T∕CI 1253-2025 油气储罐泄漏安全多通道本安型光纤激光气体传感器

ICS13.200CCSM759团体标准T/CI1253—2025油气储罐泄漏安全多通道本安型光纤激光气体传感器Multi-channelintrinsicallysafeopticalfibergassensorforsafetyinoilandgasstoragetankleakagedetection2025-11-14发布2025-11-14实施中国国际科技促进会发布ⅠT/CI1253—2025前言 Ⅲ1范围 12规范性引用文件 13术语和定义 14分类及命名 25传感器工作原理 36技术要求 47试验方法 88检验规则 13 14ⅢT/CI1253—2025本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国科学院合肥物质科学研究院提出。本文件由中国国际科技促进会归口。浙江水利水电学院、河南仕佳信息技术研究院有限公司、南京信息工程大学、唐山市神州科贸有限公司、泉州信息工程学院、青岛积成电子股份有限公司、南通亚泰工程技术有限公司、河南鑫宇光科技股份有限公司、山西大学、厦门三优光电股份有限公司、长春理工大学。1T/CI1253—2025油气储罐泄漏安全多通道本安型光纤激光气体传感器1范围本文件规定了油气储罐泄漏安全多通道本安型光纤激光气体传感器设计生产过程中的分类、命名、规格、技术要求、检验规则及标志、包装、运输和贮存,并描述了相应的试验方法。本文件适用于类似油气储罐易燃易爆等危险场所测定环境中的标志性气体浓度的本安型多通道光纤烷烃气体传感器(以下简称“传感器”),传感器也适用于如煤矿、化工、农业、电力、矿山、隧道、管廊等不同目标场合相似场景。并且,所监测的目标气体能依据实际使用环境进行选择。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T191包装储运图形符号标志GB/T2423.1电工电子产品环境试验第2部分:试验方法试验A:低温GB/T2423.2电工电子产品环境试验第2部分:试验方法试验B:高温GB/T2423.4电工电子产品环境试验第2部分:试验方法试验Db:交变湿热(12h+12h循环)GB/T2423.10环境试验第2部分:试验方法试验Fc:振动(正弦)GB/T2423.17环境试验第2部分:试验Ka:盐雾GB2894安全色和安全标志GB/T3836.1爆炸性环境第1部分:设备通用要求GB/T3836.4爆炸性环境第4部分:由本质安全型“i”保护的设备GB/T4208外壳防护等级(IP代码)GB/T9969工业产品使用说明书总则GB/T10111随机数的产生及其在产品质量抽样检验中的应用程序GB/T25476—2010可调谐激光气体分析仪AQ1043矿用产品安全标志标识JB/T8207工业自动化仪表用电源电压MT210—1990煤矿通信、检测、控制用电工电子产品基本试验方法MT/T408煤矿用直流稳压电源SH/T3207石油化工工程安全标志3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。2T/CI1253—2025油气储罐泄漏安全多通道本安型光纤激光气体传感器multi-channelintrinsicallysafeopticalfibergassensorforsafetyinoilandgasstoragetankleakagedetection利用先进的可调谐半导体激光器吸收光谱技术(TDLAS)获取油气储罐场合环境中的烷烃类气体的浓度信息,它包括多个本质安全型全光纤耦合传感器探头、多通道激光传感器主机及连接光缆,多个传感器探头通过光纤与多通道激光传感器主机相连接,对油气储罐一二次密封或者浮舱区域等有烷烃类气体环境中的烷烃类气体浓度进行多点同步实时监测。