Анализ возможности дистанционного лазерного обнаружения утечек пропана


https://doi.org/10.36027/rdeng.0520.0000185

Полный текст:


Аннотация

Пропан является одним из основных компонентов широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ). Большой объем ШФЛУ транспортируется до нефтехимических предприятий по трубопроводам. Контроль за трубопроводами осуществляется с помощью внутритрубных датчиков давления. Однако, они неэффективны для обнаружения утечек небольшой интенсивности.

Для обнаружения утечек пропана небольшой интенсивности из трубопроводов перспективным представляется использование дистанционного лазерного газоанализатора, установленного на летательном аппарате.

Статья посвящена анализу возможностей дистанционного лазерного обнаружения утечек пропана.

На основе данных о поглощении пропана и атмосферных газов  в качестве длин волн зондирования были выбраны длины волн 3370 нм (в максимуме поглощения пропана) и 3550 нм (в спектральной области, где поглощения пропаном нет).

Считалось, что мониторинг утечек пропана проводится лидаром, установленным на летательном аппарате в моностатической схеме зондирования. Используется метод дифференциального поглощения с рассеянием от земной поверхности.

Для обнаружения утечек пропана использовался информационный параметр, который равен соотношению регистрируемых приемником мощностей на длинах волн 3370 нм и 3550 нм. Значение информационного параметра было рассчитано для разной высоты слоя пропана на земной поверхности и разной концентрации пропана в слое.

Для количественной оценки эффективности дистанционного обнаружения утечек пропана проводилось статистическое моделирование.

В работе проводилось вычисление вероятности правильного обнаружения утечки пропана (обнаружение утечки, когда она есть в действительности) и вероятности ложных тревог (обнаружение утечки, когда ее в действительности нет).

Решение об обнаружение утечек пропана принималось, когда значение информационного параметра было меньше порогового.

Результаты математического моделирования показывают, что при содержании пропана в утечке не менее 0,17 % (на порядок меньше концентрационного предела распространения пламени) задача дистанционного обнаружения утечек пропана из трубопровода может быть решена с вероятность правильного обнаружения более 0,999 и вероятностью ложных тревог менее 0,001 при толщине слоя пропана на земной поверхности не менее 20 см.


Об авторах

М. Л. Белов
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Россия

Белов Михаил Леонидович

профессор кафедры Рл-2



К. С. Титаренко
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Россия
Титаренко Кристина Сергеевна


В. А. Городничев
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Россия

Городничев Виктор Александрович

зав. кафедры РЛ-5



Список литературы

1. Devold H. Oil and gas production handbook. ABB Oil and Gas. Oslo. 2013.162 p.

2. Uses of LPG. Available at: https://www.elgas.com.au/blog/1681-what-is-lpg-used-for-liquefied-petroleum-gas-propane-applications, accessed 02.12.2020.

3. Yunusa Z., Hamidon M.N., Kaiser A., Awang Z. Gas Sensors: A Review. // Sensors & Transducers. 2014. V. 168, Issue 4, P. 61-75.

4. Demtreder V. Laser Spectroscopy. Springer-Verlag:Berlin Heidelberg NewYork. 2003. 917 p.

5. Park H., Lee K., Kang G., Song S., Jung Y., Kim K., Bae J., Lee J., Park H. Reliable optical measurement of water vapor in highly scattering environment // Spectrochim Acta A Mol Biomol Spectrosc. 2009. 72(3). P. 510-514.

6. Persson L., Lewander M., Andersson M., Svanberg K., Svanberg S. Simultaneous detection of molecular oxygen and water vapor in the tissue optical window using tunable diode laser spectroscopy //Appl Opt. 2008. 47(12). P. 2028-2034.

7. Mei L, Somesfalean G, Svanberg S. Pathlength determination for gas in scattering media ab-sorption spectroscopy // Sensors (Basel). 2014. 14(3). P. 3871-3890

8. Druy M., Frish M.B., Kessler W.J. From Laboratory Technique to Process Gas Sensor - The Maturation of Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy // Spectroscopy. 2006. 21(3). P. 14-18.

9. Berezin A.G., Ershov O.V., Nadezhdinskii A.J. Trace complex-molecule detection using near-IR diode lasers // Appl. Phys.B. 2002. V. 75, N. 2-3. P. 203-214.

10. Absorption Cross Sections. HITRAN. Available at: https://hitran.org/, accessed 02.12.2020.

11. Corbett J., Woods M. UV laser radiation: skin hazards and skin protection controls. // Inter-national Laser Safety Conference. 2013. Paper #303. P. 1-8.

12. Infrared Point Detector for Hydrocarbon Gas Detection. Available at: https://ru.scribd.com/document/81260678/Ir2100-Data, accessed 02.12.2020.

13. Kluczynski P., Lundqvist S., Belahsene S., Rouillard Y., Nähle L., Fischer M. and Koeth J. Detection of propane using tunable diode laser spectroscopy at 3.37 μm // Applied Physics B. 2012. V. 108. P.183–188.

14. Zhang G., Li Y. and Li Q. A miniaturized carbon dioxide gas sensor based on infrared ab-sorption // Optics and Lasers in Engineering. 2010. V. 48, No. 12. P.1206–1212.

15. Kasai N., Tsuchiya C., Fukuda T., Sekine K., Sano T. and Takehana T. Propane gas leak de-tection by infrared absorption using carbon infrared emitter and infrared camera // NDT & E International. 2011. V. 44, No. 1. P. 57–60.

16. Zuev V.E. Signals and noise in laser ranging // Journal of Russian Laser Research. 1987. V. 8. P. 283-426.

17. Nano tunable lasers. NT370 серия. Available at: https://www.czl.ru/netcat_files/userfiles/pdf/nano_tunable_lasersnt370.pdf, accessed 02.12.2020.


Дополнительные файлы

Для цитирования: Белов М.Л., Титаренко К.С., Городничев В.А. Анализ возможности дистанционного лазерного обнаружения утечек пропана. Радиостроение. 2020;(5):1-12. https://doi.org/10.36027/rdeng.0520.0000185

For citation: Belov M.L., Titarenko K.S., Gorodnichev V.A. Analysis of the Possibility of Remote Laser Detection of Propane Leaks. Radio Engineering. 2020;(5):1-12. (In Russ.) https://doi.org/10.36027/rdeng.0520.0000185

Просмотров: 86

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2587-926X (Online)