Design and Use of a Full Flow Sampling System (FFS) for the Quantification of Methane Emissions

Derek R. Johnson; April N. Covington; Nigel N. Clark

doi:10.3791/54179

JoVE Journal > Engineering

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

Ingeniería

تصميم واستخدام نظام أخذ العينات التدفق الكامل (FFS) لالكمي لانبعاثات الميثان

Published: June 12, 2016

doi:

10.3791/54179

Derek R. Johnson^1,2, April N. Covington^1,2, Nigel N. Clark¹

¹Mechanical and Aerospace Engineering Department,West Virginia University, ²Center for Alternative Fuels, Engines, and Emissions,West Virginia University

Summary

We have designed, developed, and implemented a novel full flow sampling system (FFS) for quantification of methane emissions and greenhouse gases from across the natural gas supply chain.

Abstract

استمر استخدام الغاز الطبيعي في النمو مع زيادة اكتشاف وإنتاج موارد الصخر الزيتي غير تقليدية. في الوقت نفسه، واصلت وجوه صناعة الغاز الطبيعي التدقيق لانبعاثات غاز الميثان من جميع أنحاء سلسلة التوريد، نتيجة للارتفاع النسبي إمكانات الاحترار العالمي الميثان (25-84x أن من ثاني أكسيد الكربون، وفقا لمعلومات الطاقة الإدارة). حاليا، ومجموعة متنوعة من تقنيات الشكوك متنوعة موجودة لقياس أو تقدير انبعاثات الميثان من مكونات أو المرافق. حاليا، يتوفر لتقدير انبعاثات مستوى المكونة والتقارير الأخيرة واحدة فقط نظام تجاري أبرزت نقاط ضعفها.

من أجل تحسين دقة وزيادة المرونة القياس، قمنا بتصميم وتطوير وتنفيذ نظام عينات التدفق الكامل رواية (FFS) لتقدير انبعاثات الميثان والغازات المسببة للاحتباس الحراري على أساس مبادئ قياس انبعاثات وسائل النقل. وFFS هو نظام وحدات تتألف من منفاخ ناسفة آمنة (ق)، وأجهزة الاستشعار تدفق الهواء الشامل (ق) (ماف)، الحرارية، عينة التحقيق، ثابتة حجم مضخة أخذ العينات، وأجهزة الاستشعار ليزر الغاز المسببة للاحتباس الحراري القائمة على الجهاز الحصول على البيانات، وبرامج التحليل . تعتمد على تكوين منفاخ وخرطوم العاملين، وحزب جبهة القوى الاشتراكية الحالية غير قادرة على تحقيق معدل تدفق تتراوح من 40 إلى 1500 قدم مكعب قياسي في الدقيقة (SCFM). استخدام أجهزة الاستشعار على الليزر يخفف تدخل من الهيدروكربونات العليا (C2 +). شارك في قياس بخار الماء يسمح لتصحيح الرطوبة. النظام هو محمول، مع تكوينات متعددة لمجموعة متنوعة من التطبيقات بدءا من التي يقوم بها الشخص ليتم تركيبه في عربة اليد تعادل على الطريق سرير السيارة، أو من السرير من سيارات الدفع الرباعي التضاريس (UTVs). جبهة القوى الاشتراكية قادرة على قياس معدلات انبعاث غاز الميثان مع عدم اليقين النسبي لل± 4.4٪. وقد ثبت أن حزب جبهة القوى الاشتراكية، عملية العالم الحقيقي لتقدير انبعاثات الميثان التي تحدث في conventioمرافق نال والنائية.

Introduction

وتؤكد التقارير الأخيرة أن المناخ يتغير بسبب النشاطات البشرية وإجراء المزيد من التغييرات أمر لا مفر منه ^1. يحدث تغير المناخ من زيادة في الغازات المسببة للاحتباس الحراري (غازات الدفيئة) تركيز الغلاف الجوي. ثاني أكسيد الكربون (CO ₂₎ والميثان هي أكبر المساهمين غازات الدفيئة ^2. CO ₂ والميثان تنشأ من كل عمليات طبيعية وأنشطة بشرية ^3. وزادت مستويات الغلاف الجوي الحالية من ثاني أكسيد الكربون والميثان ₂ على التوالي بنسبة 31٪ و 151٪ على مدى القرنين الماضيين، مع تركيز الميثان يتزايد بمعدل 2٪ سنويا ^4-6. تداعيات مناخ من الميثان وانبعاثات ثاني أكسيد ₂ تعتمد على الفترة تعتبر الميثان في الغلاف الجوي أقصر عمر نسبة إلى CO ₂ ^7. عمر في الجو غاز الميثان هو 12-17 سنة، وبعد ذلك أكسدة إلى CO ₂ يحدث ^8. تأثير غاز الميثان هو 72 أضعاف CO <sيو بي> 2 في الفترة نفسها من العام 20 ^9. على أساس شامل والميثان هو 23 مرات أكثر فعالية في الاحتباس الحراري في الغلاف الجوي من ثاني أكسيد الكربون ₂ على مدى 100 عام ^10. الميثان وأول أكسيد الكربون ₂ حساب 10٪ و 82٪ من إجمالي الولايات المتحدة الأمريكية (الولايات المتحدة) انبعاثات غازات الدفيئة ^(11). انبعاثات الميثان العالمية من المصادر البشرية ما يقرب من 60٪ والباقي هم من المصادر الطبيعية ^{8 و 10.}

في عام 2009، وانبعاثات الميثان بدون إشعال بين آبار الإنتاج وشبكة التوزيع المحلية يعادل 2.4٪ من إنتاج الغاز الطبيعي الأمريكي الإجمالي (1،9-3،1٪ عند مستوى ثقة 95٪) ^(12). انبعاثات الميثان غير المحروق، ليست فقط الضارة بالبيئة، ولكنها تمثل أيضا تكلفة ضخمة لشركات الغاز الطبيعي ^13. ويقدر محللون أن صناعة الغاز الطبيعي تفقد ما يزيد على 2000000000 $ دولار سنويا بسبب تسرب غاز الميثان والتنفيس ^14. غير المحترق من الانبعاثات هي classifالعبوات الناسفة كما هارب أو التنفيس ^{15 و 16.} الهارب يشير إلى إطلاق غير مقصود من الغاز من العمليات أو المعدات، مثل الصمامات، والشفاه، أو تجهيزات إلى الهواء المحيط ^{17 و 18.} التنفيس يشير إلى تعمد إطلاق الغاز من المعدات أو تشغيل العمليات إلى الهواء المحيط، مثل المحركات الهوائية ^19. عند منشات النفط والغاز الطبيعي البرية، وتمثل الانبعاثات الهاربة ل~ 30٪ من إجمالي انبعاثات الميثان ^20. في عام 2011، وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) ويقدر أن أكثر من 6 ملايين طن متري من غاز الميثان الهارب هرب من أنظمة الغاز الطبيعي، والتي تتجاوز كمية انبعاثات غازات الدفيئة (CO ₂ -equivalent على مدى 100 سنة)، التي تنبعث من جميع الحديد الولايات المتحدة والصلب، والأسمنت، ومرافق التصنيع الألومنيوم مجتمعة ^21.

توجد ثغرة خطيرة في تحديد تأثير المناخ على الغاز الطبيعي نظرا لعدم وجود تقديرات دقيقة وموثوق بها من م المرتبطةissions. ومع ذلك، هناك إجماع على أن تحدث انبعاثات الميثان المتسربة في كل مرحلة من مراحل دورة حياة الغاز الطبيعي وإجراء مزيد من البحوث في قياس بدقة والإبلاغ عن هذه القيم والهام ^19. وأفادت الدراسات الانبعاثات الهاربة من قطاعات محددة مع نتائج متفاوتة تصل إلى اثني عشر أوامر من حجم ^{19، 22-28.} عدم وجود معايير الصناعة المعترف بها ونقص اللوائح متسقة في مجال الكشف عن تسرب وتقدير تسرب تمكن من استخدام مجموعة متنوعة من أساليب ومعدات الاختبار، مع دقة بعض تقنيات قياس تصل إلى ± 50٪ ^29-35. لذلك، يوجد قدر كبير من الشك على كمية من غاز الميثان المنبعث الهارب على الغاز الطبيعي دورة الحياة ^{19، 28، 33، 36-39.} الشكل 1 يوضح مقدار التغير في الكتابات المنشورة على انبعاثات الميثان المقاسة والمقدرة المرتبطة الحياة الغاز الطبيعي دورة. الشكل 1 </stroنانوغرام> يبين معدلات نشرت انبعاثات الميثان المتسربة المنبعثة كنسبة مئوية من إجمالي إنتاج الغاز الطبيعي. إذا لم يعط قيمة متوسط اتخذ متوسط النطاق المنشور. الانحراف المعياري بين 23 دراسة هو 3.54، مع أدنى وأعلى القيم تباينت بنسبة 96.5٪.

