红外成像光谱在泄漏气体处置中的应用研究

嫩光与光电子学进展　５２，０８０７０１（２０１５）　Ｌａｓｅｒ＆０ｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　＠２０１５（中国激光》杂志社　红外成像光谱在泄漏气体处置中的应用研究　朱　亮　邹　兵　高少华　丁德武　中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院，山东青岛２６６０７１　摘要在石化生产过程中，危害气体泄漏时有发生，为了快速准确地确定泄漏气体种类，以便及时给事故应急提供指导，　提出了基于傅里叶光学红外成像的分析方法，通过远距离遥测识别泄漏气体种类。实验研究了光谱分辨率、气体排放　流量对遥测识别的影响，并且在某公司乙烯装置开展了现场泄漏检测与识别应用。识别实验和现场应用结果表明，傅　里叶光学红外成像分析方法可以快速定位泄漏气体位置，并且识别气体种类，正确检测并识别目标气体后，进一步减小　光谱分辨率和泄漏目标气体流量对气体识别的影响较小，该方法有利于石化生产安全隐患排查与事故应急处置。　关键词傅里叶光学；红外成像；图像处理；泄漏气体；安全　ＴＮ２１９　文献标识码Ａ　中图分类号ｄｏｉ：１　０．３７８８几ＯＰ５２．０８０７０１　Ａｐｐｌｉｃａｔｉ０ｎ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｉｎｆｒａｒｅｄ　Ｉｍａｇｉｎｇ　Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃ０ｐｙ　ｉｎ　Ｌｅａｋａｇｅ　Ｇａｓ　Ｄｉｓｐｏｓａｌ　Ｚｈｕ　Ｌｉａｎｇ　Ｚｏｕ　Ｂｉｎｇ　Ｇａｏ　Ｓｈａｏｈｕａ　Ｄｉｎｇ　Ｄｅｗｕ　Ｑｉｎｇｄａｏ　Ｓａｆｅｔｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｉｎａ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　ａｎｄ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｑｉｎｇｄａｏ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ　２６６０７１，Ｃｈｉｎａ　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｅ　ｌｅａｋａｇｅ　ｏｆ　ｈａｒｍｆｕｌ　ｇａｓ　ｏｃｃａｓｉｏｎａｌｌｙ　ｈａｐｐｅｎｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　ａｎｄ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ．Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ　ｔｈｅ　ｌｅａｋａｇｅ　ｇａｓ　ｔｙｐｅｓ　ａｎｄ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ　ｇｕｉｄａｎｃｅ　ｏｎ　ｔｉｍｅ，ａ　ｎｅｗ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｉｍａｇｉｎｇ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　ｏｐｔｉｃｓ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｌｅａｋａｇｅ　ｇａｓ　ｔｙｐｅｓ．Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ　ａｌｓｏ　ｓｔｕｄｙ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｓｐｅｃｔｒａｌ　ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｆｌｏｗ　ｏｆ　ｇａｓ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｏｎ　ｔｅｌｅｍｅｔｒｙ　ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ　ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｕｓｅ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｔｏ　ｄｅｔｅｃｔ　ａｎｄ　ｉｄｅｎｔｉｆｙ　ｌｅａｋａｇｅ　ｇａｓ　ｉｎ　ａｎ　ｅｔｈｙｌｅｎｅ　ｕｎｉｔ．Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｉｅｌｄ　ａｐｐｌｆｉｃａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｉｍａｇｉｎｇ　ｓｐｅｃｔｒｕｍ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｃａｎ　ｌｏｃａｔｅ　ｔｈｅ　ｇａｓ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｑｕｉｃｋｌｙ，ａｎｄ　ｉｄｅｎｔｉｆｙ　ｌｅａｋａｇｅ　ｇａｓ　ｔｙｐｅ．