馬季林

(天津濱海燃?xì)饧瘓F(tuán)有限公司， 天津 300456)

天然氣廠站受到多種因素的影響，存在燃?xì)庑孤┑娘L(fēng)險[1]。燃?xì)庑孤o企業(yè)造成經(jīng)濟(jì)損失，還可能引起火災(zāi)爆炸事故，造成人員傷亡，產(chǎn)生不良社會影響。因此，在天然氣廠站采取應(yīng)對泄漏的安全措施，安裝探測設(shè)備非常必要。

1 天然氣廠站泄漏巡檢中存在的問題

泄漏監(jiān)測設(shè)備技術(shù)落后。大多廠站使用擴(kuò)散式可燃?xì)怏w監(jiān)測設(shè)備，原理是被檢測區(qū)域的氣體隨空氣的自由流動緩慢地流入設(shè)備進(jìn)行檢測，屬于被動式檢測。這種方式受環(huán)境溫度、風(fēng)速等檢測條件影響，不適合壓力較低的氣源，也不能定位泄漏位置。泄漏監(jiān)測設(shè)備和視頻監(jiān)視系統(tǒng)各自獨(dú)立，信息不能有效融合和利用。監(jiān)測系統(tǒng)的自動化水平低，主要依賴人工巡檢，人力成本高[2]。人工沿地面路徑巡檢存在盲區(qū)，另外還存在個體間責(zé)任心差異問題，巡檢的實際效果差。

隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，激光甲烷泄漏自動遙測系統(tǒng)的應(yīng)用能夠有效解決上述問題。

2 系統(tǒng)的工作原理和性能特點

① 激光甲烷泄漏自動遙測系統(tǒng)原理

激光甲烷泄漏自動遙測系統(tǒng)采用先進(jìn)的可調(diào)諧二極管激光吸收光譜技術(shù)(TDLAS)。激光甲烷遙測儀發(fā)射出的激光通過天然氣氣團(tuán)時，甲烷氣體會對該激光產(chǎn)生吸收，吸收后的激光通過在實體壁面漫反射后被探測器接收，經(jīng)過數(shù)據(jù)采集和處理得出甲烷體積分?jǐn)?shù)。激光甲烷遙測儀工作原理見圖1。圖1中，甲烷體積分?jǐn)?shù)與氣團(tuán)厚度的乘積記為甲烷柱體密度，單位為“10-6·m”，甲烷柱體密度是甲烷激光遙測儀的性能參數(shù)。

圖1 激光甲烷遙測儀工作原理

TDLAS探測甲烷氣體具有對被檢測氣體的唯一性，即只對甲烷氣體有效，因此不受非被測氣體和環(huán)境干擾，結(jié)果準(zhǔn)確。激光甲烷遙測儀技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 激光甲烷遙測儀技術(shù)參數(shù)

續(xù)表1

② 激光甲烷泄漏自動遙測系統(tǒng)架構(gòu)

激光甲烷泄漏自動遙測系統(tǒng)由監(jiān)測云臺和防爆控制箱、系統(tǒng)控制柜和工作站(含顯示器)4部分組裝成，架構(gòu)見圖2。

圖2 激光甲烷泄漏自動遙測系統(tǒng)架構(gòu)

監(jiān)測云臺包含用于監(jiān)控現(xiàn)場環(huán)境的攝像機(jī)、實時檢測泄漏甲烷體積分?jǐn)?shù)的激光甲烷遙測儀。防爆控制箱將監(jiān)控視頻和實時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為光信號，由光纖傳輸至控制柜?？刂乒衽c前端設(shè)備通過光纖連接，可獲取每個監(jiān)測器的數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息和角度信息(外接電腦可監(jiān)控視頻)，可以進(jìn)行監(jiān)控、產(chǎn)生報警信號、指出報警點、記錄數(shù)據(jù)。

③ 系統(tǒng)控制與報警

根據(jù)廠站巡查需要可以設(shè)置不同的自動巡查模式，系統(tǒng)自動進(jìn)行巡查記錄。工作站實時讀取監(jiān)測云臺甲烷柱體密度數(shù)據(jù)，并判斷是否超過報警值，超過則自動報警，蜂鳴器鳴叫、 LED 燈閃爍。