الشكل 1. انبعاثات الميثان المتسربة. تم نشره متوسط انبعاثات الميثان المتسربة المنبعثة كنسبة مئوية من إجمالي إنتاج الغاز الطبيعي ^{13، 27، 40-59.} يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

حاليا، فإن المبلغ الإجمالي من الانبعاثات الهاربة غير واضح ويرجع ذلك جزئيا إلى عدم التيقن من القياس وتقنيات القياس. دون قياسات دقيقة للانبعاثات غاز الميثان، وواضعي السياسات غير قادرة على اتخاذ قرارات مستنيرة بشأن هذه المسألة.حدد استعراض الأدب الحالي ثلاث طرق أساسية لتقدير انبعاثات الهارب الغاز الطبيعي: التعبئة والغاز التتبع، والمتاحة تجاريا العينات تدفق عالية.

ينطوي على طريقة التعبئة وضع العلبة في شكل "كيس" أو خيمة حول مصدر الانبعاثات الهاربة ^60. هناك شكلان من طريقة التعبئة. في واحد، وهو معدل تدفق المعروفة من الغاز النظيف (عادة خاملة) يمر عبر الضميمة لخلق بيئة جيدة الامتزاج للقياس. مرة واحدة يتم التوصل إلى التوازن، ويتم جمع عينة الغاز من الكيس وقياسها. يتم تحديد معدل انبعاثات هاربة من معدل تدفق يقاس من الغاز النظيف من خلال العلبة وتركيز غاز الميثان ثابتة للدولة داخل العلبة ^61. اعتمادا على العلبة وتسرب حجم، والوقت المطلوب للوصول إلى ظروف حالة الاستقرار اللازمة لقياس معدل تسرب ما بين 15 إلى 20 دقيقة ^61. طريقة التعبئةيمكن تطبيقها على معظم المكونات يمكن الوصول إليها. ومع ذلك، قد لا تكون مناسبة لمكونات شكل غير طبيعي. هذا النوع طريقة قادر على قياس تسرب تتراوح في حجمها من 0.28 متر مكعب في الدقيقة الواحدة (م ³ / دقيقة) لكبيرة مثل 6.8 م ³ / دقيقة ^60. وتقنية التعبئة الأخرى كما هو معروف التعبئة معايرة. هنا، وختم أكياس من حجم المعروفة حول مصدر الانبعاثات الهاربة. يتم حساب معدل الانبعاثات الهاربة على أساس كمية من الوقت اللازم للتوسع في الحقيبة، وتصحيح لالظروف القياسية.

أساليب الغاز الراسم تحديد معدل الانبعاثات الهاربة على أساس قياس تركيز غاز التتبع التي تتدفق من خلال مصدر الهارب. الغازات التتبع المستخدمة شيوعا هي الهيليوم والأرجون والنيتروجين وفلوريد الكبريت وغيرها. يتم تحديد معدل انبعاثات هاربة من نسبة معدل إطلاق معروفة من الغاز التتبع بالقرب من مصدر الهارب، وقياس تركيزات اتجاه الريح من التتبع وfugiTIVE الغاز المصدر، وعكس الريح خط الأساس ^24. معدل الانبعاثات الهاربة صالحا فقط من توليه تشتت متطابقة والاختلاط الكامل لهما المصدران ^62. وهذا يعني أن يتم تحرير التتبع بالقرب من مصدر الهارب بمعدل وارتفاع مماثل، وقياس الريح هو من أعمدة جيدة الامتزاج. هذا الأسلوب هو مضيعة للوقت ولا ينص على مستوى تحبب مكون ^63.

يتكون المتاحة تجاريا نظام أخذ العينات كبيرة الحجم من بطارية تعمل أداة محمولة تعبئتها داخل حقيبة تحمل على الظهر لتحديد معدلات الانبعاثات الهاربة ^64. ويوجه الهواء المحيط في موقع تسرب في العينات من خلال 1.5 بوصة خرطوم قطره الداخلي بمعدل تدفق عال بما فيه الكفاية أنه يمكن افتراض أن كل من تسرب الغاز وإلقاء القبض عليه.

يتم حساب معدل تدفق عينة مع بخاخ داخل الوحدة. لتركيزات منخفضة من غاز الميثان، غاز ،05-5٪ من حيث الحجم، ميلانatalyst استشعار غاز الميثان يستخدم لقياس تركيز. هذا الاستشعار هو مدمر للغاز الميثان والمواد الهيدروكربونية الأخرى ضمن العينة. لتركيزات غاز الميثان 5-100٪ من حيث الحجم، ويعمل جهاز استشعار الحراري. يستخدم النظام جهاز استشعار خلفية منفصلة والتحقيق الذي يصحح تركيز تسرب نسبة إلى تركيز الخلفية. بعد قياس كاملة، تم استنفاد العينة مرة أخرى في الجو بعيدا عن منطقة أخذ العينات ^64. ويمكن تطبيق هذه الطريقة على معظم المكونات يمكن الوصول إليها، مع الحد من معدلات تدفق قياس ما يصل الى ثمانية أقدام مكعبة في الدقيقة (SCFM). هذا النظام قادر على اختبار ما يصل إلى 30 عينة في الساعة. في الآونة الأخيرة، وقد تبين هذا النظام لديك متنوعة دقة والقضايا المتعلقة الانتقال من أجهزة الاستشعار الحفاز للاستشعار الحراري ^65. بالإضافة إلى ذلك، فإن النظام يتطلب التحليل التجزيئي الغاز لتطبيق عامل الاستجابة بشكل صحيح على أساس نوعية الغاز – أنها ليست الميثانمحددة. وكان النظام المستخدم على نطاق واسع، وربما يعزى إلى التناقضات بين أعلى إلى أسفل والطرق من أسفل إلى أعلى من تحت الإبلاغ عن انبعاثات الميثان ^65.

بسبب القيود المفروضة على هذه الأساليب والنظم، وقد تم تطوير نظام التحديد الجديد. جبهة القوى الاشتراكية توظف مفهوم التصميم نفسه الذي نظم تخفيف المستخدمة في شهادة انبعاثات السيارات ^66-68. تتكون جبهة القوى الاشتراكية من خرطوم الذي يغذي منفاخ ناسفة إثبات أن يرهق تسرب وتخفيف عينة الهواء من خلال جهاز استشعار تدفق الهواء كتلة (ماف) وعينة التحقيق. توصيل التحقيق عينة ليزر مقرها الميثان محلل من خلال أنبوب أخذ العينات. وتحليل يستخدم تجويف تعزيز امتصاص لقياس CH _4، CO ₂ و H ₂ O. محلل قادر على قياس CH ₄ من 0٪ إلى 10٪ من حيث الحجم، CO ₂ من 0 إلى 20000 جزء في المليون، وH ₂ O من 0 إلى 70000 جزء في المليون. التكرار / الدقة (1 سيغما) لهذا أنا التكوينالصورة <0.6 جزء من البليون من CH _4، <100 جزء في البليون CO _2، و<35 جزء في المليون لH ₂ O ^69. ويوجه عينة من مجرى بمعدل الحجمي المستمر. والمجهزة النظام مع أجهزة تسجيل البيانات. الشكل 2 يوضح التخطيطي لحزب جبهة القوى الاشتراكية. قبل تشغيل حزب جبهة القوى الاشتراكية، ويرد على اتصال أسس على خرطوم العينات إلى السطح أن يسمح للنظام أن تستند. هذا هو عمل وقائي لتبديد أي تهمة ثابتة على نهاية للخرطوم، والتي يمكن أن تنجم عن تدفق الهواء من خلال خرطوم. يحدث الحصول على البيانات سواء على الهاتف أو الجهاز اللوحي أو الكمبيوتر المحمول الذكية. وقد تم تطوير البرنامج لجمع البيانات ومعالجتها، وإعداد التقارير. الشكل 3 يقدم لمحة موجزة عن واجهات المستخدم للحصول على البروتوكولات التالية.

