一种天然气泄漏检测方法及检测装置与流程

1.本发明涉及天然气泄漏检测技术领域，具体涉及一种天然气泄漏检测方法及检测装置。


背景技术：

2.由于天然气属于易燃性气体，一旦泄漏，严重威胁管道周边居民的生产生活安全，带来较大经济损失，因此，天然气传输管道的泄漏检测意义重大。电化学、光离子等传统检测方法，低浓度检测准确性差、传感器寿命短、检验目标单一，激光光谱吸收法能一定程度规避以上缺陷，但是不同间气体吸收光谱存在交叉，干扰更为明显。可调谐半导体激光光谱技术，是利用红外光谱，针对不同分子吸收光谱的差异部分进行检测的，具有快速、稳定、非接触式等优点。
3.针对天然泄漏检测，主要是以甲烷和乙烷的浓度来判断的，但是不管是乙烷在甲烷的泛频或组合频吸收谱附近，还是甲烷在乙烷的泛频或组合频附近均有低约两到三个数量级的吸收强度，当需要二者同步检测的时候，一旦一种气体浓度在103ppm量级以上，另一种气体特征光谱处吸收强度将超过空气中正常浓度的吸收强度，给检测结果带来干扰和误判，针对该检测方法，一般只能根据经验给出泄漏可能性百分值的粗略结果，无法给出准确的甲烷和乙烷浓度值及判断结果，不确定的结论就会有可能留下极大的安全隐患，同时给后续排查工作带来极大的困难。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种天然气泄漏检测方法，以解决现有检测方法中甲烷和乙烷互相干扰导致判断不准确的技术问题。同时，本发明还提供一种天然气泄漏检测装置。
5.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.一种天然气泄漏检测方法，包括以下步骤，步骤(1)：采样模块将待测气体送入气体吸收池，激光器发出特定的第一波长、第二波长的红外激光，可被待测气体中的甲烷、乙烷吸收，红外激光接收模块检测被所述待测气体吸收后的红外激光并转变成探测电信号，发送给数据处理模块，如果能判断是天然气泄漏并达到报警条件，则启动报警模块，如果被测气体中有甲烷气体但不能判断是天然气泄漏，则执行步骤(2)；
7.步骤(2)：采样模块将待测气体送入甲乙烷分析柱，将甲烷、乙烷气体分离，再分别送入气体吸收池，依次得到对应甲烷、乙烷气体独立的电信号，发送给数据处理模块，结合步骤(1)中测得的数据，再次判断，如果能判断是天然气泄漏并达到报警条件，则启动报警模块。
8.进一步地，步骤(1)中，如果测得的甲烷浓度j1小于n1，则判断不是天然气泄漏，则不启动报警模块，也不执行步骤(2)。
9.进一步地，步骤(1)中，如果测得的乙烷浓度y1为零，则判断不是天然气泄漏，则不启动报警模块，也不执行步骤(2)。
10.进一步地，如果测得的甲烷浓度j1,测得的乙烷浓度y1，n1≤j1/y1≤n 2，则不能判断天然气是否泄漏，执行步骤(2)，步骤(2)中测得的甲烷浓度j2，乙烷浓度y2，如果j2/y2大于设定值，则启动报警模块。
11.在执行步骤(2)时，步骤(1)暂停将待测气体送入气体吸收池。
12.用于实施上述天然气泄漏检测方法的检测装置，包括采样模块、激光器、激光器控制器、气体吸收池、红外激光接收模块、数据处理模块、甲乙烷分析柱，采样模块可选择地将被测气体送至气体吸收池或甲乙烷分析柱，激光器控制器与激光器连接，用于调整激光器发出相应波长的激光；激光器控制器、激光器、气体吸收池及红外激光接收模块构成红外光谱吸收检测单元，红外激光接收模块与数据处理模块连接，数据处理模块用于对采集到的数据进行分析处理以判断是否为天然气泄漏，报警模块与数据处理模块连接。
13.进一步地，所述气体吸收池为长光程吸收池。
14.进一步地，所述激光器包括激光二极管，红外激光接收模块包括光电二极管。
15.本发明的有益效果：
16.本发明的天然气泄漏检测方法，是先通过激光光谱吸收检测方法进行采样、检测，如果根据检测数据能够判断是天然气泄漏则直接报警，如果不能判断是天然气泄漏还是生物气干扰导致的，则利用甲乙烷分析柱将采样气体中的甲乙烷分离,然后通过激光光谱吸收检测方法进行检测，可以得到更准确的甲乙烷浓度数据，再基于此数据给出是否为天然气泄漏的准确判断结果，避免因甲烷和乙烷相互干扰，给出错误判断，造成严重的安全事故或不必要的抢修施工。
附图说明
17.图1是本发明天然气泄漏检测方法的原理图。
具体实施方式
18.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。
