气体泄漏监测系统及方法
一、成果简介
（一）成果概述
本成果提出了一种气体泄漏监测系统、系统及其气体泄漏监测方法。监测系统包括传感单元、控制单元和光通信单元，传感单元采集气体浓度、环境温度、风速等信息控制单元获取传感器采集的数据，进行信号调理，生成控制指令并发送至净化装置光通信单元采用光纤与FLNG主控系统进行数据通讯。本成果采取集散式控制方式进行自动监控系统设计实现硫化氢在线监测，一旦硫化氢发生泄漏，立刻进行应急净化处理，提高了系统的安全性和可靠性。监测装置具有时间敏感网络，可在各种标准以太网上进行确定性通信和同步测量，可脱离上位机独立运行，提高了监测效率。
（二）技术特点及技术指标
气体泄漏是管道运输中存在的重要问题，发生泄漏时可能会危及人身安全和破坏周围环境及生态平衡，造成生命、财产的损失。管道泄漏的监测方法和技术随着管道运输的发展日趋完善，目前成为工业、农业、环境生态发展和科学研究中的重要研究内容。
以浮式液化天然气系统（FLNG）为例，FLNG在工作的过程中可能会产生大量有害气体泄漏，对金属管道和设备造成极大腐蚀，严重时会导致灾难性事故。例如，在天然气的生产、加工和储运过程中，因硫化氢气体造成的事故层出不穷，因此对其进行实时在线监测就显得非常重要。浮式液化天然气系统要求检测精度高、响应时间短、可靠性高，目前针对海上FLNG系统的气体泄漏在线监测问题，普遍采用检测管法和色谱法等在线监测分析技术监测。检测管法具有携带方便、结构及操作简单、价格低廉、能快速分析气体等优点；但是，其检测精度较差，寿命较短，需经常更换。色谱法的优点是操作简单，可取样分析且分析速度快，但是对微量气体分析精度不高、响应时间长，而且分析仪器的要求较高。同时，目前的在线监测技术不适长期工作于海上浮动、腐蚀的环境下。因此，提供一种基于FLNG特点的自动在线监测系统，实时监测FLNG装置中的有害气体泄漏情况是十分必要的。
本成果针对FLNG的硫磺回收装置提供了一种气体泄漏监测系统、浮式液化天然气系统及其气体泄漏监测方法，采用该监测系统能够实现高精度的在线监测，发生泄漏时，可立即进行应急净化处理，提高了监测系统的安全可靠性。与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于针对南海深海FLNG装备对浮式条件下的硫化氢在线监测系统在稳定性、模块化、耐腐蚀和防爆和长期安全运行等方面的要求，提出了一种气体泄漏监测系统、浮式液化天然气系统及其气体泄漏的监测方法，采用此监测系统和装置，实现了在线监测控制，发生泄漏时净化装置立刻进行应急处理，提高了系统的安全性和可靠性。本成果的主要优势如下：
(1)本系统为集监测、预警、安全控制和应急处理为一体的在线自动监控系统，依据硫磺回收装置的扩散模型、扩散场数值计算结果，结合泄漏气体浓度、工作环境温度、风向、风速等气象信息，在距离扩散浓度最远距离0.5m内稀疏布置气体传感器，距离泄漏浓度最高点的1.0m内冗余布置气体传感器，便于对不同位置的硫化氢浓度实时采集监测，提高了监测的准确性同时，对在线监测数据分等级进行远程声光报警，实现了安全联锁控制，及时有效的启动应急响应方案，为深海气田的开采提供了安全保障。
(2)系统上位机主控远程部署于FLNG的中控室，下位机部署于硫化氢在线监测现场，根据现场硫磺回收装置可能的泄露位置可以布置多个从CompactRIO控制器，从CompactRIO控制器之间采用网线连接的方式进行星型链接，主CompactRIO和上位机之间采用光纤进行通讯，各个CompactRIO控制器均布置在防爆箱内，防爆箱进行外部海洋大气腐蚀和内部介质腐蚀控制，各个防爆箱均布置在FLNG装置的同一侧，全方位保障系统的安全可靠性。
