一种用于天然气泄漏的自动检测装置及方法与流程

本发明涉及天然气应用领域，具体的说是一种用于天然气泄漏的自动检测装置及方法。

背景技术：

液化天然气（LNG）作为一种清洁、高效的能源，近年来在工业和民用中得到广泛的应用，成为增长最迅猛的能源之一。LNG具有超低温和易燃易爆等危险特性，一旦发生泄漏，低温LNG蒸汽将迅速扩散，如遇到点火源则可能引发火宅爆炸等灾难性后果。目前LNG运输主要有管道、罐车和船舶三种方式，在运输过程中，由于管道阀门、连接装置、储罐罐体等处可能出现断裂与破损，导致在运输和储存过程中发生气体泄漏，不易被发现，从而导致安全事故的发生。目前采用安装化学式天然气泄漏检测仪进行检测，其检测灵敏度低，响应时间长，漏检几率大，导致出现泄漏时不易发现，主动检测意识不够。为了保障天然气的安全运输和储存，研发一套实时在线检测管道、罐车和船舶的气体泄漏报警系统显得尤为重要。

技术实现要素：

针对目前检测技术的缺陷，本发明提出一种能实现天然气泄漏全方位检测，提高检测灵敏度，减少响应时间的全自动泄漏检测装置及方法。

一种用于天然气泄漏的自动检测装置，包括固定装置、多个检测头、信号处理系统和监控系统，所述固定装置包括两根立杆，分别安装在检测区域两旁；多个检测头安装在立杆上；所述检测头包括用于和立杆连接的安装底座、安装在安装底座上的水平角度调节结构、安装在水平调节机构上的俯仰角度调节机构以及安装在俯仰角度调节机构上的激光收发装置；所述激光收发装置的信号输出端与信号处理系统相连接，信号处理系统的信号输出端与监控系统相连接。

本发明通过水平角度调节结构和俯仰角度调节结构调节激光出光角度，使激光器发出的激光覆盖罐车罐体及阀门组仓或管道上方，当待测区域发生泄漏，系统会检测到泄漏浓度，泄漏位置，其高灵敏度和高响应速度保证了检测精度，减轻操作人员的工作强度，保障LNG运输和储存的安全，保障LNG加气站的安全、高效、稳定的运营。

所述水平角度调节机构包括旋转轴、调控杆、调控器和水平角度固定螺钉；水平角度调节机构通过旋转轴与安装底座连接，通过调节调控杆调节水平角度；

所述俯仰角度调节机构包括俯仰角度固定螺钉、旋转螺栓和光机托架，通过旋转光机托架可以调节俯仰角度。

所述激光收发装置包括筒体、探测器电路、探测器电路安装板、菲涅尔透镜、连接杆、用于输入外部激光的光纤跳线、准直器支架、准直器、镜片压圈和窗片；所述探测器电路、探测器电路安装板、菲涅尔透镜、连接杆、光纤跳线、准直器支架、准直器、镜片压圈和窗片均安装在筒体内；窗片通过镜片压圈安装在筒体的一端端口，光纤跳线和准直器通过准直器支架安装在筒体内靠近窗片的位置且位于筒体的轴线上，准直器支架通过螺钉与筒体连接；光纤跳线的出射端与准直器相连接；准直器的出射端正对窗片；菲涅尔透镜位于光纤跳线的后部且通过螺钉与筒体内壁相连接；探测器电路安装板位于菲涅尔透镜的后部且通过连接杆与准直器支架连接，探测器电路安装在探测器电路安装板上且位于菲涅尔透镜的焦点上；

所述信号处理系统包括信号线、防爆箱、法兰、分束器、电路板、激光器；所述电路板固定在防爆箱内部，所述的分束器通过法兰与电路板连接，所述激光器的光纤通过法兰与分束器连接，分束器的多个出射端分别与每个激光收发装置的光纤跳线相连接；所述信号线的一端与电路板连接，另一端与监控系统连接，探测器电路的信号输出端与电路板相连接，电路板对探测器电路接收到的光信号进行处理（利用TDLAS即可调谐激光吸收光谱技术进行处理），得出气体浓度；

所述监控系统包括显示屏、工控机和声光报警装置，当信号处理系统通过信号线将检测到的气体浓度信号传输给监控系统，显示屏显示浓度值，当浓度超过设定值时，工控机控制声光报警装置启动报警。

