Дистанционный детектор метана для авиационного обследования газопроводов

Дистанционный детектор метана для авиационного обследования газопроводов Анемометр

Alfa 501

Устройство для контроля концентрации газа в воздухе, оборудованное запорным клапаном аварийного отключения. Используется преимущественно в помещениях с газовым оборудованием (плиты, котлы и так далее). Основная функция – предотвращение аварий в жилых домах и небольших коммерческих помещениях. Относится к типу беспроводных датчиков.

При протечке на аварийный клапан передаётся сигнал мощностью в 12 В. В результате этого газ перекрывается в автоматическом режиме. Открыть клапан можно только вручную, подняв его кнопку. Установив устройство в пределах 1,5 метра от источника газа, можно обеспечить мгновенное срабатывание в случае утечки.

Достоинства

  • Удобный функционал;
  • Быстрое срабатывание;
  • Удобство монтажа;
  • Компактность;
  • Высокая эффективность.

Недостатки

  • Периодические сбои в условиях высокой температуры.

Датчик утечки газа с клапаном универсален и подходит для использования в любых помещениях, за исключением тех, в которых постоянно наблюдается высокая температура.

Он практичен, так как способен в автоматическом режиме перекрыть поток газа, что позволяет избежать его чрезмерного накопления.

Один из первых датчиков газа в помещении, взаимодействующий с технологией Wi-Fi, а также поддерживающий Homekit. Для настройки устройства потребуется просто подключить его к своему смартфону или планшету, используя соответствующее приложение. Модель способна не только определять чрезмерную концентрацию газа в воздухе.

Любые отклонения от нормы станут причиной того, что устройство среагирует звуковым сигналом, а также отправит на смартфон/планшет пользователя соответствующее уведомление. Также состояние воздуха можно отслеживать при помощи светодиодного кольца, способного менять свой цвет в зависимости от условий в помещении.

Достоинства

  • Много полезных функций;
  • Наглядное отображение различных отклонений от нормы;
  • Эргономичное строение;
  • Хорошая чувствительность к изменениям;
  • Поддержка технологии Wi-Fi.

Недостатки

Пользователи отмечают, что это дорогой аппарат, который, однако, имеет много функций, полезных в быту.

С ним можно не только предотвращать крупные утечки газа и их последствия, но и поддерживать высокое качество воздуха в помещении, что благотворно скажется на общем комфорте жильцов дома.

Rubetek kr-gd13

Модель оборудована громкой сиреной, поэтому подходит даже для больших домов. Она срабатывает сразу же после того, как помещение заполняется опасным количеством газа. В данном случае устройство подаёт звуковой сигнал. Вместе с этим доступна настройка отправки SMS-сообщений или Push-уведомлений на мобильный телефон пользователя. Определяет наличие любых газов: пропана, метана, бутана и т.д.

Доступна функция включения/выключения каких-либо устройств в случаях, когда датчик срабатывает. Распространяется только на устройства с электропитанием. Рабочая частота устройства – 433 МГц, протокол RF. Размерные показатели: высота – 35, ширина – 85 мм, длина – 115 мм.

Достоинства

  • Простота;
  • Многофункциональность;
  • Удобная система оповещений;
  • Компактность;
  • Быстрая реакция на утечки.

Недостатки

  • Чрезмерная чувствительность.

Устройство надёжное, так как очень быстро определяет даже небольшие утечки и сразу же оповещает владельца. Оно реагирует на большинство газов, что позволяет пользователю чувствовать полную безопасность. Девайс крайне чувствителен, из-за чего, к примеру – при длительном использовании плиты, также может срабатывать.

Про анемометры:  Угарный газ - "молчаливый убийца": как избежать трагедии

Testo 317-2

Переносной прибор для диагностики утечек в трубопроводах. Для поддержания работоспособности применяются аккумуляторные батареи на 1,5 В, которые располагаются в труднодоступных местах. Для питания используется сразу 2 батареи. Предусмотрена индикация заряда батареи. Полностью заряженный аккумулятор способен поддерживать беспрерывную работу девайса в течение 4 часов.

Результаты измерений отображаются на жидкокристаллический дисплей (там же показывается и уровень заряда батареи). На экране показываются оптические сигналы тревоги. Оборудован высокочувствительным сенсором, осуществляющим диагностику в автоматическом режиме, сразу после включения.

Достоинства

  • Определяет даже малейшие утечки;
  • Прочный корпус;
  • Удобство;
  • Простота;
  • Высокая точность показаний.

Недостатки

  • Высокая цена;
  • Долгое включение.

Testo 317-2 оптимален при проверке утечек в различных местах. Оно крайне мобильно и удобно. Пользователь может безошибочно определять утечки благодаря высокой точности получаемых в результате анализа показаний. Однако для начала работы придётся подождать некоторое время, пока устройство включится.

Xiaomi mi honeywell gas alarm (jtqj-bf-01lm/bw)

Детектор газа с высокой чувствительностью к утечкам метана. Аппарат изготовлен из полностью огнеупорного материала. Он обладает повышенной устойчивостью к помехам, что обеспечивает стабильную работу в любых условиях. Технологии цифровой обработки информации, температурной компенсации и стандартизации позволяют точно анализировать уровень газа в помещении.