الشكل 2. حزب جبهة القوى الاشتراكية تخطيطي وصورة اليسار – حزب جبهة القوى الاشتراكية التخطيطي والحق – حزب جبهة القوى الاشتراكية المحمولة خلال الغاز الطبيعي المضغوط (CNG) تدقيق محطة الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 3. كشف وفكرة عامة عن البرنامج الكمي لمحة موجزة عن الخطوات والمستخدم يطالب المعايرة والاختبارات الانتعاش، وتسرب الكمي. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Protocol

ملاحظة: لقد تم تصميم وجبهة القوى الاشتراكية مع السلامة في الاعتبار للقضاء أو الحد من إمكانية اشتعال من غاز الميثان أو مصدر للغاز الطبيعي. الغاز الطبيعي هو قابل للاشتعال في الظروف المحيطة لتركيزات حجم من 5٪ إلى 15٪. وسيتم اختبار النظام وأظهرت لتلبية متطلبات السلامة. تعديل أو يمكن العبث مع النظام تسبب إصابات خطيرة. 1. معايرة ماف ملاحظة: MAF يتطلب معايرة دورية ضد المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) عنصر تدفق الصفحي ارجاعها (LFE). استخدام أدوات المعايرة ضمن برنامج لإكمال معايرة ماف ضد LFE المعروفة. سيقوم البرنامج بجمع كافة البيانات اللازمة من محولات الضغط، وأجهزة الاستشعار الرطوبة، وماف لإنشاء معايرة جديدة. فمن المستحسن أن يتم الانتهاء من معايرة 11 نقطة. إذا المعايرة هو شهر مضى عليها أكثر من واحد، يجب أن تكتمل معايرة جديدة. المعايرة القديمة يمكن النظر إلى ومستعمل. اختيار LFE الحجم بشكل صحيح لضمان أن نطاق تدفق أكبر من 25٪ من مجموعة تدفق السفلي من LFE. ربط ماف لمقاعد البدلاء تدفق ضمان مدخل إلى ماف هو لا يقل عن 10 بأقطار المصب من أي قيد أو التوسع. توصيل الجمع بين المطلق / التفاضلية متر الضغط على الموانئ الضغط التفاضلي من LFE تدفق مقاعد البدلاء. ضمان محول الضغط التفاضلي ضمن المعايرة. ربط ميناء الجانب عالية من أجهزة الاستشعار لميناء LFE المنبع. ربط ميناء الجانب المنخفض من أجهزة الاستشعار لميناء المصب من LFE. تأكد من أن محول الضغط المطلق للوالفرق / مطلق ضغط متر جنبا إلى جنب ضمن المعايرة والاتصال عبر "تي" من المناسب أن ميناء الجانب عالية من استشعار الضغط التفاضلي. توصيل K نوع الحرارية إلى وحدة الحصول على البيانات (دق). تأكد من أن جهاز قياس نقطة الندى ضمنمعايرة وتوصيلها إلى دق وتيار الهواء. ضمان ماف وتدفق الإشارات مقاعد البدلاء مقبولة (0-5 فولت) واستخدام شاشة المعايرة البرمجيات لبدء المعايرة ماف. ضبط تدفق في 11 معدلات تدفق مختلفة عبر النطاق المتوقع للشركة ماف وضمن نطاق مقبول من LFE. جمع ما لا يقل عن 30 ثانية من البيانات في كل حالة تدفق بمعدل أدنى من 1 هرتز بالنقر فوق الزر بيانات المعايرة اجمع. ملاحظة: تأكد من معايرة ماف تمتد لا يقل عن 25٪ من معدل تدفق الحد الأدنى من LFE تستخدم لمعايرة. لا يتجاوز معدل التدفق الأقصى من LFE، إذا كانت معدلات تدفق أكبر هي التي يمكن معايرتها، واستخدام LFE أكبر. تشغيل برنامج المعايرة عن طريق النقر على زر عملية بيانات المعايرة وتحديد تناسب منحنى يمكن أن ينتج الخطأ إجمالي الحد الأدنى من دون خطأ نقطة واحدة وراء ± 2٪. 2. معايرة محلل غازات الدفيئة ملاحظة: الشرج غازات الاحتباس الحراريyzer يجب أن تكون محسوبة داخليا على أساس سنوي من قبل طرف ثالث. يمكن للمستخدمين استخدام أدوات المعايرة داخل البرنامج لإكمال معايرة الخارجية أو التحقق. تستخدم المعايرة الغازات المعبأة في زجاجات من تركيز معروف. يتم خلط الغاز مع النيتروجين من خلال مقسم الغاز ومخارج التحقيق التي غمرتها المياه. محلل مآخذ العينة بمعدل تدفق المعروفة ويسجل قيمة. فمن المستحسن أن يتم الانتهاء من معايرة 11 نقطة على مجموعة من الفائدة. البرنامج تلقائيا بضبط لتركيز الغاز واللزوجة داخل مقسم الغاز. قبل الاختبار الميداني، إجراء التحقق الخارجي أو المعايرة إذا لزم الأمر (المعايرة السابقة مضى عليها أكثر من شهر واحد). قوة الاستشعار غازات الدفيئة لمدة 15 دقيقة قبل التحقق / معايرة وربط التحقق "تي" من المناسب أن مدخل الميناء من أجهزة الاستشعار. تحديد الغاز بروتوكول وكالة حماية البيئة أو NIST ارجاعها للتحقق واستخدام فائقة النيتروجين نقاء (UHPN)كما الغاز التوازن. توصيل الغاز التحقق (الميثان) إلى ميناء مكون من مقسم الغاز معايرة باستخدام المنظمين وافق (CGA 580 UPHN، CGA 350 الميثان). قم بتوصيل منفذ للمقسم الغاز إلى "تي" من الخطوة 2.2. تعيين غاز مكون، والضغط منفذ إلى ما يقرب من 23 رطلا لكل بوصة مربعة – مقياس (PSIG) عن طريق ضبط مقبض الباب منظم. تعيين الغاز التوازن، والضغط منفذ إلى ما يقرب من 19 PSIG. ضبط معدل تدفق المفرق الغاز لمرتين على الأقل في معدل التدفق الداخلي للمضخة عينة مع المفرق الغاز، وتدفق مقبض التحكم (مضخة عينة الحالية تعمل في لترين القياسية في الدقيقة (SLPM) حتى مخرج المفرق الغاز يجب تعيين في 4 SLPM). ملاحظة: على نحو كاف الفيضانات التحقيق عينة مع خليط الغاز لضمان التحقق المناسب. استخدام قياس دوار الثانوي إذا كان متوفرا لضمان تدفق إيجابي صافي من الفيضانات التحقيق "تي" من الخطوة 2.3. انقر فوق ابدأ معايرة وأدخل بتركيز ottle من الغاز المكون (في جزء في المليون). استخدام مقسم الغاز لتحديد نطاقات الغاز المكونة من صفر إلى 100٪ (11 من مجموع النقاط). جمع البيانات لمدة لا تقل عن 30 ثانية في كل وضع المفرق الغاز لاستكمال الخطية. تحديد ما إذا كان تطبيق معايرة خارجية جديدة. ملاحظة: إذا كان يمر التحقق في عدم التيقن من تركيز قنينة غاز (عادة 1-2٪) ثم معايرة خارجية جديدة لا تحتاج المراد إنشاؤه. كرر الخطوات السابقة لالتحقق نقطة واحدة أو متعددة / المعايرة من الميثان وثاني أكسيد الكربون، أو بخار الماء. 