光机托架通过螺栓连接有一个位于筒体上方的防雨罩，所述光机托架通过连接螺栓与筒体连接，防雨罩对激光收发装置起到保护作用。

所述激光器为蝶形激光器；还包括辅助系统，所述辅助系统包括望远镜和激光测距仪。激光测距仪用来判断是否有车辆进入待测区域，若有车辆进入，开启检测头装置，望远镜用来长距离管道监测。

一种用于天然气泄漏的自动检测方法，所述方法步骤如下：

步骤一：系统开机自检；

步骤二：检测头装置启动，激光器点亮，系统运行；

步骤三：激光器发出的激光对泄漏区域进行穿透，菲涅尔透镜对发射回来的光进行聚焦，探测器电路接收光信号；

步骤四：若有LNG泄漏，激光返回的光强变弱，信号处理系统对返回光强信号进行处理，得出泄漏浓度并显示；

步骤五：现场声光报警装置启动，现场操作人员立即进行泄漏点处理；

步骤六：信号处理系统将泄漏浓度值传输到中控室监控系统，便于泄漏点处理和数据分析；

步骤七：系统复位。

本发明的有益效果是：本发明具有自动化程度高，检测精度高，响应速度快，适用场合多等优点，能够准确检测到泄漏点位置和气体泄漏浓度，同时减轻了现场操作人员的劳动强度，保障LNG运输和储存的安全，保障LNG加气站的安全、高效、稳定的运营。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的系统结构图。

图2是本发明的泄漏检测示意图。

图3是本发明的检测头结构示意图。

图4是本发明所述筒体的内部结构示意图。

图5是本发明的信号处理系统构成图。

图6是本发明的信号处理系统流程图。

1-立杆，2-检测头，3-安装底座，4-水平角度固定螺钉，5-旋转轴，6-调控杆，7-调控器，8-俯仰角度固定螺钉，9-旋转螺栓，10-光机托架，11-防雨罩，12-筒体，13-探测器电路，14-探测器电路安装板，15-菲涅尔透镜，16-连接杆，17-光纤跳线，18-准直器支架，19-准直器，20-镜片压圈，21-窗片，22-信号线，23-防爆箱，24-法兰，25-分束器、26-电路板、27-激光器。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。

如图1至图5所示，一种用于天然气泄漏的自动检测装置，包括固定装置、多个检测头2、信号处理系统和监控系统，所述固定装置包括两根立杆1，分别安装在检测区域两旁；多个检测头2安装在立杆1上；所述检测头2包括用于和立杆1连接的安装底座3、安装在安装底座3上的水平角度调节结构、安装在水平调节机构上的俯仰角度调节机构以及安装在俯仰角度调节机构上的激光收发装置；所述激光收发装置的信号输出端与信号处理系统相连接，信号处理系统的信号输出端与监控系统相连接。

本发明通过水平角度调节结构和俯仰角度调节结构调节激光出光角度，使激光器发出的激光覆盖罐车罐体及阀门组仓或管道上方，对泄漏点进行全覆盖，实现全方位全自动的泄漏检测，当待测区域发生泄漏，系统会检测到泄漏浓度，泄漏位置，其高灵敏度和高响应速度保证了检测精度，减轻操作人员的工作强度，保障LNG运输和储存的安全，保障LNG加气站的安全、高效、稳定的运营。

所述水平角度调节机构包括水平角度固定螺钉4，旋转轴5、调控杆6、和调控器7；水平角度调节机构通过旋转轴5与安装底座3连接，旋转轴5通过平键与调控器7连接，调控杆6通过多边形外表面与调控器7的多边形内孔配合连接，水平角度固定螺钉4端面与调控杆6的侧面连接，通过旋入水平角度固定螺钉4，调控杆6角度改变，调控器7随之旋转，通过平键将转动传递给旋转轴5，使旋转轴5旋转，从而调节水平角度满足检测头2中激光器出光覆盖罐车罐体及阀门组仓或穿过管道上方；

所述俯仰角度调节机构包括俯仰角度固定螺钉8、旋转螺栓9和光机托架10，俯仰角度固定螺钉8安装在旋转轴5上，俯仰角度固定螺钉8端面与光机托架10侧面连接，光机托架10通过旋转螺栓9与旋转轴5连接，筒体12通过螺钉与光机托架10连接，通过旋入俯仰角度固定螺钉8使光机托架10绕旋转螺栓9旋转，使光机托架10改变俯仰角度，从而改变筒体12以及安装在筒体12中的激光收发装置其他部件的俯仰角度，满足检测头2中激光器出光光斑均匀覆盖LNG储运罐车尾舱舱门；

