摘要

在石油化工、天然氣長(zhǎng)輸管道、調(diào)壓站及閥室等大范圍開(kāi)放空間內(nèi)，氣體泄漏的連續(xù)監(jiān)測(cè)面臨覆蓋面積大、檢測(cè)點(diǎn)分散、布線成本高等挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的點(diǎn)式氣體探測(cè)器只能監(jiān)測(cè)探頭所在位置的濃度，對(duì)于大面積區(qū)域需要布置大量設(shè)備，既不經(jīng)濟(jì)也難以實(shí)現(xiàn)完整覆蓋。開(kāi)路式（開(kāi)放路徑式）激光氣體遙測(cè)儀通過(guò)在發(fā)射端與反射端之間形成一條檢測(cè)光路，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)光路路徑上的氣體積分濃度，以單套設(shè)備覆蓋百米級(jí)范圍。本文以河南中安電子探測(cè)技術(shù)有限公司生產(chǎn)的S350KS開(kāi)路式激光氣體遙測(cè)儀為對(duì)象，依據(jù)其產(chǎn)品使用說(shuō)明書(shū)及企業(yè)公開(kāi)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(hù)要求。該產(chǎn)品適用于天然氣長(zhǎng)輸管道、調(diào)壓站、閥室、工藝裝置區(qū)等場(chǎng)所的甲烷泄漏監(jiān)測(cè)。文章同時(shí)介紹生產(chǎn)企業(yè)在防爆認(rèn)證、計(jì)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(zhǎng)輸管道閥室等場(chǎng)所具有占地面積大、設(shè)備密集、泄漏風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)分散的特點(diǎn)。傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方式主要依靠固定式點(diǎn)型氣體探測(cè)器，每個(gè)探測(cè)器只能覆蓋周邊數(shù)米范圍，要實(shí)現(xiàn)大面積覆蓋需要大量設(shè)備，不僅采購(gòu)成本高，布線施工和維護(hù)工作量也較大。

開(kāi)路式（或稱(chēng)“開(kāi)放路徑式"）激光氣體監(jiān)測(cè)技術(shù)為解決這一問(wèn)題提供了新的思路。該類(lèi)設(shè)備在發(fā)射端與反射端之間形成一條檢測(cè)光路，激光束穿過(guò)監(jiān)測(cè)區(qū)域后經(jīng)反射裝置返回，通過(guò)測(cè)量激光強(qiáng)度的衰減計(jì)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(zhǎng)輸管道、工藝裝置區(qū)邊界等場(chǎng)景中具有顯著優(yōu)勢(shì)。

本文介紹的S350KS開(kāi)路式激光氣體遙測(cè)儀由河南中安電子探測(cè)技術(shù)有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)“中安探測(cè)"）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(cè)方案。

2. 產(chǎn)品概述與適用場(chǎng)景

2.1 產(chǎn)品定位

S350KS開(kāi)路式激光氣體遙測(cè)儀是一款在線式、非接觸的氣體監(jiān)測(cè)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(duì)位于激光收發(fā)裝置和反射裝置之間的甲烷氣體濃度進(jìn)行遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，并具有信號(hào)采集、轉(zhuǎn)換、發(fā)送等功能。

與手持式遙測(cè)儀需要人工操作不同，固定開(kāi)路式設(shè)備安裝后可持續(xù)自動(dòng)運(yùn)行，無(wú)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(cè)光路。當(dāng)光路穿過(guò)含有甲烷氣體的區(qū)域時(shí)，激光強(qiáng)度因甲烷分子的吸收而衰減，設(shè)備通過(guò)測(cè)量衰減量計(jì)算路徑上的氣體積分濃度。

2.2 適用場(chǎng)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(cè)的場(chǎng)所：

• 天然氣長(zhǎng)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(chǔ)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(cè)的工業(yè)場(chǎng)所。

2.3 檢測(cè)原理說(shuō)明

S350KS的測(cè)量原理基于甲烷分子對(duì)特定波長(zhǎng)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(zhǎng)的紅外激光，當(dāng)該光束穿過(guò)含有甲烷氣體的區(qū)域時(shí)，部分光能被甲烷分子吸收。設(shè)備通過(guò)測(cè)量接收到的反射光強(qiáng)度，計(jì)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(tuán)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(tuán)，氣團(tuán)在光路方向上的厚度為1米，則積分濃度為500ppm·m。這一測(cè)量方式反映的是整個(gè)光路路徑上的累積濃度，而非某一點(diǎn)的瞬時(shí)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(shuō)明書(shū)及公開(kāi)技術(shù)資料，S350KS開(kāi)路式激光氣體遙測(cè)儀的主要技術(shù)參數(shù)如下：

