漏。另外，在管道并聯(lián)系統(tǒng)中可監(jiān)測到碳?xì)浠衔锏嫩E象。同樣，這種系統(tǒng)在液態(tài)烴中工作良好，但也不適宜天然氣。因此，巡檢只能通過可以探測甲烷的氣體探測器進行目視檢查，確定泄漏。

1.2 配送管道

天然氣配送管道監(jiān)測也需要巡檢。中國天然氣協(xié)會的天然氣管道技術(shù)委員會已經(jīng)提供了泄漏監(jiān)測指導(dǎo)和方法，包括校準(zhǔn)和維護方面的可行性說明和建議。儀器的最基本要求是可以探測到空氣中濃度為50mg/L的甲烷氣體。主要提供技術(shù)包括火焰電離、紅外、半導(dǎo)體和催化珠探測器。目前，最常見的泄漏巡檢儀器是以火焰電離為原理的。

盡管火焰電離探測器長期用于泄漏監(jiān)測，但還是具有局限性。例如，因為采用氫火焰，所以本質(zhì)上并不安全。此外，氫氣鋼瓶重量大，以及日常補給氫氣也不方便。如果需要進行地下泄漏檢測，通常是必須使用可燃?xì)怏w探測器。

2 催化燃燒傳感技術(shù)

2.1 優(yōu)勢

催化燃燒傳感器通常應(yīng)用于感應(yīng)大約100mg/L（0.2%爆炸下限的甲烷）至爆炸極限下限范圍的天然氣和其他可燃?xì)怏w（當(dāng)量甲烷為5%）。高于5%濃度用導(dǎo)熱傳感器和催化珠同步測量，常作為火焰避雷器的載體催化傳感器。

該燃燒傳感器的下限由傳感器的噪音和漂移鑒別能力決定。此下限適用于評估和監(jiān)測大氣安全性。但是，如果下限可以再擴大，催化燃燒儀器將適用于泄漏監(jiān)測。這樣的儀器本質(zhì)上是安全的，可以應(yīng)用于泄漏點。

2.2 高性能催化燃燒傳感器

Gas-Rover是最近推出的使用催化燃燒傳感器新技術(shù)的儀器，可以測量濃度為1mg/L的天然氣。

催化傳感器下限取決于若干因素：維持傳感器在其工作溫度的電信號比；控制和測量用電子儀器的精確度；熱噪音和電子噪音水平；熱漂移與電子漂移，以及環(huán)境條件（主要為溫度和濕度）的影響。總的來說，各種來源的噪聲或干擾誤差等同于約100mg/L天然氣（甲烷）產(chǎn)生的信號，從而確定了催化傳感器的下限。測試靈敏度為濃度1mg/L的甲烷要求對誤差和噪聲扣除或精確補償。

環(huán)境（溫度、濕度）是影響傳感器的主要因素，只是它們影響媒介（空氣），而不直接影響傳感器。由于這些影響因素與傳感器的表面性質(zhì)無關(guān)，但仍需通過使用一對載體催化傳感器珠（1個活性珠和1個非活性珠）補償，并參照非活性載體催化傳感器珠進行測量。這一原理已在多數(shù)現(xiàn)有設(shè)備中使用，但是上述設(shè)備現(xiàn)有的一般應(yīng)用技術(shù)難以滿足傳感器所需配套技術(shù)。

噪音和漂移電子源是可監(jiān)控的，甚至用帶有現(xiàn)代化的集成電路和其他電子元件的手持式測試儀就可實現(xiàn)。

熱漂移和自然對流的影響較難監(jiān)控。在儀器使用時，通常會因傳感器腔的加熱產(chǎn)生熱漂移。大部分而并非所有此類漂移可以通過串聯(lián)使用2個載體催化傳感器來進行補償，其余漂移可以使用現(xiàn)有的納米技術(shù)通過載體催化傳感器將影響減到最小，最大化反應(yīng)信號，最小化物理尺寸。

最后，現(xiàn)代微型處理器可用于生成和利用先進的信號處理程序去除熱噪聲和漂移的影響。數(shù)據(jù)處理結(jié)合新型催化劑構(gòu)造，可以達到傳感器所需的精度和準(zhǔn)確度。

時下生產(chǎn)的高性能催化燃燒傳感器可以監(jiān)測濃度最高達1000mg/L的甲烷，此范圍內(nèi)響應(yīng)是線性的，實際在2.5×104mg/L（50%LEL）的范圍內(nèi)都是呈線性的。該傳感器的響應(yīng)是可再生和可逆的。

3 泄漏檢測的需求

3.1 步行巡檢泄漏

步行的操作者在沿直線移動時將測試大約0.5s周期的地點。因此一個設(shè)計良好的催化燃燒傳感器，必須對持續(xù)0.5s的氣體輸入作出反應(yīng)。

當(dāng)輸入50mg/L的氣體持續(xù)時間從0.5～1.5s時，即使是只持續(xù)0.5s的氣體樣品，儀器也有強烈的反應(yīng)。由于步行巡檢的收集系統(tǒng)以10mL/s脈動，并有約7.5s的“滯”量，在輸入和信號之間有0.75s的平均延遲。雖然這是一個明顯的延遲，但在實踐中，它對定位一個剛采集到的信號沒有意義。

3.2 卡車巡檢泄漏

典型的收集系統(tǒng)由2