Чем лазерный детектор метана лучше классического течеискателя

Обход трассы газопровода с течеискателем — это километры пешком со щупом у земли, заходы во дворы и на огороженные участки. Лазерный детектор метана меняет работу на участках между обязательными точками: обходчик ведёт лучом по трассе, фасадам и опорам, а не идёт со щупом вдоль каждого метра. Колодцы, контрольные трубки, подвалы и цокольные этажи в 15 метрах от газопровода проверяют, как и раньше, — этого требует ГОСТ 34741-2021 (п. 6.2.5). Ниже разбираем, в чём лазер сильнее контактного течеискателя, где он проигрывает и почему на обход берут оба прибора.

Чем лазерный детектор отличается от течеискателя газа

Разница в том, как прибор встречается с газом. Классический течеискатель контактный: газ попадает на чувствительный элемент сам или его подаёт встроенный насос через зонд. Прибор видит метан только в точке, где стоит щуп. Если облако прошло в метре от зонда, течеискатель промолчит.

Дистанционный детектор метана посылает инфракрасный луч на поверхность за облаком — асфальт, стену, грунт, траву — и принимает отражённый свет. Метан поглощает излучение на своей длине волны, и по этому поглощению прибор оценивает, сколько газа встретилось лучу. Метод называется TDLAS — абсорбционная спектроскопия на перестраиваемом диодном лазере. Подходить к утечке не нужно.

Отсюда и разные единицы. Течеискатель показывает концентрацию в точке — в ppm, % об. или % НКПР (нижнего концентрационного предела распространения пламени). Лазер показывает интегральную концентрацию по длине луча — в ppm·м или % НКПР·м. Показание 50 ppm·м соответствует, например, облаку 50 ppm толщиной 1 метр или облаку 500 ppm толщиной 10 сантиметров. Подробнее о технологии TDLAS и единице ppm·м мы писали в отдельной статье.

Оговорка: «лазерный» не всегда значит «дистанционный». Бывают лазерные приборы с насосом и кюветой — по способу работы это контактные течеискатели с оптическим датчиком. Здесь сравниваем именно дистанционный лазерный детектор с контактным прибором.

Как работает классический течеискатель метана и где он упирается

Течеискатели горючих газов различаются чувствительным элементом. От него зависят порог срабатывания и то, на что прибор реагирует кроме метана. Подробнее о сенсорах — в обзоре газоанализаторов на горючие газы.

Полупроводниковые течеискатели

Самый массовый тип — прибор с гибким «гусаком» и полупроводниковым сенсором. У testo 316-EX во взрывозащищённом исполнении порог по метану 1 ppm, время установления показаний 14 секунд, у Kane EGD порог 50 ppm. Но полупроводниковый сенсор отзывается не только на метан. Какой сенсор стоит в конкретном приборе, производители обычно не раскрывают. У типового сенсора для течеискателей, Figaro TGS2611, отклик на этанол, водород и изобутан того же порядка, что и на метан. Такой прибор может сработать на растворитель, свежую краску или бензин. Для поиска пропана и водорода это плюс, для поиска утечки природного газа — источник ложных тревог.

Термохимические (термокаталитические) течеискатели

Здесь газ сгорает на нагретом каталитическом элементе. Пример — ИТ-М Микро производства «Аналитприбора»: термохимический датчик, диффузионный отбор без насоса, чувствительность к изменению концентрации природного газа 0,01 % об., то есть 100 ppm. Каталитический сенсор отравляют силиконы, соединения серы и свинца, а галогены подавляют его отклик. Ему нужен кислород: в бедной кислородом среде показания занижаются.

Пламенно-ионизационные приборы, ультразвук и пенообразователь

В США базовый прибор пешего обхода — пламенно-ионизационный детектор (ПИД). Он видит метан на уровне ppm, но реагирует на все углеводороды и замечает газ, только если оператор прошёл через облако. Ультразвуковые течеискатели слышат шум газа, выходящего под давлением, но не различают, какой это газ. Пенообразователь подтверждает утечку на конкретном соединении, к которому можно подойти.

