硫化氢浓度激光在线监测装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种检测天然气脱硫装置前后天然气中硫化氢气体浓度变化的装置。属于光谱学和电子学领域，具体地说是采用可调谐半导体激光光谱（ＴＤＬＡＳ）技术，利用二极管激光器的窄线宽和可调谐等特性进行天然气中硫化氢气体浓度监测的装置。本装置主要由现场检查单元机柜和信号处理单元机柜组成，现场检测单元机柜内有气体处理装置和光学处理装置。信号处理单元机柜内装有激光调制单元、信号处理单元、显示操作单元。装置采用吸收光谱技术和激光波长调制技术实时在线检测天然气中Ｈ２Ｓ浓度，并进行声光报警。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种检测天然气脱硫装置前后天然气中硫化氢气体浓度变化的装置。属于光谱学和电子学领域，具体地说是采用可调谐半导体激光光谱(TDLAS)技术，利用二极管激光器的窄线宽和可调谐等特性进行天然气脱硫装置前后硫化氢浓度激光在线监测装置。二
技术介绍
目前油气田在开发中遇到许多天然气含H^很高的区块。特别是油田高含H^的油井伴生气。由于采用拉油工艺，流程不密闭，造成现场工作环境极其恶劣，值班人员具有较大生命安全隐患。同时，H^在天然气集输处理过程中是有害介质，在有水存在的情况下会引起管道和设备的严重腐蚀，尤其硫化物属高危害介质，严重危害人身安全，是必须严格控制的环境污染源之一。因此出现了各种原理的天然气脱硫装置，可是如何评价天然气脱硫装置的脱硫效果，这就需要对天然气脱硫装置前后的天然气进行硫化氢气体浓度实时在线监测。目前国内用于H^气体浓度监测的方法大多是采用取样化验的方法，该方法必须通过采样和预处理才能进行检测，从而使测量值的准确性和实时性降低，其技术手段为化学方法，主要有碘量法、亚甲基蓝法、醋酸铅反应速率法等。光学检测技术与传统方法相比主要优点是高选择性和高灵敏度，能够实时、动态、快速的进行监测，系统运行成本低等。三
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种天然气脱硫装置前后硫化氢浓度激光在线监测装置，实现在线检测天然气经过脱硫前后的硫化氢气体的含量并进行预警，保证天然气集输管网的安全运行。 本专利技术的技术方案是通过以下方式实现的 硫化氢浓度激光在线监测装置分为硫化氢浓度在100 10000ppm之间使用的高浓度硫化氢气体激光在线监测装置和硫化氢浓度100ppm以下使用的低浓硫化氢气体在线监测装置。 硫化氢浓度激光在线监测装置主要由现场检测单元机柜和信号处理单元机柜两台单元机柜组成，现场检测单元机柜安装在危险区域，采用光信号传输数据，安全可靠。信号处理单元机柜安装在控制室内，实现气体的分析检测、显示报警等功能。 所述的现场检测单元机柜分为高浓度和低浓度现场检测单元机柜两种。 高浓度现场检测单元机柜内装有气体处理装置和光学处理装置。其中气体处理装置包括干燥过滤装置、减压稳压装置、计量装置，气体采样器。光学处理装置包括自动聚焦透镜和光纤耦合器。集输管线中的检测气体通过01O的不锈钢管引入现场检测单元机柜的气路接头上，检测气体经过减压稳压、干燥过滤处理后进入气体采样器，在气体采样器的两端分别装有自动聚焦透镜和光纤耦合器，激光通过光纤传输到自动聚焦透镜经聚焦后进入气体采样器，由对面窗片出射并由光纤耦合器耦合到单模光纤中，传输到信号处理单元机4柜进行信号的解调与处理，实时得到检测气体浓度。 低浓度现场检测单元机柜内装有气体处理装置和光学处理装置。其中气体处理装置包括干燥过滤装置、减压稳压装置、计量装置，光学处理装置包括自动聚焦透镜、多次反射池和光纤耦合器。集输管线中的检测气体通过01O的不锈钢管引入现场检测单元机柜的气路接头上，检测气体经过减压稳压、干燥过滤处理后进入带有透明视窗的多次反射池。反射池的一端有进气孔，另一端有出气孔；多次反射池内部进气孔两侧各安装一面次反射镜，另一端安装有主反射镜，出气孔的两侧开有装配透明窗片的激光入射孔和出射孔，被测气体从进气孔进入多次反射池，从出气孔离开反射池。