1T/ACEFxx-2023揮發(fā)性有機物泄漏檢測紅外成像儀（OGI）技術(shù)要求及監(jiān)測規(guī)范本文件適用于基于便攜式光學(xué)氣體成像技術(shù)開展工業(yè)企業(yè)設(shè)備、管道組件、儲罐等揮發(fā)性有機物的泄漏檢測、現(xiàn)場應(yīng)急監(jiān)測、污染篩查等調(diào)查與監(jiān)測工作。本文件規(guī)定了便攜式揮發(fā)性有機物泄漏檢測紅外成像儀（以下簡稱“成像儀”）的檢測原理、基本參數(shù)、技術(shù)要求、試驗項目及要求、質(zhì)控質(zhì)保規(guī)范等。在線式檢測設(shè)備可參考本小準(zhǔn)執(zhí)行。本文件適用于石油煉制、石油化學(xué)、精細(xì)化工、石化和天然氣儲運以及其他行業(yè)揮發(fā)性有機物泄漏檢測的控制和管理。2規(guī)范性引用文件本文件引用了下列文件或其中的條款。凡是注明日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是未注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T16157固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態(tài)污染物采樣方法GB/T19870—2018工業(yè)檢測型紅外成像儀HJ733—2014泄漏和敞開頁面排放的揮發(fā)性有機物檢測技術(shù)導(dǎo)則HJ1230—2021工業(yè)企業(yè)揮發(fā)性有機物泄漏檢測與修復(fù)技術(shù)指南QSH0546—2012石化裝置揮發(fā)性有機化合物泄漏檢測規(guī)范T/SMA0011—2020電力紅外成像儀性能評估技術(shù)規(guī)范ISO/AWI5750無損檢測—紅外熱成像—電氣設(shè)備測試ISO10878:2013無損檢測—紅外熱成像—詞匯ISO10880:2017無損檢測—紅外成像儀檢測—一般原則SO18251-1:2017無損檢測—紅外熱成像—第1部分：系統(tǒng)和設(shè)備的特性ISO/DIS18251-2無損檢測—紅外熱成像—第2部分：綜合性能、測試方法ISO22290:2020無損檢測—紅外熱成像測試—熱彈性應(yīng)力測量3術(shù)語與定義下列術(shù)語和定義適用于本文件3.1光學(xué)氣體成像儀OGI(OpticalGasimaginginstrument)適用于便攜式揮發(fā)性有機物泄漏監(jiān)測，通過紅外光學(xué)系統(tǒng)、紅外焦平面探測器、斯特林制冷單元、電子圖像處理單元構(gòu)成，它通過揮發(fā)性有機物氣體云團的輻射光譜和吸收光譜特性，能夠?qū)]發(fā)性有機物氣體云團進行直接成像。2T/ACEF0xx—20233.2熱靈敏度NoiseEquivalentTemperatureDifference；NETD成像儀觀察一個低空間頻率的標(biāo)準(zhǔn)靶標(biāo)時，當(dāng)其視頻信號的信噪比（S/N）為1時，目標(biāo)與背景之間的等效溫差，也稱噪聲等效溫差（NETD它代表成像儀可以分辨的最小溫差，是評價成像儀的關(guān)鍵參數(shù)，單位：mK。3.3標(biāo)準(zhǔn)化等效濃度限值NormalizedEquivalentConcentrationLimit；NECL氣體檢測和監(jiān)測的指標(biāo)，用于評估空氣中某種特定氣體的濃度水平是否超過安全限值，等效噪聲濃度路徑長度。NECL是對氣體濃度進行標(biāo)準(zhǔn)化處理后的等效濃度限值，通常以單位體積空氣中的部分百萬（ppm）或百億（ppb）表示。