В случаях превышения нормы содержания газа в помещении модель способна эффективно оповещать владельца. Предусмотрено 2 типа оповещений: светозвуковой сигнал непосредственно от устройства, а также соответствующе уведомление на мобильный телефон пользователя. Датчик можно использовать вместе с многофункциональными шлюзами, кондиционерами.Xiaomi Mi Honeywell Gas Alarm

Достоинства

  • Удобный корпус;
  • Громкий, яркий светозвуковой сигнал;
  • Высокая чувствительность к метану;
  • Простота;
  • Оперативная отправка уведомлений на телефон.

Недостатки

  • Не реагирует ни на что, кроме метана.

Датчик утечки газа для квартиры, который отлично справляется с обнаружением чрезмерной концентрации бытового газа в помещении. Он прост в установке и использовании, не занимает много места, выглядит довольно стильно. Модель хорошо впишется в дизайн любой квартиры, обеспечивая безопасность в ней.

Бастион б40 дг

Устанавливается на ближайшей к источнику газа стене. Система способна функционировать автономно, либо совместно с другими элементами системы безопасности дома. Реагирует на утечку природного газа, в случае которой генерирует светозвуковой сигнал. Питается от электросети.

Предназначен для частных домов, квартир, офисов.Сопряжение с передачей информации происходят на частоте 433 МГц. Установка осуществляется на стену, на расстоянии до 1,5 метра от источника потенциальной утечки. В устройство встроена сирена, подающая звуковой сигнал мощностью до 95 децибел. Диапазон рабочих температур – от -10 до 45 градусов.

Достоинства

  • Мощная встроенная система обнаружения утечек;
  • Эргономичность;
  • Простой монтаж;
  • Хорошая чувствительность к природному газу;
  • Взаимодействие с другими элементами системы безопасности.

Недостатки

  • Реагирует только на природный газ.

Высококачественный беспроводной датчик утечки газа, который можно использовать в любых помещениях. Однако больше он рассчитан на работу в квартирах/домах, где активно используется природный газ и присутствует риск его утечки. Устройство не оповещает об утечке сжиженного, угарного газов.

Важность точной и быстрой локализации утечек газа

Современная промышленность — как добывающая, так и перерабатывающая — производит и потребляет большое число разнообразных газов. Их утечка может привести к ряду негативных последствий:

  • угроза отравления людей;
  • угроза пожара или взрыва;
  • загрязнение окружающей среды;
  • усиление парникового эффекта;
  • экономические потери;
  • и другие.

Поэтому необходимость своевременного обнаружения и устранения утечек очевидна.

В настоящее время применяется несколько методов, отличающихся сложностью реализации и стоимостью:

  1. Обмыливание мест возможной утечки. Этот метод позволяет обнаружить точное место утечки, а также локализовать сразу несколько утечек на одном участке. Но мыльный раствор приводит к коррозии металлов, что снижает срок эксплуатации оборудования. Этот метод неприменим на объектах, находящихся в местах с минусовой температурой. Также он трудозатратный и малоэффективный.
  1. Установка газоанализатора. Этот метод не позволяет точно определить место утечки и лишь дает информацию о превышении концентрации определенного газа. Детектор прибора настроен на регистрацию определенного газа и не сможет зарегистрировать утечку другого. К плюсам можно отнести компактность и возможность использования каждым сотрудником персонального прибора.
  1. Акустические детекторы. Определяют утечку различных типов газов, но действуют на небольшом расстоянии, а интерпретация их показаний может представлять сложность даже для опытного специалиста.
  1. Оптические детекторы. Самый дорогой из представленных вариантов. Однако позволяет определять утечку большинства используемых в промышленности газов на безопасном для человека расстоянии. За счет детектирования инфракрасного излучения есть возможность определить температуру газового факела.
Про анемометры:  Типовая производственная инструкция «Техническое обследование подземных газопроводов для выявления мест утечек газа и их локализации с бурением скважин» — Портал газовиков

Видеофрагмент с испытаний g4 на самолёте цессна

На Рис. 5 в качестве примера показана карта обследования с вертолёта газопровода в Рязанской области. На карте обозначена траектория полета вертолёта с прибором ALMA G4, на траектории обозначены 3 места зарегистрированных утечек газа, которые отмаркированы разным цветом в зависимости от измеренной концентрации газа.

Рис. 5. Карта обследования газопровода.

Ещё одна модернизация дистанционного детектора газа ALMA G4 – применение механической системы сканирования лазерного луча. В оптический блок прибора дополнительно установлено плоское зеркало, которое отклоняет лазерный луч на регулируемый угол (максимум 15 градусов).

Это зеркало приводится во вращение вокруг отклонённой оси со скоростью 3 оборота в секунду. В результате лазерный луч описывает окружность на топографической мишени. При использовании такой сканирующей системы на летательном аппарате во время обследования газопроводов, траектория перемещения лазерного луча приобретает вид, показанный на Рис. 6.

Рис. 5. Траектория движения лазерного луча по поверхности земли при применении сканирующей системы.

  • Черная линия – проекция траектории вертолета на землю;

  • Красная линия – траектория движения лазерного луча по поверхности земли;

  • Красные точки проставлены через 10 миллисекунд.

