红外气体检测技术在天然气安全生产中的应用

红外气体检测技术在天然气安全生产中的应用李黎( , 王一丁 李树维摘要：从检测原理和检测技术上，对应用在天然气生产过程中，检测易燃易爆或有毒气体的红外气体传感技术进行了分析。采用红外可调谐激光光谱技

红外气体检测技术在天然气安全生产中的应用 1( , 李黎王一丁李树维 摘要： 从检测原理和检测技术上，对应用在天然气生产过程中，检测易燃易爆或有毒气体的 TDLS 红外气体传感技术进行了分析。采用红外可调谐激光光谱技术（）结合波长调制技术 WMS （），对天然气管道传输中的甲烷气体泄露进行远距离检测，有效克服了长距离检测 中激光照射到地表物体之后存在的严重光散射和光吸收所带来的系统误差。分析了含硫天然 气井喷或泄露时，硫化氢气体的红外检测方法。在空气中水蒸气和甲烷气体的干扰下，通过 分析硫化氢、水蒸气和甲烷红外吸收谱线的分布情况，选择出可用的硫化氢吸收谱线。同时 根据谱线交叠情况建立起二元一次方程组，能够在不同浓度甲烷气体干扰下同时计算出甲烷 和硫化氢的浓度。 关键词： 红外气体检测；易燃易爆；天然气泄露；硫化氢 中图分类号文献标识码 O436A ：： 1 引言 在天然气开采、管道输送等生产运行中，容易引发事故的重大隐患之一是气体以及有毒 CH 气体的泄露。天然气是易燃易爆气体，主要包括甲烷（）、乙烷等烷烃气体。有毒气体 4 HS 主要是硫化氢（）、氮氧化合物等。甲烷在天然气组分中，占有很高的比例，以松辽盆 2 61.98%98.34%[1-2] 地为例，天然气中的甲烷浓度在到之间。在一些天然气井中伴生有硫化 [3-5] 氢气体，这对天然气开采施工人员和附近的居民带来了严重危害。同其它气体测量技术， 如电化学法，催化燃烧法，接触反应法，以及气相色谱法等比较起来，红外气体检测技术在 检测甲烷等气体的泄漏情况，具有极高的准确性和灵敏度。同时具有动态测量范围大，响应 时间快，不易受其它气体干扰等优点。因此使用高精度、高灵敏度、稳定耐用的在线或远程 红外气体检测设备，对保证天然气企业的安全生产，是具有重要意义的。 2 红外气体检测原理 多数双原子分子和多原子分子，在红外光谱范围里有其分子结构所决定的特征吸收谱。 因此可以根据气体红外吸收光谱的特点来获得气体的种类、浓度等信息。以甲烷气体为例， 3.37.651.331.66 在中红外微米和微米附近存在两个基本吸收光谱，在近红外微米和微米 [6] 分别存在组合频带和泛频带。红外甲烷检测基于甲烷气体对红外光吸收的原理，当一定 波长的红外光通过被测气体，气体在其吸收谱线处吸收红外光，在红外探测器上便可以检测 Lambert-Beer[7] 出光强度的变化。根据定律可以得到气体的吸收情况： 1 （） II(ν)lC 这里是入射光强度，是气体吸收之后的光强度，是气体的吸收长度，是气体浓度， 0 -1 α(ν)νcm 是在频率处的吸收系数，单位是。 1979.8 李黎，女，， 集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区，吉林大学电子科学与工程学 130012 院，长春， “863”2007AA06Z1122007AA03Z446 项目资助：计划（编号：；）资助。李树维男，吉林省松原市吉 138000 林油田监理公司，。