3.4最小可檢出泄漏率MinimumDetectableLeakRate；MDLR氣體檢測和泄漏監(jiān)測中能夠可靠地檢測到的最小泄漏速率，也稱最小可探測泄漏速率。它是一個重要的性能指標(biāo)，用于評估氣體檢測設(shè)備或系統(tǒng)的靈敏度和準(zhǔn)確性。通常，MDLR以標(biāo)準(zhǔn)單位（如ml/min、m3/h）表示泄漏速率。較低的MDLR值表示設(shè)備或系統(tǒng)具有更高的靈敏度，能夠檢測到更小的泄漏。3.5圖像信號信噪比S/N(ImageSignaltoNoiseRatio)指光學(xué)氣體成像儀在沒有氣體（包括水蒸氣）光譜吸收影響下，測量靶標(biāo)時，信號強度峰-峰值和噪聲強度均方根之比。3.6質(zhì)量流量檢出限MFDL(MassFlowDetectionLimit)指光學(xué)氣體成像儀在某一特定的距離上在與背景特定的溫差范圍內(nèi)能夠探測到某一種化學(xué)物質(zhì)煙羽的最小質(zhì)量流量。3.7空間分辨力SpatialResolution成像儀分辨物體空間幾何形狀細(xì)節(jié)的能力。它與使用的紅外探測器像元素面積大小、光學(xué)系統(tǒng)焦距和像質(zhì)、信號處理電路帶寬等有關(guān)，一般也可用像元張角（DSA）或瞬時視場來表示。3.8斯特林制冷單元StirlingCooler指光學(xué)氣體成像儀中采用斯特林馬達原理實現(xiàn)深冷溫度制冷，用于增加紅外焦平面探測器靈敏度的制冷單元。3T/ACEFxx-20233.9紅外焦平面探測器InfraredFPAs(InfraredFocalPanelDetector)指光學(xué)氣體成像儀中由在透鏡的焦平面上排列的二維紅外光譜光電感應(yīng)點陣構(gòu)成的探測器，探測器材料包括銻鎘汞、二類超晶格、銻化銦。4方法原理（系統(tǒng)構(gòu)成）便攜式揮發(fā)性有機物泄漏檢測紅外成像儀組成見圖1，主要構(gòu)成單元為一臺制冷式紅外探測器、一個信號轉(zhuǎn)換器、一個由內(nèi)部芯片、嵌入式FPGA和高級程序單元組成的內(nèi)部處理系統(tǒng)?，F(xiàn)場進行揮發(fā)性有機物氣體泄漏的圖像拍攝采集，由斯特林制冷單元對接收紅外熱輻射的探測器進行制冷，通過光學(xué)探測器進行數(shù)字化轉(zhuǎn)換，由內(nèi)部芯片處理后送至高級程序單元處理，最后得到數(shù)字圖像和監(jiān)測要求的灰度圖像。圖1OGI系統(tǒng)組成4T/ACEF0xx—20235評價要求5.1一般規(guī)定5.1.1采樣幀速率宜不低于25Hz。5.1.2便攜式紅外成像儀應(yīng)具備可見光攝像頭，其探測器像素宜不低于500萬，以滿足取證需求。5.1.3成像儀宜工作在揮發(fā)性有機物的吸收波段內(nèi)，測量波段在中波至少需包含3.2~3.4μm，對于烯烴類的氣體可優(yōu)先選擇長波（至少包含10.3~10.7μm）。5.1.4便攜式紅外成像儀為保證用戶使用體檢，整機重量應(yīng)不大于2.5kg。5.1.5便攜式紅外成像儀顯示屏分辨率宜不低于1024×600。5.1.6環(huán)境要求a)一般工作溫度為-20℃~+50℃b)在小于95%的相對濕度條件下，成像儀各項功能應(yīng)正常。c)一般存儲溫度為-30℃~+60℃。5.2功能評價要求成像儀應(yīng)具備以下內(nèi)嵌功能：5.2.1基本功能：具備VOCs氣體泄漏點定位功能、圖像凍結(jié)功能、圖像存儲功能、單點和多點溫度顯示功能、能夠自動跟蹤最高/最低溫度點。5.2.2顯示模式：在紅外模式下，具有白熱、黑熱（多種偽彩色調(diào)色板可選）多種顯示模式，可以手動/自動調(diào)節(jié)色標(biāo)、可切換紅外/可見光顯示功能；5.2.3測溫功能：輸入目標(biāo)距離、目標(biāo)發(fā)射率、環(huán)境溫度、相對濕度后，自動計算修正大氣透過率和目標(biāo)表面發(fā)射率對測溫結(jié)果的影響。