Эта траектория перемещения лазерного луча получается на высоте 100 метров при скорости летательного аппарата 100 км/час. Полная ширина области обследования при выбранных параметрах составляет 25 м.

Применение такой системы сканирования позволило увеличить ширину зоны обследования при инспекции газопроводов. Это особенно важно, когда необходимо обследовать несколько параллельных ниток газопровода за один пролёт летательного аппарата. Чувствительность, быстродействие и система сканирования дистанционного детектора ALMA G4 позволяет проводить эффективные обследования газопроводов на предмет утечек газа, а дополнительное применение программы обработки данных и системы видеорегистрации позволяют получить удобный отчёт с полной информацией о газопроводе.

О.В. Ершов – научный сотрудник АО «Пергам-Инжиниринг»

Где используются газодетекторные тепловизионные камеры

Существуют как стационарные исполнения для непрерывного наблюдения за наиболее опасными и критически важными объектами, так и переносные варианты для проведения плановых или экспресс-инспекций. Тепловизоры для поиска утечек газа используются на:

  • Крупных нефтехимических производствах. Большое число мест потенциальных утечек делают работу газоанализаторов неэффективной. С помощью тепловизоров локализовать утечку быстрее и проще.
  • Сталелитейных заводах. Утечка угарного газа может представлять серьезную угрозу для персонала и окружающей среды.
  • На ТЭЦ и АЭС. Своевременное обнаружение утечки охлаждающего водорода — важное условие предотвращения серьезной аварии.
  • Для визуализации токсичных хладагентов.
  • На высоковольтных линиях для предотвращения утечек элегаза из высоковольтных выключателей и КРУО.

Как выбрать тепловизор для поиска утечек газа

Первое, с чем нужно определиться — это с видом газа, утечку которого предполагается детектировать. Для повышения видимости определенных газов на газодетекторные камеры устанавливается фильтр, ограничивающий диапазон спектральной чувствительности. Спектры поглощения большинства используемых в промышленности газов лежат в двух окнах: 3,2-3,5 мкм и 10,2-10,5 мкм.

Тепловизор с чувствительностью в диапазоне 3,2-3,5 мкм подойдет для регистрации утечек:

  • Бензола;
  • Этанола;
  • Этилбензола;
  • Гептана;
  • Изопрена;
  • МЕК;
  • МИБК;
  • и других газов.

Тепловизор с чувствительностью в диапазоне 10,2-10,5 мкм подойдет для регистрации утечек:

  • SF6;
  • Аммиака;
  • Этилена;
  • Фреона 11 и 12;
  • Ацетилхлорида;
  • Фурана;
  • Гидразина;
  • и других.
Про анемометры:  Датчик положения педали газа для Peugeot Partner I Van 2.0 Дизель 90 л.с.

С типом матрицы все проще: большинство представленных на рынке моделей оснащены QWIP-детекторами. Альтернативой им являются КРТ-устройства. Но из-за более сложной эксплуатации и более высокой стоимости они существенно уступают по распространенности.

Поле зрения влияет на размер контролируемой области. Если вам необходимо наблюдать за относительно большим помещением, стоит обратить внимание на этот параметр.

Фокусное расстояние влияет на дистанцию, с которой можно обнаружить утечку. Для большинства представленных на рынке моделей фокусное расстояние колеблется между 0,25 и 0,8 м.

Также стоит обратить внимание на дополнительные возможности: наличие дисплея, возможности записи информации на сменный носитель, совместимость сохраняемых данных со стандартными форматами и другие.

В каталоге нашей компании представлены несколько моделей газодетекторных тепловизионных камер, предназначенных для визуализации большинства используемых в промышленности газов. Они оснащены современными охлаждаемыми детекторами на квантовых ямах и обладают большим количеством дополнительных функций.

Тепловизионная камера модели GF706 предназначена для быстрой регистрации утечек SF6 и имеет диапазон спектральной чувствительности 10,3-10,7 мкм с пиком на 10,55 мкм. Она оснащена охлаждаемым QWIP-детектором с разрешением 320х256 пикселей, видеокамерой с разрешением 5 Мп, цветным OLED микродисплеем и 5-дюймовым LCD-экраном.

Как с помощью тепловизора обнаружить утечку газа

В нашем блоге мы уже не раз писали о тепловизионных камерах различных спектральных диапазонов, способных видеть сквозь пыль, дым и туман. Зная об этих свойствах, вы можете справедливо задаться вопросом, как же с помощью тепловизора обнаружить утечку невидимых веществ.

Камеры видеофиксации

В состав комплектации прибора входит система видеорегистрации с 2 – 4 видеокамерами в различных модификациях детектора. Оператор прибора имеет возможность получать изображение с камер в режиме on-line, в частности для маршрутизации полёта. Записанное видео при обследовании газопровода даёт дополнительную информацию о состоянии газопровода и позволяет получить снимки мест обнаруженных утечек газа.

Лучшие датчики утечки газа для дома

В подборке представлены датчики утечки бытового газа, которые оптимально подходят для использования в домашних условиях. Они предназначены для своевременного определения утечек в жилых помещениях, обеспечивая их жильцам безопасность. Вместе с этим модели рассчитаны на удобную установку даже в небольших помещениях, что делает их простыми в использовании.