Что общего у контактных приборов

• Нужен контакт с облаком. Обходчик подносит щуп к каждому колодцу, контрольной трубке, вводу и соединению. Ветер сносит облако, и прибор, стоящий в стороне, его не видит.
• К точке утечки надо подойти близко. На мелкой утечке это не опасно, на крупной обходчик оказывается внутри облака.
• Сенсор стареет и отравляется. Его проверяют поверочной газовой смесью и меняют по сроку службы.

Преимущества лазерного детектора перед течеискателем

1. Обходчик реже заходит в облако газа

Лазер находит утечку с расстояния, не заходя в облако. Газораспределительная компания ATMOS Energy в докладе о ручных лазерных детекторах RMLD (Remote Methane Leak Detector) отдельно отметила, что технику не нужно находиться в облаке. Подходить приходится к тем местам, где лазер уже показал газ, и к обязательным точкам проверки.

2. Видит то, до чего трудно дойти

Луч достаёт до газопроводов на фасадах, опорах, эстакадах и мостовых переходах, до вводов за забором и ГРПШ за ограждением. ATMOS Energy описывает обход вводов без прохода по каждому из них и осмотр газопроводов «через забор». У ГП-ПЛДМ-30 Ex рабочая дистанция — от 0,5 до 30 метров в идеальных условиях, на практике она зависит от поверхности и погоды.

3. Обход идёт быстрее, но не в разы

Самая надёжная цифра — из опыта эксплуатанта. ATMOS Energy оценила прирост производительности обхода с лазерным детектором по сравнению с пламенно-ионизационными приборами «консервативно» в 20 %. Разработчик RMLD в патенте оценивает выигрыш в 20–40 %: не нужно заходить на частную территорию и проходить каждый ввод. После урагана «Катрина» один техник на квадроцикле с лазерным детектором и мобильным пламенно-ионизационным прибором обследовал трассу вдвое быстрее бригады из трёх человек, двое из которых шли пешком, и находил столько же утечек на метр трубы. Это результат связки приборов и транспорта в нештатных условиях, а не одного лазера. В российском обходе колодцы, контрольные трубки и подвалы проверяют по-прежнему, поэтому выигрыш может оказаться меньше.

Окупаемость под ваш объём обхода можно прикинуть в калькуляторе на странице контроля герметичности газопроводов. Скорость обхода с лазером там задаётся вручную: по опыту ATMOS Energy закладывайте прирост около 20 %, например 1,45 км/ч вместо 1,2.

4. Не путает метан с парами и растворителями

Лазер настроен на линию поглощения метана. Пары спирта, бензина, растворителей и водород он за метан не принимает — в отличие от полупроводникового сенсора. Оговорка: лазер различает молекулу, а не её происхождение. Метан из канализационного колодца, болота или свалки он покажет так же, как природный газ.

5. Нет каталитического отравления, насоса и зонда

Газ не касается чувствительного элемента, поэтому силиконы, сера и свинец лазерному детектору не страшны. Нет насоса, шланга и фильтров, которые засоряются и подсасывают воздух. Скорость отклика ГП-ПЛДМ-30 Ex по руководству по эксплуатации — менее 1 секунды, лучом можно вести по трассе не останавливаясь. Уход всё же нужен: окна излучателя и приёмника протирают, а лазерный диод со временем стареет.

6. Статус средства измерений

Многие течеискатели — индикаторы: они сигнализируют о газе, но их показания не результат измерения. На карточке ИТ-М Микро прямо сказано, что прибор не является средством измерений (СИ). В Госреестр СИ под № 99161-26 внесены две модели лазерных детекторов ГП-ПЛДМ: 30 Ex и 15 Ex — у последнего, несмотря на индекс в названии, дальность до 100 метров. Назначение по описанию типа — дистанционное измерение интегральной концентрации метана и обнаружение утечек в системах газораспределения, межповерочный интервал — один год. Остальные модели линейки — индикаторы, их сравнение ниже. Учтите пределы статуса: он относится к интегральной концентрации в % НКПР·м, а нормативного порога утечки в этих единицах нет. Статус СИ есть и у части контактных приборов, например у testo 316-EX из таблицы ниже.

