способ обнаружения утечек природного газа из трубопроводов
Классы МПК: | G01N21/61 бездисперсные газоанализаторы G01N21/39 с помощью настраиваемых лазеров |
Автор(ы): | Филиппов Павел Геннадьевич, Моисеев Виктор Николаевич, Сафонов Владимир Викторович, Полунин Владимир Александрович, Пихтелев Роберт Никифорович, Шоронов Олег Венальевич, Задорожный Игорь Алексеевич, Верник Александр Владимирович, Жученко Игорь Александрович, Халлыев Назар Халлыевич, Каплун Владимир Михайлович, Гончаров Игорь Николаевич, Тальрозе Виктор Львович, Емохонов Виктор Николаевич, Кислецов Александр Васильевич |
Патентообладатель(и): | Филиппов Павел Геннадьевич, Моисеев Виктор Николаевич, Сафонов Владимир Викторович, Полунин Владимир Александрович, Пихтелев Роберт Никифорович, Шоронов Олег Венальевич, Задорожный Игорь Алексеевич, Верник Александр Владимирович, Жученко Игорь Александрович, Халлыев Назар Халлыевич, Каплун Владимир Михайлович, Гончаров Игорь Николаевич, Тальрозе Виктор Львович, Емохонов Виктор Николаевич, Кислецов Александр Васильевич |
Приоритеты: |
подача заявки:
1990-12-27 публикация патента:
30.07.1994 |
Применение: для осуществления воздушного контроля за состоянием газопроводов как при наземном, так и при подземном залегании. Сущность: регистрируют температурный контраст участка поверхности вблизи трубопровода, по которому определяют координаты и размеры вероятного места утечки, затем облучают вероятное место утечки лазерным излучением на длинах волн 1 и 2 . При появлении в пределах обследуемого участка более одного вероятного места утечки производят повторное N-кратное облучение вероятных мест утечки на длинах волн 1 и 2. При уменьшении интенсивности рассеянного поверхностью лазерного излучения на длине волны 1 до нуля производят повторное облучение вероятного места утечки на длинах волн 2 и 3 , по которому определяют степень взрывоопасности утечки. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
1. СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ УТЕЧЕК ПРИРОДНОГО ГАЗА ИЗ ТРУБОПРОВОДОВ, заключающийся в облучении участка земной поверхности вблизи трубопровода лазерным излучением на двух длинах волн, одна из которых 1 попадает в полосу поглощения газа, а другая 2 лежит вне ее, регистрации интенсивности рассеянного поверхностью излучения на длине волны 1-P1 и 2-P2 , формировании видеосигнала, пропорционального отношению P2/P1 и сравнении видеосигнала с априорно заданным порогом, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения места утечки и точности оценки концентрации газа в облаке утечки, дополнительно регистрируют температурный контраст обследуемого участка, по которому определяют координаты вероятного места утечки и его размеры L на поверхности, а лазерным излучением облучают непосредственно вероятное место утечки, причем среднюю концентрацию природного газа в облаке утечки определяют по формулеN = [2(1-2) ]-1ln(P2 / P1) ,
= min{ L/cos, H },
где 1 - сечение поглощения газа на длине волны 1 ;
2 - сечение поглощения газа на длине волны 2 ;
- угол зондирования вероятного места утечки, отсчитываемый от вертикали;
H - высота, с которой производится обследование. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью уточнения места утечки, при появлении в пределах обследуемого участка более одного вероятного места утечки осуществляют повторное N-кратное облучение выделенных вероятных мест утечки лазерным излучением на длинах волн 1 и 2 с разных направлений по отношению к облаку утечки, по которым устанавливают истинное место утечки. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей способа путем определения степени взрывоопасности утечки, при уменьшении интенсивности P1 до нуля осуществляют повторное облучение вероятного места утечки на длинах волн 2 и 3 , причем длину волны излучения 3 определяют из условия
ln ( 3) = CNb3 ,
( 3) = P33cos2 / H ,
где 3 - сечение поглощения газа на длине волны 3 ;
P3 - интенсивность исходного лазерного излучения на длине волны 3;
Nв - плотность молекул воздуха;
3 - коэффициент передачи излучения на приеме;
