CN104596963A - 油气类混合气体无源分布式激光探测装置 - Google Patents

Abstract

油气类混合气体无源分布式激光探测装置涉及信息技术中光电技术的无源***体探测领域，实现本发明的装置包括：传感器探头、设置在安全控制中心室的激光检测主机、监控上位机以及氮气注入设备，传感器探头还包括第一传感器探头、第二传感器探头、第三传感器探头到第十四传感器探头、第十五传感器探头及第十六传感器探头，16个传感器探头均安装在储油罐二次密封舱内等工作区上；储油罐二次密封舱周边每隔22.5°安装一个传感器探头；传感器探头安装高度距底层约13cm；激光检测主机包括光谱分析模块，气相分析模块，气相比对模块，告警输出模块。本发明可以做到完全无源设备，快速准确地实现油气浓度临爆点的无源探测。完全符合石油气站、检验站或气罐站应用中检测的需求。

Description

油气类混合气体无源分布式激光探测装置

技术领域

本发明涉及信息技术领域，尤其是信息技术领域的光电子技术中的无源***体探测技术。

背景技术

目前，石油化工瓦斯作为工作区的重大隐患，工作区域需要对油气采用一种可靠、稳定的方法对其浓度进行实时检测，监测其不超过临界值，以保证日常安全生产。储油罐是一种大型容器，是炼油厂、油田、油库以及石油管道行业中的重要设备，专门用于接收、储存和发放易燃、易爆的油品介质。正是由于它储存的油品具有易燃、易爆、易产生静电的特殊性质，使其成为石油储运行业中安全管理工作的重要对象。在油罐日常的使用和管理中，任何一个人的不安全行为和物的不安全状态，都可能造成事故的发生，导致巨大的经济损失和人身伤害事故。储油罐的安全管理是油库管理的其他各项工作的前提，是安全生产的生命线，也是改善经营环境、提高企业经济效益的基础。因此，加强储油罐的安全管理，及时发现和消除储油罐的不安全因素，杜绝各类事故的发生，对石油储运企业具有重要意义。

公知石油化工使用的常用二次密封舱管道抽气、管道传输、安全区域化验，抽气方式感知，感知滞后性，抽气形成负压，空气进入密封舱，给石油安全生产带来极大危害。倘若因此发生燃烧或***，那将是极其重大的安全事故，对社会安定以及人类进步也会造成巨大的影响。如何避免在油气检测时无源、实时状态，能够安全、高效直接判断大型应用场所中油气的泄漏范围，已经成为亟需解决的问题。

在现有技术中还包括我公司已经申请的专利技术申请名称为一种分布式激光瓦斯纯无源报警监测装置，申请号为2014101511377，该系列技术解决了针对单一气体的分布式激光无源气体探测技术，针对石油行业的油气类混合气体，针对单一气体的分布式激光无源气体探测技术已经不能满足应用需求。本发明的油气类混合气体无源分布式激光探测装置用以满足油气类混合气体的分布式激光无源气体探测应用。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明的目的是，提供一种油气类混合气体无源分布式激光探测装置，能够实现现场无源探测，不会产生由于电信号导致的***等危险，最大限度的减少了安全隐患节点，光纤长距离传输光信号，检测主机放置在安全区，不会产生由于电信号导致的***等危险，同时能够快速实现对油气浓度的判断，当油气浓度达到***临界值附近的报警值时，发出报警信号，并显示于分布式激光检测主机及监测上位机***，适应石油生产现场无人值守的要求。

（二）技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供油气类混合气体无源分布式激光探测装置，包括：传感器探头、设置在安全控制中心室的激光检测主机、监控上位机以及氮气注入设备，所述传感器探头还包括共第一传感器探头、第二传感器探头、第三传感器探头到第十四传感器探头、第十五传感器探头及第十六传感器探头，所述16个传感器探头均安装在储油罐二次密封舱内等工作区上，等工作区指平均分布；所述储油罐二次密封舱周边每隔22.5°安装一个传感器探头；所述的传感器探头安装高度距底层约13cm；所述的激光检测主机包括光谱分析模块，气相分析模块，气相比对模块，告警输出模块；

