内浮顶储罐油气类混合气体在线采样式激光探测装置技术领域
本发明涉及信息技术领域，尤其是微电子和光电技术领域的油气类混合气体激光
在线采样探测实现的装置。
背景技术
内浮顶储油罐是立式圆筒形金属油罐的一种，由于其在降低油品损耗、减少火灾
危险性以及满足环保要求等方面较其它形式油罐更具优势。内浮顶把介质即罐内储料和空
气有效隔绝，从一定程度上也降低了发生火灾爆炸的危险等级，因此目前在炼化企业大量
使用内浮顶罐储装汽油及其它易挥发性油品。但是，内浮顶储油罐使用一段时间后，由于浮
盘、运动部件、密封件磨损，储存原料的气相成分中具备可燃气体的原因，导致可燃气体气
相成分泄漏到浮盘与罐顶之间的空间中，遇有雷电或静电感应，可以燃爆储油罐，造成安全
事故。
目前解决问题的办法是，定期对轻质油监控指标主要是C4含量、蒸汽压、硫含量等
进行采样分析；采样分析频次应每罐每周不少于1次；建立可燃气体浓度检测制度，没有设
置氮封设施的轻质油储罐每月检测不少于1次，设置氮封措施的储罐可适当延长，但至少每
季度检查1次。公有技术对轻质油采样分析的仪器使用色谱仪，实际应用中需要一种能够在
储油罐上在线监测油气的装置，要求这种装置，是绝对安全的，当装置感知油气超标时，能
够立即通知值班人员，采取“注氮”或“停车检查”等具体技术措施。
即使按照上述规定操作，现场操作人员的工作强度较大，难以持久合规操作，监管
人员工作也难以量化落实。并且，人工巡检周期较长，难免在巡检周期外，漏检油气超标时
机，埋下安全隐患。为安全运行起见，需要对内浮顶油罐内的油气进行在线监测。
本发明针对现有技术的不足，提出用红外带通滤波器的探测技术对汽油储罐浮盘
上部气相空间油气进行检测，可以采用自动化装置设定采样检测周期，红外带通滤波器替
代色谱仪将检测周期的可控范围由周降低到分钟，本发明的技术难点在于以下：1、使用色
谱仪检测不用考虑混合油气气相组成，而使用红外带通滤波器检测必须考虑不同气相组成
与色谱仪检测结果的差异性，原因是红外带通滤波器检测只能针对气相组成的主要气体进
行检测，不同的气体所用的红外光频率不同，本发明主要针对汽油油气气相组分中的正丁
烷和异戊烷进行红外带通滤波器检测并比较检测结果与色谱仪在相同环境下检测结果的
差异，从而做出差异补偿。2、同品质汽油的油气类气体是混合气体，组成成分复杂。通过本
发明所描述的实验装置以汽油品质、外界空气注入量两个维度为依据测量汽油蒸发量，使
用气相色谱仪检测装置记录气相组成情况，根据气相组成描绘成曲线图，达成将红外带通
滤波器的探测器测量的实际汽油气相组成值曲线图模数转换补偿修正的方法，该方法称作
油气类混合气体激光在线采样探测实现的方法，用作油气类混合气体在线采样探测报警装
置的核心技术。
对比发明人于2015年申请的专利号为2015104417795发明创造名称为无源激光探
测储油罐油气浓度的方法，区别在于石油油气和汽油油气在激光探测方法上存在差异，石
油油气是跟温度有关，通过色谱数据换算公式，得爆炸下限。本发明针对汽油油气检测是根
据多次测量常温状态下色谱仪检测数据与红外带通滤波器检测数据的线性相关性制作不
同种类汽油油气检测数据的修正曲线，从而达到自动化红外带通滤波器检测与人工色谱仪
检测在检测结果上的一致性，从而将检测周期控制在分钟级别，弥补人工检测周期长易发
生意外情况的不足。
本发明涉及汽油检测跟温度没有关系，因为汽油（c4~c12烃类混合物）燃烧极限下
限1.1（vol%），上限5.9（vol%），是公认技术。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明需要用到一种油气类混合气体激光在线采样探测实现的方法，该方法实现步骤
