淺談氣體檢測(cè)方法及泄漏檢測(cè)方案-電氣工程與自動(dòng)化

【關(guān)鍵詞】氣體檢測(cè)；氣體泄漏檢測(cè)系統(tǒng)；紅外成像氣體檢漏法【收稿日期】2023年10月20日【出刊日期】2023年12月12日【DOI】10.12208/j.jeea.20230029Gasdetectionmethodandleakagedetinfraredmethod,infraredimagingmethod,lasermethodandsoon.Differentmethoddisadvantages,differentaccuracylevels,anddifferentuseenvironments.Pressurevesselsareindustrialprocesses,densityofthepressurevesselareimportantparameters,whichdirectproductionprocess.However,thepressurevesseltobemonitoredisinstalledwithamechanicalpressuregaugthevalve,whichrequiresmanualinspectionofthepressureontime,andthepressuredatacannotbeobtainedinrealandexplosionaccidentsduetorisingambienttemperature.Whenthegaspurityinthepressurevesselisconstant,aswellasthetemperatureoftheenvironmentwherethepressurevexistingmonitoringsystemoftencannotaccuratelymonitorthegasdensityinrealtime,whicthestableoperationofthepressurevessel.Onlinegasm【Keywords】Gasdetection;Gasleakdetectionsystem;Infraredimaginggaslea在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域當(dāng)中，壓力容器是一種最常用的儲(chǔ)存有毒有害、易燃易爆、高壓氣液體的儀器設(shè)備，具有結(jié)構(gòu)多樣化制作工藝復(fù)雜等特點(diǎn)。由于其使用的特殊性，國(guó)家專門(mén)制定了一系列強(qiáng)制性技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，用以加強(qiáng)壓力容器制作質(zhì)量的特種設(shè)備檢驗(yàn)及設(shè)備管理人員，尤其是超設(shè)計(jì)年限壓力容器等風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)較高的設(shè)備。依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與檢驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，選取腐蝕作為在線監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵參數(shù)，利用超聲波反射測(cè)量技術(shù)，集成采集模塊、物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)模塊等成功開(kāi)發(fā)設(shè)備常態(tài)化監(jiān)測(cè)平臺(tái)，并在某制冷系統(tǒng)設(shè)備安裝應(yīng)用[2]。管理效果隨之下降，設(shè)計(jì)基于全生命周期理論的壓力容器特種設(shè)備管理方法分析壓力容器特種設(shè)備檢驗(yàn)周期，確定特種設(shè)備的安全性能；基于全生命周期理論辨識(shí)設(shè)備安全風(fēng)險(xiǎn)，提取影響設(shè)備安全管理的因素，構(gòu)建壓力容器特種設(shè)備管理數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)壓力容器特種設(shè)備的安全管理[3]。利用PDCA循環(huán)管理對(duì)壓力容器類進(jìn)行精細(xì)化管理能夠有效地降低安全隱患[4]。由于管體防腐層出現(xiàn)老化破損和管體腐蝕等多種問(wèn)題，造成管道穿孔等多種事故的發(fā)生嚴(yán)重影響相關(guān)企業(yè)的發(fā)展。所以要用不同的檢測(cè)技術(shù)對(duì)這一情況進(jìn)行真實(shí)檢測(cè)與記錄，發(fā)現(xiàn)其中存在的問(wèn)題，預(yù)防事故的發(fā)生[5]。