[东京燃气]开发出了一种便携式远距离甲烷探测器(LMD,Laser MethaneDetector)。据信,这是世界上**台可从一定距离外检测甲烷便携式装置。在高处或窄处使用传统甲烷漏气的检测方法需要较长的时间和成本,为了克服这些困难,确有远距离检测设备的需求。
便携式激光甲烷探测器利用甲烷(天然气的主要成分)吸收红外线的特性,应用波长调节光谱学(WMS, wavelengthmodulation spectroscopy),使用可调二极管激光管(TDL, tunable diodelaser)来完成高感度的探测。该装置传输一束激光,且波长设定为甲烷的红外线吸收波长之一,随后探测器检测自标的物反射回来的少部分逆散射,检测器便量测到了在检测器和标的物间延激光路径的甲烷整合浓度。LMD操作者通过手动扫描雷射光束,可在一段距离外轻易地检查天然气泄漏。
在日本,LMD已经由[东京燃气工程公司]根据[东京燃气]的操作实践而引进市场,且已被证明可改善紧急检修的操作效率以及日常巡检品质。目前已在[东京燃气]、其他天然气公用事业和产业中被使用。
1、介绍
检查天然气泄漏的传统方法是要把探测器放置在检测口,然而对于高空架设管道和狭窄区域的管道而言,这可能是一个困难的操作,通常还需要借助其他的设施才能进行,因此需要较长的检查时间和投入较多的检查成本。为了克服这些困难和借以改进操作效率与天然气经营单位的**水准,远距离检测设备日益增加的需要性已经出现了。
一般常规性探测器诸如触媒燃烧式探测器、火焰离子式探测器和半导体式检测器等不能远距离检测。事实上,**能提供这种远距离检测的方法是利用光学方式,且为了获得*灵敏的检测,需要以单色线性的激光来做为光源。
相对于传统的甲烷检测器而言,激光有很多好处。除了远距离检测的效益外,激光光谱提供了高灵敏度、快速的回应时间和良好的分子选择性。特别是可调二极管激光管(TDL),
2、技术原理
激光甲烷探测器使用一个TDL装置检测甲烷的红外线吸收程度。该装置发射一道激光束,且波长设定在甲烷的吸收波长之一。然后光学装置接收来自标的物的少部分逆散射,探测器便测量到了在侦测器和标的物之间甲烷延路径之整合浓度,称为甲烷柱密度(columndensity),而不是一个局部点的浓度。柱密度为浓度(ppm)和长度(m)的乘积,以ppm-m为单位。举例来说,如果激光在浓度100ppm而厚度为1m的甲烷云(cloud)中传送,探测器的输出值将会是100ppm-m;同样地,在浓度1000ppm而厚度为0.01m的甲烷云(cloud)的例子,探测器的输出值也将会是100ppm-m。
在操作过程中,操作者只需站在一定距离外,通过操作探测器发射出激光束,并指向标的物。操作者可借助一个红色激光显示点来判断此时探测位置,同时,每一个探测点的测量值将在面向操作者的屏幕上显示,如果甲烷柱密度超过一个预设门槛(通常是100ppm-m),会发出警报。
3.设备特性
3.1便携式激光甲烷探测器(LMD)的特征和优点
LMD相较于传统的甲烷探测器而言,有如下优点:
- 可远距离探测,探测距离可达10~30米
- 对甲烷的**性
- 快速的回应时间
- 不需周期性的校调
远距离探测不仅在高空管道或狭窄区域管道能发挥效力,也可应用在其他的情形。比如在户外透过玻璃窗检测室内管道是否存在甲烷泄漏。由于激光可穿过玻璃,因而使得这种检测是可行的。LMD对于甲烷有非常好的分子选择性,不会对任何其它气体有反应。
因为IR(红外线)吸收现象几乎在瞬间即可被探测到,所以比起利用感应元件和特定气体产生化学反应的传统探测器而言,LMD要快了很多。另外,LMD不需要开机和周期性的校调,从而在一定程度上保证了探测的准确性和减轻了操作者的工作负担。
3.2 其他优点
现代企业对信息化建设和管理越来越重视,通常来自一线的数据采集对制定正确的决策提供了重要的信息。激光甲烷探测器(LMD)在设计上采用了内建式的存储器,每一条探测数据(包括时间、探测数值、LMD当时状态等)都可保存,数据存储量*大可达2万条,测量数据通过SD存储卡被导入到电脑,并且将自动生成Excel报表。非常便于随时纳入企业信息系统。
此外,众所周知,空气中既存有一定含量的甲烷,通常为2~3ppm。当环境需要进行更长距离的探测时(如30米、50米或更远距离),根据LMD的探测原理,这一部分的甲烷含量将被计入探测值中,如果LMD的报警值设置在100ppm-m,那么空气中既定的甲烷值将对探测值产生影响。因此,为了保证探测的准确性,激光甲烷探测器设计了一项OFFSET功能,它可剔除沿探测激光路径上空气中的甲烷量,保证操作者看到的探测值为实际泄漏的甲烷值。
4.应用
4.1范例
在使用上,LMD的操作大约分为两类。**类是紧急检修,工作人员已知泄漏而需要定出漏气点;**类是监视作业,工作人员需要确认没有甲烷泄漏或滞留。
在紧急检修的情形下,LMD可用在明管和暗管。明管才能确定确实的漏气点,当燃气管隐藏在地板下方或天花板上方时,操作者仅需拉开一块板子,将激光束指向燃气管以检查漏气;然而,如果燃气管完全是隐藏著的,则不可能**定出漏气处,但是液晶显示器上的数值信息对于操作者去追踪漏气点来说是有帮助的。
在监视作业的情形下,LMD主要用于明管,有时用于确认困难的高处或窄处是否有甲烷滞留。并且还可装载在车上辅助埋设管的检查。
4.2「东京燃气」的操作结果
在「东京燃气」,LMD主要用于紧急检修和日常巡检。为了评估LMD的益处,记录了148件紧急检修的操作。
纪录显示,LMD在10%的紧急检修操作中确实有效,在此类中,LMD大大地减少了检查时间和人工成本;另外,也减少了建造成本,例如当工作人员要检查在高处的燃气管的漏气位置时,不需要搭鹰架来检查,只需要打*少的鹰架来修理漏气的地方。如果没有LMD,则企业就将要花费更长的时间来找出漏气处。
虽然LMD不能在16%的紧急检修操作中找出漏气处(种类3),在此类中大部分的漏气处可籍由传统探测器或漏气检测液体仔细地检查处理。即使不能找出漏气处,燃气管可使用内衬或以新管置换的方式来修理。LMD在[东京燃气]的操作结果
5.结论
通过东京燃气近4年的实际运用证明,利用激光来检查甲烷泄漏是极有效的一种新型检测方式。激光甲烷探测器(LMD)可被广泛应用于燃气企业和其他相关产业。