④ 工作站顯示器界面及監(jiān)測云臺功能

工作站顯示器實時顯示當(dāng)前監(jiān)測范圍內(nèi)的現(xiàn)場情況和所在位置的甲烷柱體密度，報警時，顯示甲烷柱體密度數(shù)據(jù)，同時對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，便于隨時回放查看。為使工作人員能夠隨時查看監(jiān)測范圍內(nèi)任意一點的情況，軟件可控制監(jiān)測云臺運(yùn)動方向及調(diào)節(jié)攝像機(jī)焦距。

監(jiān)測云臺采用高精密的步進(jìn)電機(jī)蝸輪蝸桿傳動機(jī)構(gòu)，傳動間隙很小，避免傳統(tǒng)齒帶傳動不準(zhǔn)確、壽命低、效率低的缺點。定期能自動校準(zhǔn)，在巡航過程中消除了累計誤差，保證預(yù)置點定位準(zhǔn)確。攝像機(jī)選用30倍光學(xué)變焦300×104像素ICR日夜型網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)。

監(jiān)測云臺主要功能有巡航掃描、守望、自動巡航、自動巡跡、自動線掃、自校準(zhǔn)原點、預(yù)置點間速度調(diào)節(jié)、預(yù)置點停留時間調(diào)節(jié)等?？蓪σ纛l異常偵測、移動偵測、視頻遮擋、網(wǎng)線斷、IP地址沖突、存儲器滿、存儲器錯、非法訪問等智能報警。

3 系統(tǒng)在天津塘沽燃?xì)忾T站的實踐

天津塘沽燃?xì)忾T站年供氣量約1.7×108m3/a,負(fù)責(zé)為濱海新區(qū)核心區(qū)等地區(qū)提供可靠的燃?xì)獗Ｕ?。激光甲烷泄漏自動遙測系統(tǒng)在天津塘沽燃?xì)忾T站的安裝位置見圖3，設(shè)備安裝現(xiàn)場見圖4。監(jiān)測云臺和防爆控制箱安裝在儲氣井區(qū)，控制柜和工作站安裝在綜合辦公樓內(nèi)的調(diào)度中心。手動操作控制監(jiān)測云臺界面見圖5?？梢匀藶檫x擇需要巡視的管線設(shè)備，通過在顯示器選擇需要巡視的管道，根據(jù)顯示器上的軟件顯示框很方便地知道此處的甲烷參數(shù)是否超限，從而判斷出該管道是否泄漏。

圖3 系統(tǒng)在天津塘沽燃?xì)忾T站的安裝位置

圖4 設(shè)備安裝現(xiàn)場

圖5 手動操作控制監(jiān)測云臺界面

設(shè)計自動巡查線路，將需要重點巡查的位置設(shè)置停留5 s，使激光照射在這個位置有充分的時間探測，避免遺漏。

共計設(shè)置455個重點巡查位置，包括所有閥門、接頭、儀表等易泄漏點。從當(dāng)前預(yù)置點距離下一個預(yù)置點，監(jiān)測云臺轉(zhuǎn)動速度設(shè)置為中間速度，預(yù)置點停留時間設(shè)置為5 s，兼顧查詢效率與監(jiān)測云臺壽命。

經(jīng)過實際測試，巡查一次耗時為38 min。到夜間，攝像機(jī)在感知到外界光線較弱時，自動切換到夜間模式，系統(tǒng)可以不間斷連續(xù)工作。經(jīng)過實際運(yùn)行，全天24 h，一共系統(tǒng)巡檢38次。人工巡檢受制于環(huán)境、管理、人為等各種因素，一天可以巡檢2次。全自動巡檢，與人工巡檢相比，提高了巡檢效率。

4 結(jié)語

激光甲烷泄漏自動遙測系統(tǒng)是一種廠站泄漏監(jiān)測的新技術(shù)手段，可實現(xiàn)全自動運(yùn)行，將視頻監(jiān)控技術(shù)與激光甲烷泄漏監(jiān)測技術(shù)融合，與傳統(tǒng)視頻監(jiān)控方法相比由間接推斷變?yōu)橹苯有孤┍O(jiān)測，提高了自動化監(jiān)測的水平，可為未來燃?xì)庵腔蹚S站的建設(shè)發(fā)揮重要的作用。