六氟化硫（SF6）由于這種氣體的化學(xué)性能穩(wěn)定，并具有優(yōu)良的滅弧和絕緣性能，已被廣泛應(yīng)用于電力設(shè)備中。但它是一種溫室氣體，被聯(lián)合國(guó)要求嚴(yán)禁將其排放到大氣備運(yùn)行安全能力，能夠根據(jù)不同環(huán)境通過(guò)自適應(yīng)調(diào)判斷氣體泄漏規(guī)律[6]。使用的智能氣體探測(cè)儀能夠?qū)σ兹家妆?、有毒有害氣體進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)，也可對(duì)事故現(xiàn)場(chǎng)的溫度、氣壓進(jìn)行實(shí)時(shí)偵測(cè)。其還集采用嵌入式技術(shù)、通信技術(shù)及軟件技術(shù)，實(shí)現(xiàn)既能現(xiàn)場(chǎng)直接觀測(cè)瓶組壓力狀態(tài)，又能在遠(yuǎn)程上位機(jī)軟件或移動(dòng)客戶端實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、排除氣瓶泄漏問(wèn)題，提高氣體滅火系統(tǒng)在工程應(yīng)用中的安全可 上引入可見(jiàn)光圖像。利用該類氣體只在紅外條件下可見(jiàn)的視覺(jué)差異性，在異源圖像配準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，對(duì)得到更為準(zhǔn)確的疑似泄漏區(qū)域。最后對(duì)疑似泄漏區(qū) 測(cè)技術(shù)的要求不斷提高，研制一種可快速有效檢測(cè)SF6氣體泄漏狀態(tài)的檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)促進(jìn)安全生產(chǎn)以及 電網(wǎng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)均具有重要意義[10]。氣體濃度的檢測(cè)方法繁多，例如常見(jiàn)的幾種方性質(zhì)，傳感器內(nèi)置與被測(cè)氣體相反應(yīng)的電解液。被測(cè)氣體先滲透通過(guò)防冷凝隔膜，氣體分子通過(guò)毛細(xì)管擴(kuò)散，再通過(guò)疏水膜進(jìn)入感測(cè)電極的表面，氧化安級(jí)電流。通過(guò)此電流的大小來(lái)標(biāo)定濃度值大小。目前電化學(xué)傳感器是檢測(cè)各類氣體常見(jiàn)的成熟的檢傳感器，行業(yè)中傳感器的體積規(guī)格最常見(jiàn)的為NE4進(jìn)行反應(yīng)；部分類型氣體的傳感器易受其他氣體交叉干擾；不可長(zhǎng)時(shí)間超量程使用；響應(yīng)時(shí)間和歸零半導(dǎo)體檢測(cè)原理在氣體檢測(cè)中廣泛使用，其利用被測(cè)氣體的吸附作用來(lái)改變半導(dǎo)體的電導(dǎo)率，通過(guò)電流（電壓）的變化數(shù)值來(lái)標(biāo)定對(duì)應(yīng)的氣體濃度值。半導(dǎo)體傳感器受環(huán)境的影響較大；若使用要求宜在系統(tǒng)中增加溫濕度傳感器，檢測(cè)當(dāng)前的溫濕度數(shù)值，對(duì)其在軟件上做溫濕度補(bǔ)償算法。半導(dǎo)體傳感器對(duì)小濃度反應(yīng)靈敏，最小檢測(cè)值較低。可廣泛使用于微量氣體漏氣現(xiàn)象，可適用的氣體種類也較捷，響應(yīng)時(shí)間短，適用環(huán)境溫度范圍較好（-20℃~50℃)。缺點(diǎn)：受環(huán)境因素影響大，部分類型氣體的傳紅外傳感器一般采用非色散紅外氣體分析不同氣體對(duì)不同波長(zhǎng)的紅外線吸收的強(qiáng)度不同，正節(jié)紅外線的波長(zhǎng)，尋找出此氣體最敏感的波長(zhǎng)。吸收的強(qiáng)度與該氣體的濃度成正比。紅外光源發(fā)射的紅外線強(qiáng)度和探測(cè)器測(cè)量紅外線強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比，從C3H86H1432F22H3CL2、CH2OH、C4F7N等。還可以檢測(cè)絕大多數(shù)有機(jī)物傳感器測(cè)量范圍較廣。可以作ppm級(jí)別的測(cè)量或在增加光道數(shù)量或光道距離或其它精細(xì)化處理優(yōu)點(diǎn)：紅外線氣體檢測(cè)儀具有很高的監(jiān)測(cè)靈敏紫外光源，將被測(cè)氣體激發(fā)產(chǎn)生正離子和負(fù)離子，將電離過(guò)程中產(chǎn)生的微小電流進(jìn)行放大，從而得到新組合到一同變成原來(lái)的有機(jī)分子。