Методы визуализации утечек газов

Автор: Б.Б. Хроленко (Компания “ГК РЕСУРС”, руководитель направления по локализации утечек газов)

Опубликовано на портале «Химическая техника», май 2021

Время прочтения: 15 минут

Своевременная локализация утечек газов для нефтегазовых предприятий является важной частью диагностики, потому что утечки могут привести к авариям, отравлению персонала и большим финансовым потерям. Даже небольшая утечка может нанести серьезный ущерб. Чтобы создать эффективную систему контроля объектов на предмет утечек и обеспечить требования промышленной безопасности, нужно определить слабые места таких объектов.

Комплекс мероприятий по выявлению утечек после пусконаладочных работ (ПНР), ремонтных и сварочных работ резервуаров, трубопроводов может быть недостаточным. Так же коррозия металла, разрушение уплотнений из-за вибрации, старение материалов, ослабление резьбы гаек и болтов, воздействие перепадов температур и давления – всё это ведёт к быстрому износу элементов газовых систем. Как следствие, нарушается герметичность, что приводит к утечке газа.

Слабые места нефтегазовых систем:

  • Задвижки и уплотнения газопровода.
  • Уплотнения вентилей трубопроводов.
  • Фланцевые соединения труб.
  • Сальниковые узлы.
  • Патрубки сброса.
  • Клапаны отсечки.
  • Линия продувки.
  • Сосуды под давлением: газоотделители, фильтры.

Система технологической безопасности для предотвращения утечки природного газа и выбросов других углеводородов предполагает регулярные осмотры, планово-предупредительные работы, своевременное обслуживание, эксплуатацию оборудования и систем трубопроводов в соответствии с инструкциями, нормативными документами отрасли.

Методы локализации утечек

Тем не менее, соблюдение общих правил работы со сложными инженерно-техническими системами не гарантирует отсутствие аварий. Для обнаружения утечек используют следующие методы:

  • Дистанционный детектор метана для авиационного обследования газопроводов
    Рисунок 1. Метод «обмыливания».

    Нанесение мыльного раствора на места, подверженные утечкам. Рассмотрим плюсы и минусы данного метода. При «обмыливании» мы видим точное место утечки, а не где-то рядом, также мы можем видеть несколько утечек на одном небольшом участке. Этот метод дешевый и простой в приготовлении. Теперь к минусам: мыльная эмульсия провоцирует коррозию металлов; её невозможно применять при минусовых температурах, к примеру, на предприятиях Севера России (правда, существуют специальные морозостойкие поверхностно-активные вещества (ПАВ)); её необходимо готовить каждый раз перед проверкой, и из-за использования различного мыла и непостоянного состава воды из разных отдельно взятых труб, раствор имеет непостоянные характеристики. Так что «мыльность» от раствора к раствору меняется. Также обмылить большие участки трубопроводов и прочего оборудования очень трудозатратно и малоэффективно.

  • Дистанционный детектор метана для авиационного обследования газопроводов
    Рисунок 2. Многоканальный газоанализатор для
    персональной защиты, измеряющий горючие газы
    и пары, а также O2, CO, NO2, SO2 и H2S.

    Использование газоанализатора в предполагаемом месте утечки. Такие приборы — это второй по доступности метод. Они недостаточно точно определяют место утечки, т.к. работают по концентрации газа в воздухе, также на точность может повлиять незначительный сквозняк или ветер на открытых объектах. Информацию об утечке мы видим либо на дисплее прибора, либо слышим в динамиках, без возможности точной локализации места выхода газа. Детекторы газоанализаторов настроены на конкретный газ, то есть газоанализатор, предназначенный для определения углеводородов, не сработает на монооксид углерода или гелий. То есть даже «обмыливание» нам дает более точные результаты. Также газоанализатор является измерительным прибором, который нуждается в периодической поверке. К преимуществам этих приборов можно отнести удобство в использовании, их портативность и вариативность: есть ручные приборы, мобильные, закрепляемые поверх спецодежды персонала и стационарные с регулируемыми уставками на отключение оборудования и на вывод предупреждающего или аварийного сигнала на пульт управления.

  • Дистанционный детектор метана для авиационного обследования газопроводов
    Рисунок 3. Инспекция конденсатоотводчиков и
    клапанов.

    Детекторы акустические. Эти легкие портативные приборы просты в использовании, не требуют специального обучения, выявляют утечки с расстояния. Как правило, идут в комплекте с наушниками. Имеют регулировку чувствительности датчика и уровня громкости наушников. С помощью гибкого наконечника можно находить утечки в труднодоступных местах. Основным преимуществом является возможность поиска различных типов газов. К недостаткам можно отнести: ограниченное расстояние определения источника утечки, сложность в интерпретации данных, даже для опытного дефектоскописта. Есть большая вероятность принять высокочастотный шум или вибрацию за утечку. В большинстве случаев простые акустические детекторы с одним микрофоном необходимо будет комбинировать с классическими методами поиска утечек.

  • Дистанционный детектор метана для авиационного обследования газопроводов
    Рисунок 4. Применение визуально-акустического
    дефектоскопа на российском НПЗ.

