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 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.

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 формуле N=[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; Р_1,2 - 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 N_в3, (2) где Г=P_{3 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.

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 формуле
N = [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) = CN_b3 ,
( ₃) = P₃₃cos² / H ,
где ₃ - сечение поглощения газа на длине волны ₃ ;
P₃ - интенсивность исходного лазерного излучения на длине волны ₃;
N_в - плотность молекул воздуха;
₃ - коэффициент передачи излучения на приеме;
C - константа.

РИСУНКИ

Рисунок 1