在此過(guò)程中分比色管測(cè)試方法，現(xiàn)場(chǎng)使用較多，多作為檢驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確的一種復(fù)核方法。被測(cè)氣體以一定流量流過(guò)比色管一定體積氣體，被測(cè)氣體與比色管內(nèi)試劑成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生色變。以觀察色變的量來(lái)判定被測(cè)氣體的濃度。一般比色管檢測(cè)裝氣體檢測(cè)激光法原理，是基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激原理，通過(guò)測(cè)量被測(cè)氣體分子對(duì)一定波長(zhǎng)光線的吸優(yōu)點(diǎn)：遠(yuǎn)距離檢測(cè)、非浸入式檢測(cè)，檢測(cè)精度它是通過(guò)檢測(cè)氣體的熱導(dǎo)率變化，其變化量的大小采用熱敏電阻加熱絲將氣體加熱到一定溫度，把被測(cè)氣體熱導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)化為熱敏電阻的阻值變化，對(duì)電阻值得變化量采用電橋測(cè)量法進(jìn)行精準(zhǔn)的測(cè)量，得到信號(hào)值。簡(jiǎn)易的熱導(dǎo)電橋檢測(cè)電路圖如優(yōu)點(diǎn)：檢測(cè)量程范圍廣，可用于檢測(cè)可燃易爆性有毒有害氣體，穩(wěn)定性高，可靠性高，使用壽命為安全有效的監(jiān)測(cè)儲(chǔ)氣瓶壓力，確保壓力容器的安全，工業(yè)容器均配有壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。同時(shí)為了更高效的對(duì)容器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在線壓力監(jiān)控系統(tǒng)也在構(gòu)造；其系統(tǒng)通常分為三個(gè)層次，底層為壓力變送平臺(tái)可為獨(dú)立平臺(tái)也可與消防或其他在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)壓力變送器的選型主要參考被測(cè)氣瓶最大壓力如果被測(cè)氣體為特殊氣體，壓力變送器精度宜選擇氣瓶如果是室內(nèi)存放，應(yīng)安裝排風(fēng)系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)應(yīng)與主機(jī)及平臺(tái)聯(lián)動(dòng)，存放氣瓶的氣體質(zhì)量比空氣輕，風(fēng)機(jī)應(yīng)安裝在室內(nèi)頂部，存放氣瓶的氣體質(zhì)量比空氣重，風(fēng)機(jī)應(yīng)安裝在底部。風(fēng)機(jī)風(fēng)量參數(shù)根據(jù)室內(nèi)空間大小和換氣次數(shù)要求進(jìn)行選定。例如：某溫濕度變送器安裝高度一般為距地面高為圍：-50~80℃,測(cè)試精度：±2℃,濕度測(cè)量范圍：放在入門(mén)頂上等顯眼位置，便于觀察。報(bào)警燈需選擇帶有聲音報(bào)警的報(bào)警燈，實(shí)現(xiàn)緊急情況下的聲光報(bào)警功能。報(bào)警器可采用AC220VIED主機(jī)應(yīng)安裝在氣瓶?jī)?chǔ)存室外，宜安裝在氣瓶?jī)?chǔ)存室門(mén)口外顯眼位置。IED主機(jī)功能應(yīng)具有遙測(cè)或遙控壓力變送器的壓力值及狀態(tài)、溫濕度變送宜具有壓力實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，壓力變化趨勢(shì)曲線，歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。實(shí)現(xiàn)氣瓶壓力長(zhǎng)時(shí)間微小量變化的訊或無(wú)線通訊等方式。實(shí)際環(huán)境布線較為困難的，可采用無(wú)源無(wú)線終端變送器。若實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)便于供電系統(tǒng)平臺(tái)可采用web、上位機(jī)軟件系統(tǒng)設(shè)備列表等功能板塊。不僅實(shí)現(xiàn)常規(guī)的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置功能，還實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置定位（系統(tǒng)中導(dǎo)入三維氣瓶?jī)?chǔ)存室圖形，并在圖中設(shè)置壓力變送器安裝位置，監(jiān)測(cè)對(duì)應(yīng)編號(hào)的氣瓶，使得在系統(tǒng)上可直觀的觀察現(xiàn)場(chǎng)三維機(jī)構(gòu)及異常報(bào)警部位）。