    Из наиболее доступных дистанционных способов можно выделить использование визуально-акустического течеискателя. Прибор позволяет на расстоянии обнаружить утечку газов, измерить объем газа, рассчитать размер потерь в рублях.

Визуально-акустический течеискатель выполнен в корпусе мобильной камеры. Основной рабочий орган – параболические микрофоны. Они регистрируют ультразвук в диапазоне частот 2-35 кГц. Большое количество встроенных микрофонов позволяет дефектоскопу выполнять свою функцию с большой точностью и отсеивать ложные сигналы-помехи.

С 2022 года компания ГК РЕСУРС является официальным дистрибьютором финского производителя Noiseless Acoustics Ltd и эксклюзивно предлагает визуально-акустический дефектоскоп NL-камера. NL-камера является новинкой в сфере неразрушающего контроля и благодаря 124 сверхчувствительным микрофонам способна находить различные источники звука в диапазоне от 2 до 65 кГц, в зависимости от выбранных настроек. А алгоритм искусственного интеллекта на основании данных тысяч измерений сопоставляет и локализует дефект и его характер максимально точно (Рисунок 5).

Дистанционный детектор метана для авиационного обследования газопроводов
Рисунок 5. Дисплей визуально-акустического дефектоскопа NL-camera.

Технология ультразвуковой дефектоскопии

Прибор работает, обнаруживая ультразвуковой сигнал утечек, вызванных турбулентностью газа, создаваемой перепадом давления (Рисунок 6). Звуковая волна достигает микрофонов прибора менее чем на 1 мсек., этого времени достаточно, чтобы 4-х ядерный процессор ARM 1.4 ГГц обработал сигнал, обнаружил местоположение источника звука и визуализировал его. Для ультразвуковой визуализации с большим количеством микрофонов можно провести аналогию с матрицей тепловизора: каждый микрофон подобен пикселю матрицы, и чем больше этих “пикселей”, тем точнее акустическое изображение, и с большего расстояния мы можем инспектировать объекты.

Дистанционный детектор метана для авиационного обследования газопроводов
Рисунок 6. Ультразвуковой сигнал, вызванный турбулентностью газа.

Промышленный шум меньше мешает прибору на высоких частотах. С утечками газов обычно можно добиться хороших результатов, если сконцентрироваться на звуках выше 20 кГц. NL камера моментально обнаруживает звуки, в диапазоне возникновения утечки газов, что дает лучшие результаты с меньшими усилиями пользователя при диагностике. По умолчанию камера не воспринимает почти весь мешающий шум.

  • Инфракрасная камера – это самый эффективный и дорогостоящий вариант дистанционной визуализации утечек (Рисунок 7). Прибор позволяет обнаружить невидимый газ и визуализировать его на дисплее в виде газового облака или потока.
Дистанционный детектор метана для авиационного обследования газопроводов
Рисунок 7. Инфракрасная камера для визуализации углеводородов.

Компания ГК РЕСУРС является дистрибьютором передового производителя тепловизионного оборудования FLIR Systems и для визуализации газов предлагает инфракрасные камеры серии GF. Оборудование компании пользуется заслуженной популярностью и востребовано в нефтегазовой отрасли: на нефтеперерабатывающих заводах, транспортных сооружениях газоперерабатывающих заводов, объектах нефтедобычи.

Как работает оптическая визуализация газа?

Ярким примером работы методов визуализации углеводородов является тепловизор серии GF. Конструктивно тепловизор представляет собой портативный прибор, оснащенный объективом, экраном. Основной рабочий орган – инфракрасный детектор в качестве чувствительного элемента. Электроника обрабатывает сигнал с детектора. На экран выводится термограмма. (Рисунок 8).

Дистанционный детектор метана для авиационного обследования газопроводов
Рисунок 8. Визуализация утечки бутана.

Работа таких устройств основана на том, что газ поглощает инфракрасный спектр в определенном диапазоне. Чувствительная камера определяет, какой конкретно диапазон инфракрасного излучения поглощен и визуализирует это место. Такие камеры созданы на основе самых современных технологий и обладают сверхчувствительными детекторами. Для сравнения большинство углеводородов поглощают инфракрасное излучение в диапазоне 3,2-3,4 микрометра, а углекислый газ (CO2) – 4,2-4,4 микрометра. Это очень узкий спектр, поэтому каждый прибор имеет встроенный специальный фильтр OGI (optical gas imaging – визуализация газов). Фильтр ограничивает длину волны распространения газа, отвечает за визуализацию и вывод графической информации о локализации утечки на экран устройства.

Дистанционный детектор метана для авиационного обследования газопроводов
Рисунок 9. Конструкция системы оптической визуализации газа.

Все объекты испускают и отражают инфракрасное излучение, совокупность этих излучений мы назовем фоновым излучением. Когда это излучение попадает в объектив ИК-камеры, оно проходит через линзу до фильтра, который пропускает на детектор длины волн, соответствующие газам, для поиска которых предназначена данная камера (Рисунок 9). Таким образом, если между фоновыми объектами и ИК-камерой находится утечка газа – “газовое облако”, это облако поглощает часть фонового излучения в спектре соответствующего газу.  При этом количество излучения, передаваемого детектору, будет меньше, что позволяет камере визуализировать газ (Рисунок 10).