注:该传感器能稍加改进应用于城市管廊、化工园区、煤矿井下采掘工作面、回风巷道、机电硐室等场所。3.2显示值displayedvalue传感器显示的测量数值。3.3零点zeropoint传感器在清洁空气中正常工作时的显示值。3.4报警点warning传感器依据使用要求所预先设置的报警启动值。3.5仪器误差instrumenterror在实验室环境下确定的传感器测量误差值。3.6稳定性stability在规定的工作条件和时间内,传感器的零点、标定点和报警点保持在允许变化范围内的性能。3.7响应时间responsetimeT90测量气体浓度发生阶跃变化时,传感器显示值或输出信号达到稳定值的90%的时间。3.8检测范围detectionrange传感器能够准确测量并输出有效浓度值的最小值和最大值区间。4分类及命名4.1传感器分类传感器可选择单组分气体测量或者多组分气体测量。分类如下:a)单组分传感器(A):用于单一气体的监测,气体种类可选;b)多组分传感器(B):用于多组分气体的测量,气体种类可选。4.2产品命名传感器依据测量目标气体组分、探头数量、是否进行补偿等依据进行命名。命名规则如下:3T/CI1253—2025当油气储罐泄漏安全激光气体传感器探头与主机所处环境温度差≥20℃时,在传感器探头中加入光纤光栅温度传感器。5传感器工作原理图1传感器组成框图如图1所示,传感器主机中的电路系统包含激光光源模块、信号采集模块、温压控制模块、微处理器模块、通讯模块、电源模块等。其中光源模块在温压控制模块及微处理器模块的联合控制下输出测量目标气体的激光光束,并进行波长监测和稳频工作;采集模块用于采集接收到的气体吸收信号,用于气体浓度的反演分析;微处理器模块集成了控制、数据处理等多个功能,并可与通讯模块联合实现浓度数据的实时与数字化平台对接;电源模块为其他模块供电。传感器主机中的光路系统包含光纤分束器、参考气室等,其中光纤分束器可依据测量探头的数量进行激光分束;参考气室的作用可实现中心波长的锁定和实时的校准工作。光缆为依据需要传输的激光器中心波长特殊定制的不同芯径数的铠装光缆,系统连接示意图如图2所示。传感器探头形式可分为图3所示的两种类型,并可依据现场情况进行设计优化。需要说明的是此处光源可依据现场要求测量的目标气体进行选择。4T/CI1253—2025图2传感器结构连接图图3两种形式的传感器探头:导管防护型、悬挂扩散型(外形可依据实际情况设计)6技术要求6.1一般要求传感器依据使用环境情况,一般要求如下。a)传感器设计和生产应符合本文件要求,并应按规定程序批准的图样及技术文件制造。b)传感器探头应通过国家授权的防爆检验机构联检,与其配套的关联设备应具有有效期内的产品合格证书。6.2工作条件6.2.1工作环境条件传感器能够进行下列所规定的气候条件下的各项试验,试验期间,传感器不应发出故障信号或产生故障情况。a)环境温度:-40℃~+60℃。b)相对湿度(RH):≤98%(+25℃)。5T/CI1253—2025c)大气压力:80kPa~116kPa。d)环境风速:≤25m/s。6.2.2贮运条件传感器的运输和存储应符合以下要求。a)环境温度:-40℃~+80℃。b)相对湿度(RH):≤98%(+25℃)。c)振动:加速度50m/s2。d)冲击:峰值加速度500m/s2。6.3外观及结构传感器外观及结构描述如下,满足现场使用环境:a)传感器的表面、镀层或涂层不应有气泡、裂痕、明显剥落和斑点;b)传感器应结构合理、坚固耐用;晃动;d)传感器探头应有适于现场安装的悬挂或支撑结构;e)传感器探头外壳、接插件和零件应采取防腐措施,涂、镀层应均匀、牢固、颜色一致;f)传感器主机及探头外壳宜采用金属外壳,结构合理;g)传感器探头与主体分离时,可依据现场情况要求符合强度、防尘、防水保护等功能。