采模型、壓力監(jiān)測(cè)變送器模型及數(shù)顯和指針同時(shí)模擬錄其壓力值，并將數(shù)據(jù)擬成曲線，可實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)用氣量及長(zhǎng)時(shí)下的微小漏氣情況的分析。對(duì)各氣瓶?jī)?chǔ)氣在氣體泄漏檢測(cè)方案中，未來(lái)可能會(huì)采用紅外成像儀進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，其具有更直觀的查找到氣體泄漏部位。其中紅外成像儀設(shè)備需采用非制冷型設(shè)備（目前手持式紅外成像檢漏儀市場(chǎng)中，制冷型不適合長(zhǎng)時(shí)間在線工作，所以需選擇非制冷型，通常情況下制冷型精度會(huì)更好些，但隨著非制冷型的不斷研究，個(gè)別非制冷型設(shè)備的檢測(cè)精度也足于媲美制冷型設(shè)備），紅外成像系統(tǒng)在不考慮成本的情況下，精度宜選擇更高精度。一般的氣瓶?jī)?chǔ)存室可安設(shè)定過(guò)程中可將靜止的背景圖像進(jìn)行虛化，著重捕捉氣體流動(dòng)的動(dòng)態(tài)圖像；同時(shí)結(jié)合可見(jiàn)光鏡頭成像來(lái)判定泄漏部位。例如：某紅外成像系統(tǒng)采用采用鐵紅色調(diào)色板疊加可見(jiàn)光成像顯示，攝像頭固對(duì)成像系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試與學(xué)習(xí)。此系統(tǒng)成本較高，但隨著紅外成像技術(shù)發(fā)展，則系統(tǒng)成本會(huì)急劇下降。猶如當(dāng)前在消防系統(tǒng)中使用的紅外熱成像報(bào)警系統(tǒng)。早期紅外熱成像消防滅火系統(tǒng)造價(jià)昂貴，難于現(xiàn)場(chǎng)的特殊場(chǎng)所，常有布置紅外熱成像消防滅火系統(tǒng)。也希望在未來(lái)此系統(tǒng)可成為主流的在線檢漏系統(tǒng)之本文首先闡述了工業(yè)中氣體檢測(cè)的重要性。再介紹了多種氣體檢測(cè)方法，不同的方法有不同的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，以及使用條件。對(duì)于工業(yè)中被測(cè)氣體的最后介紹了采用紅外成像方法進(jìn)行在線檢漏測(cè)試系[1]王寅吉,馮杰,張朝陽(yáng).淺談壓力容器制造的特征、常見(jiàn)[2]WangYinji,FengJicharacteristics,commonproblemsandcountermeasuresofpressurevesselmanufacturchemicalstandardsandquality,2023(16):49-51.[3]周浩青,周國(guó)慶,秦政,等.基于腐蝕泄漏的儲(chǔ)罐常態(tài)化監(jiān)測(cè)研究與應(yīng)用[J].設(shè)備管理與維修,2023(07):139-141.[4]ZhouHaoqing,ZhouQiandapplicationofnormalizedmonitoringofstoragetankbasedoncorrosionleakage[J].PlantEngineering,2023(07):139-141.[5]房將,基于全生命周期理論的壓力容器特種設(shè)備管理[J].化學(xué)工程與裝備,2022(10):189-190+188.[6]FangJiang,PressurevesselspecialequEngineering&Equipment,2022(10):189-190+188.[7]陳凱,單嘉琦,王侃.PDCA循環(huán)管理在壓力容器類特種設(shè)備精細(xì)化管理中的實(shí)踐與探索[J].醫(yī)療裝備,2023ofPDCAcyclemanagementinfinemanagementofpressurevesseltypespecialequipment[J].ChineseJournalofMedicalDevice,2023(04):60-63.[9]盧文文,馬小弟,上官振國(guó),壓力管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)研究[J].化工管理,2018(03):91-92.detectiontechnologyinpressurEnterpriseManagement,20