CN109374589B - 一种采用荧光示踪剂的危险气体监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种采用荧光示踪剂的危险气体监测方法，包括以下步骤：1）选择荧光固体微粉为示踪剂；2）示踪剂与危险气体混合，配制装罐；3）通过荧光强度测定泄漏气体的浓度。本发明还公开了危险气体监测装置，本发明实现了肉眼可分辨气体泄漏浓度，数据分析测试更加明确，实现了示踪剂监测由数据化到可视化，对泄漏气体可应急处理，处理速度快且安全。

Description

一种采用荧光示踪剂的危险气体监测装置

技术领域

本发明属于气体监测技术领域，具体涉及一种采用荧光示踪剂的危险气体监测方法及装置。

背景技术

稀有气体、有毒气体等气体在存储过程中对生产环境具有很高的要求，尤其是安全方面，一旦在生产过程中发生泄漏，将带来很严重的后果，一些有毒气体对人体及环境的危害很大；当这些气体达到一定的浓度之前，凭人的感官很难察觉出来，当这些气体达到一定浓度后很容易造成安全事故，及人身伤害。例如，可燃气体在空气中的爆炸极限是4%~75%左右，所以，如发生大量的可燃气体泄漏，将会造成难以想象的后果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用荧光示踪剂的危险气体监测方法及装置，肉眼可分辨气体泄漏浓度，数据分析测试更加明确，实现了示踪剂监测由数据化到可视化，降低泄漏气体流动性，泄漏气体应急处理速度快。

本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：一种采用荧光示踪剂的危险气体监测装置，包括气体监测模块，控制模块和气体处理模块，气体监测模块：包括无人机，无人机上搭载有无线传输装置、无人机控制器、风向风速仪、摄像机，无人机的机身下方设有气体传感器；控制模块：包括连接有信号收发器的移动终端；无人机机身侧方设有用于连接吸气管的卡箍，吸气管与气体处理模块连接。本发明通过荧光固体微粉与危险气体混合后，在危险气体泄漏后荧光固体微粉发出的荧光强度可直接显示气体泄漏浓度，实现肉眼可分辨气体泄漏浓度，当泄漏的气体为气体密度小于空气的气体时，荧光固体微粉混合在危险气体中对危险气体的流动性起到降低作用使危险气体的漂浮高度和扩散速度降低，利于通过无人机设备在一定高度对泄漏气体区域进行大范围监控和收集气体，无人机可对漂浮在上空的泄漏气体进行监测，解决现有技术在泄漏的气体为气体密度小于空气的气体时存在监测盲区的问题同时将危险气体的漂浮高度和速度控制在一定范围内便于进行应急处理，利用摄像机直观观测上空的气体泄漏浓度，气体传感器的设置可进一步提升监测数据精准性，摄像机获取的图像数据、气体传感器获取的监测数据均由无线传输装置传输至移动终端进一步数据分析，使数据分析测试更加明确，实现了示踪剂监测由数据化到可视化，对泄漏气体可应急处理，处理速度快且安全。

进一步的，气体处理模块：包括通过连接管依次连接的抽气泵、过滤器、碱洗塔、除臭设备、引风机，抽气泵进气口与吸气管，引风机连接有烟囱。烟囱与气体存储罐连接，对于发生危险气体泄漏后，无人机不仅可对泄漏区域进行监测还可通过无人机携带吸气管进入泄漏区对泄漏气体进行收集并由气体处理模块对泄漏气体进行处理及再次存储，气体处理模块处理过程为：通过抽气泵产生吸力使无人机携带的吸气管对泄漏区域内的气体进行收集处理，收集到的气体进入过滤器内进行除尘处理，经过除尘处理后的气体再进入碱洗塔内使气体中的酸性气体再碱洗塔内被消除，剩余气体再经过除臭设备，该除臭设备为SPM除臭设备，在SPM-系列TiO2光解催化氧化设备内，高能紫外线光束与空气、TiO2反应产生的臭氧、•OH(羟基自由基)对恶臭气体进行协同分解氧化反应，同时大分子恶臭气体在紫外线作用下使其链结构断裂，使恶臭气体物质转化为无臭味的小分子化合物或者完全矿化，生成水和CO2，达标后经排风管排入大气，整个分解氧化过程在秒内完成。最后引风机再次提供一定的吸力促使净化后的气体有烟囱进入气体存储罐内，实现对泄漏气体可应急处理，处理速度快且安全。