6.4基本要求6.4.1传感器主机工作电源应符合MT/T408或JB/T8207的要求。6.4.2传感器主机应能够输出与测量气体体积浓度相对应的信号。信号的类型参数等信息使用说明书中有明确说明。6.4.3输出信号制式,宜选用如下信号制式。a)电流型:直流1mA~5mA,4mA~20mA。b)频率型:200Hz~1000Hz,200Hz~2000Hz。c)数字信号型:传输速率为1200bit/s,2400bit/s,4800bit/s,9600bit/s,115200bit/s电平不小于3V。d)其他形式:按照数字平台要求制定相应传输规则。6.4.4传感器应具备以下基本功能:a)传感器探头具备扩散式取样测量方式;b)传感器主机应以百分比体积浓度显示测量值,采用数字显示,其分辨率与所选择的检测种类相对应;c)传感器主机应具有远距离数据传输预警功能;d)传感器主机应具有对系统时钟源、内存、文件系统及激光检测组件的自检功能;e)传感器主机应具有实时数据存储功能;f)传感器主机及探头应具有本机标识码及各类型产品标识。6.5显示值的稳定性和基本误差6.5.1显示值的稳定性当所测量目标气体浓度保持恒定时,传感器的显示值或输出的信号值的变化量应不超过±5%。6T/CI1253—20256.5.2基本误差以选取的几个测量气体为例(实际测量数量可根据现场需求进行选取),基本误差应符合表1要求。其他气体依据实际情况给出误差要求。表1传感器测量参数气体种类浓度范围误差最低浓度最高浓度氧气(O2)3%25%±1.25%(±5%F.S.)甲烷(CH4)50×10-6(0.1%LEL)5000×10-6(10%LEL)±150×10-6(±3%F.S.)丙烷(C3H8)160×10-6(<0.8%LEL)6500×10-6(>30%LEL)±325×10-6(±5%F.S.)丁烷(C4H10)160×10-6(<0.9%LEL)6000×10-6(>30%LEL)±300×10-6(±5%F.S.)温度(T)(可选择)-40℃+60℃±1℃以上指标在温度为25℃、压强为1个标准大气压条件下测试。6.6工作电压范围传感器追加工作电压一般应在输入电压220V范围内正常工作。6.7传输距离传感器主机与探头之间采用光缆传输时,主机与探头的传输距离依据实际安装地点进行选择,一般距离应<2km,主机的显示值或输出信号值应符合6.5.2的规定。6.8工作稳定性传感器在连续工作60d时间内,其基本误差应符合6.5.2的规定。6.9响应时间(T90)传感器的响应时间应不大于30s。6.10报警功能传感器应依据用户要求设计报警功能,描述如下。a)传感器应具有报警功能,传感器为超上限报警,并可任意设置报警点,报警显示值与设定值的差值应不超过±0.05%(可选)。b)如果用户需要可增加声光报警功能进行延展。6.11绝缘电阻传感器本安端与外壳之间,常态下其绝缘电阻不小于50MΩ;交变湿热试验后应不小于1.5MΩ。6.12工频耐压传感器本安端与外壳间能承受500V、50Hz,历时1min的耐压试验,无闪络现象且漏电电流不大于5mA。7T/CI1253—20256.13环境适应性传感器贮运振动应小于或等于50m/s2,冲击峰值加速度500m/s2,符合GB/T2423.10的规定。6.13.2压力传感器在6.2规定的压力范围内,应符合6.5.2的规定。6.13.3风速传感器在25m/s风速条件下试验,其指示值的漂移量应不超过±1%LEL。6.13.4湿度传感器在6.2规定的湿度范围内,应符合6.5.2的规定。6.13.5工作温度传感器经工作温度试验时,应符合6.5.2的规定。6.13.6贮存温度传感器经贮存温度试验后,应符合6.5.2的规定。6.13.7交变湿热传感器经交变湿热试验后,应符合6.5.2的规定。