是选择不同地域，现场采集佳美佳92#汽油、中石油95#汽油、中石化92#汽油、中石化95#汽
油、实验室汽油油样，进行空气量梯度场环境下，油气组分挥发实验，通过实验，描绘出各种
汽油，在不同储存空气量梯度场下，与油气组分挥发浓度的函数关系，进而，给出常温下不
同空气量环境下，气相色谱仪测定气相组分和红外带通滤波器的探测器测量气相组成值的
修正关系曲线，为监测储罐浮盘上部气相空间的汽油油气挥发系统，提供理论及数据支撑，
从而为实现对汽油储罐浮盘上部气相空间的油气挥发过程的精确实时激光在线采样监测
及报警提供数据支持。
油气类混合气体激光在线采样探测实现的方法，其步骤包括：
1）测定常温下，汽油蒸发量和汽油油品挥发出来的油气平衡状态下的气相组成情况
a、测定佳美佳92#汽油、中石油95#汽油、中石化92#汽油、中石化95#汽油、实验室汽油，
常温下，汽油蒸发量；
b、测定佳美佳92#汽油、中石油95#汽油、中石化92#汽油、中石化95#汽油、实验室汽油，
常温下，汽油油品挥发出来的油气平衡状态下的气相组成情况；
c、确定佳美佳92#汽油、中石油95#汽油、中石化92#汽油、中石化95#汽油、实验室汽油，
常温下，汽油油气的主要组分为正丁烷和异戊烷；
2）测定气相色谱仪检测各种汽油油气浓度曲线与红外带通滤波器检测各种汽油油气
浓度曲线线性相关的数据
a、结合内浮顶罐汽油储罐的结构确定常温下佳美佳92#汽油、中石油95#汽油、中石化
92#汽油、中石化95#汽油、实验室汽油使用气相色谱仪测试油气浓度的曲线；
b、将红外带通滤波器调整到所发出红外激光频率被正丁烷和异戊烷吸收效果最显著
的红外光频率上，结合内浮顶罐汽油储罐的结构确定常温下佳美佳92#汽油、中石油95#汽
油、中石化92#汽油、中石化95#汽油、实验室汽油使用红外带通滤波器检测正丁烷和异戊烷
浓度的曲线；
c、对比气相色谱仪测试油气浓度的曲线和使用红外带通滤波器检测油气正丁烷和异
戊烷浓度的曲线，得出红外带通滤波器检测各种汽油油气的修正值；
3）根据函数关系形成输入参数为汽油油品，输出为汽油储罐浮盘上部气相空间的汽油
气相组成浓度值的曲线，并将曲线数字化，通过模数补偿修正红外带通滤波器的探测器测
量的实际汽油气相组成浓度值；通过比对预设值和红外带通滤波器的探测器测量的实际汽
油气相组成浓度值，当汽油储罐浮盘上部气相空间的可燃气体浓度达到预设值下限的50%
时触发报警信息，预设值设定为存储介质爆炸下限值；
油气类混合气体激光在线采样探测实现的方法，更为具体的详细的步骤包括：
步骤1，上述的测定佳美佳92#汽油、中石油95#汽油、中石化92#汽油、中石化95#汽油、
实验室汽油，常温下，汽油蒸发量，包括：将可伸缩气体存储缓冲装置抽真空，真空状态下，
该装置内体积为零，即为完全扁平状态；向储油装置中加入指定量的油样；常温下，使储油
装置达到气液相平衡状态，打开缓冲装置、储油装置采集阀门，向装有汽油的储油装置采集
阀门导管内吹入空气，储油装置内汽油挥发出来的油气经由导管进入缓冲装置；调整实验
条件，更换油样或改变注入的空气气量，控制储油装置内的汽油油气总量，重复以上步骤。
步骤2，上述测定佳美佳92#汽油、中石油95#汽油、中石化92#汽油、中石化95#汽
油、实验室汽油，常温下，汽油油品挥发出来的油气平衡状态下的气相组成情况，包括：待激
光红外设备即红外带通滤波器示数稳定后，读取并记录示数，同时利用具有刻度的注射器
从缓冲装置采集阀门往外抽气，从采集阀门抽至气体缓冲装置重新完全扁平，因为整个装
置为全密封结构，则此时抽出的气量即为汽油挥发产生的气量；调整实验条件，更换油样或
改变注入的空气气量，控制储油装置内的汽油油气总量，重复以上步骤。
步骤3，上述根据结论和数据，结合内浮顶罐汽油储罐的结构和数据库，给出汽油