3. اختبار استرداد النظام الكامل ملاحظة: تم الانتهاء من اختبار استعادة نظام كامل للتأكد من أن جبهة القوى الاشتراكية للشفاء والتقارير بدقة ويعرف حجم الغاز المعايرة. وكانت قوة على جبهة القوى الاشتراكية وضمان استشعار غازات الدفيئة لمدة 15 دقيقة على الأقل. حدد الغاز الانتعاش لاختبار – الميثان. ربط قنينة غاز ليتناسبمنظم وتعيين منفذ الضغط إلى ما يقرب من 20 PSIG. توصيل خط إمداد للمنظم قنينة غاز ومدخل إلى وحدة تحكم تدفق كتلة معايرة (MFC). قم بتوصيل منفذ للMFC إلى مدخل خرطوم أخذ العينات. حدد علامة التبويب التحقق الانتعاش الغاز في البرنامج دق وربط الاتصال التسلسلي للMFC إلى دق. انقر فوق بدء الاختبار لاستخلاص الغاز وتسجيل البيانات الأساسية لا يقل عن 30 ثانية، معدل التدفق المعروفة من الغاز يمكن إدخالها في هذا الوقت. ضبط معدل تدفق الغاز الانتعاش إلى أن متوسط حجم تسرب على أساس القيم المتوقعة أو السابقة (20 SLPM أو 30 SLPM). بدء تدفق الغاز الانتعاش والسماح للنظام استقرار لمدة 30 ثانية. بعد تثبيت، انقر فوق قياسي، والسماح للبرنامج لتسجيل بيانات التحقق من تسرب لمدة 30 ثانية. ملاحظة: عند الانتهاء من أخذ عينات من البرنامج سوف إنشاء تقرير يظهر الخطأ من بين معدل تدفق الغاز المعروفة ومعدل تدفق الغاز استردادها. لخطأ ± 4.4٪ غير مقبول (قياس نسبي عدم التيقن من النظام)، ولكن الخطأ انتعاش المستهدف هو ± 2٪. كرر الاختبار لاستخلاص الغاز ثلاث مرات على الأقل والتأكد من أن جميع أخطاء تقع ضمن نطاق مقبول. دراسة نظام للأي أخطاء إذا كان الخطأ هو أبعد ± 4.4٪. انقر نقرا مزدوجا التحقق من كافة الاتصالات، ومعدلات التدفق، والأخطاء علاج، وكرر الخطوات من 3،2-3،6. ملاحظة: قد تتضمن أخطاء التي قد لا يتم إدراج خط الإمداد في خرطوم حزب جبهة القوى الاشتراكية أخذ العينات أو كانت صلات فضفاضة على التجهيزات العينة. ويجوز للشركة ماف المعايرة أو مستشعر جديد للتحقق من الضروري إذا لم يكتمل سابقا (خلال شهر). 4. كشف تسرب التدقيق ملاحظة: إجراء جرد للموقع لتحديد كل مصدر محتمل للانبعاثات الهاربة. وسوف تشمل المخزون من عدد من المصادر (الصمامات، والشفاه، ومضخات / الضواغط، والمخارج، وما إلى ذلك) موزعة حسب الفئة المصدر (بناء ضاغط، مزرعة التخزين، والخامسehicle تأجيج رف، الخ) يمكن أن يحدث التدقيق كشف تسرب بالتوازي أو سلسلة مع الكمي تسرب. كاشف غاز الميثان يده أو البصرية كاميرا الغاز التصوير يمكن استخدامها لفحص مكونات لالتسريبات. عندما يتم تحديد تسرب سجل وصفا، والتركيز، وتأخذ صورة. بمناسبة تسرب للالكمي في وقت لاحق أو قياس تسرب في هذا الوقت. إنشاء ملف المخزون الجديد في البرنامج. أدخل تفاصيل عن الموقع لأغراض الجرد وإعداد التقارير (الاسم، نوع الموقع، الخ). وتعبئة تلقائيا التاريخ، الطابع الزمني، ونظام تحديد المواقع العالمي. صفر كاشف غاز الميثان يده على الهواء المحيط قبل الاستخدام. استخدام جهاز الكشف عن غاز الميثان المحمولة مع التحقيق أخذ العينات للتأكد من كافة الواجهات المحتملة التي يمكن الوصول إليها عن وجود الانبعاثات الهاربة. ضع عينة التحقيق مدخل متعامدة إلى السطح للحد من التخفيف. ملاحظة: إن حساسية الوحدة المحمولة هي 5 جزء في المليون فوق الخلفية عند zeroeد على الهواء المحيط. توثيق أي مصادر لا يمكن الوصول إليها أو مصادر تجميعها. ملاحظة: مصادر لا يمكن الوصول إليها ويمكن أن تشمل أنابيب التهوية التي تتجاوز ارتفاع الوصول بسلام كما هو محدد من قبل المشغل الموقع. ويمكن أن تشمل مصادر المجمعة متعددة الصمامات الهوائية تعلق على مشعب أو محاطة مربع الخدمة. إذا كان مصدر أو مصادر متعددة يمكن دراستها ككل باستخدام الضميمة، تجميع المصادر. مصادر متعددة الإجمالية باستخدام العلبة مع مدخل واحد على الأقل، ومخرج واحد. توثيق جميع مصادر داخل محيط العلبة. تسمية مصدر كعينة الإجمالية وتستمر فى استخدام القياس الكمي للقسم 5. ملاحظة: يسمح استخدام حلا للكشف عن تسرب لتصنيف مصادر في "عدم تسريب". عقد الزجاجة في وضع مستقيم، وتطبيق ما يكفي من حل للكشف عن تسرب لتغطية واجهة. السماح 5-10 ثانية لفقاعات لتشكيل. وضع مدخل التحقيق من أداة الكشف على السطحواجهة المكون. نقل التحقيق على طول محيط واجهة مع مراعاة قراءات الصك، مع الحرص على النظر في الوقت تأخر الرد من الصك. تذوق ببطء واجهة حيث يشار تسرب حتى يتم الحصول على أقصى قدر من قراءة العداد. ترك مدخل التحقيق في هذا الموقع قراءة الحد الأقصى لحوالي مرتين زمن الاستجابة أداة (20 ثانية). إذا القصوى قراءة العداد المرصودة أكبر من 500 جزء في المليون (جزء في