【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國科學院安光所張志榮研究員團隊在甲烷泄漏檢測激光氣云三維成像與泄漏率量化反演技術方面取得重要突破，相關研究成果以《基于激光掃描技術的甲烷氣云動態(tài)成像與反演量化方法》為題發(fā)表于環(huán)境科學領域TOP期刊 Environmental Science & Technology (SCI一區(qū)，IF=12.4)。本文第一作者是博士生王夏春與孫鵬帥副研究員，通訊作者是張志榮研究員。
油氣管道甲烷泄漏不僅造成巨大經(jīng)濟損失與資源浪費，而且會極大加劇全球氣候變暖進程，更重要的是還有嚴重安全隱患、進一步造成人員損傷的風險。傳統(tǒng)甲烷管道泄漏檢測以激光云臺單點測量為主，僅能獲取局部濃度數(shù)據(jù)，易受風速干擾產(chǎn)生漏報、誤報。現(xiàn)有氣體成像技術同樣存在明顯短板：被動陣列探測器成像氣體選擇性差，極易受背景熱輻射影響；主動陣列高分辨率成像硬件成本高昂；傳統(tǒng)掃描成像則面臨回光效率低、視場受限、掃描滯后效應干擾精度等一系列技術瓶頸，難以同步實現(xiàn)微泄漏可視化、泄漏點定位與泄漏率定量識別。
團隊基于傳統(tǒng)可調(diào)諧二極管激光吸收光譜技術(TDLAS)，開創(chuàng)性地實現(xiàn)了檢測光束“動態(tài)掃描”的特殊處理，成功研發(fā)出高性能甲烷三維氣云成像遙測系統(tǒng)與泄漏率量化新方法。研發(fā)的甲烷成像遙測系統(tǒng)由光收發(fā)模塊、硬件電路、自研掃描云臺與上位機四部分組成，采用收發(fā)同軸光路設計，大幅提升了開放光路長距離后向散射回波耦合效率，光學損耗顯著降低。通過將掃描獲取的路徑積分濃度數(shù)據(jù)與風場模擬深度耦合，成功建立基于通量原理的泄漏率反演算法，為油氣管網(wǎng)甲烷泄漏智能監(jiān)測與精準減排提供了全新技術路徑。
該新型甲烷成像遙測系統(tǒng)已在中緬、中俄油氣管道等國家重要能源作業(yè)區(qū)典型場景完成示范應用。在高溫、高濕、雨霧雪、高風速、強光等復雜惡劣環(huán)境下，系統(tǒng)均有效抵御外界干擾，穩(wěn)定輸出高質(zhì)量成像與泄漏率精準數(shù)據(jù)，未出現(xiàn)漏報、誤報情況。
該技術與現(xiàn)場傳統(tǒng)激光云臺設備對比測試顯示，其性能優(yōu)勢顯著，為泄漏源穩(wěn)定分析與精準定位奠定了堅實技術基礎，推動泄漏感知從“定性判斷”到“定量、定形、定位”的跨越，逐步形成“安全監(jiān)測無死角、風險預警微感知、運維決策數(shù)智化”的新判識閉環(huán)，為國家能源應急安全夯穩(wěn)基石！
本研究得到了國家重點研發(fā)計劃(2022YFB3207601)；國家科技重大項目(2025ZD1700802)；國家自然科學基金(62505327)；安徽省杰出青年科學基金(2408085J001)；中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院青年基金(YZJJ2022QN02)；合肥市自然科學基金(202339，HZR2430，HZR2506)等項目支持。
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