以十堰“6·13”重大燃气爆炸事故为研究对象, 构建了集现场勘查、走访与问询、数值计算、理论分析于一体的事故调查技术手段。现场勘查过程中发现, 涉事集贸市场东南角下方河道内残存一段DN57 mm中压天然气管道。该天然气管道紧邻生活污水排水口, 由于长期处于潮湿环境, 管道锈蚀, 局部穿孔破裂。同时结合视频资料、集贸市场周边居民的走访与问询, 发现集贸市场东南角的河道内最先发现淡黄色的天然气烟雾。综合实地踏勘、人员问询与视频监控, 集贸市场下方河道内东南角部位的DN57 mm中压天然气管道为泄漏点。此外, 事故发生前, 存在商户正进行相关动火活动, 部分火星通过排油烟管道进入河道内, 引燃积聚在河道内的预混可燃气, 进而导致爆炸的发生。使用ANSYS/FLUENT数值计算软件, 建立集贸市场下方河道数值模型, 模拟获得河道内积聚的天然气体积为600 m3, 其爆炸TNT当量为225 kg。该燃气体积与爆炸当量与事故调查公布数据一致, 证明此分析方式的可行性。该研究涉及的相关事故调查手段可为同类事故的调查工作提供参考。

为了实现大气甲烷(CH₄)浓度的高灵敏、实时检测,研制了一种基于开放光路的高稳定性笼式结构光学谐振腔,并结合离轴积分腔输出光谱技术研制了一种大气CH₄浓度传感系统。采用中心波长为1653 nm的可调谐半导体激光器作为光源,将反射率为99.92%的高反射镜置于距离光源35 cm处构建光学谐振腔。实验测得高反射镜的实际反射率为99.93%,谐振腔的有效光程可达516 m。Allan方差结果表明,当积分时间为4 s时,基于离轴积分腔的CH₄检测系统的最低检测下限为8×10 ^-9。利用开放光路的优势,开展了CH₄泄漏模拟实验,实验证明该系统具有快速检测CH₄泄漏的能力,为进一步研制应用于现场、且能快速响应的甲烷泄漏检测仪提供了依据。

为快速地、 大范围地对天然气管道进行泄漏监测, 设计了基于静态傅里叶变换干涉系统的甲烷气体浓度遥测系统。 采用对准甲烷分子吸收峰的红外光源照射被测区域, 再由聚光准直系统和干涉模块完成干涉条纹的获取。 最后, 通过多特征波长光谱分析算法计算被测区域的浓度程长积, 进而反演相应的甲烷浓度。 通过HITRAN光谱数据库选择了1.65 μm的主特征吸收峰, 从而光源使用1.65 μm的DFB激光器。 为了在不增加系统硬件结构的基础上提高检测精度及稳定性, 引入辅助波长求解吸光度比值, 进而通过多特征波长比例运算的方法获得被测气体的浓度程长积。 实验针对泄漏速度恒定的标准甲烷液化气罐检测, 采用PN1000型便携式甲烷检测仪的检测数据作为标准数据与本系统的测试数据进行对比, 测试距离分别为100, 200和500 m。 实验结果显示, 甲烷浓度检测值在泄漏一段时间稳定后, 系统检测值也基本保持稳定。 对100 m的检测距离而言, 浓度程长积的检测误差小于1.0%。 随着测试距离的增大, 检测误差也相应的增大, 距离500 m的检测误差小于4.5%。 总之, 在气体泄露稳定后系统检测误差均小于5.0%, 满足野外天然气泄漏遥测要求, 该方法采用差分思想, 在求解吸光度比率的过程中将误差消除, 降低了外界干扰造成的误差, 从而提高系统的检测精度及稳定性。