المليون)، سجل، وتقرير النتيجة. انقر تأخذ صورة تسرب لأغراض إعداد التقارير. بدلا من ذلك، استخدام جهاز التصوير بالأشعة تحت الحمراء لمسح ببطء مكونات لفحص للكشف عن التسربات. تمت الموافقة على هذا الأسلوب باعتباره ممارسة العمل بديلة للكشف عن التسريبات من المعدات في إطار وكالة حماية البيئة الطريقة 21 – التصوير الضوئي الغاز. قم بتشغيل الكاميرا والسماح لتحقيق الاستقرار. إزالة غطاء العدسة واستخدام شاشة الكاميرا لمسح ببطء مكونات للكشف عن التسربات. ملاحظة: غروبكال الكاميرات الغاز تخيل غالية الثمن عادة ولكن لا تقلل من الوقت اللازم لفحص مكونات لالتسريبات. قد تكون هناك حاجة استخدام وسائط حساسية عالية للكشف عن التسربات الصغيرة. إذا تم الكشف عن تسرب مع كاميرا الفيديو، سواء سجل أو صورة لأغراض إعداد التقارير. بمناسبة المواقع تسرب للالكمي لاحقا مع حزب جبهة القوى الاشتراكية. 5. تسرب تقييم الكمي ملاحظة: تسرب تقدير النسبة قد تكون كاملة في نفس الوقت الذي كشف تسرب أو بعد أن تم الانتهاء من جرد من التسريبات. يحدث الكمي تحت زر تسرب جديد بعد إدخال بيانات الموقع وتسرب. يجب على المستخدم تحديد ما إذا كان لاستخدام خلفية المحلية أو العالمية. في كلتا الحالتين، فإن نظام التحكم في الملف اللولبي الصمامات المناسبة وتسجيل عينة توقيت. مرة واحدة وقد تم اتخاذ خلفية، وتسرب يجب أن يكون كميا ثلاث مرات أو من ثلاثة اتجاهات لضمان القبض على تسرب السليم. وسيقوم النظام بتحليل القياسات الثلاثة وتقديم تقرير عنالتباين. ويمكن للمستخدمين حفظ البيانات تسرب (منفصلة والمتوسط)، وتكرار القبض، أو تصنيف المصدر كما متغير. قياس وتركيزات الخلفية سجل الميثان بشكل دوري طوال فترة الزيارة الموقع ومع كل تقدير تسرب. ملاحظة: هو من أهمية قصوى لاتخاذ الخلفيات منفصلة عن التسريبات التي تقع ضمن منطقة مماثلة وتحت ظروف عندما قد يحتوي على الهواء توسع في المجمع من التسريبات المجاورة. ويناقش تحليل تسرب جنبا إلى جنب من الأنظمة التالية – 5.15. تحديد أي تسرب تحديدها. قبل الاقتراب من تسرب مع خرطوم عينة التأكد من أن شريط تأريض في اتصال مع الارض ومقطع مقطع المشبك الأرض العينات إلى العنصر في السؤال. باستخدام حزب جبهة القوى الاشتراكية، ضع خرطوم أخذ العينات في نقاط متعددة في جميع أنحاء المنطقة من مصدر تسرب للحصول على ثلاثة التحديد الكمي معدل تسرب متتالية لهذا المصدر الذي تضمن تركيز تدفق العينة وعينة سجلت بشكل مستمر. <lط> ضبط معدل التدفق الكامل لزيادة التدفق الحجمي طريق فتح أو إغلاق القناة القزحية على كمية من منفاخ. ضبط صمام القناة للتأكد من أن تركيز غاز الميثان الحد الأقصى هو في حدود 10٪ من قيمة أعلى معايرة أو أن تركيز غاز الميثان الحد الأدنى هو لا يقل عن 2 جزء في المليون أعلى من تركيز الخلفية. في البرنامج، اضغط على زر تسرب كميا. خيار لاستخدام خلفية العالمية أو المحلية سيدفع المستخدم. عندما تكون في شك من التلوث الناجم عن تسرب أخرى، ودائما تأخذ خلفية المحلية. مع خرطوم في موقف الكمي تسرب، انقر فوق اتخاذ خلفية المحلية. وبمجرد الانتهاء من برنامج سيدفع المستخدم لقياس تسرب. ملاحظة: البرنامج آليا الموقع عينة من مخرج حزب جبهة القوى الاشتراكية إلى منفذ خلف مدخل إلى خرطوم أخذ العينات لخلفيتهم المحلية. يجب أن يكون خرطوم أخذ العينات في نفس الموقف القياس المستخدمة لتقدير حجم العينة. كرر RECORد تسرب السريعة ثلاث مرات، وخاصة في حالة وجود ظروف الرياح العالية المحيطة أو في هندستها معقدة. إذا الفرق من التحديد الكمي إضافية فوق 10٪، والتحقيق لتحديد ما إذا كان التباين هو نتيجة لعطل أداة أو التباين في معدل تسرب. إذا هي مصدر التباين في معدل تسرب يرجع إلى عطل الصك، معالجة مصدر خلل وكميا إعادة. خلاف ذلك، يصنف تسرب باسم "متغير" وتسجيل قضية المشتبه بهم. في حالة مصادر متعددة مقربة أو مصدر واحد محاطة بغطاء، علاج المصدر (ق) في مسألة كمصدر وحيد للالكمي تسرب باستخدام العلبة. استخدم علامة التبويب ضميمة لتنفيذ هذا النوع من القياس الكمي. افتعال العلبة تماما من الأغطية البلاستيكية أو دمجها إما مرنة، مواد غير قابلة للاختراق، أو الاعتماد على العلبة دائمة مثل السكن ضاغط. ملاحظة: enclosلدى عودتهم يسمح للجهاز القياس الكمي لالتقاط أي غاز الطبيعي والذي تسرب من المكونات داخل حدودها، ويسمح للتخفيف من الغاز الطبيعي استولت عبر الثقوب وضعت عمدا في العلبة أو من مواقع تنفيس الموجودة على العبوات دائمة. السماح لأي الغاز الطبيعي الذي يتم تخفيفه التي يمكن استخلاصها من العلبة وتحقيق القراءة ثابتة من أجهزة الاستشعار غازات الدفيئة. أداء مدة أخذ العينات الكمي باستخدام العلبة يعتمد على حجم العلبة. وضعه النقاط التي العينة الكمي ضعت من العلبة بحيث يتدفق الهواء تخفيف عبر مصدر تسرب محتمل (ق) للحد من مدة أخذ العينات السماح للقراءات تركيز ثابتة إذا كنت بحاجة لعينة حقيبة، وضع كيس عينة اخلاء منطقة الجزاء التعبئة إلى مخرج من أجهزة الاستشعار غازات الدفيئة. استخدام البرنامج لتسجيل عينة حقيبة، رقم الهوية وتوقيت تظهر على الشاشة لضمان عينة حقيبة كاملة لوقد اتخذت تحليل خارج الموقع.