Дистанционный детектор метана для авиационного обследования газопроводов
Рисунок 10. Эффект газового облака.

Как видно из принципа работы, между входящим в газовое облако излучением и выходящим из него должна быть разница. На рисунке 11 входящее и выходящие излучения показаны красной и синей стрелками соответственно.

Дистанционный детектор метана для авиационного обследования газопроводов
Рисунок 11. Контраст облака.

Условия визуализации утечек газов инфракрасной камерой:

  • Газ частично поглощает излучение в диапазоне пропускания фильтра камеры.
  • Газовое облако контрастирует с фоном в ИК-спектре.
  • Различные температуры облака газа и фона.
  • Газовое облако подвижно.
  • Точно откалиброванная камера для измерения температуры.

Область применения ИК камер и тепловизоров

На крупных производствах, где эксплуатируется большое количество нефтегазового оборудования с тысячами мест потенциальных утечек, выявить все их при помощи газоанализатора невозможно. Использование ИК-камеры или тепловизора позволяет в десятки раз быстрее выполнить проверку, чем при использовании классических методик.

Для мониторинга и автоматизации процесса обнаружения утечек на критических местах устанавливают не переносные, а стационарные модели. Они ведут круглосуточный мониторинг газопроводов, что удобно для труднодоступных и удаленных объектов. Такие инструменты находятся на буровых платформах морского базирования, на газораспределительных станциях и газоперерабатывающих заводах. Подойдут стационарные оптические средства визуализации углеводородов для биологических газов, нефтехимических заводов, скважин.

Применяется оптическая визуализация газов не только в нефтегазовой отрасли. В энергетике для предотвращения отключений оборудования проверяют высоковольтные выключатели и КРУЭ на предмет утечек элегаза (шестифтористая сера – SF6) ИК-камерой FLIR GF 306. На электростанциях (ТЭЦ, АЭС) работают турбогенераторы с водородным охлаждением. Чтобы находить утечки водорода быстро и эффективно применяют камеру FLIR GF 343, только в качестве индикаторного газа используется углекислый газ СO2. На сталелитейных заводах для защиты персонала и окружающей среды от токсичных концентраций угарного газа (монооксид СО), работают камерой FLIR GF 346. Для визуализации около 10 газообразных хладагентов используют FLIR GF 304. Также существуют универсальные камеры, к примеру неохлаждаемая инфракрасная камера GF-77 способна визуализировать метан (CH4), гексафторид серы (SF6), аммиак (NH3), диоксид серы (SO2), окислы азота (N2O) и другие. Неохлаждаемая камера не имеет модуль с охладителем Стирлинга, что делает ее более компактной и легкой в ущерб чувствительности (Рисунок 12).

Дистанционный детектор метана для авиационного обследования газопроводов
Рисунок 12. Сравнение термограммы с камеры GF320 (слева) и GF77 (справа).

Взрывозащищённая камера тепловизор FLIR GFx320 прошла сертификацию для эксплуатации в зонах класса опасности II по ATEX.

Преимущества инфракрасных приборов

Результаты испытаний оборудования ультразвукового и инфракрасного приборов

Независимо от погодных условий, характерных для различных климатических зон и времени года, проделанная с помощью тепловизоров серии GF работа на объектах одной из нефтедобывающих компаний России принесла ожидаемые результаты. Съемка проводилась при температуре воздуха до – 45°C, в дождь со снегом и в солнечную погоду. Камеры обнаружили самые незначительные утечки этана, пропилена, метана, смеси водорода с 10% содержанием метана.

Также были проведены сравнительные испытания ультразвукового и инфракрасного приборов визуализации газа на одном из крупнейших НПЗ РФ. Основное преимущество инфракрасных камер — это возможность определить направление распространения газового облака, даже в системах, где утечки минимальные, и турбулентность, необходимая для приборов ультразвукового контроля, отсутствует.  Из 10 утечек метана, определенных ИК-камерой GF320, ультразвуковая NL камера локализовала 8 (Рисунок 13).

Дистанционный детектор метана для авиационного обследования газопроводов
Рисунок 13. Работа с ультразвуковой и инфракрасной камерами.

Это достаточно неплохой результат если учесть, что ультразвуковые приборы стоят в 5 раз дешевле инфракрасных. С ИК-камерой можно работать в прямой видимости объекта исследования, а ультразвуковая технология хорошо зарекомендовала себя в поиске утечек по отраженным сигналам в труднодоступных местах. В следующем примере мы наглядно покажем как  на нефтехимическом производстве с помощью визуально-акустического течеискателя NL-камера  в несколько шагов была найдена утечка газа с расстояния до 100 метров методом отраженного сигнала. (Рисунок 14).

Дистанционный детектор метана для авиационного обследования газопроводов
Рисунок 14. Работа с ультразвуковой камерой по отраженному сигналу.

Для более детального сравнения визуально-акустической камеры и инфракрасной камеры GF предлагаем ознакомиться с таблицей 1.

Дистанционный детектор метана для авиационного обследования газопроводов
Таблица 1. Сравнение приборов для локализации утечек газов.

