氣體泄漏檢測(cè)的重要性及現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)外典型泄漏事故案例:

a)1984年11月19日,墨西哥國(guó)家石油公司在圣胡安尼科的儲(chǔ)油設(shè)施發(fā)生氣體泄漏引發(fā)突然燃燒,整個(gè)工廠被摧毀,同時(shí)對(duì)附近村鎮(zhèn)造成了巨大影響。事故造成542人死亡,7000多人受傷,35×10⁴人無(wú)家可歸,受災(zāi)面積達(dá)27×104m³。

b)2003年12月23日,在重慶市開縣發(fā)生特大井噴事故,富含硫化氫的天然氣猛烈噴射30多米高,失控的有毒氣體隨空氣迅速向四周彌漫,導(dǎo)致距離氣井較近的重慶市開縣4個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)60000多災(zāi)民需要緊急疏散轉(zhuǎn)移。事故共造成243人硫化氫中毒死亡、2142人硫化氫中毒住院治、65000人被緊急疏散安置。

c)2018年11月28日,某公司氯乙烯氣柜發(fā)生泄漏,泄漏的氯乙烯穿越廠區(qū)圍墻擴(kuò)散到外部公路上,遇明火發(fā)生爆燃,導(dǎo)致停放在公路兩側(cè)等候卸貨的車輛司機(jī)等24人死亡(其中1人后期醫(yī)治無(wú)效死亡)、22人受傷。

d)2023年1月15日,某公司烷基化裝置在維修過(guò)程中發(fā)生物料泄漏,連續(xù)4次實(shí)施帶壓堵漏未能成功,大量物料噴出引發(fā)著火突然燃燒,造成13人死亡、35人受傷。

氣體檢測(cè)現(xiàn)狀概述

目前石化企業(yè)開展泄漏監(jiān)測(cè)的主要手段包括固定式可燃?xì)怏w報(bào)警儀、基層班組日常巡檢以及定期開展的泄漏檢測(cè)與修復(fù)(LDAR)等幾種傳統(tǒng)方式。但這些方式或多或少存在一些缺陷,導(dǎo)致泄漏往往不能在排前時(shí)間被發(fā)現(xiàn),給安全生產(chǎn)帶來(lái)潛在威脅。如固定式可燃有毒氣體報(bào)警儀因位置固定而無(wú)法對(duì)遠(yuǎn)離報(bào)警儀的泄漏或塔、罐等高點(diǎn)泄漏進(jìn)行有效監(jiān)測(cè);人員巡檢因時(shí)間、頻次問(wèn)題無(wú)法對(duì)潛在泄漏點(diǎn)開展全天候監(jiān)測(cè);LDAR檢測(cè)因檢測(cè)點(diǎn)位分散、檢測(cè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力等原因只能階段性或定期開展,一般作為泄漏監(jiān)測(cè)的補(bǔ)充手段使用。

傅里葉紅外遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)是典型的開路光譜氣體遙測(cè)技術(shù),采用該技術(shù)的探測(cè)器主要工作波段與石化企業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的烷烴、烯烴、芳香烴等有機(jī)物及氨氣等無(wú)機(jī)物的紅外吸收光波段高度重合。因此,其可以快速、準(zhǔn)確地對(duì)穿過(guò)探測(cè)光路的揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行識(shí)別和測(cè)量,且監(jiān)測(cè)響應(yīng)時(shí)間較短(通常為數(shù)秒),大幅提高了氣體監(jiān)測(cè)的空間和時(shí)間覆蓋效率。相比于傳統(tǒng)的固定式檢測(cè)方式,開路光譜遙測(cè)技術(shù)由于具備范圍廣、距離遠(yuǎn)、非接觸、空間和時(shí)間覆蓋效率高、無(wú)需預(yù)采樣、快速定位泄漏源和動(dòng)態(tài)直觀等優(yōu)點(diǎn),已逐漸成為石化企業(yè)氣體泄漏檢測(cè)的有效手段之一。

廠界是石化企業(yè)氣體泄漏監(jiān)控的重點(diǎn),圖1是包括開放光路、固定點(diǎn)和社區(qū)點(diǎn)等傳感器在內(nèi)的石化企業(yè)廠界氣體泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)依據(jù)多個(gè)光路采集數(shù)據(jù)進(jìn)行遙感監(jiān)測(cè),每一個(gè)光路可有數(shù)百米長(zhǎng),通過(guò)圍欄式監(jiān)測(cè)系統(tǒng),同時(shí)結(jié)合多個(gè)光路中間設(shè)置的固定式氣體傳感器,共同對(duì)泄漏的氣體云團(tuán)開展在線監(jiān)測(cè)。