Где лазерный течеискатель проигрывает контактному

• Молчание лазера не значит, что газа нет. Луч не заглядывает в закрытый колодец, под крышку контрольной трубки, в подвал и в здание ГРП. Сигнала не будет и тогда, когда облако снесло ветром мимо луча, за трубой нет поверхности для отражения или отражённый сигнал слишком слаб. Зимой газ из подземной утечки часто уходит под мёрзлым грунтом в подвалы и колодцы, а на трассе ничего не видно. Обязательные точки проверки по ГОСТ 34741-2021 лазер не отменяет.
• Только метан. Пропан и бутан лазерный детектор не видит. Сети сжиженного углеводородного газа (СУГ), газобаллонные установки и резервуары проверяют контактным течеискателем, например testo 316-2 или Seitron PORRDZBI.
• Нужна отражающая поверхность. Луч должен вернуться в прибор, лучше всего — при падении под прямым углом. Солнце в приёмнике и блики на блестящем металле дают ложную тревогу. Опаснее обратное: если отражённого сигнала мало, прибор может не увидеть газ.
• Не видит сквозь грунт. По подземному газопроводу лазер покажет место, где газ вышел на поверхность: трещину в асфальте, бордюр, газон. Оно может быть в стороне от дефекта трубы — газ мигрирует под покрытием и мёрзлым грунтом.
• Нет концентрации в точке и кислорода. Показание в ppm·м не говорит, взрывоопасна ли смесь в конкретном месте, а кислород лазер не измеряет.
• Погода и мороз. Рабочая температура ГП-ПЛДМ-30 Ex — от −20 до +50 °C, в более сильный мороз прибор работает вне паспорта. Для сравнения: у testo 316-EX — от −10 до +40 °C. Разработчик RMLD заявляет работу при лёгком дожде и тумане, для ГП-ПЛДМ таких данных нет. В сильный туман, метель или густую пыль луч ослабевает и дальность сокращается.
• Цена. ГП-ПЛДМ-30 Ex стоит 459 000 ₽, контактные течеискатели из таблицы ниже — от 22 500 до 84 000 ₽.

Лазерный детектор и течеискатели: сравнение моделей из каталога

Данные — с карточек товаров и из документации производителей. Порог течеискателя в ppm и диапазон лазера в % НКПР·м — разные величины, напрямую их не сравнивают.

Контактные течеискатели универсальнее по газам и стоят в разы дешевле, но ищут утечку только там, куда поднесли щуп. Лазерный детектор работает только по метану, зато закрывает трассу, фасады и эстакады с расстояния. Все контактные модели собраны в разделе «Течеискатели».

Лазерные детекторы ГП-ПЛДМ: какую модель взять

Кроме ГП-ПЛДМ-30 Ex, в нашей линейке есть модели под другие задачи. Средствами измерений из них являются только 30 Ex и 15 Ex. Остальные — индикаторы: они так же находят метан лучом с расстояния, но их показания нельзя записать в журнал как результат измерения, зато они дешевле. Для поиска утечек без требований к метрологии этого достаточно.

Дальность указана для идеальных условий. ГП-ПЛДМ-15, у которого взрывозащита не заявлена, подходит для обхода открытых трасс и фасадов, но не для работы во взрывоопасных зонах — у ГРП, в котельных и на технологических площадках там нужен прибор с маркировкой Ex. Если результат обхода нужно оформлять как измерение, выбирайте 30 Ex или 15 Ex. Если задача — быстро найти утечку и передать её на подтверждение газоанализатором, хватит индикатора: 30М повторяет 30 Ex по дальности и исполнению, 50 Ex добавляет дальность.