Нужно отметить, что технология инфракрасной визуализации газов значительно эффективнее существующих на данный момент методик. Комплексное использование традиционных методов, ультразвуковой диагностики и оптической инфракрасной визуализации значительно снижает вероятность аварии на оборудовании нефтегазового хозяйства.

Поставили новую электронику

В данной модификации детектора утечек метана применена новая цифро-аналоговая электроника с увеличенной частотой оцифровки и более мощный компьютер, что позволило улучшить быстродействие прибора так, что минимальное время обнаружения утечки стало 0,03 сек.

Преимущества использования тепловизоров для поиска утечек газа

Несмотря на относительно высокую стоимость газодетекторных тепловизионных камер, их использование для контроля газового оборудования и магистралей может принести выгоду в долгосрочной перспективе.

Во-первых, принцип действия газодетекторной тепловизионной камеры с QWIP-сенсором делает ее очень чувствительной — вплоть до регистрации единичных фотонов. Благодаря этому можно осуществлять мониторинг утечек на безопасном для человека расстоянии.

Во-вторых, помощью тепловизора можно обнаружить утечку в кратчайшие сроки и без остановки производственного процесса, что особенно критично на производствах, остановка которых может привести к большим финансовым потерям.

В-третьих, дистанционное наблюдение и особенности работы с ИК-диапазоном дают возможность проверять труднодоступные соединения.

В-четвертых, своевременный контроль и устранение утечек упрощают соблюдение экологического законодательства и минимизируют вероятность получения штрафов.

В-пятых, мониторинг температуры соединений и деталей позволяет осуществлять профилактику утечек.

Принцип работы детектора метана

Принцип работы детектора основан на лазерной спектроскопии и показан на Рис. 1. Применяемый в Детекторе диодный лазер излучает в импульсном режиме с длительностью импульсов около 100 мксек на длине волны 1,65 мкм, в окрестности которой метан имеет несколько линий поглощения.

За управление лазером и обработку данных отвечает специальная on-line программа. Длина волны излучения лазера сканируется в каждом импульсе в окрестности линии поглощения метана. Так измеряется спектр поглощения воздуха в узком спектральном диапазоне.

В результате обработки вычисляется концентрация метана вдоль длины оптического пути лазера от прибора до топографического объекта. Результаты измерения концентрации метана выводятся на экран монитора в виде графика (в режиме реального времени). Все данные записываются в память компьютера для пост-обработки и автоматической генерации отчёта.

Рис. 1: Принцип действия дистанционного детектора газа «ДЛС Пергам»1 –Приемное зеркало; 2 – фотодетектор 3 – лазер; 4 – объектив; 5 – светоделитель; 6 – реперный канал прибора.

При утечке газа из трубопроводов образуется облако метана с неоднородным распределением концентрации газа. При помощи системы GPS, используемой в приборе, можно получать пространственное распределение метана в окрестности места утечки с привязкой к координатам.

Производители датчиков утечки газа

Очень полезным фактором, который может упростить процедуру поиска датчика, является репутация компании, которая произвела модель. В этой подборке присутствуют товары передовых компаний, изготавливающих оборудование для мониторинга утечек, среди которых:

Рейтинг датчиков утечки газа

Составление рейтинга лучших девайсов заняло немало времени у команды ВыборЭксперта, так как каждый из множества номинантов должен был пройти тщательную проверку. Изделия проверялись по нескольким основным аспектам. В первую очередь можно выделить мнение пользователей, купивших датчик и использовавших его на практике.

Не менее важный аспект анализа – технические характеристики девайсов. Посредством их анализа получилось выделить оптимальные для использования в любых условиях варианты. В данном случае учитывалось несколько критериев, среди которых:

  • Функциональность;
  • Сложность установки;
  • Простота использования;
  • Качество функциональных элементов.

В результате комплексного анализа всех описанных факторов получилось отобрать несколько наилучших устройств. Каждое из них обеспечивает безопасность, эффективно, своевременно предупреждая пользователя об утечке газа.

Страж bradex

Подходит для установки в любых помещениях. Способно с высокой точностью и скоростью определять утечки разных видов газа – природного, сжиженного, угарного. В него встроен специальный катализатор, нагревающийся при наличии в воздухе даже малейшей концентрации газа (от 0,1%). Это обеспечивает крайне быструю реакцию на утечки, что позволяет предотвратить их в самом начале.

В модели предусмотрен только 1 тип оповещения – светозвуковой. То есть, она подходит только в случаях, когда в доме или квартире постоянно кто-то находится. Функция отправки дистанционных сигналов отсутствует. Работает устройство напрямую от электросети. Имеет следующие габариты: длина – 110 мм, ширина – 70 мм, высота – 40 мм.

Достоинства

  • Высокая чувствительность ко всем типам газа;
  • Мощные, громкие сигналы;
  • Стабильная работа от электросети;
  • Работает в различных условиях температуры/влажности;
  • Низкая цена.

Недостатки

  • Отсутствие дистанционных уведомлений.

Этот датчик-сигнализатор утечки газа – один из наиболее доступных аппаратов. Он имеет высокую чувствительность к малейшим отклонениям от нормы концентрации газа в воздухе. Способен быстро оповещать пользователя о малейших утечках. Однако оповестить он может только того, кто находится непосредственно в доме/квартире, так как функция дистанционного оповещения отсутствует.