所述激光收发装置包括筒体12、探测器电路13、探测器电路安装板14、菲涅尔透镜15、连接杆16、用于输入外部激光的光纤跳线17、准直器支架18、准直器19、镜片压圈20和窗片21；所述探测器电路13、探测器电路安装板14、菲涅尔透镜15、连接杆16、光纤跳线17、准直器支架18、准直器19、镜片压圈20和窗片21均安装在筒体12内；窗片21通过镜片压圈20安装在筒体12的一端端口，光纤跳线17和准直器19通过准直器支架18安装在筒体12内靠近窗片21的位置且位于筒体12的轴线上，准直器支架18通过螺钉与筒体12连接；光纤跳线17的出射端与准直器19相连接；准直器19的出射端正对窗片21；菲涅尔透镜15位于光纤跳线17的后部且通过螺钉与筒体12内壁相连接；探测器电路安装板14位于菲涅尔透镜15的后部且通过连接杆16与准直器支架18连接，探测器电路13安装在探测器电路安装板14上且位于菲涅尔透镜15的焦点上；

所述信号处理系统包括信号线22、防爆箱23、法兰24、分束器25、电路板26、激光器27；所述电路板26固定在防爆箱23内部，所述的分束器25通过法兰24与电路板26连接，所述激光器27的光纤通过法兰24与分束器25连接，分束器25的多个出射端分别与每个激光收发装置的光纤跳线17相连接；所述信号线22的一端与电路板26连接，另一端与监控系统连接，探测器电路13的信号输出端与电路板26相连接，电路板26对探测器电路13接收到的光信号进行处理，得出气体浓度；

所述监控系统包括显示屏、工控机和声光报警装置，当信号处理系统通过信号线22将检测到的气体浓度信号传输给监控系统，显示屏显示浓度值，当浓度超过设定值时，工控机控制声光报警装置启动，现场报警，通知操作人员进行处理。

光机托架10通过螺栓连接有一个位于筒体12上方的防雨罩11，所述光机托架10通过连接螺栓与筒体12连接，防雨罩11对激光收发装置起到保护作用。防雨罩11对激光器收发装置起到保护作用；

一种用于天然气泄漏自动检测方法，所述方法步骤如下：

步骤一：系统开机自检；

步骤二：检测头2装置启动，激光器27点亮，系统运行；

步骤三：激光器27发出的激光对泄漏区域进行穿透，菲涅尔透镜15对发射回来的光进行聚焦，探测器电路13接收光信号；

步骤四：若有LNG泄漏，激光返回的光强变弱，信号处理系统对返回光强信号进行处理，得出泄漏浓度并显示；

步骤五：现场声光报警装置启动，现场操作人员立即进行泄漏点处理；

步骤六：信号处理系统将泄漏浓度值传输到中控室监控系统，便于泄漏点处理和数据分析；

步骤七：系统复位。

以检测液化天然气（LNG）储运罐车泄漏为例，本发明的具体工作流程可分为以下几个步骤：

步骤一：LNG储运罐车进入待测区域，测距系统感应到车辆进入；

步骤二：检测头2泄漏检测装置启动，蝶形激光器点亮，系统运行；

步骤三：车辆行进，激光器光斑对罐体进行扫描，行至激光光斑覆盖储运罐车的尾仓时，车辆停止行进；

步骤四：若有LNG泄漏，激光返回的光强变弱，信号处理系统对返回光强信号进行处理，得出泄漏浓度并显示；

步骤五：现场声光报警装置启动，现场操作人员立即进行泄漏点处理；

步骤六：信号处理系统将泄漏浓度值传输到中控室监控系统，便于泄漏点处理和数据分析；

步骤七：系统复位。

本发明的有益效果是：本发明具有自动化程度高，检测精度高，响应速度快，适用场合多等优点，能够准确检测到泄漏点位置和气体泄漏浓度，同时减轻了现场操作人员的劳动强度，保障LNG运输和储存的安全，保障LNG加气站的安全、高效、稳定的运营。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。