所述第一传感器探头、第二传感器探头、第三传感器探头到第十四传感器探头、第十五传感器探头及第十六传感器探头传感器分别通过对应光缆连接设置在安全控制中心室的同一台激光检测主机；

所述的光缆传输光信号距离可达十公里；

所述检测主机通过网线连接设置在安全区的监控上位机的网口；

所述监控上位机通过网线连接设置在安全区的氮气注入设备；所述氮气注入设备通过管道连接16个设置在工作区储油罐二次密封舱内的喷氮传感器。

为解决上述技术问题，本发明提供的另一种技术方案是：提供一种油气类分布式无源激光监测方法，包括：

光谱信息获取，将所述激光信号激发，光路控制激光光束，所述激光光束，其中，所述激光光束的光路经过光缆传输，到传感器探头；

接收经过油气检测区的激光光束，得到目标激光信号；

分析所述目标激光信号的光谱，根据目标激光信号的光谱判定油气检测区的油气气相组成；

采集模块输入原油品质参数，原油品质参数通过手动选择输入，可以改变设定多种原油品质的选择，通过自动采集输入环境温度参数，对比浓度燃点曲线的***临界点的油气气相组成理论值；

比较通过光谱判定的油气监测区的油气气相组成与浓度点曲线的***临界点的油气气相组成理论值，当通过光谱判定的油气监测区的油气气相组成达到浓度点曲线的***临界点的油气气相组成理论值的80%时，判定有油气泄漏危险的情况下根据相应传感器探头确定油气泄漏的位置范围，显示控制将浓度显示于显示屏；

激光检测主机包括光谱分析模块，气相分析模块，气相比对模块，告警输出模块，通过光谱分析模块分析所检测区域的油气气相组成，通过气相分析模块的两个输入值原油品质和环境温度得到现实环境下油气***临界点的油气气相组成理论值，气相比对模块将检测区域的油气气相组成与现实环境下油气***临界点的油气气相组成理论值比较，气相比对模块可以设置比对的百分比，***默认检测区域的油气气相组成达到现实环境下油气***临界点的油气气相组成理论值的80%时由告警输出模块输出告警信息；

具体的，氮气注入设备接收到报警信号后向储油罐二次密封舱内注入氮气。

（三）有益效果

区别于背景技术，本发明提供一种油气类混合气体无源分布式激光探测装置，设置了分布式激光油气浓度传感器探头，由于检测主机可通过光缆拨接16个无源传感探头，使得一台检测主机同时满载16个无源感知传感器探头，成本低，效率高。本发明主要通过无源传感器探头和检测主机光纤连接传输光信号，使得感知速度1-2s、寿命长、标定周期长，光纤连接最大距离可达十公里。传感器探头通过光缆连接设置在安全区内激发激光信号的检测主机，且激光光柱是无源探测体，实现现场感知传感器探头不带电，可以做到完全无源设备，快速准确地实现油气浓度临爆点的无源探测。完全符合石油气站、检验站或气罐站应用中检测的需求。本发明的激光检测主机包括光谱分析模块，气相分析模块，气相比对模块，告警输出模块，通过光谱分析模块分析所检测区域的油气气相组成，通过气相分析模块的两个输入值原油品质和环境温度得到现实环境下油气***临界点的油气气相组成理论值，气相比对模块将检测区域的油气气相组成与现实环境下油气***临界点的油气气相组成理论值比较，气相比对模块可以设置比对的百分比，***默认检测区域的油气气相组成达到现实环境下油气***临界点的油气气相组成理论值的80%时由告警输出模块输出告警信息。

