摘要

在石油化工、天然氣長輸管道、調壓站及閥室等大范圍開放空間內，氣體泄漏的連續監測面臨覆蓋面積大、檢測點分散、布線成本高等挑戰。傳統的點式氣體探測器只能監測探頭所在位置的濃度，對于大面積區域需要布置大量設備，既不經濟也難以實現完整覆蓋。開路式（開放路徑式）激光氣體遙測儀通過在發射端與反射端之間形成一條檢測光路，能夠實時監測光路路徑上的氣體積分濃度，以單套設備覆蓋百米級范圍。本文以河南中安電子探測技術有限公司生產的S350KS開路式激光氣體遙測儀為對象，依據其產品使用說明書及企業公開技術資料，系統介紹該設備的技術原理、性能參數、安裝規范、輸出接口及日常維護要求。該產品適用于天然氣長輸管道、調壓站、閥室、工藝裝置區等場所的甲烷泄漏監測。文章同時介紹生產企業在防爆認證、計量許可及消防認證方面的資質情況。

1. 引言

在石油化工、天然氣輸配等工業領域，工藝裝置區、長輸管道閥室等場所具有占地面積大、設備密集、泄漏風險點分散的特點。傳統監測方式主要依靠固定式點型氣體探測器，每個探測器只能覆蓋周邊數米范圍，要實現大面積覆蓋需要大量設備，不僅采購成本高，布線施工和維護工作量也較大。

開路式（或稱“開放路徑式"）激光氣體監測技術為解決這一問題提供了新的思路。該類設備在發射端與反射端之間形成一條檢測光路，激光束穿過監測區域后經反射裝置返回，通過測量激光強度的衰減計算光路路徑上的氣體積分濃度。單套設備可覆蓋數十米至數百米的直線距離，在長輸管道、工藝裝置區邊界等場景中具有顯著優勢。

本文介紹的S350KS開路式激光氣體遙測儀由河南中安電子探測技術有限公司（簡稱“中安探測"）研發制造。該產品采用激光吸收光譜技術（TDLAS），由激光收發裝置和反射裝置兩部分組成，旨在為石油化工、燃氣輸配等行業提供一種大范圍、連續性的甲烷泄漏監測方案。

2. 產品概述與適用場景

2.1 產品定位

S350KS開路式激光氣體遙測儀是一款在線式、非接觸的氣體監測設備。產品由激光收發裝置、反射裝置和固定支架等組成，采用激光吸收光譜技術（TDLAS）原理，對位于激光收發裝置和反射裝置之間的甲烷氣體濃度進行遠距離實時在線監測，并具有信號采集、轉換、發送等功能。

與手持式遙測儀需要人工操作不同，固定開路式設備安裝后可持續自動運行，無需人工干預。收發裝置發射紅外激光，經反射裝置反射后由收發裝置接收，形成一條閉合的檢測光路。當光路穿過含有甲烷氣體的區域時，激光強度因甲烷分子的吸收而衰減，設備通過測量衰減量計算路徑上的氣體積分濃度。

2.2 適用場景

該產品主要適用于以下需要大范圍、連續性氣體監測的場所：

• 天然氣長輸管道沿線閥室；

• 天然氣調壓站、分輸站；

• 石油化工裝置區邊界或關鍵通道；

• LNG/LPG儲罐區圍堰周邊；

• 油氣處理廠、煉化廠區；

• 其他需要大范圍甲烷泄漏監測的工業場所。

2.3 檢測原理說明

S350KS的測量原理基于甲烷分子對特定波長紅外激光的選擇性吸收特性（TDLAS，可調諧二極管激光吸收光譜技術）。設備發射一束特定波長的紅外激光，當該光束穿過含有甲烷氣體的區域時，部分光能被甲烷分子吸收。設備通過測量接收到的反射光強度，計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，氣團在光路方向上的厚度為1米，則積分濃度為500ppm·m。這一測量方式反映的是整個光路路徑上的累積濃度，而非某一點的瞬時濃度，適合用于大范圍區域的氣體泄漏篩查。

3. 主要技術參數

根據產品使用說明書及公開技術資料，S350KS開路式激光氣體遙測儀的主要技術參數如下：

參數說明：

• 檢測范圍0～5000 ppm·m：指設備能夠測量的積分濃度范圍。需要說明的是，部分行業資料顯示該型號產品檢測范圍可達0～99999 ppm·m、檢測距離可達1000米，這可能是不同配置版本或不同時期產品的參數差異。用戶在選型時應以實際采購配置的技術規格為準。

• 防爆標志Ex ia ⅡC T4 Ga：屬于本質安全型防爆，適用于0區、1區、2區爆炸性氣體環境，可檢測ⅡC類氣體（含氫氣、乙炔等），溫度組別T4（設備最高表面溫度≤135℃）。