5.2.4具備實時成像對比度、亮度可調(diào)功能、氣體增強顯示功能、紅外/可見光雙光融合顯示功能、地理定位功能、視頻實時輸出接外接顯示器功能、可選配激光測距功能等。5.2.5需要捕獲原始圖、記錄氣云范圍、得到有效灰度值和檢出值等各項數(shù)據(jù)指標(biāo)。5.3安全評價要求5.3.1便攜式紅外成像儀的外殼防護等于不應(yīng)低于GB/T4208—2017中IP54的要求。固定式紅外成像儀戶外使用時不應(yīng)低于IP65的要求。5.3.2成像儀應(yīng)滿足ExicnCopisⅡCT4Gc防爆標(biāo)志的防爆要求。5T/ACEFxx-20235.4性能評價要求5.4.1視場可根據(jù)用戶要求配置不同的鏡頭以獲取不同的視場。小視場宜不大于15°×12°,大視場宜不小于5.4.2空間分辨力可根據(jù)被測目標(biāo)的尺寸和距離選取，用于大目標(biāo)或近距離的標(biāo)準(zhǔn)鏡頭應(yīng)小于1.5mrad，用于小目標(biāo)或遠(yuǎn)距離的長焦鏡頭應(yīng)小于0.9mrad，其計算方法為：瞬時視場（mrad）=像元間距（um）/鏡頭焦距（mm其中像元間距可等效為紅外探測器的像元尺寸為：0.9mrad和1.5mrad的要求對應(yīng)23mm標(biāo)準(zhǔn)鏡頭和38mm長焦鏡頭。5.4.3精度根據(jù)應(yīng)用場景要求，一般推薦測溫范圍在-40℃~+350℃,環(huán)境溫度在23℃±5℃時，測溫的最大允許誤差應(yīng)不超過±2℃或被測溫度的±2%(℃)（取絕對值大者）。5.4.4NETD限值環(huán)境溫度在25℃,相對孔徑為1時，NETD≤30mK。5.4.5NECL檢出限在實驗室環(huán)境中，向鋼管氣腔中緩慢勻速通入甲烷氣體，要求背景黑體的黑度值盡量低，確保背景黑度值與氣體泄漏區(qū)域的黑度值有足夠的對比度，以便能夠清晰地檢測到氣體泄漏引起的黑度變化，在氣腔的另一端，在配有包含鍺窗的鏡頭中觀測。NECL≤40ppm·m（-5k）。5.4.6MDLR檢出限（1）在實驗室環(huán)境溫度10~25）℃;風(fēng)速：≤0.4m/s；濕度5~80）%RH的測試條件下：甲烷標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，99.99%mol/mol濃度；正丁烷氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，1.51%mol/mol濃度。在環(huán)境和背景黑體溫差為+2K，距離為2m的條件下，15ml/min流速以上，甲烷氣體清晰可見；100ml/min流速以上，正丁烷氣體清晰可見（氣體流出和流向均可見）（2）在晴天光照充足、環(huán)境溫度為（10~25）℃、風(fēng)速：≤4m/s、濕度5~80）%RH的測試環(huán)境條件甲烷氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：5%mol/mol濃度，0.5L/min及以上的流速泄漏；2.5%mol/mol濃度，1L/min及以上的流速泄漏。乙烯氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：3.0%mol/mol濃度，2.5L/min及以上的流速泄漏。5.4.7連續(xù)穩(wěn)定工作時間在滿足檢出限和各項功能正常的前提下，成像儀連續(xù)穩(wěn)定工作時間應(yīng)滿足以下要求：a)便攜式紅外成像儀：不小于3h；b)固定式紅外成像儀：不小于24h（也可根據(jù)用戶要求而定）。