附图说明

图1是本发明一实施方式中油气类混合气体无源分布式激光探测装置的结构示意图；

图2是本发明分布式激光油气浓度监测区垂直侧面的空间示意图；

图3是本发明一实施方式中油气类混合气体无源分布式激光探测装置的流程示意图；

图4是激光检测主机的原理结构示意图。

图1的标号说明：

1.     传感器探头（第一传感器探头），2.激光检测主机，

3.监控上位机，4. 十公里光纤，

5.网线，6.储油罐二次密封舱，

7. 第二传感器探头，8. 第十五传感器探头，

9. 第十六传感器探头，10.氮气注入设备，11.氮气管道。

图4的标号说明

2.激光检测主机，3.监控上位机，201光谱分析模块，202气相分析模块，203气相对比模块，204告警输出模块。

具体实施方式

 为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。请参阅图1及图2，本实施方式提供了一种油气类混合气体无源分布式激光探测装置，包括：传感器探头1、设置在安全控制中心室的激光检测主机2、监控上位机3以及氮气注入设备10，所述传感器探头1还包括第一传感器探头1、第二传感器探头7、第十五传感器探头8及第十六传感器探头9，所述16个传感器探头1均安装在储油罐二次密封舱内等工作区6上；所述储油罐二次密封舱周边6每隔22.5°安装一个传感器探头1；所述的传感器探头1安装高度距底层约13cm。所述第一传感器探头1、第二传感器探头7、第十五传感器探头8及第十六传感器探头9分别通过对应光缆4连接设置在安全控制中心室的同一台激光检测主机2；所述的光缆4传输光信号距离可达十公里。所述检测主机2通过网线5连接设置在安全区的监控上位机3的网口。所述监控上位机3通过网线5连接设置在安全区的氮气注入设备10；所述氮气注入设备10通过氮气管道11连接16个设置在工作区储油罐二次密封舱内6的喷氮传感器。

更为优选的，请参阅图2，为了能进一步在空间上确定油气泄漏的位置范围，所述的油田储油罐二次密封舱工作区6气站、检验站或气罐站作业采油区上均可安装传感器探头1，所述储油罐二次密封舱周边6每隔22.5°安装一个传感器探头1，所述的传感器探头1安装高度距底层约13cm，所述16个探头传感器1分别通过光缆4连接设置在安全控制中心室的激光检测主机2；

请参阅图3，本实施方式提供一种油气类混合气体无源分布式激光探测装置，该方法起始于步骤S401，检测主机2发射激光信号，光谱信息获取，将所述激光信号激发，光路控制激光光束，所述激光光束，其中，所述激光光束的光路经过光缆4传输，到传感器探头1。

步骤S402，当探头气室1中出现油气气体时（油气气体在空气中自然扩散入探头气室），探头气室1上准直器件将探测到的浓度激光信号通过光纤法兰接口接入光缆4传回检测主机2，接收经过油气检测区6的激光光束，得到目标激光信号。

步骤S403，检测主机2用TDLAS技术（TDLAS是Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy的简称。中文翻译：可调谐半导体激光吸收光谱）分析接收到的光信号的光谱变化，分析所述目标激光信号的光谱，根据目标激光信号的光谱变化判定油气检测区是否有油气泄漏。

步骤S404， 采集模块输入油气参数（可以手动选择输入，可以改变设定多种油气的选择），输入温度环境参数（自动采集），对比浓度燃点曲线。

步骤S405，并在判定有油气泄漏的情况下根据相应传感器探头1确定油气泄漏的位置范围，显示控制将浓度显示于检测主机2显示屏。

步骤S406，油气浓度超出报警值时，检测主机2和监控上位机3发出报警信号。工作人员依据报警信号采取安全措施。

步骤S407，具体的，氮气注入设备10接收到报警信号后向储油罐二次密封舱内6注入氮气。

参看图4，激光检测主机2包括光谱分析模块201，气相分析模块202，气相比对模块203，告警输出模块204，通过光谱分析模块201分析所检测区域的油气气相组成，通过气相分析模块202的两个输入值原油品质和环境温度得到现实环境下油气***临界点的油气气相组成理论值，气相比对模块203将检测区域的油气气相组成与现实环境下油气***临界点的油气气相组成理论值比较，气相比对模块203可以设置比对的百分比，***默认检测区域的油气气相组成达到现实环境下油气***临界点的油气气相组成理论值的80%时由告警输出模块204输出告警信息。

