S350KS开路式激光气体遥测仪：TDLAS技术助力开放空间甲烷监测

摘要

在石油化工、天然气长输管道、调压站及阀室等大范围开放空间内，气体泄漏的连续监测面临覆盖面积大、检测点分散、布线成本高等挑战。传统的点式气体探测器只能监测探头所在位置的浓度，对于大面积区域需要布置大量设备，既不经济也难以实现完整覆盖。开路式（开放路径式）激光气体遥测仪通过在发射端与反射端之间形成一条检测光路，能够实时监测光路路径上的气体积分浓度，以单套设备覆盖百米级范围。本文以河南中安电子探测技术有限公司生产的S350KS开路式激光气体遥测仪为对象，依据其产品使用说明书及企业公开技术资料，系统介绍该设备的技术原理、性能参数、安装规范、输出接口及日常维护要求。该产品适用于天然气长输管道、调压站、阀室、工艺装置区等场所的甲烷泄漏监测。文章同时介绍生产企业在防爆认证、计量许可及消防认证方面的资质情况。

1. 引言

在石油化工、天然气输配等工业领域，工艺装置区、长输管道阀室等场所具有占地面积大、设备密集、泄漏风险点分散的特点。传统监测方式主要依靠固定式点型气体探测器，每个探测器只能覆盖周边数米范围，要实现大面积覆盖需要大量设备，不仅采购成本高，布线施工和维护工作量也较大。

开路式（或称“开放路径式"）激光气体监测技术为解决这一问题提供了新的思路。该类设备在发射端与反射端之间形成一条检测光路，激光束穿过监测区域后经反射装置返回，通过测量激光强度的衰减计算光路路径上的气体积分浓度。单套设备可覆盖数十米至数百米的直线距离，在长输管道、工艺装置区边界等场景中具有显著优势。

本文介绍的S350KS开路式激光气体遥测仪由河南中安电子探测技术有限公司（简称“中安探测"）研发制造。该产品采用激光吸收光谱技术（TDLAS），由激光收发装置和反射装置两部分组成，旨在为石油化工、燃气输配等行业提供一种大范围、连续性的甲烷泄漏监测方案。

2. 产品概述与适用场景

2.1 产品定位

S350KS开路式激光气体遥测仪是一款在线式、非接触的气体监测设备。产品由激光收发装置、反射装置和固定支架等组成，采用激光吸收光谱技术（TDLAS）原理，对位于激光收发装置和反射装置之间的甲烷气体浓度进行远距离实时在线监测，并具有信号采集、转换、发送等功能。

与手持式遥测仪需要人工操作不同，固定开路式设备安装后可持续自动运行，无需人工干预。收发装置发射红外激光，经反射装置反射后由收发装置接收，形成一条闭合的检测光路。当光路穿过含有甲烷气体的区域时，激光强度因甲烷分子的吸收而衰减，设备通过测量衰减量计算路径上的气体积分浓度。

2.2 适用场景

该产品主要适用于以下需要大范围、连续性气体监测的场所：

• 天然气长输管道沿线阀室；

• 天然气调压站、分输站；

• 石油化工装置区边界或关键通道；

• LNG/LPG储罐区围堰周边；

• 油气处理厂、炼化厂区；

• 其他需要大范围甲烷泄漏监测的工业场所。

2.3 检测原理说明

S350KS的测量原理基于甲烷分子对特定波长红外激光的选择性吸收特性（TDLAS，可调谐二极管激光吸收光谱技术）。设备发射一束特定波长的红外激光，当该光束穿过含有甲烷气体的区域时，部分光能被甲烷分子吸收。设备通过测量接收到的反射光强度，计算出激光路径上甲烷气体的积分浓度。

积分浓度的单位为ppm·m，表示甲烷浓度（ppm）与气团厚度（m）的乘积。例如，若光路路径上存在浓度为500ppm的甲烷气团，气团在光路方向上的厚度为1米，则积分浓度为500ppm·m。这一测量方式反映的是整个光路路径上的累积浓度，而非某一点的瞬时浓度，适合用于大范围区域的气体泄漏筛查。

3. 主要技术参数

根据产品使用说明书及公开技术资料，S350KS开路式激光气体遥测仪的主要技术参数如下：

参数说明：

• 检测范围0～5000 ppm·m：指设备能够测量的积分浓度范围。需要说明的是，部分行业资料显示该型号产品检测范围可达0～99999 ppm·m、检测距离可达1000米，这可能是不同配置版本或不同时期产品的参数差异。用户在选型时应以实际采购配置的技术规格为准。

• 防爆标志Ex ia ⅡC T4 Ga：属于本质安全型防爆，适用于0区、1区、2区爆炸性气体环境，可检测ⅡC类气体（含氢气、乙炔等），温度组别T4（设备最高表面温度≤135℃）。

