摘要

在石油化工、天然氣長輸管道、調(diào)壓站及閥室等大范圍開放空間內(nèi)，氣體泄漏的連續(xù)監(jiān)測面臨覆蓋面積大、檢測點分散、布線成本高等挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的點式氣體探測器只能監(jiān)測探頭所在位置的濃度，對于大面積區(qū)域需要布置大量設(shè)備，既不經(jīng)濟也難以實現(xiàn)完整覆蓋。開路式（開放路徑式）激光氣體遙測儀通過在發(fā)射端與反射端之間形成一條檢測光路，能夠?qū)崟r監(jiān)測光路路徑上的氣體積分濃度，以單套設(shè)備覆蓋百米級范圍。本文以河南中安電子探測技術(shù)有限公司生產(chǎn)的S350KS開路式激光氣體遙測儀為對象，依據(jù)其產(chǎn)品使用說明書及企業(yè)公開技術(shù)資料，系統(tǒng)介紹該設(shè)備的技術(shù)原理、性能參數(shù)、安裝規(guī)范、輸出接口及日常維護要求。該產(chǎn)品適用于天然氣長輸管道、調(diào)壓站、閥室、工藝裝置區(qū)等場所的甲烷泄漏監(jiān)測。文章同時介紹生產(chǎn)企業(yè)在防爆認(rèn)證、計量許可及消防認(rèn)證方面的資質(zhì)情況。

1. 引言

在石油化工、天然氣輸配等工業(yè)領(lǐng)域，工藝裝置區(qū)、長輸管道閥室等場所具有占地面積大、設(shè)備密集、泄漏風(fēng)險點分散的特點。傳統(tǒng)監(jiān)測方式主要依靠固定式點型氣體探測器，每個探測器只能覆蓋周邊數(shù)米范圍，要實現(xiàn)大面積覆蓋需要大量設(shè)備，不僅采購成本高，布線施工和維護工作量也較大。

開路式（或稱“開放路徑式"）激光氣體監(jiān)測技術(shù)為解決這一問題提供了新的思路。該類設(shè)備在發(fā)射端與反射端之間形成一條檢測光路，激光束穿過監(jiān)測區(qū)域后經(jīng)反射裝置返回，通過測量激光強度的衰減計算光路路徑上的氣體積分濃度。單套設(shè)備可覆蓋數(shù)十米至數(shù)百米的直線距離，在長輸管道、工藝裝置區(qū)邊界等場景中具有顯著優(yōu)勢。

本文介紹的S350KS開路式激光氣體遙測儀由河南中安電子探測技術(shù)有限公司（簡稱“中安探測"）研發(fā)制造。該產(chǎn)品采用激光吸收光譜技術(shù)（TDLAS），由激光收發(fā)裝置和反射裝置兩部分組成，旨在為石油化工、燃?xì)廨斉涞刃袠I(yè)提供一種大范圍、連續(xù)性的甲烷泄漏監(jiān)測方案。

2. 產(chǎn)品概述與適用場景

2.1 產(chǎn)品定位

S350KS開路式激光氣體遙測儀是一款在線式、非接觸的氣體監(jiān)測設(shè)備。產(chǎn)品由激光收發(fā)裝置、反射裝置和固定支架等組成，采用激光吸收光譜技術(shù)（TDLAS）原理，對位于激光收發(fā)裝置和反射裝置之間的甲烷氣體濃度進行遠距離實時在線監(jiān)測，并具有信號采集、轉(zhuǎn)換、發(fā)送等功能。

與手持式遙測儀需要人工操作不同，固定開路式設(shè)備安裝后可持續(xù)自動運行，無需人工干預(yù)。收發(fā)裝置發(fā)射紅外激光，經(jīng)反射裝置反射后由收發(fā)裝置接收，形成一條閉合的檢測光路。當(dāng)光路穿過含有甲烷氣體的區(qū)域時，激光強度因甲烷分子的吸收而衰減，設(shè)備通過測量衰減量計算路徑上的氣體積分濃度。