油气挥发的组分较多的正丁烷和异戊烷标定由红外带通滤波器检测的汽油油气浓度与气
相色谱仪测试油气浓度，去掉误差因素的干扰，存在线性关系曲线，包括：利用气相色谱检
测装置进行气样分析，获得气体组成以及各组分含量的相关数据。即汽油储罐浮盘上部气
相空间的汽油气相组成值；形成佳美佳92#汽油、中石油95#汽油、中石化92#汽油、中石化
95#汽油、实验室汽油，常温下，与激光红外设备二维相关性的汽油储罐浮盘上部气相空间
的可燃气体浓度曲线，曲线结论见图3。
步骤4，所述的根据结论和数据，针对汽油油气中的烷烃总含量，给出激光红外探
测器对测试不同油品油气浓度具有一致性。
步骤5，根据函数关系形成输入参数为汽油油品，输出为汽油储罐浮盘上部气相空
间的汽油气相组成值的曲线，并将曲线数字化，通过模数补偿修正核心技术，通过预设值和
红外带通滤波器的探测器测量的实际汽油气相组成值对比修正曲线数字化，当汽油储罐浮
盘上部气相空间的可燃气体浓度达到储存介质爆炸下限的50%时触发报警信息。
作为本发明的一种油气类混合气体激光在线采样探测实现的方法的应用装置，本
发明提供内浮顶储罐油气类混合气体在线采样式激光探测装置，该装置包括采样箱、电控
箱主机和设置在控制中心室的监控上位机；采样箱内有采样气室、抽气口、回气口、微型蠕
动气泵、红外探测器、采控模块；采样箱共4个，均匀分布安装在工作区内浮顶油罐换气孔
旁；采样箱内微型蠕动气泵一端连接采样箱抽气口；微型蠕动气泵另一端连接进入红外探
测器气室；红外探测器气室连接采样箱回气口；采样箱抽气口安装高度顺换气孔下探至储
气罐内壁1m~3m；
采样箱内采控模块共4个分别通过对应电缆连接设置在罐下的同一个电控柜；电控柜
内置工控机；无线传输采集、放大罐上油气数据信号传输至安全区中转站；
中转站内的光电转换模块将电信号转换成光信号通过光缆连接设置在安全区中控室
的监控上位机；
监控上位机发送开启或关闭罐上探头命令；采集罐附近的温湿度信号；服务器接收来
自现场电控柜的所有信息；按照预制的油气算法结合本地温湿度信息进行换算得出即时的
油气浓度；客户端允许客户设置采集周期及绘图功能。
内浮顶储罐油气类混合气体在线采样式激光探测装置的具体实现步骤包括：
1）油气采样，将采控电信号发出，控制抽气口从内浮顶罐通气孔取气，罐内油气经过抽
气口传送到油气探测器气室；
2）红外光谱信息获取，红外带通滤波器的探测器，红外吸收气体探测，气体吸收谱分析
光源，波长扫描气体的整个吸收峰；
3）接收油气探测器气室内的油气，得到目标激光信号；
4）分析目标激光信号的光谱，根据目标激光信号的光谱变化，得出气体吸收峰值处的
信号大小，获取油气浓度初级电信号；
5）采控模块输入现场采集的油气浓度信号，油气浓度初级电信号变成光信号，经现场
电控柜，传送至中控室服务器；
6）分析对比数据库浓度修正曲线，经过数据处理，显示控制将现场油气浓度实时显示
于显示屏，浓度修正曲线来自于一种油气类混合气体激光在线采样探测实现的方法的步骤
103；
7）并在判定有汽油油气气体泄漏的情况下，油气浓度超出预设定的报警阈值时，监控
服务器进行预警。
（三）有益效果
区别于背景技术，本发明提供一种油气类混合气体激光在线采样探测实现的方法，能
够对各种汽油，在常温下，进行精确探测，同时，根据探测的各种浓度信息计算应用激光在
线采样混合气体监测器，探测汽油储罐浮盘上部气相空间的汽油油气泄漏浓度值，从而实
现了对汽油储罐浮盘上部气相空间的油气挥发过程的精确实时激光在线采样监测及报警。
附图说明
图1是本发明的油气类混合气体激光在线采样探测实现的方法的流程示意图；
图2是本发明的空气浴内装置连接安装示意图；
