可遠距離檢測可燃氣體的TDLAS檢測儀在西氣東輸的應用

葛淩志，陳佳偉

（中國石油西氣東輸管道公司，湖北武漢 430073）

可遠距離檢測可燃氣體的TDLAS檢測儀在西氣東輸的應用

葛淩志，陳佳偉

（中國石油西氣東輸管道公司，湖北武漢 430073）

可調諧二極管激光吸收光譜（簡稱 TDLAS）可燃氣體檢測儀檢測精度高，可快速精確地探測幾十米距離內的可燃氣體泄漏，可用于架空管道、埋地管道以及天然氣站場等的天然氣泄漏檢測。對比天然氣分輸站場使用的傳統的可燃氣體檢測儀，能更好地滿足西氣東輸管道公司“集中巡檢”、“集中監視”、“區域化無人值守”等生產模式下可燃氣體泄漏監測。

TDLAS；可燃氣體；檢測 ；遠距離 ；西氣東輸

1 TDLAS可燃氣體檢測儀概述

TDLAS 可燃氣體檢測儀，是基于可調諧二極管激光吸收 光 譜（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy， 簡 稱TDLAS）原理進行可燃氣體泄漏檢測的儀器。TDLAS 技術主要是利用可調諧半導體激光器的窄線寬和激光輸出波長隨注入電流改變的特性來實現對氣體分子的單個或幾個距離很近很難分辨的吸收線進行測量。當一束光穿過氣體，其強度會因氣體分子的吸收而衰減。通過分析激光被氣體的選擇性吸收來獲得氣體濃度。

TDLAS可燃氣體檢測儀通過控制電路直接改變半導體激光器的注入電流實現激光頻率調制，使之發出特定頻率的激光，激光穿過氣體，經反射面反射回激光探測器，若激光穿過的氣體區域中存在可燃氣體，激光將被該氣體分子吸收，氣體濃度越高，吸收量越大，激光探測器將接收到的激光強度反饋至處理器分析其變化，從而得到可燃氣體濃度。

TDLAS可燃氣體檢測儀可以用于架空管道、埋地管道以及天然氣站場等的天然氣泄漏檢測。TDLAS可燃氣體測儀可快速精確的探測幾十米距離內的氣體泄漏。工作人員可以在安全區域內有效地檢測難以到達甚至不能到達的區域。埋地管道因管道處于地面下，泄漏點在地下且泄漏的天然氣濃度過低而不易檢測到泄漏點，TDLAS 遠距離可燃氣體檢測儀具有較高的檢測精度，檢測氣體質量分數可達 10-6以下，可以準確檢測出地下管線的泄漏情況。TDLAS可燃氣體檢測儀可以配合360°旋轉云臺使用，利用周圍的墻面、地面等常見反射物作為反射面進行測量，可實現較大范圍的精準檢測。

TDLAS可燃氣體檢測儀產品技術已比較成熟，國內外已有大量的應用。在國內石化行業也有不少的應用案例，在中石油昆侖燃氣有限公司、山西地方燃氣公司、成都燃氣公司等都使用了 TDLAS遠距離可燃氣體檢測儀。

2 TDLAS可燃氣體檢測儀在西氣東輸的應用分析

西氣東輸目前使用的有便攜式和固定點式可燃氣體檢測儀，根據檢測原理不同有催化燃燒式和紅外吸收式。便攜式可燃氣體檢測儀檢測原理為催化燃燒式，主要用于員工巡檢時的檢測。固定點式可燃氣體檢測儀根據檢測原理不同又分為催化燃燒式和紅外吸收式，主要用于室內環境可燃氣體危險區域的連續監測。站場露天環境下的可燃氣體檢測主要靠站場員工日常巡檢時攜帶便攜式可燃氣體檢測儀檢測，存在著檢測點不能全面覆蓋，泄漏檢測不及時等問題。催化燃燒式氣體檢測儀通常是通過在鉑電阻的表面制備耐高溫的催化劑層，可燃氣體在其表面催化燃燒，溫度升高，電阻值發生變化以此來測量可燃氣體濃度的。傳感器表面的催化劑會隨著檢測氣體的頻率和濃度的增加而減少，傳感器使用壽命隨之減少。而且化學反應對受環境因素影響較大，經常會因多種原因引起零點漂移，探頭校正周期極短，頻繁的校正也使得傳感器的使用成本大大增加。紅外吸收式氣體檢測儀的分辨率較低，重疊的氣體吸收光譜帶會嚴重干擾檢測結果，環境中存在的水蒸氣的吸收光譜造成的干擾較大。另外紅外傳感器還需要一個檢測通道做參考以便監測光源的光強度，光強會由于光發生器的器件老化而不斷改變。不同的老化程度都會引起“零漂”，因此，紅外傳感器也需要頻繁的校準。TDLAS 可燃氣體檢測儀的激光式傳感器則是一種無需與氣體直接接觸的光學探測器，而且常壓條件下激光式傳感器不受壓力和濕度變化的影響，因此不會發生傳感器老化現象。因而激光傳感器無需標定，具有長期穩定性。TDLAS光譜中的激光分辨率大致上比紅外傳感器通過干涉濾光片過濾熱輻射光源氣體光譜的分辨率強一千倍。

3 結束語

隨著西氣東輸管道公司“集中巡檢”、“集中監視”、“區域化無人值守”等生產模式的推進，站場露天開放環境下的天然氣管道的連續的可燃氣體監測的必要性日益突出。西氣東輸目前使用的可燃氣體檢測儀都是用于近距離檢測的，需要把探頭置于燃氣可能泄漏的環境中，探頭與可燃氣需要直接接觸，且可燃氣體需要達到一定的濃度才能檢測出。因此，不適用于工藝站場的露天環境下的天然氣管道泄漏監測。TDLAS可燃氣體檢測儀，具有檢測精度高、響應速度快、可遠距離檢測等優點，可以對傳統可燃氣體檢測儀無法檢測到的管網設施的可燃氣體泄漏進行方便、快捷、準確的檢測。TDLAS 可燃氣體檢測儀配合360°旋轉云臺使用，利用周圍的墻面、地面等常見反射物作為反射面進行測量，可實現大范圍的精準檢測。TDLAS 可燃氣體檢測儀不僅可以替代現有的易老化零漂的可燃氣體檢測儀，還能充分滿足西氣東輸工藝站場露天環境下的可燃氣體監測要求，在西氣東輸有較大的應用潛力。

[1] 蔣興富，文紅軍，唐華，等.移動激光甲烷遙測儀在天然氣泄漏檢測中的應用[J].石油工程建設，2016.

Application of a TDLAS Detector for Detecting Flammable Gas from Long Distance in West-East Gas Pipeline

Ge Ling-zhi，Chen Jia-wei

Based on the tunable diode laser absorption spectrometry（TDLAS）combustible gas detector，the detection accuracy is high，which can detect the combustible gas leakage within several tens of meters distance and can be used for overhead pipeline，buried pipeline and natural gas station Natural gas leak detection，compared to the natural gas transmission station using the traditional combustible gas detector，to better meet the West-East Pipeline Company “centralized inspection”，”centralized surveillance”，”regional unattended” and other production Mode of combustible gas leak monitoring.

TDLAS；combustible gas；detection；long distance；West-East Gas transport

X924

B

1003-6490（2017）06-0164-01

2017-05-06

葛淩志（1990—），女，河南信陽人，助理工程師，主要從事天然氣長輸管道自動化專業方面的研究工作。