2.2 適用場景

該產(chǎn)品主要適用于以下需要大范圍、連續(xù)性氣體監(jiān)測的場所：

• 天然氣長輸管道沿線閥室；

• 天然氣調(diào)壓站、分輸站；

• 石油化工裝置區(qū)邊界或關(guān)鍵通道；

• LNG/LPG儲罐區(qū)圍堰周邊；

• 油氣處理廠、煉化廠區(qū)；

• 其他需要大范圍甲烷泄漏監(jiān)測的工業(yè)場所。

2.3 檢測原理說明

S350KS的測量原理基于甲烷分子對特定波長紅外激光的選擇性吸收特性（TDLAS，可調(diào)諧二極管激光吸收光譜技術(shù)）。設(shè)備發(fā)射一束特定波長的紅外激光，當(dāng)該光束穿過含有甲烷氣體的區(qū)域時，部分光能被甲烷分子吸收。設(shè)備通過測量接收到的反射光強度，計算出激光路徑上甲烷氣體的積分濃度。

積分濃度的單位為ppm·m，表示甲烷濃度（ppm）與氣團厚度（m）的乘積。例如，若光路路徑上存在濃度為500ppm的甲烷氣團，氣團在光路方向上的厚度為1米，則積分濃度為500ppm·m。這一測量方式反映的是整個光路路徑上的累積濃度，而非某一點的瞬時濃度，適合用于大范圍區(qū)域的氣體泄漏篩查。

3. 主要技術(shù)參數(shù)

根據(jù)產(chǎn)品使用說明書及公開技術(shù)資料，S350KS開路式激光氣體遙測儀的主要技術(shù)參數(shù)如下：

參數(shù)說明：

• 檢測范圍0～5000 ppm·m：指設(shè)備能夠測量的積分濃度范圍。需要說明的是，部分行業(yè)資料顯示該型號產(chǎn)品檢測范圍可達0～99999 ppm·m、檢測距離可達1000米，這可能是不同配置版本或不同時期產(chǎn)品的參數(shù)差異。用戶在選型時應(yīng)以實際采購配置的技術(shù)規(guī)格為準(zhǔn)。

• 防爆標(biāo)志Ex ia ⅡC T4 Ga：屬于本質(zhì)安全型防爆，適用于0區(qū)、1區(qū)、2區(qū)爆炸性氣體環(huán)境，可檢測ⅡC類氣體（含氫氣、乙炔等），溫度組別T4（設(shè)備最高表面溫度≤135℃）。

• 防護等級IP68：具備防塵能力，可承受持續(xù)浸水，適用于戶外安裝環(huán)境。

4. 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與安裝

4.1 產(chǎn)品組成

S350KS開路式激光氣體遙測儀的主要組成部分包括：

（1）激光收發(fā)裝置
由激光發(fā)射模塊、激光接收模塊、安裝固定支架及遮雨罩組成。激光發(fā)射模塊通過內(nèi)部驅(qū)動控制發(fā)射激光，高精度光學(xué)組件單元接收反射激光完成光電轉(zhuǎn)換，將采集的信號經(jīng)過處理、濃度反演后通過數(shù)據(jù)線輸出。安裝固定支架可調(diào)節(jié)收發(fā)裝置的水平及俯仰角度，保證發(fā)射激光穩(wěn)定照射至反射裝置上。不銹鋼結(jié)構(gòu)的防雨罩可在惡劣天氣環(huán)境下對設(shè)備起到物理保護，避免熱輻射及雨雪天氣造成設(shè)備工作不正常。

（2）反射裝置
由我公司特制生產(chǎn)，在雨雪霧霾天氣下反光裝置均可正常使用。反射裝置同樣需要定期清潔鏡面，以保證反射效率。

（3）固定支架
根據(jù)安裝環(huán)境不同，提供墻面安裝支架和立桿安裝支架兩種形式，分別適用于墻壁固定和金屬立桿固定。

4.2 安裝環(huán)境與位置要求

安裝環(huán)境要求：
本設(shè)備安裝需使用可見指示綠光進行發(fā)射裝置與反射裝置的光路校準(zhǔn)。在陽光強烈環(huán)境下，可見綠光不容易觀察，因此建議在太陽光較弱的環(huán)境下（陰天或傍晚）進行安裝。

