Воздействие геотермальных газов, главным образом, метана, может происходить на рабочих местах во время аварийных выбросов геотермальной жидкости и работ по техническому обслуживанию в замкнутом пространстве, например, внутри трубопроводов, турбин и конденсаторов. Серьёзность риска воздействия метана может варьироваться в зависимости от местоположения объекта и свойств разрабатываемого пласта.

Если существует возможность того, что работники подвергнутся воздействию метана в опасной концентрации, следует установка систем контроля концентрации метана и аварийной сигнализации на объектах геотермальной энергетики.

В газовом составе геотермальных вод преобладает метан СН_>4, СО_>2, N_>2 и Н_>2S. Расчет коэффициентов поглощения газов, попадающих в область ИК- излучения, проводился на основе спектроскопической информации базы HITRAN—2008, длина волны при максимальном поглощении инфракрасного излучения метаном составляла 3.4 мкм [10—11].

Принцип действия датчика аварийной сигнализации для объектов геотермальной энергетики заключается в следующим: газовую камеру облучают с помощью двух инфракрасных светодиодов, излучающих две разные длины волн, одна из которых соответствует максимальному поглощению метана (F_>0λ1 = 3,4 мкм), а другая слабой (F_>0λ2 = 3,2 мкм).

Газовую камеру облучают двумя потоками излучения F_>0λ1 и F_>0λ2 на опорной и измерительной λ_>2 длинах волн соответственно. Прошедшие через газовую камеру потоки излучения будут равны соответственно:

где: F_>0λ1 и F_>0λ2 – падающие на газовую камеру потоки излучения на длинах волн и соответственно.

где: F_>0λ1 и F_>0λ2 – потоки излучения после прохождения через газовую камеру на длинах волн и соответственно: с_>1 – концентрация смеси газообразных веществ; L – длина оптического пути, т.е. длина газовой камеры; c_>2 – концентрация определяемого газообразного вещества;

K_>1 – коэффициент рассеяния смеси газообразных веществ;

K_>2 – коэффициент поглощения определяемого газообразного вещества.

Поток излучения изменяется по времени (t) по экспоненциальному закону:

где: A– постоянный коэффициент, соответствующий начальному значению амплитуды экспоненциального импульса, N – число импульсов от начала экспоненты до момента перемены фотоэлектрического сигнала.

В момент равенства потоков излучения и получаем, что

откуда следует, что:

где: τ_>э – постоянная времени экспоненты.

В датчике аварийной сигнализации для объектов геотермальной энергетики использованы, светодиоды со спектрами излучения 3.2 мкм (опорный) и светодиоды со спектрами излучения 3.4 мкм (рабочий).

На рис. 1 изображена блок-схема датчика аварийной сигнализации для объектов геотермальной энергетики, которые состоят из блока питания – 1, генератора – 2, делителя частоты – 3, одновибратора – 4, модулятора экспоненциальной функции – 5, эмиттерного повторителя – 6, электронных ключей 7 и 8, светоизлучающих диодов (9 и 10), газовой камеры – 11, фотодиода – 12, первого дифференцирующего устройства – 13, порогового устройства – 14, схемы совпадения – 15, второго дифференцирующего устройства – 16, счетчика – 17.

Датчик аварийной сигнализации для объектов геотермальной энергетики работает следующим образом:

Генератор прямоугольных импульсов – 2 вырабатывает импульсы с необходимой частотой повторения. Эти импульсы с противофазных выходов поступают на вход делителя – 3 частоты и на управляющие входы ключей – 7 и 8. Прямоугольные импульсы с выхода делителя – 3 частоты поступают на вход одновибратора – 4. Прямоугольные импульсы с необходимой длительностью с выхода одновибратора – 4 поступают на вход модулятора – 5 экспоненты, выход которого соединен через эмиттерный повторитель – 6 с входом электронного ключа – 8, где формируется дискретный экспоненциальный импульс тока, который протекает через излучающий диод 9, вызывая поток излучения по такому же закону. Противофазно заполняющим экспоненту импульсам переключается электронный ключ – 7.