• 防护等级IP68：具备防尘能力，可承受持续浸水，适用于户外安装环境。

4. 产品结构与安装

4.1 产品组成

S350KS开路式激光气体遥测仪的主要组成部分包括：

（1）激光收发装置
由激光发射模块、激光接收模块、安装固定支架及遮雨罩组成。激光发射模块通过内部驱动控制发射激光，高精度光学组件单元接收反射激光完成光电转换，将采集的信号经过处理、浓度反演后通过数据线输出。安装固定支架可调节收发装置的水平及俯仰角度，保证发射激光稳定照射至反射装置上。不锈钢结构的防雨罩可在恶劣天气环境下对设备起到物理保护，避免热辐射及雨雪天气造成设备工作不正常。

（2）反射装置
由我公司特制生产，在雨雪雾霾天气下反光装置均可正常使用。反射装置同样需要定期清洁镜面，以保证反射效率。

（3）固定支架
根据安装环境不同，提供墙面安装支架和立杆安装支架两种形式，分别适用于墙壁固定和金属立杆固定。

4.2 安装环境与位置要求

安装环境要求：
本设备安装需使用可见指示绿光进行发射装置与反射装置的光路校准。在阳光强烈环境下，可见绿光不容易观察，因此建议在太阳光较弱的环境下（阴天或傍晚）进行安装。

安装位置要求：
本设备主要应用于长输管道、调压站和阀室等大范围开放空间内的气体浓度监测。一般安装在管道阀门处、阀室集中区上方等位置：

• 室外安装时采用自制立杆或根据现场条件进行安装；

• 室内安装时采用自制安装底板或膨胀螺丝进行安装；

• 安装时应避开振动和灰尘较大的场所；

• 探测距离不超过100米。

4.3 安装尺寸及方式

外形尺寸：收发装置外形尺寸为长338mm×宽155mm×高155mm。

安装方式：

1. 墙面安装方式：通过墙面安装支架将设备固定于建筑物外墙或装置区墙壁上，使用膨胀螺栓固定。

2. 立杆安装方式：通过抱箍将设备固定于金属立杆上，适用于室外无墙体依托的场所。

接口定义：
电源线及信号线通过防爆软管与防爆接线盒相连。电源和4-20mA为导轨式快速接线端子，接口定义如下：

• +：24V+

• -：24V-

• S：4-20mA信号输出

4.4 安装步骤

根据产品说明书，安装步骤如下：

1. 安装前准备：准备万用表、扳手、斜口钳、镜头清洁布、安装用螺栓、垫片、螺母等工具和材料；

2. 现场勘查：确定发射装置、反射装置安装位置和高度，检查探头是否完整；

3. 装置安装：根据现场勘查图纸将反射装置和发射装置安装到墙面上，拧紧安装底座上的4个固定螺母；

4. 光路校准：将发射端的指示绿光照射到反射板上，调整角度使光路对准；

5. 接线：按接口定义连接电源线和信号线；

6. 通电测试：检查无误后通电，确认设备工作正常。

4.5 安装注意事项

说明书明确列出以下安装注意事项：

1. 安装过程中，严禁设备带电操作；

2. 本产品属于精密设备，拆装时需使用专业工具，严禁野蛮拆装和违章作业；

3. 安装时，阳光不得照射探头镜头；

4. 发射装置内部不得拆卸，以免损坏或污染内部镜片、电路及激光器；

5. 严禁频繁开启设备，以免对激光器造成损坏；

6. 设备安装时必须接地；

7. 设备不能正常工作时应立即关闭设备，通知技术人员进行检修，并联系厂家工程师进行技术指导。

5. 操作与维护

5.1 设备操作

设备检查（每次使用前）：

1. 检查设备是否完整，所有的数据线是否连接正确完好；

2. 反射镜面是否干净，定期使用柔软的干抹布擦拭干净。

通电运行：

1. 上述流程检查完毕，通电开启设备；

2. 供电方式：设备支持直流24V电源供电，可将本设备配备的电源线与现场的24V直流电相连接；

3. 若现场没有24V直流电，也可利用AC转DC24V的电源，转换出稳定的24V直流电为本设备供电。

5.2 日常维护保养

为了使仪器保持良好的状态，产品说明书建议按以下方法进行日常维护保养：

机体清洁：

• 请在断电的情况下使用洁净的软布或其它专用布清洁擦拭机体；

• 警告：请勿使用苯、稀释剂、气态有机溶剂或者水清洁仪器，以免损伤仪器。

镜面清洁：

• 请使用专用清洁擦拭布或洁净的软布轻轻擦拭镜面表面；

• 注意：请勿用手或其它不洁的布料擦拭镜头，以免造成镜面划伤。

5.3 恶劣天气下的维护

说明书指出，在雨雪等潮湿天气和粉尘较大的雾霾天气时，需注意以下情况：

1. 收发装置的玻璃镜片在雨雪天气下容易有水珠附着，从而干扰信号接收及信号强度，影响正常使用。需用棉布轻轻擦拭上面附着的水珠；

2. 反射装置在雨雪天气下也容易有水珠附着，应用软布轻轻擦拭；

3. 在粉尘较大的天气时，应注意使用潮湿的软棉布轻擦拭附着在收发装置和反射装置镜面上的灰尘。

6. 输出信号与系统集成

6.1 输出方式

S350KS提供4-20mA标准工业信号输出，便于与现有的PLC、DCS系统或气体报警控制器集成。输出信号含义如下：

• 正常监测：4-20mA线性对应0～5000 ppm·m检测范围；

• 光束遮挡或信号过弱：输出2mA（故障指示）。

6.2 安全栅要求

说明书特别提示：4-20mA的输出在连接安全区时，需要增加安全栅防止外界能量输入，才可以和其他设备连接；如果是与本安设备连接，则不需要。这一要求旨在确保本质安全型防爆系统的完整性。