进一步的，碱洗塔分别连接有pH值检测仪和碱液槽，碱液槽连接有计量泵。经过除尘处理后的气体再进入碱洗塔内使气体中的酸性气体再碱洗塔内被消除过程中通过对水质的pH值进行监控，由水质的pH值的变化来控制计量泵的开启或关闭，控制水系统的pH 值在 7.5-8.5之间，保证系统的稳定运行，当然控制水系统的pH值根据实际需求可进行调整。

进一步的，吸气管的管体包括直管段和折弯段，折弯段上连接有渐扩管，渐扩管管体上设有环槽，渐扩管管口设有网板，内管设有反向环形扩流板，扩流板与渐扩管内壁夹角为15°~25°，渐扩管的扩散角度为5°~25°，无人机将足够长度的吸气管携带至危险气体泄漏区对泄漏气体进行收集处理，抽气泵产生足够的吸力，渐扩管的形状设计能够使吸气管的吸入气体容量扩大，提高泄漏气体收集效率，危险气体由网板的网口进入渐扩管，在进入时网板的形状设计使气流产生分流，部分气体沿渐扩管内壁流动，部分气体沿渐扩管中心流动，通过在渐扩管内壁上设置反向环形扩流板使进入渐扩管内的气体在渐扩管壁附近的气流的流动方向改变并使其与渐扩管中心流通的气流汇流，在渐扩管内壁附近的气流流动于主流至上形成二次流，两种流向中的颗粒物在惯性作用下撞击而产生沉积导致颗粒物的粒径增大，实现降低收集的危险气体中的颗粒物浓度，缩短气体过滤时间对泄漏气体应急处理速度提升，处理速度快且安全。

进一步的，直管段与折弯段的夹角α为110°~125°，通过将吸气管的的管体设置直管段和折弯段可对吸气管被无人机携带在空中时其吸气口向下设置，更易于收集泄漏气体，根据实际需求α的角度调整范围可扩大至90°~135°。

进一步的，气体传感器通过电磁铁与无人机连接，在有需求时通过电磁铁吸附多个气体传感器，无人机飞至指定区域后控制电磁铁的通断电将气体传感器放到监测区内定点监测。

进一步的，无人机机身下方还连接有荧光检测器。为进一步提高检测数据精准性，通过荧光检测器可检测泄漏气体中荧光强度，通过荧光强度来判断泄漏浓度进一步提高数据准确性。

一种采用荧光示踪剂的危险气体监测方法，包括以下步骤：

1）选择荧光固体微粉为示踪剂；

2）示踪剂与危险气体混合，配制装罐；

3）通过荧光强度或气体传感器测定泄漏气体的浓度。本发明通过荧光固体微粉与危险气体混合后，在危险气体泄漏后荧光固体微粉发出的荧光强度可直接显示气体泄漏浓度，实现肉眼可分辨气体泄漏浓度，当泄漏的气体为气体密度小于空气的气体时，荧光固体微粉混合在危险气体中对危险气体的流动性起到降低作用使危险气体的漂浮高度和扩散速度降低，利于通过无人机设备在一定高度对泄漏气体区域进行大范围监控和收集气体。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明通过荧光固体微粉与危险气体混合后，在危险气体泄漏后荧光固体微粉发出的荧光强度可直接显示气体泄漏浓度，实现肉眼可分辨气体泄漏浓度，当泄漏的气体为气体密度小于空气的气体时，在其泄漏时肉眼可分辨其泄漏，对于泄漏量通过无人机设备对泄漏气体区域进行大范围监控，无人机可对漂浮在上空的泄漏气体进行监测，解决现有技术在泄漏的气体为气体密度小于空气的气体时存在监测盲区的问题，同时利用摄像机直观观测上空的气体泄漏浓度，气体传感器的设置可进一步提升监测数据精准性，摄像机获取的图像数据、气体传感器获取的监测数据均由无线传输装置传输至移动终端进一步数据分析，使数据分析测试更加明确，实现了示踪剂监测由数据化到可视化，对泄漏气体可应急处理，处理速度快且安全。