次反射镜与主反射镜均为半径为R的球面镜，放置的相对距离为R，激光从入射孔进入，在次反射镜和主反射镜之间多次反射，再从出射孔射出。通过调整其中一块次反射镜的位置，使该次反射镜向另一次反射镜方向转动，投射到主反射镜上的光点数增加，可以不断的调整增加光程，最大光程可以达到30m，达到提高系统测量灵敏度的目的。激光从出射孔射出由光纤耦合器耦合到单模光纤中，传输到信号处理单元机柜进行信号的解调与处理，实时得到检测气体浓度。 高浓度和低浓度的硫化氢激光在线监测装置的信号处理单元机柜基本相同，其柜内装有激光调制单元、信号处理单元、显示单元等。激光调制单元内采用中心波长为1576nm的近红外DFB半导体激光器作为H2S的检测激光源，利用激光器温度和电流控制模块将激光器输出中心波长调谐到1576. 37nm附近的H2S吸收线中心，信号发生电路产生的50Hz锯齿波信号叠加在激光器的驱动电流上使激光波长缓慢扫描过H^气体的吸收线，信号发生电路同时产生5KHz正弦波信号叠加在激光器的驱动电流上对激光输出波长进行高频调制。激光通过光纤到达现场检测单元机柜中的气体采样器(或多次反射池)，气体采样器(或多次反射池)两端有链接输入单模光纤与输出单模光纤的微型光学传感器，经过气体吸收的光信号通过输出单模光纤到信号处理单元机柜，吸收的激光进入气体标定池，气体标定池中充满了一个大气压下标准浓度的H2S气体，用于对检测吸收信号的实时标定，并对比标准气体波长和实测激光器波长，通过激光器温度和电流控制模块对激光波长漂移进行自适应调整，实现貼气体近红外吸收线的锁定。经过标定池的激光信号由红外光电探测器接受，经光电转换后输出电信号， 一路送锁相放大器进行二次谐波信号检测，锁相放大器的参考信号来自于所述的信号发生电路产生的正弦调制信号，另一路直接送信号处理单元的数据采集、处理和控制模块，首先进行数字低通滤波，然后对其作线性拟合作为激光光强信号，锁相放大器输出的二次谐波信号利用拟合光强信号进行归一化处理以消除光强波动对浓度检测的影响。归一化后的二次谐波信号经多次累加平均得到一条检测吸收谱，利用预先保存的气体标定池的标准吸收信号对检测的吸收谱进行最小二次乘积拟合得到检测点硫化氢气体的光程积分浓度，或除以总光程得到光程平均气体浓度。信号处理单元把检测气体的浓度值传送到显示单元的液晶显示器上，在液晶屏上进行实时显示浓度值和浓度曲线，并实现声光报警。现场检测单元机柜与信号处理单元机柜之间采用2根光纤进行连接，可实现安全可靠运行。 本专利技术采用了先进的可调谐红外二极管激光器作为光源，利用吸收光谱技术和激光波长调制技术实时在线检测天然气中H2S浓度，并进行声光报警。克服了传统实验室检测H2S浓度灵敏度低、准确度低、定期标定维护量大、成本高以及不能实现准确实时检测等缺点。本专利技术具有以下优点 1、灵敏度高仪器在硬件上采用波长扫描、高频调制、锁相放大、背景对消、高次谐波信号检测和平衡探测技术，有效地提高了该技术的检测灵敏度，监测灵敏度小于ppm量级，远远高于其它传感器的灵敏度指标。 2、准确性利用分子的吸收线来实现对其浓度的测量，消除了其它任何气体的干扰，实现了准确测量。 3、快速性激光器的波长调谐极限为lms左右，也就是说，最快可实现一个ms测量一个浓度值。 4、可靠性由于使用的是光通讯中所使用的激光器和其它部件，在寿命和性能的可靠性方面是完全可以信赖的。 5、安全性近红外光谱区的一个明显的优势就是与光纤的低损耗窗口匹配，该仪器利用商用的单模Si光纤进行远距离的传输，采用光纤传输信号确保天然气集输站场设备的本质安全。6、标定方便快捷无需标气校准的自标定系统设计。四附图说明 图l是本专利技术结构示意图 图2是波长调制系统原理图 图3是多次反射池结构图 图4是红外调谐二极管激光器的调谐线宽与吸收峰宽度的关系 图5是二次谐波检测原理示意图 图6是现场检测单元机柜气路流程图 五、实施方式 为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硫化氢浓度激光在线监测装置，主要用于检测天然气脱硫装置前后的天然气中硫化氢气体含量变化的装置，由高浓度硫化氢现场检测单元机柜或低浓度硫化氢现场检测单元机柜和信号处理机柜组成，其特征在于ａ、高浓度硫化氢现场检测单元机柜外形为矩形，柜内装有气体处理装置和光学处理装置；其中气体处理装置包括干燥过滤装置、减压稳压装置、计量装置，气体采样器；光学处理装置包括自动聚焦透镜和光纤耦合器；集输管线中的检测气体通过φ１０的不锈钢管引入现场检测单元机柜的气路接头相连，检测气体经过减压稳压、干燥过滤处理后进入气体采样器，在气体采样器的两端分别装有自动聚焦透镜和光纤耦合器，激光通过光纤传输到自动聚焦透镜经聚焦后进入气体采样器，由对面窗片出射并由光纤耦合器耦合到单模光纤中，传输到信号处理单元机柜进行信号的解调与处理，实时得到检测气体浓度。