非色散红外法甲烷检测器的原理和性能特点.pdf

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1、1期煤气与热力Vo1．34No．11目GAS&HEATNOV．2014散红外法甲烷检测器的原理和性能特点王亮国市政工程华北设计研究总院有限公司第四设计研究院，天津300074)要：介绍两种环境甲烷检测方法——催化燃烧法和非色散红外法的基本原理，比较了这l】方法的性能特点，非色散红外法具有应用优势。耋词：甲烷检测；催化燃烧法；非色散红外法；红外吸收目分类号：TU996．9文献标志码：B文章编号：1000—4416(2014)11—0B05—03测方法，故本文采用催化燃烧法与非色散红外法检测方法进行对比。2催化燃烧法2．1基本原

2、理催化燃烧检测原理见图1_1j。催化燃烧原理的传感器是采用惠斯通电桥结构，。为零点微调电阻，用于调整仪器零点，消除原发性误差；R为测量电阻，在它的上面涂有催化剂，其所在电桥为测量电桥；尺为补偿元件(电阻)，用于补偿环境温度变化的影响，提高零点的稳定性；R，和R为电桥电阻；R是R的补偿电阻，与其并联，用于补偿R：与R：王亮(1982一)，男，黑龙江齐齐哈尔人，在热学性质上的差异。叭事燃气仪表设计工作。戋国燃气事业蓬勃发展，天然气已经成在山西的晋城、阳泉一带，煤层气的回乜很快。燃气分输站、门站、调压站中，生产采取了多项措施，其中

3、最为重要丁燃气体的泄漏检测。甲烷是易燃易爆气和煤层气的主要成分，泄漏检测主要图1催化燃烧检测原理泄漏。一般来说，在天然气厂站中，大测量时，在R所在电桥上施加电压使之加热，固定式可燃气体探测器对环境进行检温度范围约为377～877cI=_2J。无可燃气体时，测量探测器的核心元件是传感器，其检测电阻R和补偿元件在相同的温度条件下，R=烧法、非色散红外法、半导体法等。由，R／R=R，／R成立，电桥是平衡的，信号输出端是最为成熟且应用范围最广的一种检输出电压为零；有可燃气体(如甲烷)存在时，在测2014—02—25；修回日期：201

4、4—09—12·B05·第34卷第11期煤气与热力量电阻R，上就会发生催化燃烧反应，产生热量，温体滤光片度升高，R的值发生变化，而其他电阻的值保持不■7一变，于是两个电桥之问产生电压差，信号输出端输出—，_．测器一个电压信号，该电压信号值与被测气体的浓度成正比。体滤光片过程22．2性能特点r_1r_]、厂一、，催化燃烧式可燃气体探测器是天然气行业应用红测器最为普遍的一种探测器，也是GB50493-2009《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》中体滤光片推荐的甲烷检测探测器类型之一。其优点是结构简单，生产成本低，单个检

5、测点的、厂、，测器价格大概在3000～4000元，输出信号接近线性，对环境温湿度的影响不敏感。图2非色散红外检测原理其缺点是测量元件上发生催化燃烧反应，不符图2中，左侧的波形为方波，代表红外光源的波合“本质安全”的要求，因此探测器通常为隔爆型；形。气样室为一个带有人口的空间，天然气可以扩硫化物、磷化物、卤素化合物能强烈吸附在测量电桥散到气样室内。红外光源发出的光波通过气样室，的催化剂上，与催化剂中的铅元素发生反应生成新照射在晶体滤光片上，通过后面的红外检测器得到的化合物，降低催化剂活性，造成“催化剂中毒”，使透过晶体滤光片的

6、光线的波形，即图中右侧的波形。传感器失效；检测方法为催化燃烧，与环境中的氧气图中的灰色椭圆代表天然气。含量有关，在缺氧环境中，探测器的示值会有较大误红外光源发出方波，过程1表示气样室无天然差；传感器使用寿命短，大概在2年左右就需要更气进入时，经过滤光片被检测器检测，波形发生了一换；校准周期短，大概1个月左右就需要校准一次，些变化(气样室中的空气对红外光产生了吸收)；过特殊环境如煤矿、空气粉尘含量多的环境，大概2周程2少量天然气进入气样室，最终检测到的光的波就需要校准一次；采用燃烧方式检测可燃气体，无法形发生了衰减；过程3大量

7、天然气进入气样室，最终从混合可燃气体中区分检测到的可燃气体是哪一检测到的光的波形发生了更大的衰减。种。这种检测方法是基于气体对红外辐射有选择的3非色散红外法吸收的特性。因红外光源的波长是固定的，光路长3．1基本原理度是固定的，检测天然气(主要成分甲烷)，测量对非色散红外法的原理是朗伯一比尔定律，非对象是固定的，也就是吸收系数是固定的，根据式(1)称双原子和多原子分子(如甲烷、一氧化碳、氢气)即可计算出气体的体积分数，且可以做连续的定量等都有吸收红外辐射能量的性质。不同气体有不同分析。3．2性能特点的吸收光谱，如甲烷在红外波长

8、为3．3m处有一个吸收峰J。在非色散红外法中，气体对红外辐射非色散红外法是近几年发展比较快的一种检测方法。的吸收遵循朗伯一比尔定律：其优点是安全性高，无需高温加热；稳定性好，，：Ioexp(一，J)(1)光学传感元件，无传感器“中毒”；使用寿命长，可以式中，——红外光源气体吸收前的发光强度