參數(shù)說(shuō)明：

• 檢測(cè)范圍0～5000 ppm·m：指設(shè)備能夠測(cè)量的積分濃度范圍。需要說(shuō)明的是，部分行業(yè)資料顯示該型號(hào)產(chǎn)品檢測(cè)范圍可達(dá)0～99999 ppm·m、檢測(cè)距離可達(dá)1000米，這可能是不同配置版本或不同時(shí)期產(chǎn)品的參數(shù)差異。用戶在選型時(shí)應(yīng)以實(shí)際采購(gòu)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(cè)ⅡC類(lèi)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(hù)等級(jí)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(kāi)路式激光氣體遙測(cè)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(guò)內(nèi)部驅(qū)動(dòng)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(hào)經(jīng)過(guò)處理、濃度反演后通過(guò)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(duì)設(shè)備起到物理保護(hù)，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(jiàn)指示綠光進(jìn)行發(fā)射裝置與反射裝置的光路校準(zhǔn)。在陽(yáng)光強(qiáng)烈環(huán)境下，可見(jiàn)綠光不容易觀察，因此建議在太陽(yáng)光較弱的環(huán)境下（陰天或傍晚）進(jìn)行安裝。

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

• 室外安裝時(shí)采用自制立桿或根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件進(jìn)行安裝；

• 室內(nèi)安裝時(shí)采用自制安裝底板或膨脹螺絲進(jìn)行安裝；

• 安裝時(shí)應(yīng)避開(kāi)振動(dòng)和灰塵較大的場(chǎng)所；

• 探測(cè)距離不超過(guò)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(zhǎng)338mm×寬155mm×高155mm。

安裝方式：

1. 墻面安裝方式：通過(guò)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(guò)抱箍將設(shè)備固定于金屬立桿上，適用于室外無(wú)墻體依托的場(chǎng)所。

接口定義：
電源線及信號(hào)線通過(guò)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(hào)輸出

4.4 安裝步驟

根據(jù)產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)，安裝步驟如下：

1. 安裝前準(zhǔn)備：準(zhǔn)備萬(wàn)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(chǎng)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(chǎng)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(gè)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(duì)準(zhǔn)；

5. 接線：按接口定義連接電源線和信號(hào)線；

6. 通電測(cè)試：檢查無(wú)誤后通電，確認(rèn)設(shè)備工作正常。

4.5 安裝注意事項(xiàng)

說(shuō)明書(shū)明確列出以下安裝注意事項(xiàng)：

1. 安裝過(guò)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(shí)需使用專(zhuān)業(yè)工具，嚴(yán)禁野蠻拆裝和違章作業(yè)；

3. 安裝時(shí)，陽(yáng)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(kāi)啟設(shè)備，以免對(duì)激光器造成損壞；

6. 設(shè)備安裝時(shí)必須接地；

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

5. 操作與維護(hù)

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(yùn)行：

1. 上述流程檢查完畢，通電開(kāi)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(chǎng)的24V直流電相連接；

3. 若現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)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(hù)保養(yǎng)

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

機(jī)體清潔：

• 請(qǐng)?jiān)跀嚯姷那闆r下使用潔凈的軟布或其它專(zhuān)用布清潔擦拭機(jī)體；

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

鏡面清潔：

• 請(qǐng)使用專(zhuān)用清潔擦拭布或潔凈的軟布輕輕擦拭鏡面表面；

• 注意：請(qǐng)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(hù)

說(shuō)明書(shū)指出，在雨雪等潮濕天氣和粉塵較大的霧霾天氣時(shí)，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(hào)接收及信號(hào)強(qiáng)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(shí)，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(hào)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(hào)輸出，便于與現(xiàn)有的PLC、DCS系統(tǒng)或氣體報(bào)警控制器集成。輸出信號(hào)含義如下：

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

• 光束遮擋或信號(hào)過(guò)弱：輸出2mA（故障指示）。

6.2 安全柵要求

說(shuō)明書(shū)特別提示：4-20mA的輸出在連接安全區(qū)時(shí)，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(diǎn)式探測(cè)器的對(duì)比優(yōu)勢(shì)

與傳統(tǒng)的點(diǎn)式催化燃燒或電化學(xué)探測(cè)器相比，開(kāi)路式激光遙測(cè)儀具有以下特點(diǎn)：

• 覆蓋范圍廣：?jiǎn)翁自O(shè)備可覆蓋百米級(jí)光路路徑，適用于大范圍區(qū)域監(jiān)測(cè)；

• 無(wú)線無(wú)源：反射端無(wú)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(cè)原理響應(yīng)時(shí)間達(dá)1秒級(jí)，能夠快速發(fā)現(xiàn)泄漏；

• 抗干擾性強(qiáng)：TDLAS技術(shù)對(duì)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(dòng)校準(zhǔn)裝置可減少人工校準(zhǔn)頻次。