Representative Results

وقد وضعت حزب جبهة القوى الاشتراكية متعددة وتستخدم لقياس مجموعة متنوعة من مصادر انبعاث الميثان. شملت دراستان رئيسيتان الثقيلة الطبيعي المركبات الغاز مضخة صندوق الدفاع عن البيئة على عجلات (PTW) دراسة والحملة المنسقة بارنيت (BCC). وركزت الدراسة على استخدام محطة القياس الكمي لانبعاثات غاز الميثان من أنظمة وقود المركبات الثقيلة الغاز الطبيعي، crankcases محرك مضغوطة خزانات الغاز الطبيعي المسال خزانات الغاز الطبيعي، ومعدات محطة وقود، الفوهات، والتسريبات الأخرى. حزب جبهة القوى الاشتراكية متعددة استخدمت نظم خلال BCC، الذي جمع كبار الخبراء من المرافق الأكاديمية والبحثية من جميع أنحاء البلاد لجمع البيانات من انبعاثات غاز الميثان عبر سلسلة امدادات الغاز الطبيعي (إنتاج وجمع ومعالجة ونقل وتخزين وتوزيع المحلي) من خلال مزيج من الطائرات، والمركبات، والقياسات الأرضية. أجرينا الكمي المصدر المباشر من انبعاثات غاز الميثان في الطبيعيةمحطات ضغط الغاز ومرافق التخزين باستخدام المنهجية المطورة ونظام حزب جبهة القوى الاشتراكية. تم عرض جزء من النتائج من دراسة بارنيت السجيل المتعلقة القياسات التي تم الحصول عليها من خلال توظيف جبهة القوى الاشتراكية، ونشرت في مؤتمرات استعراض الأقران والمجلات العلمية 70-72. لكل من PTW وBCC، نحن العاملين الميثان تسرب معدات الكشف لدراسة مكونات الموقع بما في ذلك الصمامات والأنابيب / الأنابيب، وغيرها من العناصر التي نفذت أو عقد الغاز الطبيعي. تم الكشف عن تسرب مع يد عقد للكشف عن غاز الميثان. هذا من ناحية عقد للكشف عن ساعد في تحديد مكان تسرب عن طريق تحديد زيادة تركيز غاز الميثان فوق الخلفية. مرة واحدة تم الكشف عن موقع التسرب الذي تجاوز عتبة التركيز، استخدم الباحثون جبهة القوى الاشتراكية لتحديد معدل تسرب. وقد تم جمع العينة تسرب حزب جبهة القوى الاشتراكية من خلال خرطوم تعلق على جانب مدخل منفاخ. العينة مرت العلاقات العامة انفجار شهادةOOF منفاخ حيث كان مرهقا من خلال نظام الأنابيب التي تحتوي على ماف واستشعار غاز الميثان. وكان نظام حزب جبهة القوى الاشتراكية قادرة على أخذ عينات في معدلات تدفق من 40 إلى 1500 SCFM تعتمد على تكوين النظام. باستخدام معدل قياس عينة تدفق وتركيز غاز الميثان، ومعدل التسرب في SCFM أو ز / تم احتساب ساعة. بيانات المعايرة للمعايرة، كان هناك تدفق مستمر من خلال النظام. تم الحصول على هبوط الضغط عبر LFE من خلال قياس فرق الضغط بين ميناء الضغط العالي وميناء الضغط المنخفض على LFE. وسجلت الضغط المطلق من ميناء الضغط العالي للخط قياس التفاضلية. تم قياس الضغوط المعايرة وسجلت مع وجود فوارق / مطلق ضغط متر مجتمعة. وحدة المحمولة المستخدمة وحدتين، واحدة للضغط المطلق، واحدة للضغط التفاضلي. وكانت وحدة الضغط المطلقة لقادرة على قياس 0-30 PSI ابسولوالشركة المصرية للاتصالات مع عدم التيقن من 0.025٪. وكانت وحدة الضغط التفاضلي وقادرة على قياس 0-10 بوصات من الماء مع عدم التيقن من 0.06٪. وقد تم قياس درجة حرارة العينة الغاز قبل LFE باستخدام K نوع الحرارية مع عدم التيقن من ± 1.1 درجة مئوية أو 0.4٪. وسجلت الجهد الناتج من MAF عن طريق بطاقة الحصول على البيانات التناظرية. وقد اختلفت معدل التدفق مع صمام متغير مقيد على مدخل منفاخ. تم إجراء المعايرة على ماف لمعدلات تدفق مختلفة، تتراوح ما يصل الى 1500 SCFM. ونتيجة لمعدل تدفق مستمر من الهواء تمر عبر كل من LFE وماف، والفرق الضغط، درجة حرارة العينة، الضغط المطلق، وماف الجهد سجلت في وقت واحد. استخدمت الفرق الضغط عبر LFE، درجة حرارة العينة، والضغط المطلق لحساب معدل التدفق الحجمي الفعلي من خلال LFE باستخدام معاملات المقدمة من قبل الشركة المصنعة. وكان معدل التدفق الحجمي الفعليتحويلها إلى التدفق الحجمي القياسية. ويرتبط معدل التدفق الحجمي القياسية من خلال LFE إلى الجهد تم الحصول عليها من شركة ماف، كما هو مبين في الشكل (4). الشكل 4. ماف إشارة الخرج المعايرة. عدة نقاط المعايرة للماف مع LFE ارجاعها نيست (انظر أقسام 1-1،7). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. وأجري المربعات الصغرى الانحدار على مجموعة البيانات لتحديد معاملات أنسب من المعادلة، ولحساب إحصائيات الانحدار المعادلة، R 2، لدراسة العلاقة بين مجموعات البيانات. مرة واحدة وقد تم تطوير هذه المعادلة، لربط الجهد ماف لمعدل التدفق من خلال LFE، تم إجراء مقارنة بين الفعلية معدل التدفق ومعدل تدفق قياس للماف. هذا هو مبين في الشكل (5). الشكل 5. رسم ماف معدل التدفق الارتباط. ماف معدل تدفق تقاس معدل التدفق الحجمي الفعلي LFE (انظر القسم 1.8). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. يظهر معايرة مستشعر غاز الميثان مع 24730-جزء في المليون اسطوانة غاز الميثان في الشكل (6). وكان متوسط الانحراف عن تركيز الميثان الفعلي بعد تطبيق التصحيح الخارجي 0.7٪. وكان أكبر انحراف عن تركيز الميثان الفعلي بعد تطبيق التصحيح الخارجي 1.9٪. /54179/54179fig6.jpg "/> الشكل 6. الميثان الاستشعار معايرة / التأكيد. التحقق الخارجي للاستشعار غاز الميثان باستخدام الغاز معايرة تقسيم وNIST الميثان المعبأة في زجاجات يمكن عزوها (انظر القسم 2). الرجاء النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم. بعد أن تم الحصول على منحنيات المعايرة وتطبيقها، تم إجراء التحقق من النظام بأكمله عن طريق إكمال الاختبار لاستخلاص الغاز. التي تم حقن كتلة معروفة من الميثان في النظام باستخدام غاز الميثان معايرة MFC والمقارنة تتم بين كتلة أشار النظام إلى كتلة حقيقية حقن. واستند هذا الإجراء على الممارسة الشائعة المتمثلة في حقن البروبين التي يتطلبها قانون اللوائح الفيدرالية لضمان التقاط وقياس قدرة كاملة الأنفاق تخفيف تدفق حيث يتم حقن يعرف حجم الانبعاثات الهيدروكربونية في measuremيتم التحقق من نظام الأنف والحنجرة باستخدام جهاز معايرة بشكل مستقل، والقدرة استعادة النظام. تم معايرة MFC السيطرة على غاز الميثان. تم تعيين MFC على اثنين من معدلات تدفق 20 و 30 SLPM 99.9٪ من الميثان النقي. يتم عرض النتائج في الجدول رقم 1 لمعدل تدفق نظام 140 SCFM. وقد تبين أنه في كلتا الحالتين كانت نظام حزب جبهة القوى الاشتراكية القيم المقاسة داخل المتوقع 4.4٪. وكان متوسط الخطأ في القياسين + 2.2٪. SETPOINT MFC حزب جبهة القوى الاشتراكية الانتعاش خطأ انتعاش SLPM SLPM ٪ 20 20.3 1.70٪ 30 30.8 2.7 متوسط 2.20٪ الجدول 1. حزب جبهة القوى الاشتراكية نتائج الاسترداد. الاختبارات الانتعاش الميثان في اثنين من مختلف معدلات التسرب المحاكاة. في جمع البيانات ميدانيا تسرب المصدر المستمر يوضح الشكل (6) مثالا على مصادر تسرب مستمرة الشكل 7 يمكن تقسيمها إلى 4 مناطق منفصلة، الإعلان. وتشمل هذه الأجزاء التالية: الخلفية، تقترب من مصدر التسرب، القبض على تسرب، والتراجع عن مصدر التسرب. يحدث الكمي تسرب خلال قيصرية. وبعد استعراض، يحدث قياس المتكررة الثاني من نفس تسرب بعد القسم د الشكل 8 يدل على تسرب ينظر إليها على أنها من كاميرا الأشعة تحت الحمراء – ويبين اليسار عمود الميثان تفريق بطبيعة الحال – ويظهر الحق أن جبهة القوى الاشتراكية يجمع كل من تسرب بالإضافة إلى تخفيف إضافي الهواء. <br/> الشكل 7. التقليدية مستمر تسرب مصدر تسرب الزمن المستمر أثر تبين أقسام القياس المختلفة (أ: الخلفية، ب: تقترب من تسرب، ج: متوسط معدل تسرب، د: التراجع عن تسرب) (انظر أقسام 5-5،6). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. الرقم 8. الأشعة تحت الحمراء صورة تسرب اليسار – تسرب المناسب والصحيح – القبض على / تسرب كمية من نفس المناسب (انظر القسم 4.6) الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. متقطع تسرب المصدر تم الحصول على الكتلة الكلية المرتبطة مع حدث معين من تركيز-تيمالبريد الشخصي من خلال تطبيق التكامل العددي. من أجل الالتفاف على بعض أوجه القصور المرتبطة حكم شبه منحرف، كان يعمل حكم على مركب سيمبسون على التكيف و. يسمح هذا التكيف طريقة نوع التربيع للتعديلات تلقائية حجم الخطوة في مناطق الاختلافات الحادة 73. وكانت الحاجة إلى التكامل العددي من البيانات التي تم جمعها للتطبيق لأحداث متقطعة، مثل ويوضح الشكل 9 مثال على مصدر متقطع من انبعاثات غاز الميثان. كان هذا المثال لحدث مركبة للتزود بالوقود. ويرد خلفية 150-240 ثانية ومن 425 ثانية حتى النهاية. وكان هذا حدث معين لشغل ودبابة واحدة من الغاز الطبيعي المسال (LNG). تم دمج معدل تسرب لتحديد الكتلة الكلية المنبعثة (9.5 غرام). الرقم 9. متقطع تسرب. متقطعة 'تسرب' مصدر من أحداث مركبة التزود بالوقود (تركيز [المليون]، معدل تدفق التخفيف [SCFM]، تسرب معدل [ز / س]) (انظر القسم 5). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. المصدر مجمعة نظرا لمصادر متعددة يجري في القرب ضيق ومحاطة بغطاء، وتجميع وحدة ضاغط وتعامل على أنها مصدر واحد لتقدير التسرب. ويبين الشكل 10 مثال لقياس انبعاثات غاز الميثان من مصدر مجمعة. وقد تم جمع هذه البيانات من وقت ملء CNG الإسكان ضاغط. وقد تم قياس السكن ضاغط باستمرار لحوالي 119 دقيقة. وحدة ضاغط اجه لم تظهر كمية صغيرة من التباين. كانت الاختلافات في معدل تسرب وتركيز غاز الميثان نتيجة لتقلبات الضغط والتسريبات متغير منالأختام ضاغط. عن مصادر المجمعة، وقد تم جمع البيانات لفترات طويلة، وكان يحسب متوسط معدل تسرب. الرقم 10. تجميع مثال. معدل، تدفق، والبيانات تركيز من الوقت مجمعة تسرب ملء CNG الإسكان ضاغط (الضواغط والمراوح إيقاف) (انظر القسم 5.7). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Discussion