ｂ、低浓度硫化氢现场检测单元机柜设为矩形：柜内装有气体处理装置和光学处理装置；其中气体处理装置包括干燥过滤装置、减压稳压装置、计量装置，光学处理装置包括自动聚焦透镜、多次反射池和光纤耦合器；集输管线中的检测气体通过φ１０的不锈钢管引入现场检测单元机柜的气路接头相连，检测气体经过减压稳压、干燥过滤处理后进入带有透明视窗的多次反射池；反射池的一端有进气孔，另一端有出气孔；多次反射池内部进气孔两侧各安装一面次反射镜，另一端安装有主反射镜，出气孔的两侧开有装配透明窗片的激光入射孔和出射孔，被测气体从进气孔进入多次反射池，从出气孔离开反射池；次反射镜与主反射镜均为半径为Ｒ的球面镜，放置的相对距离为Ｒ，激光从入射孔进入，在次反射镜和主反射镜之间多次反射，再从出射孔射出；通过调整其中一块次反射镜的位置，使该次反射镜向另一次反射镜方向转动，投射到主反射镜上的光点数增加，可以不断的调整增加光程，提高系统测量的灵敏度，激光从出射孔射出由光纤耦合器耦合到单模光纤中，传输到信号处理单元机柜进行信号的解调与处理，实时得到检测气体浓度。...

【技术特征摘要】
一种硫化氢浓度激光在线监测装置，主要用于检测天然气脱硫装置前后的天然气中硫化氢气体含量变化的装置，由高浓度硫化氢现场检测单元机柜或低浓度硫化氢现场检测单元机柜和信号处理机柜组成，其特征在于a、高浓度硫化氢现场检测单元机柜外形为矩形，柜内装有气体处理装置和光学处理装置；其中气体处理装置包括干燥过滤装置、减压稳压装置、计量装置，气体采样器；光学处理装置包括自动聚焦透镜和光纤耦合器；集输管线中的检测气体通过的不锈钢管引入现场检测单元机柜的气路接头相连，检测气体经过减压稳压、干燥过滤处理后进入气体采样器，在气体采样器的两端分别装有自动聚焦透镜和光纤耦合器，激光通过光纤传输到自动聚焦透镜经聚焦后进入气体采样器，由对面窗片出射并由光纤耦合器耦合到单模光纤中，传输到信号处理单元机柜进行信号的解调与处理，实时得到检测气体浓度。b、低浓度硫化氢现场检测单元机柜设为矩形柜内装有气体处理装置和光学处理装置；其中气体处理装置包括干燥过滤装置、减压稳压装置、计量装置，光学处理装置包括自动聚焦透镜、多次反射池和光纤耦合器；集输管线中的检测气体通过的不锈钢管引入现场检测单元机柜的气路接头相连，检测气体经过减压稳压、干燥过滤处理后进入带有透明视窗的多次反射池；反射池的一端有进气孔，另一端有出气孔；多次反射池内部进气孔两侧各安装一面次反射镜，另一端安装有主反射镜，出气孔的两侧开有装配透明窗片的激光入射孔和出射孔，被测气体从进气孔进入多次反射池，从出气孔离开反射池；次反射镜与主反射镜均为半径为R的球面镜，放置的相对距离为R，激光从入射孔进入，在次反射镜和主反射镜之间多次反射，再从出射孔射出；通过调整其中一块次反射镜的位置，使该次反射镜向另一次反射镜方向转动，投射到主反射镜上的光点数增加，可以不断的调整增加光程，提高系统测量的灵敏度，激光从出射孔射出由光纤耦合器耦合到单模光纤中，传输到信号处理单元机柜进行信号的解调与处理，实时得到检测气体浓度。F2009102300207C00011.tif,F2009102300207C00012.tif...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建，于殿强，陈莉，董金婷，鄢召民，赵海培，张玉钧，阚瑞峰，张帅，束小文，
申请(专利权)人：胜利油田胜利工程设计咨询有限责任公司，山东赛瑞石油科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：37[中国|山东]