6.14多通道传感器探头当传感器采用多通道传感器探头时,每个传感器探头均应进行一致性测试,应满足6.5~6.9、6.13的要求。6.15防爆及防护要求传感器探头属于本安型,产品防爆应符合GB3836.1、GB3836.4的规定,并应经国家指定的防爆检验部门审查检验合格,取得防爆部门发放的“防爆合格证”或者“测试证书”。6.15.2防护要求当采用导管防护型外壳时,传感器外壳防护性能应符合GB4208中IP65的规定;当传感器探测气室与主体分离时,其外壳防护等级应符合GB4208中IP65的规定。6.15.3最高表面温度传感器在正常工作和故障状态,其元件、导线以及外壳的最高表面温度不应大于100℃。6.15.4电气间隙与爬电距离传感器外壳结构、电气间隙、爬电距离、涂层下爬电距离应符合GB3836.4的规定。8T/CI1253—20256.15.5光源光功率传感器敏感元件光源光功率应满足GB3836.1—2011中6.6的要求。6.15.6本安性能与本安性能有关的元件应符合GB3836.4的规定,本安电路元器件在正常工作及故障状态下,其工作电压、工作电流、功率均不应大于其额定值的2/3。6.15.7防腐蚀传感器在防腐蚀方面的测试应按照GB/T2423.17规定的方法进行,取得相关测试证书。7试验方法7.1试验条件除环境试验或有关标准中另有规定外,试验应在下列环境条件中进行。a)温度:15℃~35℃。b)平均相对湿度:45%~95%。c)大气压力:80kPa~116kPa。7.2试验用气样和仪器7.2.1试验用气样氮气中标气气样(以下简称“标准气样”),应采用经国家计量部门考核认证单位提供的气样,其不确定度不大于2%。以测量甲烷、丙烷、丁烷、氧气混合气体测量为例进行描述,传感器各项试验所用气样应符合表2要求。表2传感器试验气样序号器件\材料\设备名称体积分数(×10-6)1甲烷标准气体2丙烷标准气体3丁烷标准气体4氧气标准气体5混合气体O2(3%)+CH4(50)+C3H8(160)+C4H10(160)6高低温试验箱温度范围覆盖-40℃~+60℃,精度±1℃7多功能动态配气仪用于配置不同浓度气体,误差小于3%(如无,可用标准气体)多功能动态配气仪适用于在少气样时配置不同浓度的测试气体;当标准气体足够多时可不采用多功能动态配气仪,全部使用标准气体进行测试。建议优先使用标准气体进行测试。7.2.2试验用主要仪器传感器在依据本文件进行试验时,需要准备的主要仪器如下。a)气体流量计。9T/CI1253—2025测量范围:30mL/min~1000mL/min;准确度:2.5级。b)秒表。分度值为0.01s。c)交流电源(市电)。输出电压:220V。d)电压表及电流表。采用四位半的数字万用表,其准确度应不小于0.5级。e)光功率计。分辨率0.01mW。7.3外观及结构检查用目测方法观察传感器外观及结构应符合6.3的要求。7.4显示值的稳定性和仪器误差在以下所有需对传感器调校的试验中,应使用与传感器配套的操作键盘和鼠标完成。在以下需通气的试验中,除报警误差试验外,其余试验的通气流量应保持为产品企业标准规定的传感器校准时的流量(以下简称“规定流量”)。传感器主机与探头连接好后,主机按照6.6要求进行供电,需要对传感器进行显示稳定性测定和仪器误差测定。试验过程中,观察传感器显示值的最小分辨率。并通过软件助手查看输出信号制式是否符合6.4.3相关要求。待传感器零点在清洁空气中稳定后,按规定流量,对环境用传感器通入相对应的标准气样,通气时间至少为10min;再将传感器的显示值调至与标准气样值一致(上述步骤在以后简称“校准传感器”),继续通气,再观察1min,记录1min内传感器显示值的最大值与最小值的差异,重复测定3次,3次中误差最大值不超过标准为合格。校准3次的传感器,在以后的测定中不应再次校准。