Лазерный детектор или течеискатель: что выбрать под задачу

• Обход трассы подземного газопровода. Лазер прочёсывает трассу, газоны, бордюры и люки с расстояния. Где он дал сигнал, обходчик подходит с контактным течеискателем и подтверждает газ. Подтвердил — делает аварийную заявку в АДС (ГОСТ 34741-2021, п. 6.2.5), центр утечки ищет аварийная бригада.
• Надземные и фасадные газопроводы, эстакады, мостовые переходы. Здесь у лазера самое сильное преимущество: искать утечку можно с земли. Луч должен упереться в стену, опору или конструкцию за трубой в пределах дальности — на фоне неба отражения нет, и прибор промолчит. Найденную на высоте утечку подтверждают уже с лестницы или вышки.
• ГРП и ГРПШ. Ограждение, шкаф и наружные газопроводы — лазером. Внутрь здания ГРП луч не заглядывает: перед входом воздух проверяют газоанализатором (ФНП, п. 146). Разъёмные соединения проверяют вплотную, прибором или пенообразующим раствором (ГОСТ 34741-2021, пп. 6.2.5 и 6.3.2).
• Колодцы, подвалы, коллекторы. Внутрь закрытого колодца или подвала луч не попадает. При обходе их загазованность проверяют контактным прибором без спуска (ГОСТ 34741-2021, пп. 5.3.4 и 6.2.5). Спуск в колодец — отдельная газоопасная работа по наряду-допуску. Перед ней воздух анализируют газоанализатором с каналом кислорода, например переносным 4-канальным.
• Сети и баллоны СУГ. Только контактный течеискатель.
• Котельные и цеха. Лазер удобен для газопроводов под потолком, соединения проверяют контактным прибором. В помещение с запахом газа входят только после проверки газоанализатором, а стационарную систему контроля загазованности лазер не заменяет.

Связка «лазер находит — течеискатель уточняет»

ATMOS Energy в том же докладе прямо указывает, что лазерный детектор не предназначен для точной локализации утечки и измерения концентрации. В американской практике порядок такой: найти облако на поверхности, снять показания контактным прибором, определить центр облака и его границы, затем локализовать утечку шпурами. В российской практике обнаруженная утечка — аварийная заявка в АДС, дальше работает аварийная бригада. Лазер отвечает на вопрос «где искать», течеискатель — «где именно», газоанализатор — «можно ли работать». Лазер не заменяет течеискатель, а сокращает число мест, где бригаде приходится работать вплотную.

Что говорят нормы о поиске утечек газа

ГОСТ 34741-2021 требует выявлять утечки при техническом осмотре подземных газопроводов приборным методом и по внешним признакам (п. 6.2.4). Приборами проверяют надземные разъёмные соединения, контрольные трубки футляров, газовые колодцы, а также подвалы и коллекторы в 15 метрах по обе стороны от газопровода (п. 6.2.5). Тип прибора стандарт не называет: слов «течеискатель», «газоиндикатор» или «лазерный» в нём нет. Выбор прибора для обхода — за газораспределительной организацией.

Для поиска утечек без вскрытия грунта ГОСТ требует приборов с чувствительностью не менее 0,001 % по объёму, то есть 10 ppm (п. 6.2.7). Из контактных приборов нашей таблицы этот порог по паспорту закрывают testo 316-EX (1 ppm) и testo 316-2 (10 ppm). У Kane EGD паспортный порог 50 ppm, у ИТ-М Микро чувствительность 100 ppm, поэтому для поиска без вскрытия грунта берут прибор с порогом не выше 10 ppm. Порог задан как концентрация в точке, а лазерный прибор измеряет в ppm·м. Если организация хочет заменить технический осмотр стальных подземных газопроводов техническим обследованием (примечание 4 к табл. 1), ей придётся обосновать, что прибор обнаруживает 0,001 % по объёму. Для прибора в ppm·м общепринятого пересчёта нет, поэтому нужно отдельное обоснование, например испытания. В период промерзания и оттаивания грунта ГОСТ требует дополнительного контроля герметичности на участках неравномерного промерзания — на переходах через дороги и в местах резкой смены снежного покрова.

