CN104990896A - 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领域，尤其是光电技术中的无源激光气体探测技术。本发明由探测传感器、注氮传感器、设置在安全控制中心室的激光检测主机、监控上位机、注氮控制器和氮气注入设备组成。本发明设置了分布式激光油气浓度探测传感器，由于激光检测主机可通过光缆拨接16个无源探测传感器，同时测得浓度信号和温度信号，使得一台激光检测主机同时满载16个无源感知探测传感器，成本低，效率高，可以做到完全无源设备，快速准确地实现现场温度及油气泄漏的无源探测。完全符合石油气站、检验站或气罐站应用中检测的需求。应用过程中，现场可燃气体浓度超标本系统可产生报警信号，控制注氮装置工作，控制现场可燃气体浓度在安全范围内，实现主动安全防护功能。

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，尤其是光电技术中的无源激光气体探测技术，特别指油气类混合气体无源分布式激光探测装置。

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爆炸，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（即不带电）、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。

在现有技术中针对油气类混合气体无源分布式激光探测装置尚属首例，主要难点有储油罐的二次密封舱具有伸缩性，会随着原油的舱位而变化水平高度；主要难点还有储油罐是圆柱形结构，如何分布激光探头可以达到用最少的探头完全覆盖储油罐内部空间，当发生局部油气浓度达到临爆点的时候及时告警，并采取局部充氮气的方法消除险情。本发明是在理论与时间相结合的前提下，通过实验得出的。

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爆炸等危险，最大限度的减少了安全隐患节点，光纤长距离传输光信号，激光检测主机放置在安全区，不会产生由于电信号导致的爆炸等危险，同时能够快速实现对油气泄漏的判断，若发现报警及时排除异常，并显示于分布式激光检测主机及监测上位机系统，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，本发明提供一种油气类混合气体无源分布式激光探测装置，包括：探测传感器、注氮传感器、设置在安全控制中心室的激光检测主机、监控上位机、注氮控制器和氮气注入设备；其中激光检测主机简称为检测主机；其中探测传感器共16个，储油罐二次密封舱周边每隔22.5°安装一个探测传感器；其中注氮传感器共16个，储油罐二次密封舱周边每隔22.5°安装一个注氮传感器，注氮传感器与探测传感器成对分布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°安装一个探测传感器和一个注氮传感器；探测传感器安装高度距底层约22cm；注氮传感器安装高度距底层26cm；

探测传感器共16个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；光缆传输光信号距离可达十公里；激光检测主机通过网线连接设置在安全区的监控上位机；

监控上位机通过铠装光缆连接设置在安全区的注氮控制器；注氮控制器控制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注氮传感器；注氮传感器根据管道中氮气压力将氮气注入储油罐二次密封舱。

本发明的具体实现步骤包括：

1）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，到探测传感器；

2）接收经过油气检测区的激光光束，得到目标激光信号；

3）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,以及现场温度；

4）采集模块输入油气参数，包括手动选择输入油气类型和自动采集温度环境参数，对比浓度燃点曲线；

5）在判定有油气泄漏的情况下根据相应探测传感器确定现场温度及油气泄漏的位置范围，显示控制将浓度及温度显示于显示屏；

6）油气浓度超出报警值时，激光检测主机和监控上位机发出报警信号；具体的，监控上位机发出报警信号通过串口光猫将电信号转换成光信号通过铠装光缆传递至注氮控制器，注氮控制器收到报警信号后控制氮气注入设备后向储油罐二次密封舱内注入氮气。当报警信号解除后，注氮控制器控制氮气注入设备停止注氮工作，注氮过程中注氮控制器向监控上位机返回注氮压力，注氮流量等参数。

（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探测传感器，由于激光检测主机可通过光缆拨接16个无源探测传感器，同时测得浓度信号和温度信号，使得一台激光检测主机同时满载16个无源感知探测传感器，成本低，效率高。本发明主要通过无源探测传感器和激光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。探测传感器通过光缆连接设置在安全区内激发激光信号的激光检测主机，且激光光柱是无源探测体，实现现场感知探测传感器不带电，可以做到完全无源设备，快速准确地实现现场温度及油气泄漏的无源探测。完全符合石油气站、检验站或气罐站应用中检测的需求。应用过程中，现场可燃气体浓度超标本系统可产生报警信号，控制注氮装置工作，控制现场可燃气体浓度在安全范围内，实现主动安全防护功能。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