安裝位置要求：
本設(shè)備主要應(yīng)用于長輸管道、調(diào)壓站和閥室等大范圍開放空間內(nèi)的氣體濃度監(jiān)測。一般安裝在管道閥門處、閥室集中區(qū)上方等位置：

• 室外安裝時采用自制立桿或根據(jù)現(xiàn)場條件進行安裝；

• 室內(nèi)安裝時采用自制安裝底板或膨脹螺絲進行安裝；

• 安裝時應(yīng)避開振動和灰塵較大的場所；

• 探測距離不超過100米。

4.3 安裝尺寸及方式

外形尺寸：收發(fā)裝置外形尺寸為長338mm×寬155mm×高155mm。

安裝方式：

1. 墻面安裝方式：通過墻面安裝支架將設(shè)備固定于建筑物外墻或裝置區(qū)墻壁上，使用膨脹螺栓固定。

2. 立桿安裝方式：通過抱箍將設(shè)備固定于金屬立桿上，適用于室外無墻體依托的場所。

接口定義：
電源線及信號線通過防爆軟管與防爆接線盒相連。電源和4-20mA為導(dǎo)軌式快速接線端子，接口定義如下：

• +：24V+

• -：24V-

• S：4-20mA信號輸出

4.4 安裝步驟

根據(jù)產(chǎn)品說明書，安裝步驟如下：

1. 安裝前準(zhǔn)備：準(zhǔn)備萬用表、扳手、斜口鉗、鏡頭清潔布、安裝用螺栓、墊片、螺母等工具和材料；

2. 現(xiàn)場勘查：確定發(fā)射裝置、反射裝置安裝位置和高度，檢查探頭是否完整；

3. 裝置安裝：根據(jù)現(xiàn)場勘查圖紙將反射裝置和發(fā)射裝置安裝到墻面上，擰緊安裝底座上的4個固定螺母；

4. 光路校準(zhǔn)：將發(fā)射端的指示綠光照射到反射板上，調(diào)整角度使光路對準(zhǔn)；

5. 接線：按接口定義連接電源線和信號線；

6. 通電測試：檢查無誤后通電，確認(rèn)設(shè)備工作正常。

4.5 安裝注意事項

說明書明確列出以下安裝注意事項：

1. 安裝過程中，嚴(yán)禁設(shè)備帶電操作；

2. 本產(chǎn)品屬于精密設(shè)備，拆裝時需使用專業(yè)工具，嚴(yán)禁野蠻拆裝和違章作業(yè)；

3. 安裝時，陽光不得照射探頭鏡頭；

4. 發(fā)射裝置內(nèi)部不得拆卸，以免損壞或污染內(nèi)部鏡片、電路及激光器；

5. 嚴(yán)禁頻繁開啟設(shè)備，以免對激光器造成損壞；

6. 設(shè)備安裝時必須接地；

7. 設(shè)備不能正常工作時應(yīng)立即關(guān)閉設(shè)備，通知技術(shù)人員進行檢修，并聯(lián)系廠家工程師進行技術(shù)指導(dǎo)。

5. 操作與維護

5.1 設(shè)備操作

設(shè)備檢查（每次使用前）：

1. 檢查設(shè)備是否完整，所有的數(shù)據(jù)線是否連接正確完好；

2. 反射鏡面是否干凈，定期使用柔軟的干抹布擦拭干凈。

通電運行：

1. 上述流程檢查完畢，通電開啟設(shè)備；

2. 供電方式：設(shè)備支持直流24V電源供電，可將本設(shè)備配備的電源線與現(xiàn)場的24V直流電相連接；

3. 若現(xiàn)場沒有24V直流電，也可利用AC轉(zhuǎn)DC24V的電源，轉(zhuǎn)換出穩(wěn)定的24V直流電為本設(shè)備供電。

5.2 日常維護保養(yǎng)