Мониторинг (обход) — газоопасная работа без наряда-допуска, колодцы при этом проверяют без спуска в них, а бригаду обеспечивают приборами контроля загазованности (пп. 5.3.4 и 5.3.6). Перед работами в колодцах, туннелях, коллекторах и пунктах редуцирования газа воздух анализируют газоанализатором по пробе из наиболее плохо вентилируемого места. Работы не допускаются, если доля газа выше 20 % НКПР и/или кислорода меньше 20 % (ФНП «Правила безопасности сетей газораспределения и газопотребления», п. 146). Эти пороги — запрет, а не разрешение: внутри колодца работают только по наряду-допуску, в изолирующих средствах защиты органов дыхания и со страхующими (ФНП, п. 171). Дистанционный детектор этого анализа не заменяет.

Применяемые приборы и средства измерений должны своевременно проходить поверку (ГОСТ 34741-2021, п. 4.4). Поверке подлежат средства измерений, а приборы-индикаторы без утверждения типа проверяют по документации изготовителя. Поверку газоанализаторов и течеискателей со статусом СИ мы организуем с записью во ФГИС «Аршин».

Частые вопросы

Может ли лазерный детектор полностью заменить течеискатель?

Нет. Лазер быстро находит, где есть метан, но не видит пропан и бутан, не заглядывает в закрытые колодцы и не измеряет концентрацию в точке. Место утечки уточняют контактным течеискателем. Воздух перед работами в колодце проверяют только газоанализатором с каналом кислорода — течеискатель для этого не годится.

На каком расстоянии лазерный детектор видит утечку метана?

У ГП-ПЛДМ-30 Ex — от 0,5 до 30 метров, у ГП-ПЛДМ-15 Ex — до 100 метров, оба значения для идеальных условий. Реальная дальность зависит от поверхности за облаком, угла падения луча, освещения и погоды.

Видит ли лазерный детектор пропан и бутан?

Нет, лазерный детектор метана настроен только на метан. Для сетей СУГ и газобаллонных установок нужен контактный течеискатель, который определяет пропан.

Каким прибором проверить утечку газа на газопроводе?

Трассу, фасады и опоры — лазерным детектором метана или контактным течеискателем. Колодцы, контрольные трубки и подвалы при обходе — контактным прибором без спуска. Конкретное соединение — течеискателем или пенообразующим раствором. Воздух перед работами в колодце или ГРП — газоанализатором с отбором пробы и каналом кислорода.

При какой концентрации метан взрывоопасен и что покажет лазерный детектор?

Нижний концентрационный предел распространения пламени метана — около 4,4 % об., то есть 44 000 ppm. Лазер показывает не долю газа в точке, а интегральную концентрацию по лучу: 1 % НКПР·м соответствует примерно 440 ppm·м. Цифры в % НКПР·м нельзя сравнивать с порогом 20 % НКПР из правил безопасности. Показание 10 % НКПР·м даёт и безопасное облако 2 % НКПР толщиной 5 метров, и взрывоопасный слой толщиной 10 сантиметров у трещины в асфальте или под потолком. Взрывоопасность в конкретной точке определяют газоанализатором.

Нужно ли поверять течеискатель и лазерный детектор?

Поверяют средства измерений утверждённого типа: ГП-ПЛДМ-30 Ex и ГП-ПЛДМ-15 Ex — раз в год, testo 316-EX — по своему описанию типа. Течеискатели-индикаторы не поверяют, их сенсоры проверяют поверочной газовой смесью и меняют по сроку службы.