Наши решения

Принципы визуализации паров углеводородов. Почему некоторые газы поглощают энергию ИК-излучения?

С точки зрения механики молекулы в газе можно представить как массы, имеющие между собой связь (рисунок 1). В зависимости от количества атомов, их размера и массы, от коэффициентов упругости связей, молекулы могут двигаться только в заданном направлении, колебаться вдоль заданных осей, вращаться и т.д.

Самые простые молекулы газа – одноатомные, такие как гелий, неон, криптон. Такие молекулы не имеют возможности колебаться и вращаться, то есть они могут двигаться только со смещением вдоль в одном направлении.

Рисунок 1.  Одноатомные молекулы.

Следующая группа молекул – гомоядерные, состоящие из двух атомов, такие как водород (H2), азот (N2), кислород (O2). У таких молекул кроме движения со смещением вдоль появляется возможность вращаться вокруг своей оси (рисунок 2).

Рисунок 2.  Двухатомные молекулы.

Еще одна группа – сложные двухатомные молекулы, такие как двуокись углерода(CO2), метан (CH4), элегаз (шестифтористая сера) (SF6), стирол (этилен-бензол) (C6H5CH=CH2) (рисунок 3).

Рисунок 3.  Этил-бензол

Увеличение числа степеней свободы вызывает появление различных вращательных и колебательных переходов. Так как молекулы состоят из многих атомов, они более эффективно, чем простые молекулы, поглощают и излучают энергию (тепло). В зависимости от частоты переходов, некоторые из них могут попадать в область поглощения энергии в ИК-диапазоне, к которому чувствительна инфракрасная камера.

Тип переходаЧастотаСпектральный диапазон
Вращение тяжелых молекул 109–1011 Гц Диапазон сверхвысоких частот, длины волн выше 3 мм
Вращение легких молекул и колебание тяжелых молекул 1011–1013 Гц Дальняя инфракрасная область, длины волн от 30 мкм до 3 мм
Колебания легких молекул. Вращение и колебание структуры. 1013–1014 Гц Инфракрасная область, длины волн от 3 мкм до 30 мкм
Электронные переходы 1014–1016 Гц Видимая часть ультрафиолетового спектра

Для того, чтобы молекула могла поглотить фотон и перейти из одного состояния в другое она должна обладать дипольным моментом, который может колебаться на частоте поглощаемого фотона. Такое квантово-механическое воздействие позволяет молекуле "передать" или поглотить электромагнитную энергию фотона.

По сравнению с существующими методами тепловизионная система обнаружения утечек паров углеводородов имеет преимущество при поглощении колебаний определенных молекул.

В тепловизионной системе матрица фокальной плоскости и оптика настроены на очень узкую спектральную область, порядка сотен нанометров, вследствие чего обладают высокой избирательностью. Только те газы, которые имеют область поглащения в ИК-диапазоне, могут быть обнаружены с помощью тепловизионной системы. Такая технология называется спектральной адаптацией.

Благодаря фильтру с технологией спектральной адаптации, все компонеты системы настроены так, чтобы излучать как можно меньше энергии, так как энергия, излучаемая газами, очень незначительна. Данное решение обеспечивает достаточный уровень сигнал/шум. Фильтр устанавливается при криогенных температурах порядка 70 К (–203,15 oC) в корпусе тепловизионной системы.

На рисунке 4 приведен спектр излучения бензола (C6H6 – область поглащения – середина средневолнового диапазона).

Рисунок 4.  Спектр излучения бензола.

Обработка результатов обследований основана на качественном анализе визуализации утечек углеводородных газов и других вспомогательных параметров, описывающих окружающую среду и особенности проведения контроля.

Качественный анализ применяют для оперативного визуального контроля, определения источников утечек углеводородных газов и анализа состояния технологического оборудования объектов нефтепереработки и нефтепродуктообеспечения.

Компания «КИПЭНЕРГО» обладает специальным оборудованием для качественного анализа утечек паров нефти и нефтепродуктов, а также большим опытом проведения подобных работ. Подробнее по услуге

Заказ обратного звонка

  1. Ваше имя
  2. Телефон
Яндекс.Метрика