氨制冷管道泄漏监测现状综述①

廖晓玲 刘延雷 刘晓华 赵哲明

(杭州市特种设备检测研究院)

氨制冷管道泄漏监测现状综述①

廖晓玲 刘延雷 刘晓华 赵哲明

(杭州市特种设备检测研究院)

总结了国内外学者在管道泄漏、氨泄漏等方面的研究现状与成果，提出将软硬件结合监测手段、图像处理技术等应用于氨制冷剂管道泄漏监测中，为氨泄漏在线监测与安全评价提供一定的参考。

管道泄漏 氨泄漏监测 氨制冷 研究现状

氨作为一种天然的制冷剂[1,2]，是一种常温常压下无色、有刺激性气味的气体，且极易液化，同时放出大量热量，而液氨又极易汽化，并吸收大量热量，因此，氨具有制冷效果好、成本低等优点，目前在冷库等制冷装置中使用广泛[3～5]。然而，氨还具有易燃、易爆、有毒及有腐蚀性等特性，且泄漏不易扩散，一旦在设计、安装或使用过程中发生氨泄漏事故，将造成严重后果[6]。

氨在密闭循环系统内以气态或液态形式存在，承受一定的温度和压力，从而实现不断地压缩、冷凝、节流和蒸发。由于受到一些客观条件的制约，如液氨介质清空置换难度大、外表面保温层不易拆除及氨制冷系统停机损失大等，导致对氨制冷系统中的压力容器进行检验时难度较大[7]。

近年来，国内外对氨泄漏的研究逐渐增多，特别是氨风险评价已成为安全评价研究的热点。对氨制冷冷库压力容器的安全监测，在我国定期检验的项目包括带介质射线探伤、对拆除部分保温层进行测厚抽查等[8]。射线探伤监测结果表明，因受容器中液氨的影响，射线能量被吸收和散射，监测结果无法满足要求；对拆除部分保温层进行测厚抽查也无法实现整体监测压力容器筒体、焊缝等的目的，被检容器安全状况等级无法确定。文献[9，10]采用红外热成像结合X射线数字成像进行监测，获得的红外热像图与物体表面热分布场相对应，再通过X射线数字成像对热成像结果异常部位进行拍片监测，从而实现氨制冷管道整体监测的目的。实际使用中，红外成像技术在长期运行的氨制冷系统中误报警率较大，无法实现定位。因此，加强氨制冷系统压力容器的在线安全监测，保障氨制冷系统的安全运行是目前迫切需要解决的问题。

1 国外研究现状

国外学者对有害气体扩散模型的研究比较早，主要是从外场实验和理论建模两条途径开展，并设计了以PRISM为代表的红外热成像计算软件。例如，Gambotto J P提出了简化的、基于测量和理论相结合的背景红外成像仿真方法，利用该方法可以生成符合条件的红外特征图像[11]。随着信息技术和现代控制理论的快速发展，红外成像技术与射线数字成像技术的结合为氨泄漏的全面监测提供了更多的可能。Maclean A等采用分布式光纤传感器监测油气管道的泄漏情况，结果表明该方式是实际可行的[12]。Leighty W C和Holbrook J H对储存于埋地管道中的液态氢和无水氨的泄漏进行激光监测，结果表明该方法对此类逸出问题具有良好的监测效果[13]。Abhulimen K E和Susu A A对液体管道泄漏进行建模和数值仿真，对单点泄漏、双点泄漏等情况进行了分析讨论，实验结果表明，分布式光纤传感方法检测距离长，可监测并预防事故的发生[14]。Molina-Espinosa L等通过对不可压缩流体的泄漏建立瞬态数学模型，实现压力与泄漏位置关系的分析，并以动量方程对泄漏压力的分布进行分析[15]。Inaudi D和Glisic B提出了通过分布式光纤传感器对远程管道进行监控，并设计了如图1所示的智能管道，通过信号放大可实现300公里管道的泄漏监测[16]。

