氣體泄漏檢測的重要性及現(xiàn)狀

國內(nèi)外典型泄漏事故案例:

a)1984年11月19日,墨西哥國家石油公司在圣胡安尼科的儲油設(shè)施發(fā)生氣體泄漏引發(fā)爆炸,整個工廠被摧毀,同時對附近村鎮(zhèn)造成了巨大影響。事故造成542人死亡,7000多人受傷,35×10⁴人無家可歸,受災(zāi)面積達27×104m³。

b)2003年12月23日,在重慶市開縣發(fā)生特大井噴事故,富含硫化氫的天然氣猛烈噴射30多米高,失控的有毒氣體隨空氣迅速向四周彌漫,導致距離氣井較近的重慶市開縣4個鄉(xiāng)鎮(zhèn)60000多災(zāi)民需要緊急疏散轉(zhuǎn)移。事故共造成243人硫化氫中毒死亡、2142人硫化氫中毒住院**、65000人被緊急疏散安置。

c)2018年11月28日,某公司氯乙烯氣柜發(fā)生泄漏,泄漏的氯乙烯穿越廠區(qū)圍墻擴散到外部公路上,遇明火發(fā)生爆燃,導致停放在公路兩側(cè)等候卸貨的車輛司機等24人死亡(其中1人后期醫(yī)治無效死亡)、22人受傷。

d)2023年1月15日,某公司烷基化裝置在維修過程中發(fā)生物料泄漏,連續(xù)4次實施帶壓堵漏未能成功,大量物料噴出引發(fā)著火爆炸,造成13人死亡、35人受傷。

氣體檢測現(xiàn)狀概述

目前石化企業(yè)開展泄漏監(jiān)測的主要手段包括固定式可燃氣體報警儀、基層班組日常巡檢以及定期開展的泄漏檢測與修復(LDAR)等幾種傳統(tǒng)方式。但這些方式或多或少存在一些缺陷,導致泄漏往往不能在**時間被發(fā)現(xiàn),給**生產(chǎn)帶來潛在威脅。如固定式可燃有毒氣體報警儀因位置固定而無法對遠離報警儀的泄漏或塔、罐等高點泄漏進行有效監(jiān)測;人員巡檢因時間、頻次問題無法對潛在泄漏點開展全天候監(jiān)測;LDAR檢測因檢測點位分散、檢測費時費力等原因只能階段性或定期開展,一般作為泄漏監(jiān)測的補充手段使用。

傅里葉紅外遙感監(jiān)測技術(shù)是典型的開路光譜氣體遙測技術(shù),采用該技術(shù)的探測器主要工作波段與石化企業(yè)重點關(guān)注的烷烴、烯烴、芳香烴等有機物及氨氣等無機物的紅外吸收光波段高度重合。因此,其可以快速、準確地對穿過探測光路的揮發(fā)性有機物進行識別和測量,且監(jiān)測響應(yīng)時間較短(通常為數(shù)秒),大幅提高了氣體監(jiān)測的空間和時間覆蓋效率。相比于傳統(tǒng)的固定式檢測方式,開路光譜遙測技術(shù)由于具備范圍廣、距離遠、非接觸、空間和時間覆蓋效率高、無需預采樣、快速定位泄漏源和動態(tài)直觀等優(yōu)點,已逐漸成為石化企業(yè)氣體泄漏檢測的有效手段之一。

廠界是石化企業(yè)氣體泄漏監(jiān)控的重點,圖1是包括開放光路、固定點和社區(qū)點等傳感器在內(nèi)的石化企業(yè)廠界氣體泄漏監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)依據(jù)多個光路采集數(shù)據(jù)進行遙感監(jiān)測,每一個光路可有數(shù)百米長,通過圍欄式監(jiān)測系統(tǒng),同時結(jié)合多個光路中間設(shè)置的固定式氣體傳感器,共同對泄漏的氣體云團開展在線監(jiān)測。

快速、準確檢測泄漏的重要性

石油煉制工藝流程復雜、環(huán)節(jié)眾多,泄漏風險始終貫穿于整個生產(chǎn)過程中,如機泵、壓縮機、閥門、法蘭等均是物料的主要泄漏點。物料發(fā)生泄漏后會帶來一定的**風險,一旦處置不當將極有可能引發(fā)生產(chǎn)**事故。因此,如果泄漏可以被及時發(fā)現(xiàn)、及時處置,將會有效降低事故發(fā)生的可能性。

傅里葉紅外遙感監(jiān)測原理

傅里葉變換紅外檢測儀采用紅外光譜特征識別原理,背景(天空、森林、城市、圍墻等)發(fā)出的紅外輻射被接收望遠鏡收集,進入干涉儀,由干涉儀動鏡掃描形成光程差產(chǎn)生干涉,經(jīng)探測器進行光電轉(zhuǎn)換后,由A/D轉(zhuǎn)換器將電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,然后經(jīng)傅里葉變換(FFT變換)得到由等效輻射亮溫差產(chǎn)生的紅外光譜信號。傅里葉變換紅外(FTIR)光譜儀內(nèi)部工作原理如圖2所示。

當泄漏的氣體形成云團并進入檢測儀視場后,由于氣體云團的吸收和發(fā)射特性使其光譜圖發(fā)生改變。通過對現(xiàn)場的光譜圖進行識別,就可以實現(xiàn)對多種泄漏氣體進行快速、高靈敏度的定性識別和半定量濃度反演。傅里葉紅外遙測檢測儀工作方式如圖3所示。

傅里葉紅外遙感監(jiān)測是開路氣體遙測中用途*廣泛的技術(shù),它可以同時測量空氣中多種化學物質(zhì),不僅能對空氣中的待測氣體進行遠距離的定性和定量分析,還可以通過成像技術(shù)來**溯源,并且可分析氣體擴散趨勢,為下一步應(yīng)急處置工作提供重要的技術(shù)支持。同時,因其無需任何樣品制備的特點,還杜絕了傳感器污染的發(fā)生,使儀器的操作和維護變得簡單。

在實時監(jiān)測過程中,設(shè)備還可以通過旋轉(zhuǎn)云臺的固定軌跡掃描準確判定氣體云團的形狀和尺寸,將檢測氣體云團的空間分布信息疊加在可視或紅外圖像,使檢測結(jié)果更加直觀。當采用2臺設(shè)備進行聯(lián)合測試時,借助GPS系統(tǒng)還可以獲得氣體云團的具體位置信息。

結(jié)論

a)傅里葉紅外遙感監(jiān)測技術(shù)解決了傳統(tǒng)固定式氣體報警器檢測范圍受限的缺陷,不但可以在較短時間內(nèi)識別到泄漏情況,還可以獲取空間區(qū)域內(nèi)危險氣體的具體組分以及分布擴散趨勢。

b)傅里葉紅外遙感檢測儀可在石化企業(yè)實現(xiàn)大范圍泄漏監(jiān)測,同時,結(jié)合氣象數(shù)據(jù)、地形、生產(chǎn)工藝流程以及周邊企業(yè)情況,還可以對泄漏氣體進行**溯源和危險預警評估,為泄漏發(fā)生后的應(yīng)急處置提供了重要的技術(shù)支撐。

c)石化企業(yè)未來的氣體泄漏監(jiān)測是將多種氣體傳感器采集的信息集中融合。通過氣體遙測裝備與固定式氣體報警器可以建立起一定區(qū)域范圍內(nèi)的立體監(jiān)測網(wǎng)絡(luò),為及時、準確發(fā)現(xiàn)泄漏提供有效手段。