激光甲烷泄漏自动遥测系统在燃气厂站的应用

马季林

(天津滨海燃气集团有限公司， 天津 300456)

天然气厂站受到多种因素的影响，存在燃气泄漏的风险[1]。燃气泄漏会给企业造成经济损失，还可能引起火灾爆炸事故，造成人员伤亡，产生不良社会影响。因此，在天然气厂站采取应对泄漏的安全措施，安装探测设备非常必要。

1 天然气厂站泄漏巡检中存在的问题

泄漏监测设备技术落后。大多厂站使用扩散式可燃气体监测设备，原理是被检测区域的气体随空气的自由流动缓慢地流入设备进行检测，属于被动式检测。这种方式受环境温度、风速等检测条件影响，不适合压力较低的气源，也不能定位泄漏位置。泄漏监测设备和视频监视系统各自独立，信息不能有效融合和利用。监测系统的自动化水平低，主要依赖人工巡检，人力成本高[2]。人工沿地面路径巡检存在盲区，另外还存在个体间责任心差异问题，巡检的实际效果差。

随着自动化技术的发展，激光甲烷泄漏自动遥测系统的应用能够有效解决上述问题。

2 系统的工作原理和性能特点

① 激光甲烷泄漏自动遥测系统原理

激光甲烷泄漏自动遥测系统采用先进的可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)。激光甲烷遥测仪发射出的激光通过天然气气团时，甲烷气体会对该激光产生吸收，吸收后的激光通过在实体壁面漫反射后被探测器接收，经过数据采集和处理得出甲烷体积分数。激光甲烷遥测仪工作原理见图1。图1中，甲烷体积分数与气团厚度的乘积记为甲烷柱体密度，单位为“10-6·m”，甲烷柱体密度是甲烷激光遥测仪的性能参数。

图1 激光甲烷遥测仪工作原理

TDLAS探测甲烷气体具有对被检测气体的唯一性，即只对甲烷气体有效，因此不受非被测气体和环境干扰，结果准确。激光甲烷遥测仪技术参数见表1。

表1 激光甲烷遥测仪技术参数

续表1

② 激光甲烷泄漏自动遥测系统架构

激光甲烷泄漏自动遥测系统由监测云台和防爆控制箱、系统控制柜和工作站(含显示器)4部分组装成，架构见图2。

图2 激光甲烷泄漏自动遥测系统架构

监测云台包含用于监控现场环境的摄像机、实时检测泄漏甲烷体积分数的激光甲烷遥测仪。防爆控制箱将监控视频和实时数据转换为光信号，由光纤传输至控制柜。控制柜与前端设备通过光纤连接，可获取每个监测器的数据、状态信息和角度信息(外接电脑可监控视频)，可以进行监控、产生报警信号、指出报警点、记录数据。

③ 系统控制与报警

根据厂站巡查需要可以设置不同的自动巡查模式，系统自动进行巡查记录。工作站实时读取监测云台甲烷柱体密度数据，并判断是否超过报警值，超过则自动报警，蜂鸣器鸣叫、 LED 灯闪烁。

④ 工作站显示器界面及监测云台功能

工作站显示器实时显示当前监测范围内的现场情况和所在位置的甲烷柱体密度，报警时，显示甲烷柱体密度数据，同时对数据进行存储，便于随时回放查看。为使工作人员能够随时查看监测范围内任意一点的情况，软件可控制监测云台运动方向及调节摄像机焦距。

监测云台采用高精密的步进电机蜗轮蜗杆传动机构，传动间隙很小，避免传统齿带传动不准确、寿命低、效率低的缺点。定期能自动校准，在巡航过程中消除了累计误差，保证预置点定位准确。摄像机选用30倍光学变焦300×104像素ICR日夜型网络高清摄像机。

监测云台主要功能有巡航扫描、守望、自动巡航、自动巡迹、自动线扫、自校准原点、预置点间速度调节、预置点停留时间调节等。可对音频异常侦测、移动侦测、视频遮挡、网线断、IP地址冲突、存储器满、存储器错、非法访问等智能报警。

3 系统在天津塘沽燃气门站的实践

天津塘沽燃气门站年供气量约1.7×108m3/a,负责为滨海新区核心区等地区提供可靠的燃气保障。激光甲烷泄漏自动遥测系统在天津塘沽燃气门站的安装位置见图3，设备安装现场见图4。监测云台和防爆控制箱安装在储气井区，控制柜和工作站安装在综合办公楼内的调度中心。手动操作控制监测云台界面见图5。可以人为选择需要巡视的管线设备，通过在显示器选择需要巡视的管道，根据显示器上的软件显示框很方便地知道此处的甲烷参数是否超限，从而判断出该管道是否泄漏。

图3 系统在天津塘沽燃气门站的安装位置

图4 设备安装现场

图5 手动操作控制监测云台界面

设计自动巡查线路，将需要重点巡查的位置设置停留5 s，使激光照射在这个位置有充分的时间探测，避免遗漏。

共计设置455个重点巡查位置，包括所有阀门、接头、仪表等易泄漏点。从当前预置点距离下一个预置点，监测云台转动速度设置为中间速度，预置点停留时间设置为5 s，兼顾查询效率与监测云台寿命。

经过实际测试，巡查一次耗时为38 min。到夜间，摄像机在感知到外界光线较弱时，自动切换到夜间模式，系统可以不间断连续工作。经过实际运行，全天24 h，一共系统巡检38次。人工巡检受制于环境、管理、人为等各种因素，一天可以巡检2次。全自动巡检，与人工巡检相比，提高了巡检效率。

4 结语

激光甲烷泄漏自动遥测系统是一种厂站泄漏监测的新技术手段，可实现全自动运行，将视频监控技术与激光甲烷泄漏监测技术融合，与传统视频监控方法相比由间接推断变为直接泄漏监测，提高了自动化监测的水平，可为未来燃气智慧厂站的建设发挥重要的作用。