图1 智能管道结构

2 国内研究现状

杨德贵等提出了一种统一模型来模拟自然地表的红外特征分布，实现了复杂地表的简化建模并得到了较理想的结果[17]。马丙辰和谌海新对地面目标进行了红外特征仿真，实现了两种热源模型红外目标的温度场特性模拟，并绘制出了仿真图像[18]。孙东亮等对液氨储罐事故性泄漏扩散过程进行了模拟分析，并探讨了液氨在常温高压和低温加压两种存储方式下的潜在危险[19～21]。纪纯明对中小型氨厂氨合成工段爆炸和氨泄漏危害后果进行了估算研究，并采用不同模型估算了不同程度下的爆炸危害半径[22]。刘建龙对氨制冷爆炸和中毒事件后果进行了定量分析，并提出在氨压缩机房设置固定密封窗、在机器和设备间安装排风扇、在氨罐上安装液面自动显示和报警联锁装置等预防措施[23]。

张立芳等采用可调谐激光吸收光谱技术对脱硝过程中微量逃逸氨监测进行了实验研究[24]。杜娟丽等将实时模型法应用于液态氨制冷剂管路泄漏研究中，结果显示该模型可以实现高效快速漏点定位，检漏精度达3%[25]。庄须叶等将光纤传感技术应用于管道泄漏监测，由于分布式光纤实时在线监测技术具有信号衰减小、抗电磁干扰及抗腐蚀能力强等优势，因此在管道监测行业中具有良好的应用前景[26]。林其彪采用伯努利方程计算了液氨泄漏速度，采用Matlab模拟机械通风并作为泄漏源的氨扩散状态，模拟分析了室外储罐液氨泄漏扩散的变化状态，得到了氨等浓度图，对比了储存氨泄漏扩散影响纵深和影响面积[27]。

我国在目标红外特征方面的研究工作起步较晚，但在模型研究等领域进展较快。笪邦友等利用真实红外图像作为输入，使用Vega仿真软件得出各材料在不同成像条件下的以灰度形式表达的红外特征仿真结果[28]。周须峰用红外目标的经验亮度直接赋值，获得了红外图像[29]。张健等使用实际测量数据描述辐射分布，利用可编程流水线技术对复杂几何体红外辐射场进行计算，得到了最终生成的目标红外特征[30]。吕相银等在地面目标表面温度和红外辐射计算方面做了大量研究，得到了计算地面目标红外特征的方法[31]。

3 问题与展望

3.1氨制冷剂作为国内外大中型冷库制冷剂的主流，今后仍将作为主要制冷剂广泛使用。因此采取适当的防护措施和实时监测技术，保障操作人员和公共环境安全是至关重要的。考虑到不同制冷温度所采用的制冷手段对效率具有不同的影响，因此这将是我国氨制冷行业技术改进、提高企业生产安全的重要方向。

3.2我国制冷行业中，众多中小企业对氨制冷剂泄漏的防护设备缺失，缺乏有关制冷系统故障的应急处理预案。因此，氨制冷行业的安全问题必须引起企业和监管部门的重视。

3.3由于氨制冷压力管道受条件所限，因此利用不停机全面检验方法对管道缺陷进行精确定量还有待进一步研究。

3.4氨泄漏监测研究中，针对氨制冷管道泄漏的监测较少，且早期的监测技术侧重于硬件方法，局限性大。随着信息技术和现代控制理论的发展，光纤传感技术与管道泄漏监测的软硬件结合方法将成为氨制冷管道泄漏实时监测技术的重要发展方向。

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ReviewofLeakageMonitoringStatusforAmmoniaRefrigerationPipes

LIAO Xiao-ling, LIU Yan-lei, LIU Xiao-hua, ZHAO Zhe-ming

(HangzhouSpecialEquipmentInspectionandResearchInstitute)

The investigations into the pipe leakage and ammonia leakage of scholars at home and abroad were summarized and the monitoring means which combining software and hardware and image-processing technologies were proposed for leakage monitoring of the ammonia refrigeration pipes. This provides certain reference for on-line monitoring of the ammonia leakage and its safety evaluation.

pipe leakage, ammonia leakage monitoring, ammonia refrigeration, research status

廖晓玲(1990-)，助理工程师，从事特种设备安全的研究，liaoliaoxl@163.com。

TQ053.6

A

0254-6094(2017)05-0471-04

2017-04-06)