19.实施例：
20.本发明的天然气泄漏检测方法，主要是将激光光谱吸收检测开创性的引入甲乙烷分析柱，达到精准判断是否存在天然气泄漏，可以应用在便携式天然气泄漏检测仪上，移动检测车上或者天然气管道沿线的固定检测站点。具体方法如下：
21.包括以下步骤，步骤(1)：先利用激光光谱吸收法进行检测，采样模块将待测气体送入气体吸收池，激光器发出特定的第一波长、第二波长的红外激光，可被待测气体中的甲烷、乙烷吸收，红外激光接收模块检测被所述待测气体吸收后的红外激光并转变成探测电信号，发送给数据处理模块，如果能判断是天然气泄漏并达到报警条件，则启动报警模块，如果被测气体中有甲烷气体但不能判断是天然气泄漏，则执行步骤(2)。
22.激光器采用半导体激光器，也叫激光二极管，在激光控制器的控制下，可发出1653nm、1683nm波长的红外光，分别用于检测甲烷、乙烷气体浓度。波长也可设置在该值附近范围内，甲烷、乙烷吸收特定波长的光也是现有技术，不再详述。
23.气体吸收池为长光程吸收池，上述特定波长的光经过气体吸收池会被相应待测气
体吸收一部分，红外激光接收模块检测衰减后的红外激光并转变成探测电信号，发送给数据处理模块。数据处理模块是个广义的定义，可以是采集信号、信号处理分析一体，还可包括数据预处理，如对信号滤波、放大、模数转换处理，数据处理分析的原理是现有技术，不再详述，在本实施例中主要是应用。
24.报警模块，用于当所述数据处理模块确认被测目标存在天然气泄漏时，发出报警信号。
25.步骤(2)：采样模块将待测气体送入甲乙烷分析柱(也称色谱柱)，将甲烷、乙烷气体分离，再分别送入气体吸收池，依次得到对应甲烷、乙烷气体独立的电信号，发送给数据处理模块。结合步骤(1)中测得的数据，再次判断，如果能判断是天然气泄漏并达到报警条件，则启动报警模块。步骤(2)与步骤(1)中所使用的气体吸收池是同一个，为避免两步骤相干扰，在执行步骤(2)时，步骤(1)需要暂停设定时间(时间可以根据甲乙烷的分离速度而定)，也即步骤(1)中的往气体吸收池送入采样气体这一管路是不通的，可以通过电磁阀控制。步骤(2)检测完成，恢复步骤(1)的执行。
26.甲乙烷分析柱何时进行采样检测，受甲乙烷分析柱中的控制模块控制，正常情况下是不会启动该步骤检测的，只有当步骤(1)不能准确判断是否应该报警时，才需借助甲乙烷分析柱进一步检测甲烷、乙烷浓度。由于甲烷、乙烷分别独立检测，不存在互相干扰，因此可以得到准确的甲烷、乙烷浓度数据，从而可以辅助判断是否达到报警条件，避免了同步检测方式导致的误报警或者延迟报警。
27.其中，甲乙烷分析柱，可以将采集到的混合气体,将甲乙烷分别送入长光程吸收池,依次测得甲烷、乙烷的气体浓度。
28.为更好地理解本发明，将检测结果分为以下几种情况：步骤(1)中，如果测得的甲烷浓度j1小于n1，则判断不是天然气泄漏，则不启动报警模块，也不执行步骤(2)。存在少量甲烷，也可能是附件沼气池等产生的气体，而非天然气泄漏。
29.如果测得的乙烷浓度y1为零，则判断不是天然气泄漏，则不启动报警模块，也不执行步骤(2)。被测气体中不含乙烷，则可以判断不是天然气，因为天然气中含有一定量的乙烷气体，甲乙烷比例约是9.4:1，越接近这个比例，天然气泄漏可能性越大。
30.步骤(1)中，测得的甲烷浓度j1，乙烷浓度y1，如果n1≤j1/y1≤n 2，则不能判断天然气是否泄漏，执行步骤(2)，如果步骤(2)中测得的甲烷浓度j2，乙烷浓度y2，j2/y2大于设定值，则启动报警模块。通过步骤(1)测得的甲乙烷浓度比j1/y1在可能是天然气泄漏导致的气体浓度达到报警条件，也可能是甲烷对乙烷测量值干扰导致的、未必是泄漏，因此需要借助步骤(2)通过色谱仪进一步检测分析，综合判断后再决定是否报警。
31.进一步地，步骤(1)中，如果测得的甲烷浓度j2,乙烷浓度y2，n2＜j2/y2，则判断是天然气泄漏，启动报警模块。此种情况下，乙烷浓度不为零；如果乙烷浓度为零，则优先执行上面的“如果测得的乙烷浓度y1为零，则判断不是天然气泄漏”。即使对乙烷气体测量存在干扰，则因甲乙烷浓度比j2/y2接近天然气成分比例，可以判定是天然气泄漏。
32.用于实施上述天然气泄漏检测方法的检测装置，如图1所示，给出了原理框架图，包括采样模块、激光器、激光器控制器、气体吸收池、红外激光接收模块、数据处理模块、甲乙烷分析柱。采样模块可选择地将被测气体送至气体吸收池或甲乙烷分析柱。