附图说明

图1为本发明一种采用荧光示踪剂的危险气体监测装置的气体监测模块和控制模块示意图；

图2为本发明一种采用荧光示踪剂的危险气体监测装置的气体处理模块示意图；

图3为本发明的吸气管结构示意图；

图4为本发明的吸气管剖视图；

图5为进入渐扩管的气流汇流示意图。

附图标记说明：1.无人机；2.无线传输装置；3.无人机控制器；4.风向风速仪；5.摄像机；6.荧光检测器；7.卡箍；8.气体传感器；9.电磁铁；10.信号收发器；11.移动终端；12.吸气管；13.抽气泵；14.过滤器；15.碱洗塔；16.除臭设备；17.烟囱；18.引风机；19.计量泵；20.碱液槽；21.pH值检测仪；22.连接管；23.直管段；24.折弯段；25.环槽；26.渐扩管；27.网板；28.扩流板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1：

如图1-5所示，一种采用荧光示踪剂的危险气体监测装置，包括气体监测模块，控制模块和气体处理模块，气体监测模块：包括无人机1，无人机1上搭载有无线传输装置2、无人机控制器3、风向风速仪4、摄像机5，无人机1的机身下方设有气体传感器8；控制模块：包括连接有信号收发器10的移动终端11；无人机1机身侧方设有用于连接吸气管12的卡箍7，吸气管12与气体处理模块连接。本发明通过荧光固体微粉与危险气体混合后，在危险气体泄漏后荧光固体微粉发出的荧光强度可直接显示气体泄漏浓度，实现肉眼可分辨气体泄漏浓度，当泄漏的气体为气体密度小于空气的气体时，荧光固体微粉混合在危险气体中对危险气体的流动性起到降低作用使危险气体的漂浮高度和扩散速度降低，利于通过无人机设备在一定高度对泄漏气体区域进行大范围监控和收集气体，无人机可对漂浮在上空的泄漏气体进行监测，解决现有技术在泄漏的气体为气体密度小于空气的气体时存在监测盲区的问题同时将危险气体的漂浮高度和速度控制在一定范围内便于进行应急处理，利用摄像机5直观观测上空的气体泄漏浓度，气体传感器8的设置可进一步提升监测数据精准性，摄像机5获取的图像数据、气体传感器8获取的监测数据均由无线传输装置2传输至移动终端进一步数据分析，使数据分析测试更加明确，实现了示踪剂监测由数据化到可视化，对泄漏气体可应急处理，处理速度快且安全。

气体处理模块：包括通过连接管22依次连接的抽气泵13、过滤器14、碱洗塔15、除臭设备16、引风机18，抽气泵13进气口与吸气管12，引风机18连接有烟囱17。烟囱17与气体存储罐连接，对于发生危险气体泄漏后，无人机1不仅可对泄漏区域进行监测还可通过无人机1携带吸气管12进入泄漏区对泄漏气体进行收集并由气体处理模块对泄漏气体进行处理及再次存储，气体处理模块处理过程为：通过抽气泵13产生吸力使无人机1携带的吸气管12对泄漏区域内的气体进行收集处理，收集到的气体进入过滤器14内进行除尘处理，经过除尘处理后的气体再进入碱洗塔15内使气体中的酸性气体再碱洗塔15内被消除，剩余气体再经过除臭设备16，该除臭设备为SPM除臭设备，在SPM-系列TiO2光解催化氧化设备内，高能紫外线光束与空气、TiO2反应产生的臭氧、•OH(羟基自由基)对恶臭气体进行协同分解氧化反应，同时大分子恶臭气体在紫外线作用下使其链结构断裂，使恶臭气体物质转化为无臭味的小分子化合物或者完全矿化，生成水和CO2，达标后经排风管排入大气，整个分解氧化过程在1秒内完成。最后引风机18再次提供一定的吸力促使净化后的气体有烟囱17进入气体存储罐内，实现对泄漏气体可应急处理，处理速度快且安全。

