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m6米乐App官网下载安卓版M6米乐_红外气体检测技术在天然气安全生产中的应用

文章来源: m6米乐App官网下载安卓版M6米乐发布时间:2022-06-23 12:33
本文摘要:近年来红外气体检测技术早已可以应用于在天然气。储运、货运及加工过程中,用来检测甲烷的外泄情况。它具备极高的准确性和灵敏度,同时具备动态测量范围大、响应时间慢、容易不受其他气体阻碍等优点。因此用于高精度、高灵敏度、平稳轻巧的在线或远程红外气体检测仪,对确保石油天然气企业的安全性生产具备最重要意义。 本文分析了红外气体检测技术的原理,讲解了目前红外气体检测中常用的检测技术。

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近年来红外气体检测技术早已可以应用于在天然气。储运、货运及加工过程中,用来检测甲烷的外泄情况。它具备极高的准确性和灵敏度,同时具备动态测量范围大、响应时间慢、容易不受其他气体阻碍等优点。因此用于高精度、高灵敏度、平稳轻巧的在线或远程红外气体检测仪,对确保石油天然气企业的安全性生产具备最重要意义。

本文分析了红外气体检测技术的原理,讲解了目前红外气体检测中常用的检测技术。洋细叙述了目前需要应用于简单测量环境中的红外光谱测量技术,并以甲烷和硫化氢气体为事例,分析了红外检测方法在天然气安全性生产中的应用于。  1红外气体检测原理  多数双原子分子和多原子分子在红外光谱范围里有其分子结构所要求的特征吸取序,因此可以根据气体红外吸收光谱的特点来取得气体的种类、浓度等信息。

以甲烷气体为事例,在中红外3.3m和7.65m附近不存在两个基本吸收光谱,在近红外1.33m和1.66m分别不存在人组频带和泛频带[1]。红外甲烷检测基于甲烷气体对红外光吸取的原理,当一定波长的红外光通过被测气体,气体在其吸取谱线一处吸取红外光,在红外探测器上之后可以检测出有光强度的变化。根据Lambert-Beer定律可以获得气体的吸取情况[2]:  式中I0是入射光强度;I(v)是气体吸取之后的光强度;L是气体的吸取长度;C是气体浓度,mg/m3;(v)是在频率v处的吸收系数,cm-1。

  红外气体检测技术还包括必要吸取、光声光谱、光纤传感、可回声激光二极管光谱((TDLS)、波长/频率调制光谱(WMS/FMS)等,这几种方法可以分开使用,也可以融合一起取长补短,以取得更佳的检测结果。其中:1必要吸收光谱技术是最先使用的一种检测方法。根据Lambert-Beer定律,气体对光的吸取与气体吸取长度成正比,光程就越宽,气体的吸取就越多,获得的检测灵敏度和准确性就越好;2光纤传感技术利用气体在近红外区的绿频带或通频带,以近红外激光二极管(LD)为光源,利用光纤展开光传输,更容易构建长距离分布式传感,同时会受到电磁辐射的阻碍。此外光纤传感器系统在易燃易爆气体环境下工作是本质安全性的;3光声光谱技术(PAS,photoacousticspectroscopy)基于光声效应,同其他红外吸取技术比起,PAS是间接的测量技术。

气体分子对光的吸取通过非辐射跃迁过程,在气体中产生瞬态温度变化,然后转化成为压力变化,用电介质微音器或基于微机电系统(MEMS)的压力传感器来观测声波,从而取得气体的吸取情况。  对于简单环境下的高精度测量,气体分子吸收光谱在压力或温度变化时不存在展宽或谱线强度的转变。为了取得被测分子谱线的信息以及其他涉及测量结果,例如气体浓度、压力、温度等,最近有人明确提出了一种新的基于TDLS和WMS的精确测量气体分子吸取谱线的方法[3]。基于TDLS-WMS的气体检测系统不必须可选其他的温度、压力传感器,是一种不必须校准的技术,其系统框图闻图1。

图1中使用加法器将高频正弦调制信号同低频回声信号融合一起,作为激光器的驭动电流,在光电探测器将气体吸取之后的光信号改变为电信号输入后用锁相放大器展开相敏检波,从而取得被测气体吸取谱线的谐波分量。图2为气体分子吸取谱线及其一次、二次波长调制谐波分量的示意图。  2红外检测技术在天然气行业中的应用于  2.1监测天然气运送储运过程甲烷的外泄  无论是长距离天然气运送管道,还是传输天然气(CNG)储运,对甲烷气体的外泄监测都十分最重要。

其中对于天然气管道外泄的远距离安全性通判是一个亟待解决的难题。在野外或城镇环境下,受到地表树木、土壤、岩石以及建筑物的影响,观测无法必要展开。

根据甲烷气体分子质量比空气的平均分子质量小的原理,天然气管道中外泄出有的甲烷气体向下飘浮在空气中,并同空气混合构成浓度较低的甲烷气团  红外气体检测是目前天然气管道外泄检测十分有效地的方法。基于甲烷气体红外吸取原理的远距离遥测观测方法,可以在高空或近地表处构建对外泄区域附近的甲烷观测,从而确认外泄方位,为抢险获取最及时的协助。使用TDLS和高频WMS技术需要解决空气湍流对测量的影响,同时融合谐波检测方法可以构建对低浓度甲烷气体的动态观测。

  基于光纤拉曼缩放技术的近红外甲烷传感系统融合TDLS和WMS[5],对甲烷吸取谱线展开扫瞄并使用谐波技术展开检测。通过同时扫瞄甲烷吸取谱线和谱线之间的空自区,并对空自区的噪声以及光强度波动情况展开分析,需要解决远距离测量中激光照射地表物体后不存在的相当严重光衍射和光吸收等问题。由此提升了系统的测量精度,其原理如图3右图。

其中半导体激光器的驭动和探测器的后端处置部分同图1。


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