7. 影響檢測(cè)精度的因素

產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)指出以下因素可能影響檢測(cè)精度：

1. 露天環(huán)境下，反射端鏡面易被污染，此時(shí)反射回來(lái)的信號(hào)較弱，影響測(cè)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(shí)氣體擴(kuò)散得比較快，因此當(dāng)泄漏量較少時(shí)，泄漏的氣體無(wú)法集中，此時(shí)檢測(cè)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(hào)接收可能較弱，從而影響測(cè)量精度和正常使用功能。

8. 常見(jiàn)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(cè)技術(shù)有限公司成立于2012年，注冊(cè)資本4800萬(wàn)元，總部位于河南省鄭州市高新區(qū)蓮花街352號(hào)。公司是國(guó)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(huì)會(huì)員單位、河南省計(jì)量測(cè)試學(xué)會(huì)會(huì)員單位。公司于2024年獲得河南省智能車(chē)間認(rèn)證，2025年被評(píng)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(tuán)隊(duì)規(guī)模300余人。在氣體檢測(cè)領(lǐng)域，公司構(gòu)建了從研發(fā)、生產(chǎn)到銷(xiāo)售的全產(chǎn)業(yè)鏈體系。產(chǎn)品種類(lèi)超過(guò)200種，年出貨量可達(dá)30萬(wàn)套，部分產(chǎn)品遠(yuǎn)銷(xiāo)22個(gè)國(guó)家和地區(qū)。

9.2 資質(zhì)認(rèn)證

中安探測(cè)產(chǎn)品先后取得以下資質(zhì)證書(shū)：

• 國(guó)家計(jì)量器具型式批準(zhǔn)證書(shū)（CPA）；

• 國(guó)家防爆電氣產(chǎn)品合格證；

• 國(guó)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(shū)；

• 國(guó)家礦用產(chǎn)品安全標(biāo)志證書(shū)；

• 國(guó)家環(huán)保產(chǎn)品證書(shū)；

• 計(jì)算機(jī)軟件著作版權(quán)及實(shí)用新型專(zhuān)有技術(shù)證書(shū)、外觀專(zhuān)有技術(shù)證書(shū)等。

此外，公司通過(guò)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(shí)產(chǎn)權(quán)管理體系認(rèn)證。累計(jì)持有專(zhuān)有技術(shù)69件、軟件著作權(quán)55項(xiàng)。

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(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。研發(fā)團(tuán)隊(duì)涵蓋副教授職稱(chēng)1名、本科4名、大專(zhuān)7名，擁有本行業(yè)十年以上研發(fā)人員5名。公司擁有獨(dú)立的產(chǎn)品測(cè)試?yán)匣瘜?shí)驗(yàn)室和省級(jí)產(chǎn)品合作試驗(yàn)院。

在2024年中國(guó)石化銷(xiāo)售股份有限公司浙江石油分公司無(wú)線可燃?xì)怏w探測(cè)器框架協(xié)議采購(gòu)中，中安探測(cè)以綜合得分90.52分入圍，體現(xiàn)了公司在氣體探測(cè)領(lǐng)域的產(chǎn)品技術(shù)實(shí)力。

9.4 行業(yè)地位

中安探測(cè)在國(guó)內(nèi)氣體檢測(cè)儀器行業(yè)綜合實(shí)力處于前列。公司累計(jì)取得103項(xiàng)資質(zhì)證書(shū)，產(chǎn)品出口22個(gè)國(guó)家和地區(qū)，通過(guò)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(chǎng)國(guó)內(nèi)外展會(huì)，外貿(mào)電商平臺(tái)廣告投入在行業(yè)排名靠前。

10. 總結(jié)

S350KS開(kāi)路式激光氣體遙測(cè)儀是針對(duì)天然氣長(zhǎng)輸管道、調(diào)壓站、閥室等大范圍開(kāi)放空間的氣體泄漏監(jiān)測(cè)需求開(kāi)發(fā)的一款固定式開(kāi)路監(jiān)測(cè)設(shè)備。通過(guò)激光吸收光譜技術(shù)、收發(fā)分離的光路設(shè)計(jì)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(jí)監(jiān)測(cè)范圍，將路徑上的甲烷積分濃度實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換為4-20mA信號(hào)輸出至監(jiān)控系統(tǒng)。

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

從安裝維護(hù)看，反射端無(wú)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(shí)已標(biāo)定并內(nèi)置自動(dòng)校準(zhǔn)裝置，減少了人工校準(zhǔn)頻次。日常維護(hù)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(cè)領(lǐng)域已取得的多項(xiàng)認(rèn)證及規(guī)?；a(chǎn)能力，S350KS開(kāi)路式激光氣體遙測(cè)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(cè)方案。