图2中标号说明：1恒温空气浴，2可伸缩气体存储缓冲装置，3采集阀门，4红外带通滤波
器的探测器，5储油装置；
图3是本发明的油品修正曲线图；
图4是内浮顶储罐油气类混合气体在线采样式激光探测装置的应用流程示意图；
图5是内浮顶储罐油气类混合气体在线采样式激光探测装置的结构示意图；
图6是内浮顶储罐油气类混合气体在线采样式激光探测装置油气浓度监测区垂直侧面
的空间示意图；
图6和图5中标号说明：1回气孔，2抽气孔，3气室，4 微型气泵，5 探测器，6信号线，7采
集模块，8电缆传输，9罐下电控柜，10光纤传输，11中控室，12采样箱，13监控上位机。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具
体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例一
请参阅图1，本实施方式提供了一种油气类混合气体激光在线采样探测实现的方法，包
括：
步骤101：测定佳美佳92#汽油、中石油95#汽油、中石化92#汽油、中石化95#汽油、实验
室汽油，常温下，汽油蒸发量；
请参阅图2，汽油中存在轻质组分，轻质组分会在常温下挥发成为气相。在封闭体系中，
不断有液相挥发为气相的同时，气相中一些组分又重新液化回到液相中，给予充分反应时
间后，这个过程会达到动态平衡，即气相和液相的组成、物质的量不再发生变化。将可伸缩
气体存储缓冲装置抽真空，真空状态下，该装置内体积为零，即为完全扁平状态；向储油装
置中加入指定量的油样；常温下，使储油装置达到气液相平衡状态，打开缓冲装置、储油装
置采集阀门，向装有汽油的储油装置采集阀门导管内吹入空气，储油装置内汽油挥发出来
的油气经由导管进入缓冲装置；调整实验条件，更换油样或改变注入的空气气量，控制储油
装置内的汽油油气总量，重复以上步骤。
步骤102：测定佳美佳92#汽油、中石油95#汽油、中石化92#汽油、中石化95#汽油、
实验室汽油，常温下，汽油油品挥发出来的油气平衡状态下的气相组成情况；
请参阅图2，为汽油提供一个恒温恒压且封闭的环境并提供足够的反应时间，使汽油达
到气液相平衡。平衡之后对气相的体积、气相组成、气相组成含量进行分析，且要求取样过
程中外界温度压力不发生较大变化，以确保取样过程不会干扰实验结果。待激光红外设备
示数稳定后，读取并记录示数，同时利用具有刻度的注射器从缓冲装置采集阀门往外抽气，
从采集阀门抽至气体缓冲装置重新完全扁平，因为整个装置为全密封结构，则此时抽出的
气量即为汽油挥发产生的气量；调整实验条件，更换油样或改变注入的空气气量，控制储油
装置内的汽油油气总量，重复以上步骤。挥发气体的体积可利用排液法测量，气相组成和各
组成的含量可通过气相色谱仪检测完成。
步骤103：根据结论和数据，结合内浮顶罐汽油储罐的结构和数据库，给出汽油油
气挥发的组分较多的正丁烷和异戊烷由红外带通滤波器检测的汽油油气浓度与气相色谱
仪测试油气浓度，去掉误差因素的干扰，存在线性关系曲线；
请参阅图3，根据原料质量换算，可得到单位质量汽油在不同温度下因挥发而损失的轻
组分的物质量，以及损失的轻组分的组成情况。利用气相色谱检测装置进行气样分析，获得
气体组成以及各组分含量的相关数据。即汽油储罐浮盘上部气相空间的汽油气相组成值；
形成佳美佳92#汽油、中石油95#汽油、中石化92#汽油、中石化95#汽油、实验室汽油，常温
下，与激光红外设备二维相关性的汽油储罐浮盘上部气相空间的可燃气体浓度曲线，曲线
结论见图3。
步骤104：根据结论和数据，针对汽油油气中的烷烃总含量，给出激光红外探测器
对测试不同油品油气浓度具有一致性；
步骤105：根据函数关系形成输入参数为汽油油品，输出为汽油储罐浮盘上部气相空间