為了使儀器保持良好的狀態(tài)，產(chǎn)品說明書建議按以下方法進行日常維護保養(yǎng)：

機體清潔：

• 請在斷電的情況下使用潔凈的軟布或其它專用布清潔擦拭機體；

• 警告：請勿使用苯、稀釋劑、氣態(tài)有機溶劑或者水清潔儀器，以免損傷儀器。

鏡面清潔：

• 請使用專用清潔擦拭布或潔凈的軟布輕輕擦拭鏡面表面；

• 注意：請勿用手或其它不潔的布料擦拭鏡頭，以免造成鏡面劃傷。

5.3 惡劣天氣下的維護

說明書指出，在雨雪等潮濕天氣和粉塵較大的霧霾天氣時，需注意以下情況：

1. 收發(fā)裝置的玻璃鏡片在雨雪天氣下容易有水珠附著，從而干擾信號接收及信號強度，影響正常使用。需用棉布輕輕擦拭上面附著的水珠；

2. 反射裝置在雨雪天氣下也容易有水珠附著，應(yīng)用軟布輕輕擦拭；

3. 在粉塵較大的天氣時，應(yīng)注意使用潮濕的軟棉布輕擦拭附著在收發(fā)裝置和反射裝置鏡面上的灰塵。

6. 輸出信號與系統(tǒng)集成

6.1 輸出方式

S350KS提供4-20mA標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)信號輸出，便于與現(xiàn)有的PLC、DCS系統(tǒng)或氣體報警控制器集成。輸出信號含義如下：

• 正常監(jiān)測：4-20mA線性對應(yīng)0～5000 ppm·m檢測范圍；

• 光束遮擋或信號過弱：輸出2mA（故障指示）。

6.2 安全柵要求

說明書特別提示：4-20mA的輸出在連接安全區(qū)時，需要增加安全柵防止外界能量輸入，才可以和其他設(shè)備連接；如果是與本安設(shè)備連接，則不需要。這一要求旨在確保本質(zhì)安全型防爆系統(tǒng)的完整性。

6.3 與點式探測器的對比優(yōu)勢

與傳統(tǒng)的點式催化燃燒或電化學(xué)探測器相比，開路式激光遙測儀具有以下特點：

• 覆蓋范圍廣：單套設(shè)備可覆蓋百米級光路路徑，適用于大范圍區(qū)域監(jiān)測；

• 無線無源：反射端無需供電，只需在收發(fā)裝置側(cè)布線和供電，降低了安裝成本；

• 響應(yīng)快速：激光檢測原理響應(yīng)時間達1秒級，能夠快速發(fā)現(xiàn)泄漏；

• 抗干擾性強：TDLAS技術(shù)對甲烷具有選擇性，不易受其他氣體交叉干擾；

• 免頻繁校準(zhǔn)：出廠標(biāo)定后，內(nèi)置自動校準(zhǔn)裝置可減少人工校準(zhǔn)頻次。

7. 影響檢測精度的因素

產(chǎn)品說明書指出以下因素可能影響檢測精度：

1. 露天環(huán)境下，反射端鏡面易被污染，此時反射回來的信號較弱，影響測量精度。應(yīng)定期清潔鏡面。

2. 由于氣溫很高或風(fēng)力較大時氣體擴散得比較快，因此當(dāng)泄漏量較少時，泄漏的氣體無法集中，此時檢測值可能存在較大的偏差。

3. 在大霧或霧霾嚴(yán)重等天氣因素的情況下，光路信號接收可能較弱，從而影響測量精度和正常使用功能。

8. 常見故障及解決方法

9. 企業(yè)資質(zhì)與行業(yè)背景

9.1 公司概況

本產(chǎn)品生產(chǎn)商河南中安電子探測技術(shù)有限公司成立于2012年，注冊資本4800萬元，總部位于河南省鄭州市高新區(qū)蓮花街352號。公司是國家科技型中小企業(yè)、河南省高新技術(shù)企業(yè)、省防爆安全設(shè)備行業(yè)協(xié)會會員單位、河南省計量測試學(xué)會會員單位。公司于2024年獲得河南省智能車間認(rèn)證，2025年被評為河南省數(shù)字化轉(zhuǎn)型“小燈塔"企業(yè)。

公司擁有16000平方米的現(xiàn)代化廠區(qū)，團隊規(guī)模300余人。在氣體檢測領(lǐng)域，公司構(gòu)建了從研發(fā)、生產(chǎn)到銷售的全產(chǎn)業(yè)鏈體系。產(chǎn)品種類超過200種，年出貨量可達30萬套，部分產(chǎn)品遠銷22個國家和地區(qū)。