待传感器零点在清洁空气中稳定后,按规定流量分别向环境用传感器探头分别依次通入表1、表2中基本误差项规定的标准气样各10min,记录传感器的显示值或输出信号值(换算为气体浓度值)。重复测定4次,取其后3次与标准气样的差值,3次中误差最大值不超过标准为合格。7.5传输距离将传感器主机与探头通过光缆连接,可测试与现场一致的光缆长度情况,通气测试方法按7.4要求进行,记录关联设备的显示值或输出信号值。重复测定4次,取其后3次与标准气样的差值,3次中误差最大值不超过标准为合格。7.6工作稳定性测定把校准好的传感器放置在空气中运行,对环境用传感器按规定流量依次通入清洁空气和标准气样各10min,连续测量3次,记录显示值或输出信号值,3次中误差最大值不超过标准为合格。每天试验1次,连续运行60d,试验期间不应调整传感器。7.7响应时间测定将制造厂提供的注气取样装置与传感器探头进气部位相接,校准传感器,记录显示值。再通入清洁空气,待传感器零点稳定后,把规定流量通有标准气样的注气装置迅速换到探测气室上,并记录传感器主机的显示值达到原显示值90%所需要的时间,测量3次,3次中误差最大值不超过标准为合格。标准10T/CI1253—2025气样值应符合表1、表2的规定。将注气装置与传感器进气部连接,按规定流量通入清洁空气,待传感器零点稳定后,以相同的流量通入标准气样3min,记录显示值。再通入清洁空气,待传感器零点稳定后,把以相同的流量通入标准气样的注气装置,迅速换到探测探头上,并开始记录传感器主机的显示值达到原显示测量值90%所需要的时间,测量3次,3次中误差最大值不超过标准为合格。7.8报警功能试验7.8.1报警值与设定值差值的测定将传感器校准好,环境用传感器警报点设置依据不同气体进行设定。待传感器零点稳定后,对环境用传感器缓慢通入报警阈值的标准气样,记录出现声、光信号瞬间传感器的显示值,计算设定警报点与显示值的差值。7.8.2报警声级强度测量报警声强度用声级计测量应不小于80dB(A)。将声级计置于传感器的报警声响器轴心正前方1m处,测量3次,3次中误差最大值不超过标准为合格。7.8.3报警光信号试验在黑暗环境中距传感器20m处观察。7.9绝缘电阻检测传感器绝缘电阻检测试验按MT210—1990中第7章规定的方法进行。7.10工频耐压试验传感器工频耐压试验按GB3836.4—2021中10.3规定的方法进行。7.11振动试验按照GB/T2423.10中试验Fc方法进行。严酷等级:扫频频率范围为10Hz~150Hz,加速度幅值为50m/s,振动次数为5次。传感器不包装。固定使用的传感器不通电,不进行中间检测;机载移动使用的传感器通电,进行中间检测。试验后再进行外观检查和测定基本误差。7.12压力影响试验将校准好的传感器安装在图4所示的试验装置上,向装置中注入氮气,用氧气检测仪表测量装置取样口的气体浓度,当氧气浓度低于3.0%时,关闭取样口,再向装置注入标准气体,调整装置内压力及标气浓度值,达到以下要求。—做压力上限试验时,装置内压力值控制在105kPa~110kPa。—做压力下限试验时,装置内压力值控制在80kPa~85kPa。装置内标气浓度控制在某一点。当装置内压力及标气浓度值达到试验要求后,静置30min,确定压力无变化后,先记录传感器的输出信号值(换算为标气浓度值),每30s记录1次指示值,共记录3次,3次中误差最大值不超过标准为合格;根据装置内压力与环境大气压力的关系,采用相应的取样方法,记录装置取样口气体在线分析仪的测量值,并计算两者差值。按压力上、下限要求各试验1次。11T/CI1253—2025标引序号说明:1—压力表;6—光缆引入口;2—进气口;7—光缆;3—正压取样口;8—取样气室;4—负压取样口;9—传感器;5—吸气装置;10—测试外壳。