Ａｆｔｅｒ　ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ　ａｎｄ　ｉｄｅｎｔｉｆｙｉｎｇ　ｔａｒｇｅｔ　ｇａｓ　ｃｏｒｒｅｃｔｌｙ，ｒｅｄｕｃｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｐｅｃｔｒａｌ　ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｇａｓ　ｆｌｏｗ　ｈａｓ　ｎｏ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｎ　ｇａｓ　ｉｄｅｎｔｉｉｃａｔｉｆｏｎ．Ｔｈｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ｂｅｎｅｆｉｃｉａｌ　ｔｏ　ｆｉｎｄｉｎｇ　ｓａｆｅｔｙ　ｔｒｏｕｂｌｅｓ　ａｎｄ　ｄｅａｌｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ　ａｃｃｉｄｅｎｔｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　ｏｐｔｉｃｓ；ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｉｍａｇｉｎｇ；ｉｍａｇｅ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；ｌｅａｋａｇｅ　ｇａｓ；ｓａｆｅｔｙ　０ＣＩＳ　ｃｏｄｅｓ　０７０．４７９０；１　１０．２９７０；１００．３００８；１２０．０２８０　１　引　言　石油炼制、天然气开采及管道输送以及危险化学品运输过程中，存在着大量的碳氢化合物气体、ＳＯ。、　ＮＯ　ＮＨ。等可燃及有毒有害气体，复杂的工艺、空间布局、腐蚀、振动、设备老化等原因容易造成气体泄漏，　给安全生产造成隐患。在气体泄漏事故中，由于气体种类未知，给事故应急处置、应急人员安全防护等带来　不便。例如２０１０年８月，武汉出现不明气体泄漏导致多人中毒；２０１０年１２月，位于纽约的联合国总部出现不　明气体泄漏导致人员紧急疏散，都未能及时了解泄漏气体种类，导致事故应急处置针对性不强。本文通过　介绍傅里叶光学红外成像技术　，引出了一种气体识别装置，开展了实验室研究和现场应用。　２傅里叶变换红外成像光谱技术　傅里叶变换红外成像光谱技术是傅里叶变换红外光谱技术和红外成像技术的结合，能够同时获取目标　收稿日期：２０１５－０１－２２；收到修改稿日期：２０１５－０２—２７；网络出版日期：２０１５～０７—１１　基金项目：国家科技支撑计划（２０１２ＢＡＫ１３Ｂ０５）　作者简介：朱￣（１９８２－－），男，硕士，工程师，主要从事气体红外成像、光谱分析在石化企业泄漏检测中的应用等方面的　研究。Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｈｕ１．ｑｄａｙ＠ｓｉｎｏｐｅｃ．ＣＯｒｎ　０８０７０１—１　５２，Ｏ８０７Ｏ１（２Ｏ１５）　嫩　与兴电字学进展　ｗｗｗ．ｏｐｔｉｃｓｊｏｕｒｎａ１．ｎｅｔ　ｉｎ　ｎａｔｕｒａｌ　ｇａｓ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ［Ｊ］．Ｎａｔｕｒａｌ　Ｇａｓ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，２０１ｌ，３ｌ（１）：９６－１０３．　李　黎，王一丁，李树维．红外气体检测技术在天然气安全生产中的应用［Ｊ】．天然气工业，２０１１，３ｌ（１）：９６—１０３．　９　Ｌｉｕ　Ｚｈｉｍｉｎｇ，Ｇａｏ　Ｍｉｎｇｕａｎｇ，Ｌｉｕ　Ｗｅｎｑｉｎｇ，ｅｔ　ａ１．．Ｐａｓｓｉｖｅ　ｒｅｍｏｔｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｌａｍｅ　ｉｆｎｆｒａｒｅｄ　ｉｍａｇｅ　ｂｙ　ａ　ＦＩＴＲ　ｓｃａｎｎｉｎｇ　ｉｍａｇｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ　ａｎｄ　Ｓｐｅｃｔｒａｌ　Ａｎａｌｙｓｉｓ，２００８，２８（１１）：２５２０－２５２２．　刘志明，高闽光，刘文清，等．傅里叶变换红外光谱仪扫描成像系统被动遥测火焰红外图像【Ｊ］．光谱学与光谱分析，２００８，２８　（１１）：２５２０—２５２２．　１０　Ａｎ　Ｙａｎ，Ｌｉｕ　Ｙｉｎｇ，Ｓｕｎ　Ｑｉａｎｇ，ｅｔ　ａ１．．Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｏｐｆｉｃ￣ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ｐｏｒｔａｂｌｅ　Ｒａｍａｎ　ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ［Ｊ］．　Ａｃｔａ　Ｏｐｔｉｃａ　Ｓｉｎｉｃａ，２０１３，３３（３）：０３３０００１．　安岩，刘英，孙强，等．便携式拉曼光谱仪的光学系统设计与研制【Ｊ】＿光学学报，２０１３，３３（３）：０３３０００１．　１ｌ　Ｒａｃｃａ　Ｒ，Ｓｙｍｏｎｓ　Ｊ．Ｉｍａｇｉｎｇ　ｏｆ　ｆｕｇｉｔｉｖｅ　ｇａｓ　ｌｅａｋｓ［Ｐ］．ＵＳ　Ｐａｔｅｎｔ：２００５０１５６１　１　１　２００５．　１２　Ｇｒｉｍｂｅｒｇ　Ｅ．Ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｇａｓ　ｌｅａｋａｇｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ［Ｐ］．ＵＳ　Ｐａｔｅｎｔ：２０１００２８４５７０，２０１０．　０８０７０１～６　栏目编辑：吴秀娟