基于TDLAS的天然气泄漏检测技术研究

【摘要】： 天然气开采、处理和输送作为一项高技术、高风险的生产活动,各种形式的天然气泄漏成为影响环境与安全的隐患。由于传统检测方法存在不能实现连续监测、响应速度慢、精度低等弊端。因此,本文将具有灵敏度高、响应速度快、分辨率强的可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)方法应用到对天然气泄漏检测中来,结合波长调制技术(WMS)、微弱信号检测处理技术、开放长光程等相关技术方法,制定了对天然气集输站场、集输管线和隧道泄漏CH4和H2S的高灵敏度、远距离连续监测方案。 根据TDLAS系统的需要,本论文基于单片机、DDS及锁相环技术完成了信号发生器的开发设计,实现了正弦、锯齿信号的产生、滤波和倍频功能,满足了波长调制技术的需要;并研究了DFB激光器的相关技术,对激光器输出波长进行了调节,使激光器输出波长与CH4和H2S的吸收线相对应。根据系统噪声特点,介绍了最小二乘线性拟合的数据处理方法,并用此方法对实验数据进行了处理。 最后用不同浓度的CH4和H2S对系统进行了测试,证明该方法可行;并在胜利油田进行了连续监测,得到了较好的相关性,有效地解决了高含硫气田开发天然气泄漏检测的技术难题,在含硫天然气开发中具有较好的推广应用前景和较好的经济、社会及环境效益。 【关键词】：可调谐半导体激光吸收光谱 波长调制技术 开放光程 二次谐波
【学位授予单位】：中国石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TP274.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 前言9-20
• 1.1 课题研究的背景、目的及意义9-12
• 1.2 天然气泄漏检测的国内外研究现状12-17
• 1.2.1 国内研究现状14-15
• 1.2.2 国外研究现状15-17
• 1.3 本文研究内容17-20
• 第2章 天然气泄漏监测系统设计20-28
• 2.1 激光光源波长选择20-24
• 2.2 TDLAS 天然气泄漏检测系统设计24-27
• 2.3 本章小结27-28
• 第3章 波长调制技术及其相关硬件的设计开发28-51
• 3.1 波长调制技术28-33
• 3.1.1 波长调制原理28-31
• 3.1.2 波长调制在TDLAS 中的应用31-33
• 3.2 硬件设计开发33-48
• 3.2.1 激光光源33-38
• 3.2.2 锁相放大器38-39
• 3.2.3 信号发生器的开发设计39-46
• 3.2.4 微弱信号检测电路46-48
• 3.3 开放光路长光程光学系统设计48-50
• 3.4 本章小结50-51
• 第4章 天然气泄漏检测的数据处理及软件设计51-64
• 4.1 系统软件开发及主要功能51-54
• 4.1.1 数据采集51-52
• 4.1.2 软件流程图52-54
• 4.2 数据处理54-63
• 4.2.1 系统噪声特征分析54-58
• 4.2.2 谐波信号处理算法58-62
• 4.2.3 浓度反演62-63
• 4.3 本章小结63-64
• 第5章 现场实验及数据处理64-70
• 5.1 120m 开放光程监测64-66
• 5.2 天然气管道在线监测66-69
• 5.3 本章小结69-70
• 第6章 结论70-71
• 参考文献71-74
• 致谢74

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