图4压力影响试验装置结构示意图7.13风速影响试验(选取甲烷气体为例进行说明)将校准好的传感器放入通风试验装置中,在风流为LELCH4,管道用传感器显示值调为0.5%LELCH4(以下简称“调整传感器的基准点”),记录显示值,启动风机,对环境用传感器,调整风速为8+.5m/s,对管道用传感器,调整风速为25+.5m/s,人为使传感器绕悬挂轴线方向转动,寻找其受风速影响的位置。固定此位置,每30s记录1次指示值,共记录3次和基准点的差值作为漂移量,3次中误差最大值不超过标准为合格。7.14温度影响试验向仪器通入规定浓度的校准气体,利用温控装置调节被测气体温度,按操作说明控制升(降)温速率,并分别测定仪器在被测气体而定工作温度上限、下限及中间值时仪器的示值,稳定时间自仪器通气开始不得小于1h。对于A类传感器,校准气体浓度建议选择1%的CH4标准气体,对于B管道用传感器,建议选择10%的CH4标准气体。7.15湿度影响试验水蒸气干扰误差试验方法按照GB/T25476—2010的6.4.5.2.2实施。7.16工作温度试验7.16.1低温工作试验按GB/T2423.1中试验Ab方法进行。在温度为0℃±3℃条件下,传感器通电,稳定2h后,测定12T/CI1253—2025基本误差。以后每小时测定1次基本误差,共3次,3次中误差最大值不超过标准为合格。7.16.2高温工作试验按GB/T2423.2中试验Bb方法进行。在温度为40℃±2℃条件下,传感器通电,稳定2h后,测定基本误差。以后每小时测定1次基本误差,共3次,3次中误差最大值不超过标准为合格。7.17贮存温度试验7.17.1低温贮存试验按GB/T2423.1中试验Ab方法进行。在温度为-40℃±3℃条件下,持续时间为16h。传感器非包装,不通电,不进行中间检测。试验后,在试验箱中恢复到6.5.2试验温度规定的条件下保持2h,再测定基本误差。7.17.2高温贮存试验按GB/T2423.2中试验Bb方法进行。在温度为60℃±2℃条件下,持续时间为16h。传感器非包装,不通电,不进行中间检测。试验后,在试验箱中恢复到6.5.2试验温度规定的条件下保持2h,再测定基本误差。7.18交变湿热试验按GB/T2423.4中的试验Db方法进行,在温度为40℃±2℃,相对湿度为(93±3)%条件下,持续时间为12d;绝缘电阻和工频耐压试验后按GB/T2423.4中规定的方法进行恢复和最终检测,检查外观、主要技术指标和功能。7.19特殊说明7.15~7.17每项试验后,检查性能前,允许重新校准传感器。7.20防爆和防护试验7.20.1防爆要求试验传感器的防爆性能试验方法按GB3836.1、GB3836.4的规定进行,由国家授权的防爆检验机构进行。7.20.2防护要求试验外壳防护性能试验按GB4208规定的方法进行。7.20.3最高表面温度试验最高表面温度按GB3836.4规定的方法进行。7.20.4电气间隙与爬电距离试验电气间隙和爬电距离的测量由精度不低于0.02mm的游标卡尺进行测量。测量时应确保卡尺与测量面垂直,并沿最短路径直接测量两导电部委之间的空间距离(电气间隙)或沿绝缘表面测量的最短路径(爬电距离)。7.20.5光源光功率试验光功率测量用计量合格的仪表进行测量,测量精度应达到±2%。13T/CI1253—20257.20.6本安性能本安性能有关元件的检查按照GB3836.4的规定进行。7.20.7防腐蚀盐雾试验相关测试可按GB/T2423.17规定的方法进行。8检验规则8.1出厂检验传感器的出厂检验和型式检验,检验项目见表3。表3检验项目表序号检验项目试验要求试验项目条款出厂检验型式检验1外观及结构检查6.37.3√√2输出信号制式试验7.4√√3基本功能试验7.4√√4显示值稳定性试验7.4√√5基本误差试验7.4√√6工作电压范围试验6.67.4√√7传输距离试验6.77.5√√8工作稳定性试验6.87.6△√9响应时间试验6.97.7√√10报警功能试验6.107.8√√11绝缘电阻试验