傅里叶红外遥感监测技术在石化企业泄漏监测的应用

气体泄漏检测的重要性及现状

国内外典型泄漏事故案例:

a)1984年11月19日,墨西哥国家石油公司在圣胡安尼科的储油设施发生气体泄漏引发爆炸,整个工厂被摧毁,同时对附近村镇造成了巨大影响。事故造成542人死亡,7000多人受伤,35×10⁴人无家可归,受灾面积达27×104m³。

b)2003年12月23日,在重庆市开县发生特大井喷事故,富含硫化氢的天然气猛烈喷射30多米高,失控的有毒气体随空气迅速向四周弥漫,导致距离气井较近的重庆市开县4个乡镇60000多灾民需要紧急疏散转移。事故共造成243人硫化氢中毒死亡、2142人硫化氢中毒住院治疗、65000人被紧急疏散安置。

c)2018年11月28日,某公司氯乙烯气柜发生泄漏,泄漏的氯乙烯穿越厂区围墙扩散到外部公路上,遇明火发生爆燃,导致停放在公路两侧等候卸货的车辆司机等24人死亡(其中1人后期医治无效死亡)、22人受伤。

d)2023年1月15日,某公司烷基化装置在维修过程中发生物料泄漏,连续4次实施带压堵漏未能成功,大量物料喷出引发着火爆炸,造成13人死亡、35人受伤。

气体检测现状概述

目前石化企业开展泄漏监测的主要手段包括固定式可燃气体报警仪、基层班组日常巡检以及定期开展的泄漏检测与修复(LDAR)等几种传统方式。但这些方式或多或少存在一些缺陷,导致泄漏往往不能在*一时间被发现,给安全生产带来潜在威胁。如固定式可燃有毒气体报警仪因位置固定而无法对远离报警仪的泄漏或塔、罐等高点泄漏进行有效监测;人员巡检因时间、频次问题无法对潜在泄漏点开展全天候监测;LDAR检测因检测点位分散、检测费时费力等原因只能阶段性或定期开展,一般作为泄漏监测的补充手段使用。

傅里叶红外遥感监测技术是典型的开路光谱气体遥测技术,采用该技术的探测器主要工作波段与石化企业重点关注的烷烃、烯烃、芳香烃等有机物及氨气等无机物的红外吸收光波段高度重合。因此,其可以快速、准确地对穿过探测光路的挥发性有机物进行识别和测量,且监测响应时间较短(通常为数秒),大幅提高了气体监测的空间和时间覆盖效率。相比于传统的固定式检测方式,开路光谱遥测技术由于具备范围广、距离远、非接触、空间和时间覆盖效率高、无需预采样、快速定位泄漏源和动态直观等优点,已逐渐成为石化企业气体泄漏检测的有效手段*一。

厂界是石化企业气体泄漏监控的重点,图1是包括开放光路、固定点和社区点等传感器在内的石化企业厂界气体泄漏监测系统。系统依据多个光路采集数据进行遥感监测,每一个光路可有数百米长,通过围栏式监测系统,同时结合多个光路中间设置的固定式气体传感器,共同对泄漏的气体云团开展在线监测。

快速、准确检测泄漏的重要性

石油炼制工艺流程复杂、环节众多,泄漏风险始终贯穿于整个生产过程中,如机泵、压缩机、阀门、法兰等均是物料的主要泄漏点。物料发生泄漏后会带来一定的安全风险,一旦处置不当将极有可能引发生产安全事故。因此,如果泄漏可以被及时发现、及时处置,将会有效降低事故发生的可能性。

傅里叶红外遥感监测原理

傅里叶变换红外检测仪采用红外光谱特征识别原理,背景(天空、森林、城市、围墙等)发出的红外辐射被接收望远镜收集,进入干涉仪,由干涉仪动镜扫描形成光程差产生干涉,经探测器进行光电转换后,由A/D转换器将电信号转换成数字信号,然后经傅里叶变换(FFT变换)得到由等效辐射亮温差产生的红外光谱信号。傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪内部工作原理如图2所示。

当泄漏的气体形成云团并进入检测仪视场后,由于气体云团的吸收和发射特性使其光谱图发生改变。通过对现场的光谱图进行识别,就可以实现对多种泄漏气体进行快速、高灵敏度的定性识别和半定量浓度反演。傅里叶红外遥测检测仪工作方式如图3所示。

傅里叶红外遥感监测是开路气体遥测中用途最*泛的技术,它可以同时测量空气中多种化学物质,不仅能对空气中的待测气体进行远距离的定性和定量分析,还可以通过成像技术来精确溯源,并且可分析气体扩散趋势,为下一步应急处置工作提供重要的技术支持。同时,因其无需任何样品制备的特点,还杜绝了传感器污染的发生,使仪器的操作和维护变得简单。

在实时监测过程中,设备还可以通过旋转云台的固定轨迹扫描准确判定气体云团的形状和尺寸,将检测气体云团的空间分布信息叠加在可视或红外图像,使检测结果更加直观。当采用2台设备进行联合测试时,借助GPS系统还可以获得气体云团的具体位置信息。

结论

a)傅里叶红外遥感监测技术解决了传统固定式气体报警器检测范围受限的缺陷,不但可以在较短时间内识别到泄漏情况,还可以获取空间区域内危险气体的具体组分以及分布扩散趋势。

b)傅里叶红外遥感检测仪可在石化企业实现大范围泄漏监测,同时,结合气象数据、地形、生产工艺流程以及周边企业情况,还可以对泄漏气体进行精确溯源和危险预警评估,为泄漏发生后的应急处置提供了重要的技术支撑。

c)石化企业未来的气体泄漏监测是将多种气体传感器采集的信息集中融合。通过气体遥测装备与固定式气体报警器可以建立起一定区域范围内的立体监测网络,为及时、准确发现泄漏提供有效手段。