快速、準(zhǔn)確檢測(cè)泄漏的重要性

石油煉制工藝流程復(fù)雜、環(huán)節(jié)眾多,泄漏風(fēng)險(xiǎn)始終貫穿于整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中,如機(jī)泵、壓縮機(jī)、閥門、法蘭等均是物料的主要泄漏點(diǎn)。物料發(fā)生泄漏后會(huì)帶來(lái)一定的安全風(fēng)險(xiǎn),一旦處置不當(dāng)將極有可能引發(fā)生產(chǎn)安全事故。因此,如果泄漏可以被及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)處置,將會(huì)有效降低事故發(fā)生的可能性。

傅里葉紅外遙感監(jiān)測(cè)原理

傅里葉變換紅外檢測(cè)儀采用紅外光譜特征識(shí)別原理,背景(天空、森林、城市、圍墻等)發(fā)出的紅外輻射被接收望遠(yuǎn)鏡收集,進(jìn)入干涉儀,由干涉儀動(dòng)鏡掃描形成光程差產(chǎn)生干涉,經(jīng)探測(cè)器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后,由A/D轉(zhuǎn)換器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),然后經(jīng)傅里葉變換(FFT變換)得到由等效輻射亮溫差產(chǎn)生的紅外光譜信號(hào)。傅里葉變換紅外(FTIR)光譜儀內(nèi)部工作原理如圖2所示。

當(dāng)泄漏的氣體形成云團(tuán)并進(jìn)入檢測(cè)儀視場(chǎng)后,由于氣體云團(tuán)的吸收和發(fā)射特性使其光譜圖發(fā)生改變。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的光譜圖進(jìn)行識(shí)別,就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多種泄漏氣體進(jìn)行快速、高靈敏度的定性識(shí)別和半定量濃度反演。傅里葉紅外遙測(cè)檢測(cè)儀工作方式如圖3所示。

傅里葉紅外遙感監(jiān)測(cè)是開路氣體遙測(cè)中用途較較廣的技術(shù),它可以同時(shí)測(cè)量空氣中多種化學(xué)物質(zhì),不僅能對(duì)空氣中的待測(cè)氣體進(jìn)行遠(yuǎn)距離的定性和定量分析,還可以通過(guò)成像技術(shù)來(lái)精確溯源,并且可分析氣體擴(kuò)散趨勢(shì),為下一步應(yīng)急處置工作提供重要的技術(shù)支持。同時(shí),因其無(wú)需任何樣品制備的特點(diǎn),還杜絕了傳感器污染的發(fā)生,使儀器的操作和維護(hù)變得簡(jiǎn)單。

在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)過(guò)程中,設(shè)備還可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)云臺(tái)的固定軌跡掃描準(zhǔn)確判定氣體云團(tuán)的形狀和尺寸,將檢測(cè)氣體云團(tuán)的空間分布信息疊加在可視或紅外圖像,使檢測(cè)結(jié)果更加直觀。當(dāng)采用2臺(tái)設(shè)備進(jìn)行聯(lián)合測(cè)試時(shí),借助GPS系統(tǒng)還可以獲得氣體云團(tuán)的具位置置信息。

結(jié)論

a)傅里葉紅外遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)解決了傳統(tǒng)固定式氣體報(bào)警器檢測(cè)范圍受限的缺陷,不但可以在較短時(shí)間內(nèi)識(shí)別到泄漏情況,還可以獲取空間區(qū)域內(nèi)危險(xiǎn)氣體的具體組分以及分布擴(kuò)散趨勢(shì)。

b)傅里葉紅外遙感檢測(cè)儀可在石化企業(yè)實(shí)現(xiàn)大范圍泄漏監(jiān)測(cè),同時(shí),結(jié)合氣象數(shù)據(jù)、地形、生產(chǎn)工藝流程以及周邊企業(yè)情況,還可以對(duì)泄漏氣體進(jìn)行精確溯源和危險(xiǎn)預(yù)警評(píng)估,為泄漏發(fā)生后的應(yīng)急處置提供了重要的技術(shù)支撐。

c)石化企業(yè)未來(lái)的氣體泄漏監(jiān)測(cè)是將多種氣體傳感器采集的信息集中融合。通過(guò)氣體遙測(cè)裝備與固定式氣體報(bào)警器可以建立起一定區(qū)域范圍內(nèi)的立體監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò),為及時(shí)、準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)泄漏提供有效手段。