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是本发明的流程示意图。

标号说明：

1. 探测传感器：第一探测传感器，2. 探测传感器：第十六探测传感器，

3.环形光缆，4. 汇聚箱，5.传输光缆，

6.监测主机，7. 网线，8. 交换机，

9. 上位主机，10.铠装光缆，11.注氮控制器，12.注氮罐

13.注氮管道，14.注氮传感器，15. 储油罐二次密封舱。

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：探测传感器1、注氮传感器14、设置在安全控制中心室的激光检测主机6、监控上位机9、注氮控制器11以及氮气注入设备12，所述探测传感器1还包括第一探测传感器1、及第十六探测传感器2，所述16个探测传感器1和注氮传感器14均安装在储油罐二次密封舱内等工作区15上；所述储油罐二次密封舱周边15每隔22.5°安装一个探测传感器1和注氮传感器14；所述的探测传感器1安装高度距底层约22cm；所述注氮传感器14安装高度距底层约26cm。所述第一探测传感器1及第十六探测传感器2分别通过对应环形光缆3连接安装在储油罐罐顶堰板光缆汇聚箱；光缆汇聚箱通过通讯光缆5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5传输光信号距离可达十公里。所述检测主机6通过网线7连接设置在安全区的监控上位机9的网口。所述监控上位机9通过铠装光缆10连接设置在安全区的注氮控制器11；所述注氮控制器11控制注氮装置12通过氮气管道13连接16个设置在工作区储油罐二次密封舱内15的注氮传感器14。

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探测传感器1，所述储油罐二次密封舱周边15每隔22.5°安装一个探测传感器1，所述的探测传感器1安装高度距底层约22cm，所述16个探头传感器1分别通过环形光缆3连接通讯光缆5连接设置在安全控制中心室的激光检测主机6；

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S301，检测主机6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环形光缆3和传输光缆5传输，到探测传感器1。

步骤S302，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环形光缆3和传输光缆5传回检测主机6，接收经过油气检测区15的激光光束，得到目标激光信号。

步骤S303，检测主机6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感知现场温度，判定油气检测区是否有油气泄漏。

步骤S304， 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），依据现场采集的温度参数，对比浓度燃点曲线

步骤S305，并在判定有油气泄漏的情况下根据相应探测传感器1确定油气泄漏的位置范围，显示控制将现场温度和浓度显示于检测主机6显示屏。

步骤S306，油气浓度超出报警值时，检测主机6和监控上位机9发出报警信号。工作人员依据报警信号采取安全措施。

步骤S307，具体的，报警信号通过监控上位机传递至注氮控制器，注氮控制器控制氮气注入设备向储油罐二次密封舱内注入氮气，报警信号解除后，注氮控制器控制氮气注入设备停止注氮工作，注氮过程中注氮控制器向监控上位机返回注氮压力，注氮流量等参数。

在本实施方式中，激光油气浓度探测传感器1通过环形光缆3和传输光缆5连接设置在安全区内激发激光信号的检测主机6，应用激光探测传感器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）的激光探测传感器均不带电，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。本领域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。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (2)

1.油气类混合气体无源分布式激光探测装置，其特征在于由探测传感器、注氮传感器、设置在安全控制中心室的激光检测主机、监控上位机、注氮控制器和氮气注入设备组成；其中探测传感器共16个，储油罐二次密封舱周边每隔22.5°安装一个探测传感器；其中注氮传感器共16个，储油罐二次密封舱周边每隔22.5°安装一个注氮传感器，注氮传感器与探测传感器成对分布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°安装一个探测传感器和一个注氮传感器；探测传感器安装高度距底层约22cm；注氮传感器安装高度距底层26cm；

探测传感器共16个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；光缆传输光信号距离可达十公里；激光检测主机通过网线连接设置在安全区的监控上位机；

监控上位机通过铠装光缆连接设置在安全区的注氮控制器；注氮控制器控制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注氮传感器；注氮传感器根据管道中氮气压力将氮气注入储油罐二次密封舱。

2.根据权利要求1所述的油气类混合气体无源分布式激光探测装置，其特征在于具体实现步骤包括：

1）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，到探测传感器；

2）接收经过油气检测区的激光光束，得到目标激光信号；

3）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,以及现场温度；

4）采集模块输入油气参数，包括手动选择输入油气类型和自动采集温度环境参数，对比浓度燃点曲线；

5）在判定有油气泄漏的情况下根据相应探测传感器确定现场温度及油气泄漏的位置范围，显示控制将浓度及温度显示于显示屏；

6）油气浓度超出报警值时，激光检测主机和监控上位机发出报警信号；具体的，监控上位机发出报警信号通过串口光猫将电信号转换成光信号通过铠装光缆传递至注氮控制器，注氮控制器收到报警信号后控制氮气注入设备后向储油罐二次密封舱内注入氮气；当报警信号解除后，注氮控制器控制氮气注入设备停止注氮工作，注氮过程中注氮控制器向监控上位机返回注氮压力，注氮流量等参数。