云台扫描式激光可燃气体探测器在天然气站场的应用与实践

2023-10-25牛占坡

无线互联科技 2023年16期

牛占坡

(中国石油天然气管道工程有限公司,河北廊坊 065000)

0 引言

近年来,某管道运营单位在近百座站场露天站场设置了超声波气体泄漏检测设备,主要对计量、调压、自用气、卧式过滤器区等露天站场进行泄漏检测。

在背景噪声较低的区域,超声波气体泄漏检测设备运行平稳;但在其他区域,受背景噪声影响,检测设备存在误报、无法检测的问题,检测效果不佳,后期根据现场噪声测量结果,将受背景噪声影响的检测设备重新安装在背景噪声较低的位置,以此来解决误报、检测效果不佳的问题,同时设备移位也直接导致了检测覆盖率不足的问题,甚至某些站场不得已通过增加投资、增设检测点的办法满足覆盖率要求。

1 技术背景

目前,国内常用气体泄漏检测设备有以下9种方式,其优劣势对比分析如表1所示。

表1 各类原理比对分析

固定点型催化燃烧式、固定点型红外式、红外对射式和激光对射式可燃气体探测器,由于受风向、天气等影响较大,易误报或故障报警,同时,不具备主动捕捉泄漏的功能,无法达到运营单位对报警的准确性和及时性要求。

泄漏可闻噪声检测原理的探测器,由于容易受到可闻背景噪声的影响,尤其是风声、雨声等常见环境噪声,致使频繁误报,只能通过放弃部分较小分贝值的泄漏监测来减少产品误报警,可靠性仍未达到理想。

光纤振动原理的探测器,安装时会破坏所监测管道的防腐层,且工程量较大。

超声波气体泄漏探测器是一种捕获超声波(高于20 KHZ的音频)泄漏信号用于工业领域泄漏检测、气密性检测和预测性维护的设备,具体检测原理为:当漏孔尺寸较小且雷诺数较高时,冲出气体就会形成湍流,湍流在漏孔附近会产生一定频率的声波,形成超声波。超声波是具有指向性的高频短波信号,其强度随着传播距离的增加而迅速衰减[1]。利用该特征,即可判断出泄漏点的大致位置。但其却极易受到站场及自然环境噪声的影响,造成误报、漏报、检测不准的情况。

云台扫描式激光可燃气体探测器是基于可调谐激光光谱吸收(TDLAS)原理,对特征气体浓度进行实时在线监测的仪器设备。通过单片机控制电路对激光器进行电流调制,控制激光器发出所需波长的激光,激光穿过气体监测区域后,到达反射面(气体管道、天花板、墙体、地板、地面等)并被反射回激光探测器,若激光穿过的气体区域中存在被检测的特征气体,激光将与该气体作用并被吸收。特征气体浓度越高,吸收量越大,激光探测器将监测到激光强度的变化并反馈至单片机控制电路进行处理,最终由信号输出电路将浓度结果传输出去,并通过摄像头显示现场画面。

2 现场环境

天然气站场露天工艺装置区,一般包括阀组区、过滤分离区、计量调压区、空冷器区等部分[2],是站场的重要组成部分。露天工艺装置区的泄漏隐患,尤其是不易察觉的微小泄漏隐患,非常不利于站场的安全运行。对该区域的泄漏点的准确识别,也面临着诸多挑战。

(1)在露天工艺装置区,各种管道、阀门、仪表等设备构成了一个复杂的系统,难以保证每个密封点都完全不泄漏。此外,设备的老化、损坏、维护不当等因素也可能导致泄漏的发生。

(2)露天工艺装置区环境复杂,可能会存在风力、温度、湿度等多种因素影响检测结果。在泄漏检测过程中,风力大小、方向、温度高低、湿度大小等环境因素都可能对检测结果产生影响。

(3)泄漏位置,尤其是微小泄漏位置的准确识别和判断较为困难。

为了确保天然气站场的安全运行,需要采用有效的检测技术和方法,建立稳定的监测系统,提高检测精度和速度。同时,还需要加强对设备的维护和更新,提高设备的可靠性和安全性。

3 选型及布置方案

所选用的云台扫描式激光可燃气体探测器,应有较强的抗干扰能力,且经过合理设置后可不受风雨雷电等极端天气的影响,同时应具有自检功能,当出现故障时及时发出报警信号;其防爆/防护等级优于 Ex d II BT4 / IP65;探测器对可燃气体浓度变化的响应时间T90应≤1 s;其工作电压为24VDC或者220VAC;水平转动角度0°～360°,水平转动速度跨度优于 0.1°/s～15°/s;垂直转动角度-90°～90°,垂直转动速度跨度优于 0.1°/s～15°/s;对甲烷气体的最小探测距离为50 m。

以某联络压气站为例,该站是3条能源干线的联络压气站,共有9个工艺装置区,且单个工艺装置区的面积较大,其中6个区域为重点探测区域。

采用扫描范围不小于50 m的云台扫描式激光可燃气体探测器对重点区域进行检测,6个重点区域共需布置4套,设备分配表如表2所示。