Увеличили мощность и чувствительность

Увеличенная выходная мощность лазера и малошумящая электроника в детекторе ALMA G4 позволили улучшить пороговую чувствительность обнаружения газа. Она составляет 5 ppm*m на высоте 30 метров (высота наилучшей чувствительности). При этом даже на высоте 150 метров пороговая чувствительность прибора составляет 40 ppm*m, что достаточно для обнаружения слабых утечек газа. (Примечание: ppm – part per million – одна миллионная часть объемной концентрации метана.

Улучшили интерфейс и функционал по

Что касается on-line программы управления прибором, то при её модификации не только был улучшен интерфейс пользователя, но также усовершенствована программа обработки сигналов с фотоприемников. В программу включены дополнительные математические процедуры – функции корреляции аналитического и реперного сигналов.

Уменьшили габариты

Последняя модель дистанционного детектора метана – прибор ALMA G4 (Generation 4). Данный прибор разработан специально для применения на летательных аппаратах малой авиации, которые гораздо экономичнее при обследовании газопроводов по сравнению с вертолётами. Его габариты и масса значительно меньше по сравнению с предыдущими моделями детекторов метана.

Габаритные размеры оптического блока: 300х280х340 мм, вес – 5 кг, а вес блока электроники с компьютером – 8 кг. В данной модели детектора применён новый тип диодного лазера с волоконным выходом и дополнительно – полупроводниковый одномодовый усилитель мощности излучения лазера.

Устройство qwip-детектора

QWIP-детектор состоит из нескольких полупроводниковых слоев. Полупроводник с узкой запрещенной зоной помещают между полупроводниками с широкой запрещенной зоной. В результате электроны, оказавшиеся в центральном слое, оказываются запертыми в нем, что приводит к эффекту квантования энергии в поперечном направлении.

Структура квантовых ям
Структура квантовых ям. Источник изображения: Смук Сергей и др. Инфракрасные датчики длинноволнового диапазона на квантовых ямах компании IRnova. — Компоненты и технологии. — №1, 2022

Эти структуры выращиваются на подложке из арсенида галлия. Спектральная чувствительность прибора зависит от ширины и глубины квантовой ямы, которая, в свою очередь, определяется толщиной слоя полупроводника с узкой запрещенной зоной.

Использование технологии квантово-размерных эффектов позволяет увеличить спектральный диапазон детекторов на квантовых точках и даже реализовать схему с двумя окнами спектральной чувствительности, но для задач обнаружения утечек газа эти функции являются избыточными.

Принцип действия детектора на квантовых ямах требует обязательного охлаждения матрицы до криогенных температур, поскольку при комнатной температуре у электронов может оказаться достаточно тепловой энергии для преодоления запрещенной зоны и конечное изображение сильно пострадает из-за шумов.

Охлаждение до криогенных температур снижает тепловую энергию электронов, и преодолеть запрещенную зону они могут, только будучи возбужденными попавшими на приемник фотонами.

Еще одним важным нюансом работы QWIP-детектора является необходимость поляризации падающего излучения вдоль слоя с квантовыми ямами. Как правило, для ввода излучения в поляризационный слой используют двумерную поляризационную решетку.

Чем опасны утечки газа

Важной частью техносферы промышленно развитых стран является трубопроводный транспорт углеводородного сырья. Значительную долю этого транспорта составляет система газопроводов природного газа, включающая в себя также различные технологические объекты.

Суммарная длина промысловых, магистральных и распределительных газопроводов в России превышает 1 миллион километров. Газопроводы подвержены воздействию как природных факторов, таких как изменения температуры почвы и грунтовых вод, подтопления, так и механических факторов, таких как изменения давления внутри трубы и сезонные подвижки грунта. Эти факторы вызывают преждевременную коррозию и разрушение газопроводов, приводящих к утечкам газа.

Утечки газа – это не только его потери, но и формирование газовоздушной взрывоопасной смеси, потенциально приводящей к аварии на газопроводе. Поэтому своевременное обнаружение утечек газа является важной частью обследования газопроводов, по результатам которого производится оперативный точечный либо комплексный ремонт.

Заключение

На сегодняшний день газодетекторные тепловизионные камеры являются самым надежным и эффективным способом обнаружения утечек. Традиционные методы также обладают рядом преимуществ и в сочетании с инфракрасным детектированием способны свести вероятность серьезной аварии к минимуму. 

Технология производства детекторов для тепловизионных камер достаточно сложна, что делает эти устройства дорогими. Тем не менее, польза, которую они приносят в деле профилактики и своевременного обнаружения утечек взрывоопасных и вредных газов, в долгосрочной перспективе компенсирует затраты на приобретение оборудования.

Число видов газов, применяемы в промышленности, исчисляется десятками. Но в большинстве случаев их спектр поглощения лежит в двух узких областях, что упрощает выбор оборудования для обнаружения утечек.

Если у вас есть вопросы по выбору газодетекторной тепловизионной камеры, то свяжитесь с нами по телефону или e-mail, и наши специалисты с радостью вам помогут.

Оцените статью
Анемометры
Добавить комментарий

Adblock
detector