C - константа.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к дистанционным методам диагностики. Известен способ обнаружения утечек природного газа по падению статического давления в трубопроводе, но обнаружить утечку, приводящую к падению статического давления менее чем на 0,5 МПа, таким способом невозможно. Известен способ обнаружения утечек метана, заключающийся в подсветке участка трубопровода лазерным излучением на двух длинах волн, одна из которых 1=3,3922 мкм попадает в центр полосы поглощения метана, а другая 2 = 3,3912 мкм лежит на крыле полосы поглощения, регистрации рассеянного поверхностью излучения на обеих длинах волн, формировании видеосигнала, пропорционального отношению интенсивностей излучения, зарегистрированного на каждой длине волны, и сравнении видеосигнала с априорно заданным порогом. При малом пороге обнаружения такой метод дает значительное количество ложных срабатываний, определяемых флуктуациями фоновой концентрации атмосферного метана. Чем больше чувствительность метода, тем с большей ошибкой определяется место утечки. При большом пороге обнаружения точность определения места утечки возрастает, но одновременно увеличивается вероятность пропуска утечки. Целью изобретения является повышение точности определения места утечки, а также оценки концентрации природного газа в облаке утечки и определение взрывоопасности облака утечки природного газа. Для этого перед лазерным облучением участка вблизи трубопровода регистрируют температурный контраст обследуемого участка, по температурному контрасту определяют вероятное место утечки и его размеры L на поверхности, затем подсвечивают лазерным излучением на длинах волн 1 и 2 непосредственно вероятное место утечки, причем среднюю концентрацию природного газа в облаке утечки вычисляют по формулеN=[2(1- 2) ]-1ln(P2/P1), (1)
где 1,2 - сечение поглощения природного газа на длинах волн 1 и 2; =min{L/cos , H};
- угол зондирования;
Н - высота, с которой осуществляется облучение;
Р1,2 - интенсивности рассеянного поверхностью излучения на длинах волн 1 и 2. Взрывоопасность облака утечки определяют при уменьшении интенсивности излучения Р1 до нуля путем повторного облучения места утечки на длинах волн 2 и 3, причем длина волны 3 определяется из условия
lnГ=C Nв3, (2)
где Г=P3 3 сos2 /H2;
Р3 - интенсивность излучения лазера на длине волны 3;
3 - сечение поглощения природного газа на длине волны 3;
3 - коэффициент передачи излучения приемной системы на длине волны 3;
N3 - концентрация молекул воздуха, С - константа. В том случае, если в результате осуществления данного способа в пределах обследуемого участка трубопровода появляется более одного места утечки, то проводится повторное облучение вероятных мест утечки на длинах волн 1 и 2 с разных направлений по отношению к облаку утечки до выявления истинного места утечки. На чертеже приведена схема устройства для осуществления предложенного способа, где 1 - место утечки, 2 - обследуемый участок трубопровода, 3 - тепловизор, 4 - лазер, 5 - приемная система лазерного канала, 6 - система обработки и хранения информации, 7 - блок управления лазером, 8 - монитор. Тепловизор 3 строит изображение обследуемого участка вблизи трубопровода 2. При появлении на нем утечки в системе обработки и хранения информации 6 определяется вероятное место утечки и его размеры L на поверхности. Выбранный участок поверхности подсвечивают лазером 4 на длинах волн 1 и 2, приемная система 5 регистрирует рассеянное поверхностью излучение на длинах волн 1 и 2. Затем в системе обработки и хранения информации 6 формируется сигнал, пропорциональный отношению интенсивностей Р2 и Р1, и сравнивается с порогом, при этом по формуле (1) вычисляется концентрация природного газа в облаке утечки. При уменьшении интенсивности излучения Р1 до нуля система обработки и хранения информации из условия (2) определяет длину волны излучения 3 и передает управляющий сигнал в блок управления лазером 7. После этого вероятное место утечки вновь облучается лазером 4, но уже на длинах волн 2 и 3. При появлении в пределах обследуемого участка 2 более одного места утечки проводят повторное облучение вероятных мест утечки лазером 4 на длинах волн 1 и 2 с разных направлений по отношению к облаку утечки. По результатам облучения определяют истинное место утечки.
Класс G01N21/61 бездисперсные газоанализаторы
Класс G01N21/39 с помощью настраиваемых лазеров