من أجل تحسين دقة والتغلب على القيود الحالية للصناعة، أنشأنا نظام أخذ العينات التدفق الكامل (FFS) لتقدير الميثان. واستخدم الباحثون هذا النظام في مجموعة متنوعة من الأشكال في العديد من المواقع في جميع أنحاء أمريكا الشمالية. استخدام التحليل الطيفي يلغي تدخل كبير من C2 + المركبات وطبيعة العينات غير مدمرة يسمح لأخذ العينات كيس من تسرب للبعيدا عن تحليل بديل. عندما جنبا إلى جنب مع كتل الرياح بديلة للنظام وكميا بنجاح وبدقة انبعاثات غاز الميثان من العناصر التالية: أنظمة وقود الغاز الطبيعي المضغوط، وأنظمة وقود الغاز الطبيعي المسال، crankcases محرك الاحتراق الداخلي، والأنابيب، أنابيب، وصلات، والشفاه، وفتحات ضاغط، وأيضا مكونات الرأس، والمياه / الدبابات فاصل النفط، صمام، المحركات الهوائية يقودها الغاز الطبيعي، إضافة إلى أغلفة، والعديد من المكونات الأخرى ذات الصلة الغاز الطبيعي. وتضمنت منصات نظام عربات المحمولة، على الطريق، والمركبات على الطرق الوعرة. استهلاك الطاقة لا تتطلب استخداممولد أو بيت السلطة من خلال القياسية 120 اتصالات VAC. ومع ذلك، من خلال هذا الاستخدام للقوة "الشبكة" يمكن للنظام عينة في ارتفاع معدلات تدفق حتى الآن لا يزال استخدامها جنبا إلى جنب مع تمديد الأسلاك والمنازل أخذ العينات طويلة لقابلية حول موقع معين من الاهتمام. انخفضت أنظمة تعمل بالبطاريات الحالية أداء بوصفها وظيفة من الدولة بطارية من تهمة التي يتم التخلص باستخدام شبكة الكهرباء.

وقد وضعت المعايرة الدورية البروتوكولات ودمجها في واجهة المستخدم. يجب أن تكتمل بروتوكولات 1-3 قبل أي مراجعة الموقع الجديد أو على الأقل على أساس شهري. إذا لم يكن للمستخدمين متابعة بجد البروتوكولات، النظام قد تحت أو الإفراط في تقرير معدلات الانبعاثات، والتي يمكن أن تؤثر سلبا التقارير غازات الدفيئة. الهدف الأساسي من البروتوكولات هو ضمان وجود نظام دقيق لتقدير مجموع انبعاثات الموقع مع تحبب المكون. إذا تم استخدام التحليل الإحصائي لخلق عوامل الانبعاثات الجديدة، ثم كل غير ليا،يجب أيضا أن تسجل المكون الملك.

عملية الكشف عن تسرب يمكن أن يكون مضيعة للوقت مع استخدام وحدات المحمولة. استخدام كاميرا الغاز التصوير الضوئي يمكن أن تقلل بشكل كبير من الوقت اللازم لتسرب الكشف عنها. يجب أن تكون الكاميرا قادرة على قياس المركبات العضوية المتطايرة بما في ذلك غاز الميثان. حاليا الوحدات التجارية المتاحة لديها حساسيات على معدلات التسرب كشف ما يقرب من 0.8 غرام في الساعة (ز / ساعة) وتعتمد على ظروف الرياح. أجهزة التصوير هي أيضا حساسة للحرارة. تأكد من ضبط موازين الحرارة عند الضرورة. غاية الأبخرة الباردة (الغاز الطبيعي المبردة) أو السخونة الأبخرة (البخار في عوادم وغيرها) يمكن أن تظهر تسريبات المفرطة. الكمي لاحق يجب أن تتبع لتحديد دقيق لمعدل تسرب الفعلي من أي تسرب تصوير. استخدام كاميرات الأشعة تحت الحمراء يمكن أن تقلل بشكل كبير المخزون الكشف عن تسرب، ولكن حساسة لظروف الرياح. التسريبات الصغيرة في ظل ظروف الرياح العالية يمكن أن diffuحد ذاته بسرعة أكبر وألا رصدت. عندما تكون في شك، عقد دائما الاختيار المزدوج مع يد كاشف غاز الميثان.

واجهة سهلة الاستخدام يضمن سهولة الاستخدام ومناسب لحزب جبهة القوى الاشتراكية. يطالب المستخدم متكامل يساعد المستخدم على البروتوكول، والحد من جهود مرحلة ما بعد المعالجة. على سبيل المثال، بمجرد الانتهاء من تقدير تسرب (القسم 5)، ومتوسط معدل تسرب تعتمد على حسابات باستخدام لا يقل عن 30 ثانية لتركيز مستمر وسيتم إبلاغ تدفق التسجيلات معدل. سوف مطالبة المستخدم تلقائيا استخدام تركيزات خلفية العالمية أو المحلية. سوف بسيطة الاختيار على الشاشة يسبب لولبية لتشغيل وعينة المواقع الصحيحة. يجب على المستخدمين متابعة كل شيء على الشاشة يطالب لضمان تقدير دقيق للتسرب. سيقوم البرنامج تلقائيا صحيحة تتعلق بما يلي: خلفية العالمية أو المحلية؛ درجة الحرارة؛ معدل التدفق الجماعي (الهواء المفترض مع ثاني أكسيد الكربون والميثان التصويبات)؛ الرطوبة (تقاس من أجهزة الاستشعار غازات الدفيئة)؛ درجة الحرارة (الحرارياتocouple – الاختيار زائدة عن الظروف المحيطة)

حالة عدم اليقين النسبي لمعدلات انبعاث غاز الميثان قياسه هو ± 4.4٪ إلا في الظروف التي تكون فيها تسرب هو غير منطقي لأن تركيز قياس تركيز خلفية اقترب. وتقدم مثالا على الشكوك المكونة في الجدول 2.

</TR>

مصدر	الشك (٪)
الميثان الاستشعار	1
الميثان استشعار المعايرة ارتباط	0.73
قنينة غاز الميثان	1
قنينة غاز الصفر الهواء	0.1
LFE	0.7
ماف	4
وحدة الضغط التفاضلي	0.025
وحدة الضغط المطلق	0.06
المزدوجة الحرارية	0.4
ماف معايرة ارتباط	0.09
المفرق الغاز	0.5

الجدول 2. المكون عدم اليقين. الشكوك عنصر المستقلة المستخدمة لقياس عدم اليقين النظام.