33.激光器控制器与激光器连接，用于调整激光器发出所需波长的激光，可以同时发
出不同波长的光，激光器包括激光二极管，也称为半导体激光器。激光器控制器、激光器、气体吸收池及红外激光接收模块构成红外光谱吸收检测单元，红外激光接收模块包括光电二极管。气体吸收池选用长光程吸收池。
34.红外激光接收模块与数据处理模块连接，数据处理模块用于对采集到的数据进行分析处理以判断是否为天然气泄漏，报警模块与数据处理模块连接。报警模块，用于当数据处理模块确认被测目标存在天然气泄漏时，发出报警信号，报警模块采用现有技术中的，包括但不限于声光报警、短信息提示报警，还可是远程报警。
35.本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本技术相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种天然气泄漏检测方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤(1)：采样模块将待测气体送入气体吸收池，激光器发出特定的第一波长、第二波长的红外激光，可被待测气体中的甲烷、乙烷吸收，红外激光接收模块检测被所述待测气体吸收后的红外激光并转变成探测电信号，发送给数据处理模块，如果能判断是天然气泄漏并达到报警条件，则启动报警模块，如果被测气体中有甲烷气体但不能判断是天然气泄漏，则执行步骤(2)；步骤(2)：采样模块将待测气体送入甲乙烷分析柱，将甲烷、乙烷气体分离，再次分别送入所述气体吸收池，依次得到对应甲烷、乙烷气体的电信号，发送给数据处理模块，结合步骤(1)中测得的数据，再次判断，如果能判断是天然气泄漏并达到报警条件，则启动报警模块。2.根据权利要求1所述的天然气泄漏检测方法，其特征在于：步骤(1)中，如果测得的甲烷浓度j1小于n1，则判断不是天然气泄漏，则不启动报警模块，也不执行步骤(2)。3.根据权利要求1所述的天然气泄漏检测方法，其特征在于：步骤(1)中，如果测得的乙烷浓度y1为零，则判断不是天然气泄漏，则不启动报警模块，也不执行步骤(2)。4.根据权利要求2所述的天然气泄漏检测方法，其特征在于：步骤(1)中，测得的甲烷浓度j1，乙烷浓度y1，如果n1≤j1/y1≤n 2，则不能判断天然气是否泄漏，执行步骤(2)，步骤(2)中测得的甲烷浓度j2，乙烷浓度y2，如果j2/y2大于设定值，则启动报警模块。5.根据权利要求1所述的天然气泄漏检测方法，其特征在于：在执行步骤(2)时，步骤(1)暂停将待测气体送入气体吸收池。6.用于实施如权利要求1所述天然气泄漏检测方法的检测装置，其特征在于：包括采样模块、激光器、激光器控制器、气体吸收池、红外激光接收模块、数据处理模块、甲乙烷分析柱，采样模块可选择地将被测气体送至气体吸收池或甲乙烷分析柱，激光器控制器与激光器连接，用于调整激光器发出相应波长的激光；激光器控制器、激光器、气体吸收池及红外激光接收模块构成红外光谱吸收检测单元，红外激光接收模块与数据处理模块连接，数据处理模块用于对采集到的数据进行分析处理以判断是否为天然气泄漏，报警模块与数据处理模块连接。7.根据权利要求6所述的检测装置，其特征在于：所述气体吸收池为长光程吸收池。8.根据权利要求6所述的检测装置，其特征在于：所述激光器包括激光二极管，红外激光接收模块包括光电二极管。

技术总结
本发明涉及一种天然气泄漏检测方法及检测装置，包括以下步骤，步骤(1)：采样模块将待测气体送入气体吸收池，激光器发出特定的第一波长、第二波长的红外激光，可被待测气体中的甲烷、乙烷吸收，红外激光接收模块检测被所述待测气体吸收后的红外激光并转变成探测电信号，发送给数据处理模块，如果能判断是天然气泄漏并达到报警条件，则启动报警模块，如果不能判断是天然气泄漏，则执行步骤(2)；采样模块将待测气体送入甲乙烷分析柱，再分别送入气体吸收池，依次得到对应甲烷、乙烷气体独立的电信号，发送给数据处理模块，再次判断，如果能判断是天然气泄漏，则启动报警模块。该检测方法能够避免甲乙烷气体互相干扰的问题，判断结果更准确。更准确。更准确。


技术研发人员：张新华 徐亚辉 李依霖
受保护的技术使用者：河南科升电子有限公司
技术研发日：2023.03.22
技术公布日：2023/7/25