基于红外成像的LNG动力船燃料泄漏检测可行性及优势分析

刘垒 王宇川

摘 要：液化天然气（LNG）的应用安全一直被广泛关注。本文阐述了LNG泄漏的特点和检漏技术现状，提出采用红外热成像技术检测LNG动力船泄漏，通过理论分析和替代实验进一步验证了红外检漏的可行性及优势，为后续深入研究红外检漏奠定了基础。

关键词：液化天然气 检漏技术 红外热成像

1.前言

液化天然气（LNG）是國家优先推广的清洁能源，水运行业推广应用LNG是发展绿色水运、建设生态文明、服务交通强国建设的需要。目前，LNG动力船正在全球大力推广。2018年8月，交通运输部办公厅发布征求《关于深入推进水运行业应用液化天然气的意见（征求意见稿）》意见的函，其中在基本原则中再次强调“坚持安全发展理念，优化安全监管与应急保障体系，保障运输与应用安全”。

近年来，随着运行时间的延长，连接部件的老化、腐蚀以及其它自然损坏、人为操作失误等原因，L NG泄漏事故时有发生，尤其是L NG供应系统的关键部位，如法兰、阀件、管道连接处等易泄漏部位。从新技术应用提高检测效率的角度，本文率先提出采用红外热成像技术开展LNG动力船燃料泄漏检测，对完善现有LNG动力船泄漏检测意义重大。

2.LNG泄漏特点及检漏现状

L NG泄漏属于一种比较严重的事故，泄漏的L NG蒸发形成大量的蒸气云，遇到火源则会产生火灾（热辐射）或爆炸（浓度区间：5%～15%）。此外，超低温-162℃还可能对泄漏点处的人员引起低温冻伤和附近船体结构与设施带来冷脆危险，如导致船体钢板低温脆断。

目前，我国新建和改造的LNG动力船均采用温度、压力、液位、气体浓度传感器，结合可燃气体探测仪等监测LNG供应系统的泄漏情况。例如全容式LNG储罐，在罐壁和罐底安装8个热电偶，根据热电偶所测温度来判断是否有泄漏发生；同时，在LNG储罐罐顶及外壁安装有可燃气体探测仪和火焰离子探测器，用于监测LNG泄漏之后气化生成的天然气以及天然气燃烧所产生的火焰离子。

上述检漏方法存在温度监测点过少、检测精度较低、无法及时发现少量LNG泄漏（现有规范要求可燃气体浓度达到20%爆炸下限时，应有听觉和视觉报警），可能造成次生灾害。法兰、阀件、管道连接处等易泄漏部位较难检测，且很难确定泄漏点的准确位置，因此，现有LNG检漏技术有待完善和提高。

3.红外检漏的可行性及优势

红外热成像技术是一种辐射信息探测技术，具有被动工作、抗干扰性强、目标识别能力强、全天候工作等特点。它的成像机理是根据目标与背景之间的温度差异和发射率的差异利用红外探测器和光学成像镜接收被测目标的红外辐射信号，经过处理后，转换成标准的红外视频图像。因此，红外热成像是目前较为先进的成像技术之一。

LNG具有超低温的特性，其泄漏会快速汽化。而红外热成像则是温度的反应器，根据泄漏点和周围环境温度的变化可有效捕捉泄漏位置。利用红外热成像的非接触式测温能够检测LNG储罐系统附近的火灾和着火源。

相比目前安装的监测甲烷等气体浓度、烟雾浓度、压力及温度等传感器而言，红外热成像的优势体现在以下四个方面：一是能同时监测泄漏和着火源，可避免同时安装多种传感器；二是能用视频图像的方式监测具体位置，便于连续观察问题态势和快速找到事故位置；三是能动态实时监测船上发动机的状况，如高温等异常情况；四是灵敏度高，能第一时间发现问题，避免更大事故的发生。

4.替代泄漏实验

为了验证红外热成像检漏的可行性和有效性，本人在实验室开展了泄漏模拟实验。考虑安全性，实验采用液氮进行替代，二者属性接近，如表1所示。实验利用两个相同的铁桶，一个空桶，一个倒入液氮，利用美国FLIR公司的红外热成像进行了现场对比实验，效果如图1所示。

根据红外热成像的特点，物体温度越高，所成影像越白。实验结果表明，倒入液氮的铁桶迅速降温，所成影像发黑，两个铁通的影像在灰度值上存在明显差异，红外热成像能够进行LNG泄漏检测。

5.建议

为确保L NG清洁能源应用安全，服务交通强国建设，建议将红外热成像技术与计算机视觉分析技术相结合，采用人工智能手段，在LNG泄漏的最初阶段进行自动智能预警，避免造成次生灾害及长时间泄漏带来的燃料浪费，保障运输和应用安全。

参考文献：

[1]李俊山，杨威，张雄美.红外图像处理、分析与融合[M].北京：科学出版社，2009.