• 防護等級IP68：具備防塵能力，可承受持續浸水，適用于戶外安裝環境。

4. 產品結構與安裝

4.1 產品組成

S350KS開路式激光氣體遙測儀的主要組成部分包括：

（1）激光收發裝置
由激光發射模塊、激光接收模塊、安裝固定支架及遮雨罩組成。激光發射模塊通過內部驅動控制發射激光，高精度光學組件單元接收反射激光完成光電轉換，將采集的信號經過處理、濃度反演后通過數據線輸出。安裝固定支架可調節收發裝置的水平及俯仰角度，保證發射激光穩定照射至反射裝置上。不銹鋼結構的防雨罩可在惡劣天氣環境下對設備起到物理保護，避免熱輻射及雨雪天氣造成設備工作不正常。

（2）反射裝置
由我公司特制生產，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
根據安裝環境不同，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 安裝環境與位置要求

安裝環境要求：
本設備安裝需使用可見指示綠光進行發射裝置與反射裝置的光路校準。在陽光強烈環境下，可見綠光不容易觀察，因此建議在太陽光較弱的環境下（陰天或傍晚）進行安裝。

安裝位置要求：
本設備主要應用于長輸管道、調壓站和閥室等大范圍開放空間內的氣體濃度監測。一般安裝在管道閥門處、閥室集中區上方等位置：

• 室外安裝時采用自制立桿或根據現場條件進行安裝；

• 室內安裝時采用自制安裝底板或膨脹螺絲進行安裝；

• 安裝時應避開振動和灰塵較大的場所；

• 探測距離不超過100米。

4.3 安裝尺寸及方式

外形尺寸：收發裝置外形尺寸為長338mm×寬155mm×高155mm。

安裝方式：

1. 墻面安裝方式：通過墻面安裝支架將設備固定于建筑物外墻或裝置區墻壁上，使用膨脹螺栓固定。

2. 立桿安裝方式：通過抱箍將設備固定于金屬立桿上，適用于室外無墻體依托的場所。

接口定義：
電源線及信號線通過防爆軟管與防爆接線盒相連。電源和4-20mA為導軌式快速接線端子，接口定義如下：

• +：24V+

• -：24V-

• S：4-20mA信號輸出

4.4 安裝步驟

根據產品說明書，安裝步驟如下：

1. 安裝前準備：準備萬用表、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. 現場勘查：確定發射裝置、反射裝置安裝位置和高度，檢查探頭是否完整；

3. 裝置安裝：根據現場勘查圖紙將反射裝置和發射裝置安裝到墻面上，擰緊安裝底座上的4個固定螺母；

4. 光路校準：將發射端的指示綠光照射到反射板上，調整角度使光路對準；

5. 接線：按接口定義連接電源線和信號線；

6. 通電測試：檢查無誤后通電，確認設備工作正常。

4.5 安裝注意事項

說明書明確列出以下安裝注意事項：

1. 安裝過程中，嚴禁設備帶電操作；

2. 本產品屬于精密設備，拆裝時需使用專業工具，嚴禁野蠻拆裝和違章作業；

3. 安裝時，陽光不得照射探頭鏡頭；

4. 發射裝置內部不得拆卸，以免損壞或污染內部鏡片、電路及激光器；

5. 嚴禁頻繁開啟設備，以免對激光器造成損壞；

6. 設備安裝時必須接地；

7. 設備不能正常工作時應立即關閉設備，通知技術人員進行檢修，并聯系廠家工程師進行技術指導。

5. 操作與維護

5.1 設備操作

設備檢查（每次使用前）：

1. 檢查設備是否完整，所有的數據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。

通電運行：

1. 上述流程檢查完畢，通電開啟設備；

2. 供電方式：設備支持直流24V電源供電，可將本設備配備的電源線與現場的24V直流電相連接；

3. 若現場沒有24V直流電，也可利用AC轉DC24V的電源，轉換出穩定的24V直流電為本設備供電。

5.2 日常維護保養

為了使儀器保持良好的狀態，產品說明書建議按以下方法進行日常維護保養：

機體清潔：

• 請在斷電的情況下使用潔凈的軟布或其它專用布清潔擦拭機體；

• 警告：請勿使用苯、稀釋劑、氣態有機溶劑或者水清潔儀器，以免損傷儀器。

鏡面清潔：

• 請使用專用清潔擦拭布或潔凈的軟布輕輕擦拭鏡面表面；

• 注意：請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

說明書指出，在雨雪等潮濕天氣和粉塵較大的霧霾天氣時，需注意以下情況：

1. 收發裝置的玻璃鏡片在雨雪天氣下容易有水珠附著，從而干擾信號接收及信號強度，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，應用軟布輕輕擦拭；

3. 在粉塵較大的天氣時，應注意使用潮濕的軟棉布輕擦拭附著在收發裝置和反射裝置鏡面上的灰塵。

6. 輸出信號與系統集成

6.1 輸出方式

S350KS提供4-20mA標準工業信號輸出，便于與現有的PLC、DCS系統或氣體報警控制器集成。輸出信號含義如下：

• 正常監測：4-20mA線性對應0～5000 ppm·m檢測范圍；

• 光束遮擋或信號過弱：輸出2mA（故障指示）。

6.2 安全柵要求

說明書特別提示：4-20mA的輸出在連接安全區時，需要增加安全柵防止外界能量輸入，才可以和其他設備連接；如果是與本安設備連接，則不需要。這一要求旨在確保本質安全型防爆系統的完整性。

