气体泄漏监测系统、浮式液化天然气系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种气体泄漏监测系统、浮式液化天然气系统(FLNG)，属于健康、环保及安全领域。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。本实用新型专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
气体泄漏监测系统、浮式液化天然气系统
本技术属于健康、环保及安危领域，尤其涉及一种气体泄漏监测系统、浮式液化天然气系统(FLNG)。
技术介绍
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，目前，浮式液化天然气生产储卸装置(FPSO)是一种用于海上天然气田开发的浮式生产装置，通过系泊系统定位于海上，具有开采、处理、液化、储存和装卸天然气的功能，并通过与液化天然气(LNG)船搭配使用，实现海上天然气田的开采和天然气运输。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。以硫化氢气体泄漏为例，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。
技术实现思路
本技术在上述不足的基础上针对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(FLNG)，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。为了实现上述目的，本技术提供了一种气体泄漏监测系统，用于监测泄漏气体的含量，包括传感单元、控制单元和光通信单元；传感单元包括用于检测泄漏气体浓度的气体传感器、用于检测工作环境温度的温度传感器和用于检测风速的风速传感器；所述控制单元包括控制器，控制单元与传感单元连接，获取传感单元的传感器采集的数据，并进行信号调理及控制算法处理，生成控制指令并发送至净化装置和声光报警装置；所述光通信单元包括光电转换模块，光通信单元与控制单元连接，用于将控制单元信息经光电转换模块进行调制解调后传输至主控室的上位机，采用光纤与主控系统进行数据通讯。优选的，所述控制单元包括信号转换模块，信号转换模块与气体传感器、风速传感器连接，获取气体传感器采集到的气体浓度模拟信号以及获取风速传感器采集的风速模拟信号，并转化为电流信号，进行数据存储和处理。优选的，所述控制单元进一步包括温度采集模块，温度采集模块与温度传感器连接，获取温度传感器采集的工作环境温度信息，将温度传感器采集到的热电动势转换成电压信号，进行数据存储和处理。优选的，所述控制单元还包括继电器控制模块，继电器控制模块与净化装置和声光报警装置连接，用于根据检测的泄漏气体浓度来控制净化装置及声光报警装置。优选的，所述光通信单元进一步包括上位机和控制器之间采用一对光电转换器，一个起调制作用，一个起解调作用，光电转换器之间采用光纤进行通信；下位机监测到气体泄漏信号，执行机构立刻进行应急反应并发送指令给上位机，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。本技术还提供了一种浮式液化天然气系统，包括所述的气体泄漏监测系统。优选的，所述控制器采用CompactRIO控制器，信号转换模块采用多通道模拟量输入板卡，温度采集模块采用多通道温度采集卡，继电器控制模块采用多通道继电器输出板卡，各板卡集成在控制器中。优选的，所述气体传感器采用线性4-20mA输出气体传感器，风速传感器采用4-20mA输出风速传感器，连接至多通道模拟量输入板卡上；温度传感器采用热电偶，连接多通道温度采集卡。与现有技术相比，本技术的优点和积极效果在于：本技术针对南海深海FLNG装置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要求，提出了一种气体泄漏的监测系统和浮式液化天然气系统，采用此监测系统，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。(1)本监测系统为集监测、预警、安全控制和应急处理为一体的在线自动监控系统；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1m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)本监测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，下位机根据现场的FLNG装置数量可以布置多个CompactRIO控制器，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)本监测系统控制器采用CompactRIO控制器，体积小，方便携带；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；精度测量高，既可以低速静态测量也可以高速动态测量；具有时间敏感网络，能够进行确定性通信和同步测量；能够在严酷环境和狭小区域条件下温度工作。(4)本监测系统的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。(5)本监测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，一个起调制作用，一个起解调作用，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，上位监测到泄漏信号，发送指令给下位机，下位执行机构能够立刻进行应急反应，充分保障人员安全。附图说明图1为本技术气体泄漏监测系统整体结构框图；图2为本技术气体泄漏监测系统布置图；图3为本技术气体泄漏监测系统上下位机光通信设计示意图；具体实施方式以下结合附图对本技术的具体实施方式进行进一步的描述。本技术针对FLNG提供了气体泄漏监测系统，用于监测浮式液化天然气系统中泄漏气体情况，FLNG气体泄漏以硫化氢气体的泄漏为主。参考图1、图2，本实施例以硫化氢气体的在线监测为例，提出了一种硫化氢气体泄漏监测系统，包括传感单元、控制单元和光通信单元；传感单元包括用于检测硫化氢浓度的硫化氢传感器、用于检测环境温度的温度传感器和用于检测风速的风速传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气体泄漏监测系统，用于监测泄漏气体的含量，其特征在于：包括传感单元、控制单元和光通信单元；传感单元包括用于检测泄漏气体浓度的气体传感器、用于检测工作环境温度的温度传感器和用于检测风速的风速传感器；所述控制单元包括控制器，控制单元与传感单元连接，获取传感单元的传感器采集的数据，并进行信号调理及控制算法处理，生成控制指令并发送至净化装置和声光报警装置；所述光通信单元包括光电转换模块，光通信单元与控制单元连接，用于将控制单元信息经光电转换模块进行调制解调后传输至主控室的上位机，采用光纤与主控系统进行数据通讯。

【技术特征摘要】
1.一种气体泄漏监测系统，用于监测泄漏气体的含量，其特征在于：包括传感单元、控制单元和光通信单元；传感单元包括用于检测泄漏气体浓度的气体传感器、用于检测工作环境温度的温度传感器和用于检测风速的风速传感器；所述控制单元包括控制器，控制单元与传感单元连接，获取传感单元的传感器采集的数据，并进行信号调理及控制算法处理，生成控制指令并发送至净化装置和声光报警装置；所述光通信单元包括光电转换模块，光通信单元与控制单元连接，用于将控制单元信息经光电转换模块进行调制解调后传输至主控室的上位机，采用光纤与主控系统进行数据通讯。2.根据权利要求1所述的气体泄漏监测系统，其特征在于：所述控制单元包括信号转换模块，信号转换模块与气体传感器、风速传感器连接，获取气体传感器采集到的气体浓度模拟信号以及获取风速传感器采集的风速模拟信号，并转化为电流信号，进行数据存储和处理。3.根据权利要求1所述的气体泄漏监测系统，其特征在于：所述控制单元进一步包括温度采集模块，温度采集模块与温度传感器连接，获取温度传感器采集的工作环境温度信息，将温度传感器采集到的热电动势转换成电压信号，进行数据存储和处理。4.根据权利要求1所述的气体泄...

【专利技术属性】
技术研发人员：李焰，王思权，吴承昊，陈梦瑶，唐晓，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：新型
国别省市：山东,37