激光检测技术具有灵敏度高、响应时间快、覆盖范围广、精度高等特点,相比传统气体传感器而言,在天然气泄漏检测方面具有很大的优势。激光检测技术与泄漏气体空间分布具有直接的联系,本文通过分析管道泄漏扩散规律,结合激光检测的特点,提出工程化解决方案与安全评价方法。论文的主要研究内容与成果包括以下几点:首先,对天然气站场里常见泄漏进行了分析,主要包括法兰间泄漏、管道泄漏、螺纹泄漏与阀门泄漏,其中比较常见的位置为静密封点处。采用FLUENT软件分析了泄漏速度、风与障碍物对天然气泄漏扩散的影响,利用泄漏云团的长度与高度对扩散规律进行了刻画,结果表明:泄漏速度越大,天然气泄漏扩散范围越广;随着风速的增加,水平长度方向可以达到较远距离,竖向高度则呈现减小的趋势,并且变化较快;障碍物则对云团竖向高度分布产生较大的影响,并且在障碍物迎风面出现较高浓度的气体聚集。然后,根据激光可实现遥测的检测特点,设计了以三维云台为载体的扫描式激光气体传感器,由云台模块、激光检测模块与视频监控模块组成。激光气体监测系统则由扫描式激光气体传感器、数据传输系统与预警终端三部分组成,其中数据传输系统采用“光端机+光缆”的形式进行信号的转化,同时传输前端传感器采集的数据与预警监控终端发出的指令信号;系统的预警监控终端基于力控组态软件与可编辑逻辑控制器(PLC)进行开发和设计,包含云台控制、视频监控和数据采集三大模块的功能。再次,结合激光检测特点与气体泄漏扩散规律,提出了扫描式激光气体传感器布置方法,主要考虑泄漏云团分布的水平长度与竖向高度,并分析了传感器扫描路径设置需要注意的问题。计算了不同光路下与不同工况下激光检测值的变化规律,其中不同光路考虑了其角度及与泄漏口之间的距离,不同工况则考虑了风与障碍物的影响,进而提出激光检测安全预警值的设定。最后,介绍了激光气体监测系统在中哈天然气管道CS6号压气站的应用。在场站的工艺区内总共安装了4台扫描式激光气体传感器,安装高度统一为9米,负责对过滤分离区、空冷区与压缩机工艺区内管道设备的监测。在现场测试了在泄漏状态下传感器的检测效果,并以此作为安全预警值的参考。通过分析一天内传感器的检测数据,结果表明:过滤分离区与空冷区由于管道阀门、法兰等连接件众多,因此存在较高的微泄漏,而增压区微泄漏水平较低,以上监测结果符合压气站实际情况。