6.3 與點式探測器的對比優勢

與傳統的點式催化燃燒或電化學探測器相比，開路式激光遙測儀具有以下特點：

• 覆蓋范圍廣：單套設備可覆蓋百米級光路路徑，適用于大范圍區域監測；

• 無線無源：反射端無需供電，只需在收發裝置側布線和供電，降低了安裝成本；

• 響應快速：激光檢測原理響應時間達1秒級，能夠快速發現泄漏；

• 抗干擾性強：TDLAS技術對甲烷具有選擇性，不易受其他氣體交叉干擾；

• 免頻繁校準：出廠標定后，內置自動校準裝置可減少人工校準頻次。

7. 影響檢測精度的因素

產品說明書指出以下因素可能影響檢測精度：

1. 露天環境下，反射端鏡面易被污染，此時反射回來的信號較弱，影響測量精度。應定期清潔鏡面。

2. 由于氣溫很高或風力較大時氣體擴散得比較快，因此當泄漏量較少時，泄漏的氣體無法集中，此時檢測值可能存在較大的偏差。

3. 在大霧或霧霾嚴重等天氣因素的情況下，光路信號接收可能較弱，從而影響測量精度和正常使用功能。

8. 常見故障及解決方法

9. 企業資質與行業背景

9.1 公司概況

本產品生產商河南中安電子探測技術有限公司成立于2012年，注冊資本4800萬元，總部位于河南省鄭州市高新區蓮花街352號。公司是國家科技型中小企業、河南省高新技術企業、省防爆安全設備行業協會會員單位、河南省計量測試學會會員單位。公司于2024年獲得河南省智能車間認證，2025年被評為河南省數字化轉型“小燈塔"企業。

公司擁有16000平方米的現代化廠區，團隊規模300余人。在氣體檢測領域，公司構建了從研發、生產到銷售的全產業鏈體系。產品種類超過200種，年出貨量可達30萬套，部分產品遠銷22個國家和地區。

9.2 資質認證

中安探測產品先后取得以下資質證書：

• 國家計量器具型式批準證書（CPA）；

• 國家防爆電氣產品合格證；

• 國家防爆電氣設備安裝修理資格證；

• CCCF消防產品認證證書；

• 國家礦用產品安全標志證書；

• 國家環保產品證書；

• 計算機軟件著作版權及實用新型專有技術證書、外觀專有技術證書等。

此外，公司通過了ISO9001質量管理體系認證、ISO14001環境管理體系認證、ISO45001職業健康安全管理體系認證及知識產權管理體系認證。累計持有專有技術69件、軟件著作權55項。

9.3 研發能力

公司在研發領域持續投入，先后自主研發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產權的產品。研發團隊涵蓋副教授職稱1名、本科4名、大專7名，擁有本行業十年以上研發人員5名。公司擁有獨立的產品測試老化實驗室和省級產品合作試驗院。

在2024年中國石化銷售股份有限公司浙江石油分公司無線可燃氣體探測器框架協議采購中，中安探測以綜合得分90.52分入圍，體現了公司在氣體探測領域的產品技術實力。

9.4 行業地位

中安探測在國內氣體檢測儀器行業綜合實力處于前列。公司累計取得103項資質證書，產品出口22個國家和地區，通過歐盟CE及ATEX防爆認證、SIL功能安全認證。公司每年參加多場國內外展會，外貿電商平臺廣告投入在行業排名靠前。

10. 總結

S350KS開路式激光氣體遙測儀是針對天然氣長輸管道、調壓站、閥室等大范圍開放空間的氣體泄漏監測需求開發的一款固定式開路監測設備。通過激光吸收光譜技術、收發分離的光路設計及本質安全型防爆結構，該設備能夠以單套裝置覆蓋百米級監測范圍，將路徑上的甲烷積分濃度實時轉換為4-20mA信號輸出至監控系統。

從技術指標看，該產品檢測距離可達100米，響應時間1秒，檢測范圍0～5000 ppm·m，可滿足工業場所對大范圍、連續性氣體監測的需求。產品取得Ex ia ⅡC T4 Ga防爆認證和IP68防護等級，適用于爆炸性氣體環境及戶外工況。4-20mA標準信號輸出便于與現有工業控制系統集成。

從安裝維護看，反射端無需供電，只需在收發裝置側布線和供電，降低了安裝成本。產品出廠時已標定并內置自動校準裝置，減少了人工校準頻次。日常維護主要聚焦于鏡面清潔和定期檢查。

結合生產企業在氣體探測領域已取得的多項認證及規模化生產能力，S350KS開路式激光氣體遙測儀為石油化工、燃氣輸配等行業提供了一種可納入現有安全監控體系的大范圍甲烷泄漏監測方案。