6.3 与点式探测器的对比优势

与传统的点式催化燃烧或电化学探测器相比，开路式激光遥测仪具有以下特点：

• 覆盖范围广：单套设备可覆盖百米级光路路径，适用于大范围区域监测；

• 无线无源：反射端无需供电，只需在收发装置侧布线和供电，降低了安装成本；

• 响应快速：激光检测原理响应时间达1秒级，能够快速发现泄漏；

• 抗干扰性强：TDLAS技术对甲烷具有选择性，不易受其他气体交叉干扰；

• 免频繁校准：出厂标定后，内置自动校准装置可减少人工校准频次。

7. 影响检测精度的因素

产品说明书指出以下因素可能影响检测精度：

1. 露天环境下，反射端镜面易被污染，此时反射回来的信号较弱，影响测量精度。应定期清洁镜面。

2. 由于气温很高或风力较大时气体扩散得比较快，因此当泄漏量较少时，泄漏的气体无法集中，此时检测值可能存在较大的偏差。

3. 在大雾或雾霾严重等天气因素的情况下，光路信号接收可能较弱，从而影响测量精度和正常使用功能。

8. 常见故障及解决方法

9. 企业资质与行业背景

9.1 公司概况

本产品生产商河南中安电子探测技术有限公司成立于2012年，注册资本4800万元，总部位于河南省郑州市高新区莲花街352号。公司是国家科技型中小企业、河南省高新技术企业、省防爆安全设备行业协会会员单位、河南省计量测试学会会员单位。公司于2024年获得河南省智能车间认证，2025年被评为河南省数字化转型“小灯塔"企业。

公司拥有16000平方米的现代化厂区，团队规模300余人。在气体检测领域，公司构建了从研发、生产到销售的全产业链体系。产品种类超过200种，年出货量可达30万套，部分产品远销22个国家和地区。

9.2 资质认证

中安探测产品先后取得以下资质证书：

• 国家计量器具型式批准证书（CPA）；

• 国家防爆电气产品合格证；

• 国家防爆电气设备安装修理资格证；

• CCCF消防产品认证证书；

• 国家矿用产品安全标志证书；

• 国家环保产品证书；

• 计算机软件著作版权及实用新型专有技术证书、外观专有技术证书等。

此外，公司通过了ISO9001质量管理体系认证、ISO14001环境管理体系认证、ISO45001职业健康安全管理体系认证及知识产权管理体系认证。累计持有专有技术69件、软件著作权55项。

9.3 研发能力

公司在研发领域持续投入，先后自主研发了大颗粒激光粉尘传感器、激光甲烷传感器等具有自主知识产权的产品。研发团队涵盖副教授职称1名、本科4名、大专7名，拥有本行业十年以上研发人员5名。公司拥有独立的产品测试老化实验室和省级产品合作试验院。

在2024年中国石化销售股份有限公司浙江石油分公司无线可燃气体探测器框架协议采购中，中安探测以综合得分90.52分入围，体现了公司在气体探测领域的产品技术实力。

9.4 行业地位

中安探测在国内气体检测仪器行业综合实力处于前列。公司累计取得103项资质证书，产品出口22个国家和地区，通过欧盟CE及ATEX防爆认证、SIL功能安全认证。公司每年参加多场国内外展会，外贸电商平台广告投入在行业排名靠前。

10. 总结

S350KS开路式激光气体遥测仪是针对天然气长输管道、调压站、阀室等大范围开放空间的气体泄漏监测需求开发的一款固定式开路监测设备。通过激光吸收光谱技术、收发分离的光路设计及本质安全型防爆结构，该设备能够以单套装置覆盖百米级监测范围，将路径上的甲烷积分浓度实时转换为4-20mA信号输出至监控系统。

从技术指标看，该产品检测距离可达100米，响应时间1秒，检测范围0～5000 ppm·m，可满足工业场所对大范围、连续性气体监测的需求。产品取得Ex ia ⅡC T4 Ga防爆认证和IP68防护等级，适用于爆炸性气体环境及户外工况。4-20mA标准信号输出便于与现有工业控制系统集成。

从安装维护看，反射端无需供电，只需在收发装置侧布线和供电，降低了安装成本。产品出厂时已标定并内置自动校准装置，减少了人工校准频次。日常维护主要聚焦于镜面清洁和定期检查。

结合生产企业在气体探测领域已取得的多项认证及规模化生产能力，S350KS开路式激光气体遥测仪为石油化工、燃气输配等行业提供了一种可纳入现有安全监控体系的大范围甲烷泄漏监测方案。