的汽油气相组成值的曲线，并将曲线数字化，通过模数补偿修正核心技术，通过预设值和红
外带通滤波器的探测器测量的实际汽油气相组成值对比修正曲线数字化，当汽油储罐浮盘
上部气相空间的可燃气体浓度达到储存介质爆炸下限的50%时触发报警信息。
实施例二
请参阅图6及图5，包括：采样箱12、电控箱主机9和设置在控制中心室11的监控上位机
13；其中采样箱12内有采样气室3、抽气口2、回气口1、微型蠕动气泵4、红外探测器5、采控模
块7；其中采样箱12共4个，均匀分布安装在工作区内浮顶油罐换气孔14旁；采样箱12内微型
蠕动气泵4一端连接采样箱12抽气口2；其中微型蠕动气泵4另一端连接进入红外探测器气
室3；其中红外探测器气室3连接采样箱回气口1；其中采样箱抽气口2安装高度顺换气孔14
下探至储气罐内壁1m~3m；采样箱12内采控模块7共4个分别通过对应电缆8连接设置在罐下
的同一个电控柜9；其中电控柜9内置工控机；无线传输采集、放大罐上油气数据信号传输至
安全区中转站11；中转站11内的光电转换模块将电信号转换成光信号通过光缆10连接设置
在安全区中控室11的监控上位机13；监控上位机13发送开启或关闭罐上探头命令；采集罐
附近的温湿度信号；服务器接收来自现场电控柜9的所有信息；按照预制的油气算法结合本
地温湿度信息进行换算得出即时的油气浓度；其中客户端允许客户设置采集周期及绘图功
能。
请参阅图4，该方法起始于步骤S401，油气采样，将所述采控电信号发出，控制抽气
口从内浮顶罐通气孔取气，其中，所述罐内油气经过抽气口传送到油气探测器气室；
步骤S402，红外光谱信息获取，红外带通滤波器的探测器，红外吸收气体探测，气体吸
收谱分析光源，波长扫描气体的整个吸收峰；
步骤S403，接收油气探测器气室内的油气，得到目标激光信号；
步骤S404，分析所述目标激光信号的光谱，根据目标激光信号的光谱变化，得出气体吸
收峰值处的信号大小，获取油气浓度初级电信号；
步骤S405，采控模块输入现场采集的油气浓度信号，所述油气浓度初级电信号变成光
信号，经现场电控柜，传送至中控室服务器；
步骤S406，分析对比数据库浓度修正曲线，经过数据处理。显示控制将现场油气浓度实
时显示于显示屏；
步骤S407，并在判定有汽油油气气体泄漏的情况下，油气浓度超出预设定的报警阈值
时，监控服务器进行预警；
在本实施方式中，选择不同地域，现场采集佳美佳92#汽油、中石油95#汽油、中石化92#
汽油、中石化95#汽油、实验室汽油油样，进行空气量梯度场环境下，油气组分挥发实验，通
过实验，描绘出各种汽油，在不同储存空气量梯度场下，与油气组分挥发浓度的函数关系，
进而，给出常温下不同空气量环境下，气相色谱仪测定气相组分和红外带通滤波器的探测
器测量气相组成值的修正关系曲线，为监测储罐浮盘上部气相空间的汽油油气挥发系统，
提供理论及数据支撑，从而实现了对汽油储罐浮盘上部气相空间的油气挥发过程的精确实
时激光在线采样监测及报警。 完全符合油田作业区应用中检测的需求，能够解决背景技术
中提到的问题。本领技术人员应该理解的是，其他类似的大型场所的天然气检测均可应用
本发明的技术方案，还可以广泛的应用在厂矿企业、大型油田油库等需要重点加强监控、防
范等所有室内外环境。当然对于其他需要监测的气体如CO，SO2等，也可根据本发明的思想
进行变换，属于本发明的保护范围。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发
明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技
术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。