碱洗塔15分别连接有pH值检测仪21和碱液槽20，碱液槽20连接有计量泵19。经过除尘处理后的气体再进入碱洗塔15内使气体中的酸性气体再碱洗塔15内被消除过程中通过对水质的pH值进行监控，由水质的pH值的变化来控制计量泵19的开启或关闭，控制水系统的pH 值在 7.5-8.5之间，保证系统的稳定运行，当然控制水系统的pH值根据实际需求可进行调整。

吸气管12的管体包括直管段23和折弯段24，折弯段24上连接有渐扩管26，渐扩管26管体上设有环槽25，渐扩管26管口设有网板27，内管设有反向环形扩流板28，扩流板28与渐扩管26内壁夹角为15°~25°，渐扩管26的扩散角度为5°~25°，无人机1将足够长度的吸气管12携带至危险气体泄漏区对泄漏气体进行收集处理，抽气泵13产生足够的吸力，渐扩管26的形状设计能够使吸气管12的吸入气体容量扩大，提高泄漏气体收集效率，危险气体由网板27的网口进入渐扩管26，在进入时网板27的形状设计使气流产生分流，部分气体沿渐扩管26内壁流动，部分气体沿渐扩管26中心流动，通过在渐扩管26内壁上设置反向环形扩流板28使进入渐扩管26内的气体在渐扩管26壁附近的气流的流动方向改变并使其与渐扩管26中心流通的气流汇流（气流汇流示意图如图5所示），在渐扩管26内壁附近的气流流动于主流至上形成二次流，两种流向中的颗粒物在惯性作用下撞击而产生沉积导致颗粒物的粒径增大，实现降低收集的危险气体中的颗粒物浓度，缩短气体过滤时间对泄漏气体应急处理速度提升，处理速度快且安全。

直管段23与折弯段24的夹角α为110°~125°，通过将吸气管12的的管体设置直管段23和折弯段24可对吸气管12被无人机1携带在空中时其吸气口向下设置，更易于收集泄漏气体，根据实际需求α的角度调整范围可扩大至90°~135°。

气体传感器8通过电磁铁9与无人机1连接，在有需求时通过电磁铁9吸附多个气体传感器8，无人机1飞至指定区域后控制电磁铁9的通断电将气体传感器8放到监测区内定点监测。

无人机1机身下方还连接有荧光检测器6。为进一步提高检测数据精准性，通过荧光检测器6可检测泄漏气体中荧光强度，通过荧光强度来判断泄漏浓度进一步提高数据准确性。

实施例2：

本发明的吸气管12采用如下工艺制备：

1）选择铝复合管作为原材料，经过连续多级冲压拉伸成型，将管体折弯处理折弯角为120°，对折弯段24端口进行扩孔处理形成渐扩管26，扩散角度为15°；

2）将与渐扩管26内径对应的扩流板28与渐扩管26内壁焊接处理，扩流板28与渐扩管26内壁夹角为12°，将网板27焊接至渐扩管26管口；

3）将成型的吸气管12加热至710℃±5℃，恒温处理25-30min，碳氮共渗，氮源为氨气，碳源为甲烷，其中强渗阶段碳势控制为1.26±0.05%，氨气流量为1.9-2.6L/min，甲烷流量为2.4-3L/min，扩散阶段碳势控制为1.1±0.02%，氨气流量为1.3-1.5/min，甲烷流量为2.5-3L/min；恒温10-15min，保温阶段碳势控制在0.95%~0.98%；恒温结束后，升温至840℃±5℃，恒温15min后随炉冷却至120℃±5℃条件下进行淬火，升温至185℃±5℃进行回火，冷却；