9.2 資質(zhì)認(rèn)證

中安探測產(chǎn)品先后取得以下資質(zhì)證書：

• 國家計量器具型式批準(zhǔn)證書（CPA）；

• 國家防爆電氣產(chǎn)品合格證；

• 國家防爆電氣設(shè)備安裝修理資格證；

• CCCF消防產(chǎn)品認(rèn)證證書；

• 國家礦用產(chǎn)品安全標(biāo)志證書；

• 國家環(huán)保產(chǎn)品證書；

• 計算機軟件著作版權(quán)及實用新型專有技術(shù)證書、外觀專有技術(shù)證書等。

此外，公司通過了ISO9001質(zhì)量管理體系認(rèn)證、ISO14001環(huán)境管理體系認(rèn)證、ISO45001職業(yè)健康安全管理體系認(rèn)證及知識產(chǎn)權(quán)管理體系認(rèn)證。累計持有專有技術(shù)69件、軟件著作權(quán)55項。

9.3 研發(fā)能力

公司在研發(fā)領(lǐng)域持續(xù)投入，先后自主研發(fā)了大顆粒激光粉塵傳感器、激光甲烷傳感器等具有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。研發(fā)團隊涵蓋副教授職稱1名、本科4名、大專7名，擁有本行業(yè)十年以上研發(fā)人員5名。公司擁有獨立的產(chǎn)品測試?yán)匣瘜嶒炇液褪〖壆a(chǎn)品合作試驗院。

在2024年中國石化銷售股份有限公司浙江石油分公司無線可燃?xì)怏w探測器框架協(xié)議采購中，中安探測以綜合得分90.52分入圍，體現(xiàn)了公司在氣體探測領(lǐng)域的產(chǎn)品技術(shù)實力。

9.4 行業(yè)地位

中安探測在國內(nèi)氣體檢測儀器行業(yè)綜合實力處于前列。公司累計取得103項資質(zhì)證書，產(chǎn)品出口22個國家和地區(qū)，通過歐盟CE及ATEX防爆認(rèn)證、SIL功能安全認(rèn)證。公司每年參加多場國內(nèi)外展會，外貿(mào)電商平臺廣告投入在行業(yè)排名靠前。

10. 總結(jié)

S350KS開路式激光氣體遙測儀是針對天然氣長輸管道、調(diào)壓站、閥室等大范圍開放空間的氣體泄漏監(jiān)測需求開發(fā)的一款固定式開路監(jiān)測設(shè)備。通過激光吸收光譜技術(shù)、收發(fā)分離的光路設(shè)計及本質(zhì)安全型防爆結(jié)構(gòu)，該設(shè)備能夠以單套裝置覆蓋百米級監(jiān)測范圍，將路徑上的甲烷積分濃度實時轉(zhuǎn)換為4-20mA信號輸出至監(jiān)控系統(tǒng)。

從技術(shù)指標(biāo)看，該產(chǎn)品檢測距離可達100米，響應(yīng)時間1秒，檢測范圍0～5000 ppm·m，可滿足工業(yè)場所對大范圍、連續(xù)性氣體監(jiān)測的需求。產(chǎn)品取得Ex ia ⅡC T4 Ga防爆認(rèn)證和IP68防護等級，適用于爆炸性氣體環(huán)境及戶外工況。4-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號輸出便于與現(xiàn)有工業(yè)控制系統(tǒng)集成。

從安裝維護看，反射端無需供電，只需在收發(fā)裝置側(cè)布線和供電，降低了安裝成本。產(chǎn)品出廠時已標(biāo)定并內(nèi)置自動校準(zhǔn)裝置，減少了人工校準(zhǔn)頻次。日常維護主要聚焦于鏡面清潔和定期檢查。

結(jié)合生產(chǎn)企業(yè)在氣體探測領(lǐng)域已取得的多項認(rèn)證及規(guī)模化生產(chǎn)能力，S350KS開路式激光氣體遙測儀為石油化工、燃?xì)廨斉涞刃袠I(yè)提供了一種可納入現(xiàn)有安全監(jiān)控體系的大范圍甲烷泄漏監(jiān)測方案。