6T/ACEF0xx—20235.4.8調(diào)焦方式便攜式紅外成像儀應(yīng)可以實現(xiàn)手動調(diào)焦和自動調(diào)焦；固定式紅外成像儀應(yīng)可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制手動調(diào)焦和自動調(diào)焦。6檢測方法6.1NETD檢測方法和設(shè)備6.1.1NETD測試系統(tǒng)a)標(biāo)準(zhǔn)溫差黑體：溫度準(zhǔn)確度：±0.03℃;發(fā)射率0.95；溫度均勻性：±0.01℃;溫差源發(fā)射面積：滿足檢驗要求；最大可用孔徑面積：滿足檢驗要求；b)光學(xué)平臺；c)準(zhǔn)直光管：焦距至少大于被測紅外成像儀焦距3倍、通光口徑大于紅外成像儀接收口徑的準(zhǔn)直鏡，產(chǎn)生平行光束來模擬無窮遠(yuǎn)處的紅外輻射。d)靶標(biāo)切換系統(tǒng)；e)高分辨率監(jiān)視器；f)計算機及信號采集系統(tǒng)。6.1.2輻射源a)輻射源的溫度范圍應(yīng)滿足被檢成像儀的檢驗要求。b)靶面尺寸應(yīng)能滿足成像儀對靶面大小的要求。c)輻射源的主要技術(shù)指標(biāo)見下表1。表1輻射源的主要技術(shù)指標(biāo)名稱溫度范圍/℃發(fā)射率穩(wěn)定度腔式精密低溫黑體-20~600.97±0.02±0.03℃腔式精密中溫黑體40~3000.97±0.02±0.05℃腔式精密高溫黑體300~9900.99±0.01±0.5℃6.1.3恒溫恒濕箱a)溫度范圍：-40℃~60℃;b)濕度范圍：10%～98%RH(0℃~60℃)；c)控制精度：±1℃、±2%RH。7T/ACEFxx-20236.1.4沖擊振動臺a)沖擊振動臺應(yīng)滿足以下要求：b)正弦振動頻率：5Hz~500Hz；c)振動量級：1mm，或4g；d)沖擊量級：30g，11ms±2ms半正弦波。6.2MDLR檢測方法和設(shè)備6.2.1啟動并設(shè)置氣體泄漏報警器的報警濃度在可安全實驗范圍內(nèi)，調(diào)整檢測系統(tǒng)與出氣口之間的距之清中心附近。6.2.2檢測系統(tǒng)穩(wěn)定工作后，先輸出較大速率的待測氣體，使觀察者可以通過顯示器觀察到氣柱，逐漸減小出氣口待測氣體的泄漏速率，當(dāng)觀察者恰可探測到目標(biāo)氣體時對應(yīng)的泄漏速率值，即氣體泄漏紅外成像檢測系統(tǒng)的最小可探測泄漏速率MDLR(ΔT0)6.2.3保持其他測試條件不變，改變ΔT0，重復(fù)步驟6.2.26.3NECL檢測方法和設(shè)備6.3.1先往裝有鍺窗的氣腔內(nèi)通入干燥的待測氣體，設(shè)置3個梯度濃度和一個空白。6.3.2氣腔的兩端分別設(shè)置觀測攝像頭和黑體，對收集到的氣體成分進行具體調(diào)整和分析。6.3.3在通入氣體時，在觀測攝像頭一端進行觀測，以黑體為背景，并根據(jù)收集到的氣體樣品的體積和分析結(jié)果，計算泄漏源的泄漏量，用以測試OGI設(shè)備的準(zhǔn)確性。6.3.4在實驗過程中保持黑體背景溫差為2k，并且在檢測泄漏過程中需要能探測到明顯的氣團逸散。6.4可觀測的灰度評價要求6.4.1圖像標(biāo)準(zhǔn)庫：建立用于檢驗識別檢出率和準(zhǔn)確率的標(biāo)準(zhǔn)圖像庫，對氣團進行標(biāo)識，要求檢出率和準(zhǔn)確率均在90%以上，并且能夠輸出原始圖和自動識別輪廓后標(biāo)注的圖像。6.4.2灰度差值標(biāo)準(zhǔn)：通過OGI得到的原始圖像灰度差值為：2個灰度16bit；通過增強算法等處理后的圖像灰度差值要求為：8個灰度8bi