4）对热处理完成的吸气管12进行抛光清洗处理，得吸气管12。

本发明通过将吸气管12成型件在710℃±5℃，恒温处理25-30min进行上述“碳氮共渗”处理步骤获得金相组织晶粒大小均匀的吸气管12成品件，具体的在碳氮共渗处理步骤中增加了将吸气管升温至840℃±5℃，恒温15min的步骤，来消除将扩流板28及网板27焊接到吸气管12本身管体上时过热的热量导致吸气管12管身晶粒粗大的问题，同时经过上述步骤的增加提高了吸气管的疲劳极限，增强吸气管的抗拉强度和弯曲强度，以防吸气管在使用过程中出现断裂或裂纹导致吸气效率降低的情况。

实施例3：

一种采用荧光示踪剂的危险气体监测方法，包括以下步骤：

1）选择荧光固体微粉为示踪剂；

2）示踪剂与危险气体混合，配制装罐；

3）通过荧光强度或气体传感器8测定泄漏气体的浓度。

本发明的装置中的现有设备应为本领域技术人员知晓，并且其可由市场购买所得，例如，荧光固体微粉为荧光粉，荧光检测器6为市场购买可用于检测荧光浓度的产品，例如深圳市天美意科技有限公司生产的型号为WP1213 VSON荧光剂检测笔；本发明所使用的SPM除臭设备为深圳市鑫盛达环保技术有限公司生产的SPM-系列恶臭气体TiO2光解催化氧化设备，其余现有部件不在此一一详细例举。

扩流板28与渐扩管26内壁夹角包括但不限于15°~25°，还可以是15°或16°或17°或18°或19°或20°或21°或22°或23°或24°或25°。直管段23与折弯段24的夹角α包括但不限于110°~125°，还可以是110°或111°或112°或113°或114°……或124°或125°。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种采用荧光示踪剂的危险气体监测装置，包括气体监测模块，控制模块和气体处理模块，其特征在于：

气体监测模块：包括无人机（1），所述无人机（1）上搭载有无线传输装置（2）、无人机控制器（3）、风向风速仪（4）、摄像机（5），所述无人机（1）的机身下方设有气体传感器（8）；

控制模块：包括连接有信号收发器（10）的移动终端（11）；

所述无人机（1）机身侧方设有用于连接吸气管（12）的卡箍（7），所述吸气管（12）与气体处理模块连接；所述气体处理模块：包括通过连接管（22）依次连接的抽气泵（13）、过滤器（14）、碱洗塔（15）、除臭设备（16）、引风机（18），所述抽气泵（13）进气口与吸气管（12）连接，所述引风机（18）连接有烟囱（17）；所述碱洗塔（15）分别连接有pH值检测仪（21）和碱液槽（20），所述碱液槽（20）连接有计量泵（19）；所述吸气管（12）的管体包括直管段（23）和折弯段（24），所述折弯段（24）上连接有渐扩管（26），所述渐扩管（26）管体上设有环槽（25），所述渐扩管（26）管口设有网板（27），内管设有反向环形扩流板（28），所述反向环形扩流板（28）与渐扩管（26）内壁夹角为15°~25°；所述直管段（23）与折弯段（24）的夹角α为110°~125°。

2.根据权利要求1所述的一种采用荧光示踪剂的危险气体监测装置，其特征在于：所述气体传感器（8）通过电磁铁（9）与无人机（1）连接。

3.根据权利要求1所述的一种采用荧光示踪剂的危险气体监测装置，其特征在于：所述无人机（1）机身下方还连接有荧光检测器（6）。

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