(3)系统控制器采用CompactRIO控制器，体积小、防护等级高，方便安装，能够在严酷环境和狭小区域条件下稳定工作；具有时间敏感网络，能够进行确定性通信和同步测量；测量精度高、响应速度快，可以进行高速动态测量；灵活性高，更换不同的气体传感器可以实现针对不同气体的监测控制。
(4)本系统能够实现海洋环境下长期对硫化氢气体进行高精度实时监测，获得浓度的实时信息，具体设置硫化氢浓度低报警阈值为10ppm，在当硫化氢监测浓度高于10ppm时，声光报警器发出报警提示同时风机启动工作；设置硫化氢浓度低报警阈值为50ppm，当硫化氢浓度超过50ppm时，喷淋装置启动喷出碱液，直至浓度降低至安全标准。
(5)本系统的CompactRIO自带FPGA，程序下载至FPGA中，能够脱离上位机独立运行，数据可以自动存储到CompactRIO控制器上SD卡中，工作人员可以定期取出数据，减轻了对工作人员的依赖。
(6)本系统上位机和下位机CompactRIO控制器之间采用光通信进行数据传输，上位机和CompactRIO控制器之间分别放置一个光电转换器，光电转换器之间采用光纤进行通信；以此来应对FLNG现场干扰信号多，起到抗干扰作用；同时光通信传输距离远、传输速度快，一旦硫化氢发生泄漏，下位机监测到泄漏信号，立刻进行应急净化处理，同时发送指令给上位机，上位机得到指令后，判断是否关闭硫磺回收装置上游设备阀门，充分保障人员安全。
二、技术成熟程度
已在产业中应用
三、推广合作方式
整体转让、技术许可、作价入股、合作开发、其他
四、团队简介
团队面向油气装备的腐蚀与防护问题，围绕油气工程装备的可靠性管理、金属结构和材料的损伤机制、表面处理技术、腐蚀监检测技术、电化学阻抗谱技术等重点领域和关键技术问题展开研究。依托海洋物探及勘探设备国家工程实验室、新能源物理与材料科学山东省教育厅重点实验室、山东省海洋油气装备焊接与表面处理工程实验室、青岛市焊接与表面技术工程研究中心、青岛市油气分离和转化新材料工程研究中心、青岛市能源与装备材料产学研合作联盟等研发平台，已发展成为国内油气装备腐蚀与防护领域具有重要影响的研究团队。团队先后主持/参与国家自然科学基金、国家863课题、工信部海洋装备科研项目、山东省重点研发计划、山东省自然科学基金等科研项目40余项，在研科研经费逾600万元；出版《热浸镀钢材在海洋环境中的腐蚀行为与失效机制》等专著/教材3部；授权国家发明专利30余项，发表论文200余篇（SCI收录60余篇），SCI他人引用2000余次；荣获山东省科技进步一等奖、中国科学院卢嘉锡青年人才奖、青岛市青年科技奖、青岛市青年科技创新奖，“李焰科研团队”得到青岛市“科技将才”专项计划支持；培养博士、硕士99名，多人次荣获国家奖学金。
五、专利授权及申请情况
1、国家发明专利：气体泄漏监测系统、FLNG系统及其气体泄漏监测方法（实审）
2、实用新型专利：气体泄漏监测系统、浮式液化天然气系统（授权）
3、软件著作权：FLNG硫化氢在线监测软件V1.0（登记）
六、受资助及获奖情况
1、海洋工程装备科研项目，工信部联装[2014]499号，天然气液化系统硫回收装置研制，2015-01至2019-12；
2、山东省重点研发项目，2016GSF120007，FLNG硫化氢在线监测系统研制，2016-09至2018-09。
联系方式：0532-86983018。
