Способ обнаружения утечек природного газа из трубопроводов

 

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 λ₁ и λ₂ . При появлении в пределах обследуемого участка более одного вероятного места утечки производят повторное N-кратное облучение вероятных мест утечки на длинах волн λ₁ и λ₂. При уменьшении интенсивности рассеянного поверхностью лазерного излучения на длине волны λ₁ до нуля производят повторное облучение вероятного места утечки на длинах волн λ₂ и λ₃ , по которому определяют степень взрывоопасности утечки. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

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 λ₁=3,3922 мкм попадает в центр полосы поглощения метана, а другая λ₂ = 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 λ₁ и λ₂ непосредственно вероятное место утечки, причем среднюю концентрацию природного газа в облаке утечки вычисляют по формуле N=[2(σ₁- σ₂) Λ]^-1ln(P₂/P₁), (1) где σ_1,2 - сечение поглощения природного газа на длинах волн λ₁ и λ₂; Λ=min{L/cos Θ, H}; Θ - угол зондирования; Н - высота, с которой осуществляется облучение; Р_1,2 - интенсивности рассеянного поверхностью излучения на длинах волн λ₁ и λ₂.

Взрывоопасность облака утечки определяют при уменьшении интенсивности излучения Р₁ до нуля путем повторного облучения места утечки на длинах волн λ₂ и λ₃, причем длина волны λ₃ определяется из условия lnГ=C ˙Λ˙N_в˙σ₃, (2) где Г=P₃ η₃ сos² Θ/H²; Р₃ - интенсивность излучения лазера на длине волны λ₃; σ₃ - сечение поглощения природного газа на длине волны λ₃;
η₃ - коэффициент передачи излучения приемной системы на длине волны λ₃;
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 λ₁ и λ₂ 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 λ₁ и λ₂, приемная система 5 регистрирует рассеянное поверхностью излучение на длинах волн λ₁ и λ₂. 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 λ₃ и передает управляющий сигнал в блок управления лазером 7. После этого вероятное место утечки вновь облучается лазером 4, но уже на длинах волн λ₂ и λ₃.

При появлении в пределах обследуемого участка 2 более одного места утечки проводят повторное облучение вероятных мест утечки лазером 4 на длинах волн λ₁ и λ₂ с разных направлений по отношению к облаку утечки. По результатам облучения определяют истинное место утечки.

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 λ₁ попадает в полосу поглощения газа, а другая λ₂ лежит вне ее, регистрации интенсивности рассеянного поверхностью излучения на длине волны λ₁-P₁ и λ₂-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 формуле
N = [2(δ₁-δ₂) Λ ]^-1ln(P₂ / P₁) ,
Λ = min{ L/cosΘ, H },
где δ₁ - сечение поглощения газа на длине волны λ₁ ;
δ₂ - сечение поглощения газа на длине волны λ₂ ;
Θ - 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 λ₁ и λ₂ 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 λ₂ и λ₃ , причем длину волны излучения λ₃ определяют из условия
lnΓ ( λ₃) = C˙Λ˙N_b˙δ₃ ,
Γ ( λ₃) = P₃ζ₃cos²Θ / H ,
где δ₃ - сечение поглощения газа на длине волны λ₃ ;
P₃ - интенсивность исходного лазерного излучения на длине волны λ₃;
N_в - плотность молекул воздуха;
ζ₃ - коэффициент передачи излучения на приеме;
C - константа.

РИСУНКИ

Рисунок 1