LPZ-TDLAS型天然气泄漏激光在线监测系统

一、概述

天然气泄漏激光在线监测系统由激光收发望远镜、角反射器及气体分析仪构成，采用近红外可调谐激光器（TDL）做为光源的光谱吸收气体检测系统，遵循Lamber-Beer定律，对特定气体的特征吸收光谱进行测量，通过气体吸收强度的检测，计算出特定气体的浓度，可以长期连续自动运行监测，无需人员职守。

用于开放空间气体泄漏和环境空气的连续自动在线监测与分析，主要包括天然气等有害气体泄漏预警、工业厂区污染排放监测、电解铝工艺过程气体监测、环境气体监测、垃圾填埋中污染气体监测、铀转化过程气体监测、化肥生产中污染气体监测、其它生产环境污染气体监测等。在普光气田勘探开发过程中，许多天然气伴生气中含有硫化氢(H₂S)气体。硫化氢气体是一种常见的职业危害气体，剧毒，带有臭鸡蛋味，在高浓度条件下，可能导致设备的损害与人员的伤亡。因此，在石油天然气勘探开发集输过程中监测硫化氢气体是维护职工人身安全和保障国家财产免受损失的重要手段。隧道天然气泄漏激光在线检测仪是一种非接触式在线自动检测天然气泄漏的激光光谱检测分析系统，具有实时在线检测天然气泄漏及自动报警功能，整套系统采用工业控制计算机智能控制。系统操作简单易行，各模块运行状况在计算机屏幕上均有显示，维护简便。

二、工作原理

本系统采用先进的可调谐红外激光二极管扫描吸收光谱技术、微弱信号监测技术及计算机软硬件分析、自动预警等先进技术。

可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）技术是利用激光器波长调谐通过被测气体的特征吸收区。扫描吸收光谱就是以波长为函数记录被测气体对入射光吸收的原形吸收线。由测量获得的线形、线宽和强度可以计算出分子的吸收截面，进而计算出被测气体的浓度，因此是一种不需定标的直接测量技术。由于二极管激光光源是谱线非常狭窄的可调谐强光源，因此在原则上TDLAS不需要传统光谱测量中所用的分光仪等复杂的光机设计。如图五所示，将充有被测气体的吸收池放置于激光光路上，通过逐一调谐激光波长，就可从光电检测器直接给出以波长（或频率）为函数的透射光强，获得直接吸收光谱。

为了达到高灵敏度分析的目的，可以在低气压下进行上述检测，以排除压力展宽的影响。对于大多数大气痕量气体，只要具有红外线光谱，并在Doppler极限下是可分辨的，原则上都可以采用这样的光谱技术。

测量方法示意图

三、主要功能

本系统用于自动在线检测隧道管线天然气泄漏，实现天然气中甲烷与硫化氢实时在线监测及泄漏预警。

Ø 光强自检测量

Ø 激光器波长自检测量

Ø 自动识别弱光强信号，提高报警准确率

Ø 将监测气体开始检测，停止检测，光强信息、报警信息等自动存档

Ø 检测数据长期自动保存

四、主要技术指标

Ø 测量范围：(0～350) mg/m3

Ø 最低检测限：

甲烷：0.15mg/m3（每100m光程）；

硫化氢：1.40mg/m3（每100m光程）；

Ø 示值误差：±5% 或±2%FS 。

Ø 响应时间：≤1s 。

Ø 重复性：±5% 。

五、使用条件

Ø 环境温度： -15℃— +50℃

Ø 环境空气相对湿度不大于85%（25℃）

Ø 周围介质中不含有破坏金属及绝缘材料的腐蚀性气体

Ø 激光发射与接收装置放置稳定可靠

Ø 能防止水和其它液体侵入的地方

六、系统主要部件

 Ø 安装在中控室的主控机柜   1台　

包括：

a、工控机一台（预装操作系统、控制、数据采集、浓度反演、报警系统）

b、气体泄漏检测仪一台

 Ø 安装在监测环境的激光发射接收装置    1套　

包括：

a、 激光收发装置

b 、角反射器装置

 Ø 其他安装材料

激光传输光纤：连接激光发射装置与泄漏检测仪

数据电缆：连接激光接收装置与泄漏检测仪

七、软件界面