在本实施方式中，激光油气浓度传感器探头1通过光缆4连接设置在安全区内激发激光信号的检测主机2，应用激光传感器探头1无源探测、可靠性高、寿命长的优势，进入监控区域（即油气检测区）的激光传感器探头均不带电，可以做到完全无源设备，测试距离也均在十公里左右。完全符合油田作业区应用中检测的需求，能够解决背景技术中提到的问题。本领技术人员应该理解的是，其他类似的大型场所的油气检测均可应用本发明的技术方案，还可以广泛的应用在厂矿企业、大型油田油库等需要重点加强监控、防范等所有室内外环境。当然对于其他需要监测的混合气体如CO，SO₂等，也可根据本发明的思想进行变换，属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.油气类混合气体无源分布式激光探测装置，包括：传感器探头、设置在安全控制中心室的激光检测主机、监控上位机以及氮气注入设备，所述传感器探头还包括共第一传感器探头、第二传感器探头、第三传感器探头到第十四传感器探头、第十五传感器探头及第十六传感器探头，所述16个传感器探头均安装在储油罐二次密封舱内等工作区上，等工作区指平均分布；所述储油罐二次密封舱周边每隔22.5°安装一个传感器探头；所述的传感器探头安装高度距底层约13cm；所述的激光检测主机包括光谱分析模块，气相分析模块，气相比对模块，告警输出模块；

所述第一传感器探头、第二传感器探头、第三传感器探头到第十四传感器探头、第十五传感器探头及第十六传感器探头传感器分别通过对应光缆连接设置在安全控制中心室的同一台激光检测主机；

所述的光缆传输光信号距离可达十公里；

所述检测主机通过网线连接设置在安全区的监控上位机的网口；

所述监控上位机通过网线连接设置在安全区的氮气注入设备；所述氮气注入设备通过管道连接16个设置在工作区储油罐二次密封舱内的喷氮传感器；

油气类混合气体无源分布式激光探测装置的具体实现步骤包括：

光谱信息获取，将所述激光信号激发，光路控制激光光束，所述激光光束，其中，所述激光光束的光路经过光缆传输，到传感器探头；

接收经过油气检测区的激光光束，得到目标激光信号；

分析所述目标激光信号的光谱，根据目标激光信号的光谱判定油气检测区的油气气相组成；

采集模块输入原油品质参数，原油品质参数通过手动选择输入，可以改变设定多种原油品质的选择，通过自动采集输入环境温度参数，对比浓度燃点曲线的***临界点的油气气相组成理论值；

比较通过光谱判定的油气监测区的油气气相组成与浓度点曲线的***临界点的油气气相组成理论值，当通过光谱判定的油气监测区的油气气相组成达到浓度点曲线的***临界点的油气气相组成理论值的80%时，判定有油气泄漏危险的情况下根据相应传感器探头确定油气泄漏的位置范围，显示控制将浓度显示于显示屏；

激光检测主机包括光谱分析模块，气相分析模块，气相比对模块，告警输出模块，通过光谱分析模块分析所检测区域的油气气相组成，通过气相分析模块的两个输入值原油品质和环境温度得到现实环境下油气***临界点的油气气相组成理论值，气相比对模块将检测区域的油气气相组成与现实环境下油气***临界点的油气气相组成理论值比较，气相比对模块可以设置比对的百分比，***默认检测区域的油气气相组成达到现实环境下油气***临界点的油气气相组成理论值的80%时由告警输出模块输出告警信息；

具体的，氮气注入设备接收到报警信号后向储油罐二次密封舱内注入氮气。