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天然气泄漏检测技术现状及发展趋势

日期:2022-02-17 23:47:44


随着城市燃气的发展,燃气设施已在各大中小城市普及。由于燃气用户数量的急剧增加和燃气设备的长期使用,将存在一些安全风险。


城市供应是一个高风险行业,承担着重大的安全责任。根据天然气新闻报道,燃气事故经常发生在生活周围,整体事故率仍然很低。然而,一旦发生事故,不仅是重大的经济损失,而且对人民的生命安全构成威胁。


文:王哲、王岳、张然


从事故类型来看,天然气泄漏引起的事故占很大比例,如何准确检测天然气泄漏问题引起了国内安全部门的高度重视。深入研究天然气使用过程中的安全风险,特别是天然气泄漏的原因,尽量减少天然气泄漏的危害。


1.天然气泄漏检测技术


天然气的化学性质是易燃易爆气体,沸点低,气体相对密度小于空气。天然气的主要成分是甲烷 CH4 等有机化合物。因此,天然气泄漏检测可分为两类:甲烷气体检测的第一类。天然气管道检测的第二类。目前,甲烷检测方法主要包括光纤吸收法和光干扰法。天然气管道检测方法主要包括声波检测方法、管道智能检测方法等。


(一)光干涉法


光干涉传感器是根据等厚涉法的测量原理制备的。


1930年,日本科学家开发了世界上第一台检测仪器,原理是光通过气体介质折射率变化和气体密度密切相关,空气室和甲烷室充满新鲜空气产生不同的条纹,根据本标准,一旦天然气管道泄漏事故,空气中甲烷含量增加,空气密度变化影响折射率变化,最终结果是条纹变化,可通过目镜发现。随着科学技术的进步,智能检测仪器通过传感器传输到道路信号处理模块,可以实现目标,取代相对落后的检测方法。该检测方法的优点主要包括使用寿命长、检测精度高、操作复杂、适用范围窄,容易根据现场环境误差测量结果。


(二)光纤吸收法


与世界发达国家相比,我国光纤吸收法的研究和应用相对落后。在这些检测方法中,光纤吸收法甲烷检测仪是应用最广泛、最常用的检测仪器。该仪器的使用 Beer-

Lambert 原理是准确检测甲烷。1979年在长距离光纤检测空气污染时, 提出在线检测甲烷,可检测到的甲烷体积分数下限为25%。T.Nakaya 等人在 2000 年以波长为 .66×10-12m 激光器是光源,能全面准确地检测空气中甲烷的体积分数。


(三)新型燃气管道泄漏检测技术


以上两种方法都比较传统,操作简单,使用成本低。然而,随着科学技术的进步,管道设计更加复杂,人们对检测有更严格的要求。


声波检测方法。当天然气管道泄漏时,管道振动频率为 20Hz,频率探测器通常用于检测。首先,通过专业人员准确定位天然气泄漏点。其中一种检测技术称为负压法。该方法利用设备中的压力传感器检测天然气管道泄漏时管道振动的频率,判断是否有泄漏。如果检测到声波异常,检测仪器将发生报警。


管道中的智能检测方法。智能清管器开始用于燃气管道内部情况的实时检测,采用声辐射和压差法检测管道泄漏。该检测方法可以准确定位泄漏点,应用范围广,应用前景广阔。测量结果可以为管道的检查和运行维护计划提供重要的参考输入信息,特别是测量结果可以为管道的运行状态和超限输送提供 数据库,这将有助于技术人员确定何时需要高成本和专家级检查。


(4)甲烷检测的其他方法


天然气泄漏检测技术现状及发展趋势

1.体积甲烷测定法


该检测方法有主要的原理依据。甲烷在催化元件上燃烧,然后通过燃烧室体积的变化检测甲烷的体积分数。体积甲烷测量方法的结果具有科学依据,其结果非常权威。误差小,结果准确。但在具体要求下,操作时间很长,内部结构比较复杂。这就决定了操作问题,这些缺点是显而易见的。


2.压力甲烷测定法


该方法利用甲烷在催化元件上燃烧引起的燃烧室压力变化来检测甲烷的体积分数。与体积甲烷测量方法相比,压力甲烷测量仪本身具有非常独特的特点。最明显的是结构非常简单,操作方便。但在具体的测量过程中,误差大,测量机精度低,也暴露了其缺点。


3.甲烷检定灯法


该测试方法主要根据甲烷燃烧火焰的长度进行测量。其优点是可以在缺氧状态下测量甲烷的体积分数,这种仪器的结构非常简单。但误差大,测量结果不够准确也是一个不可逾越的问题。不能测量高体积分数的甲烷,其安全性能不是很好,工作人员在具体操作过程中有点粗心或操作不当会导致爆炸,可以看出其安全性能更令人担忧。


4.甲烷测甲烷测定法


该方法利用甲烷与空气密度差产生的旋转翼角速度 ( 指甲烷气体以旋转半径每秒扫描的角度 ) 的变化来测量甲烷的体积分数。该测量方法具有结构简单、牢固的优点。安全性能高,但体积过大,不易放置和松弛,检测精度误差大也是其明显的缺点。


5.热导测定法


该测定方法的原理是利用甲烷体积分数变化引起的相对空气热导率变化规律来确定甲烷体积分数。但该方法在测试低体积分数的甲烷时精度较低,在测试时更容易受到气体纯度的影响。


二、发展趋势


当全球技术研究的关键方向是用智能检测直观地显示管段是否有泄漏。通过超声波技术使用频率探测器进行检测,可以快速满足要求。与超声波技术相比,漏磁技术更难实现,这取决于漏磁检测技术的原理。


光纤吸收法和光干涉法由于外部环境的不稳定性,一般用于大型天然气存储设备检测泄漏,未来发展前景主要有两个方面:一是控制探头的精度和数量,确保数据采集的准确性。


再者是根据与数据进行精确的分析同时提高自动化的水平,能最大限度地描绘出管道的真是境况。其中最重要的是需要在漏磁与缺陷的对应关系数学模型的研究上不断做出努力。


三、总结


天然气泄漏检测的及时发展和应用对我国天然气的安全使用起着非常重要的作用。在甲烷检测技术中,由于外部环境的影响,其主要手段相对单一。随着智能探测器的投入使用,特别是内部检测技术的快速发展,它已广泛应用于我国的建设和应用。



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