وعموما، فقد أثبتت النظام وأساليبه مفيدا في الجهود الرامية إلى تحديد دقيق لانبعاثات غاز الميثان من مصادر مختلفة. هذا النظام هو تحجيم وسهلة الاستعمال. ونظام متطور لديه اليقين من ± 4.4٪ بالمقارنة مع النظم التجارية الحالية مع عدم التيقن من ± 10٪ ^74. مع المعايرة المناسبة، يمكن لهذا النظام بسهولة تحديد معدلات تسرب ما يصل الى 140 SCFM بالمقارنة مع النظم التجارية الحالية قادرة على قياس تسرب ما يصل إلى 8 SCFM مع شحن البطارية كاملة ^64،74. في حين أن النظام يتطلب علاقة للسلطة المنزل، وهذا يوفر مزايا يخدعمعدلات عينة sistent ومعدلات عينة أعلى بكثير من الأنظمة الحالية. حد الكشف الحد الأدنى من النظام الحالي هو 0.24 جم / ساعة أو 3.0×10 ^-3 SCFM. واجهة المستخدم يقلل من متطلبات مرحلة ما بعد المعالجة، ويقلل من جهود التقارير. وبالإضافة إلى ذلك، فإن أجهزة الاستشعار على الليزر وغير مدمرة لعينة تسرب، والذي يسمح للقياس المباشر من العينة مع تحليل متعددة ^65. قياسات ليزر يستند أيضا لا تتطلب أجهزة الاستشعار منفصلة للتجمعات المحيطة، والصغيرة، والكبيرة تسرب أو التحولات الاستشعار، والتي تسهم في مصادر إضافية من عدم الدقة. وتركز الدراسات المستقبلية على استمرار تعظيم الاستفادة من حزب جبهة القوى الاشتراكية واجهة المستخدم الخاصة به. يتم إجراء بحوث إضافية الذي يجمع البيانات البحثية والسوائل الحسابية ديناميات التجريبية لتطوير أفضل الممارسات إضافية لضمان تقنيات قياس متسقة والأمثل.

Divulgaciones

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

The authors thank the staff of the WVU Center for Alternative Fuels, Engines, and Emissions, including Mr. Zachary Luzader and Mr. Christopher Rowe. The author’s thank the Environmental Defense Fund, the WVU Research Corporation, and the George Berry Foundation for funding the research programs that provided field data and a variety of test conditions under which to use the developed FFS.

Materials

Abaco DBX 97 mm	Abaco Performance, LLC	http://www.abacoperformance.com/products.htm	mass air flow sensor
Ultraportable Greenhouse Gas Analyzer	Los Gatos Research	http://www.lgrinc.com/analyzers/ultraportable-greenhouse-gas-analyzer/	methane, co2, and water sensor
3AA20 Fume Exhauster	Daytona	http://www.sustainablesupply.com/Dayton-3AA20-Exhauster-Fume-Smoke-p/w267066.htm?gclid=CI2Dm9ffrcgCFUYTHwodyusFRg&CAWELAID=1307486526	blower/dilutor
Eagle II	RKI Instruments	http://www.rkiinstruments.com/pdf/eagle2brochure.pdf	Handheld detector
MCR 50	Alicat Scientific	http://www.alicat.com/	calibrated on methane
Laminar Flow Element, Model Number: Z50MC2-6, Serial Number 707230-Y1	Meriam	http://www.meriam.com/product-category/laminar-flow-element/	calibrated on air
K-Type thermocouple	Omega	http://www.omega.com/
PTE-1 Calibrator	Heise	http://www.heise.com/products/calibrators/	handheld unit for use with Dressor modules
Model HQS-2	Dresser/Ashcroft	http://www.ashcroft.eu/download/data%20sheet/englisch/MODULE_E.pdf	absolute pressure module
Model HQS-1	Dresser/Ashcroft	http://www.ashcroft.eu/download/data%20sheet/englisch/MODULE_E.pdf	differential pressure module
Gas Divider – SGD-710C	Horiba	http://www.horiba.com/us/en/	calibrated gas divider
Methane (99.9%)	Mathenson TriGas	http://www.mathesongas.com/	pure methane for gas recovery test
Methane (+/-1%) 2.5%	Mathenson TriGas	http://www.mathesongas.com/	high concentration
Methane (+/-1%) 2010 ppm	Mathenson TriGas	http://www.mathesongas.com/	low concentration
Ultra High Purity Nitrogen (UPHN)	Mathenson TriGas	http://www.mathesongas.com/	99.9% nitrogent gas
10 Liter Tedlar Bag	Dupont	http://www.dupont.com/products-and-services/membranes-films/pvf-films/brands/tedlar-pvf-films/uses-and-applications/tedlar-gas-sample-bag-applications.html	used for bag samples for alternative gas sampling
PET-7018Z	ICP DAS USA	http://www.icpdas-usa.com/pet_7018z.html	DAQ unit
Edgetech Dew Prime Hyrgrometer	Edgetech Instruments	http://www.edgetechinstruments.com/moisture-humidity	hygrometer for flowbench
Stainless steel Swagelok fittings (1/4 inch)	Swagelok	https://www.swagelok.com/products/fittings.aspx	tee and other fittings
PTFE Tubing	McMaster-Carr	http://www.mcmaster.com/#standard-hollow-tubing-(made-with-teflon-ptfe)/=z8xrzl	tubing for sampling and calibration
FLIR GF 320	FLIR	http://www.flir.com/ogi/display/?id=55671	infrared camera
CGA 580 Regulator	Airgas	http://airgas.com/category/_/N-1z13vaq	UHPN regulator
CGA 350 Regulator	Airgas	http://airgas.com/category/_/N-1z13vaq	Methane in nitrogen regulator
Leak detection solution (Snoop)	Swagelok	https://www.swagelok.com/search/find_products_home.aspx?show_results=Y&item=5e208092-ed6c-4251-9202-ed8a2aae5811	bubble solution for non-leak verification

Referencias

Hansen, J. Climate impact of increasing atmospheric carbon dioxide. Science. 213 (4511), 957-966 (1981).
Ramanathan, V., Feng, Y. Air pollution, greenhouse gases and climate change: Global and regional perspectives. Atmos. Environ. 43 (1), 37-50 (2009).
Sims, R. Renewable energy: a response to climate change. Sol. Ener. 76 (1), 9-17 (2004).
Rasmussen, R., Khalil, M. Atmospheric methane in the recent and ancient atmospheres: concentrations, trends, and interhemispheric gradient. J. Geophys. Res. 89 (7), 11599-11605 (1984).
Rasmussen, R., Khalil, M. Atmospheric methane (CH4): Trends and seasonal cycles. J.Geophys.Res. 86 (C10), 9826-9832 (1981).
Etheridge, D., Steele, L., Francey, R., Langenfelds, R. Atmospheric methane between 1000 AD and present: Evidence of anthropogenic emissions and climatic variability. J. Geophys. Res. 103 (D13), 15979-15993 (1998).
Mosier, A. Soil processes and global change. Biol. Fert. Soils. 27 (3), 221-229 (1998).
Shine, K. P., Fuglestvedt, J. S., Hailemariam, K., Stuber, N. Alternatives to the global warming potential for comparing climate impacts of emissions of greenhouse gases. Clim. Chang. 68 (3), 281-302 (2005).
Kruger, D., Franklin, P. The Methane to Markets Partnership: Opportunities for coal mine methane utilization. , 3-8 (2006).
Alvarez, R. A., Pacala, S. W., Winebrake, J. J., Chameides, W. L., Hamburg, S. P. Greater focus needed on methane leakage from natural gas infrastructure. Proc. Natl. Acad. Sci. 109 (17), 6435-6440 (2012).
Pétron, G., et al. A new look at methane and nonmethane hydrocarbon emissions from oil and natural gas operations in the Colorado Denver-Julesburg Basin. J. Geophys. Res. 119 (11), 6836-6852 (2014).
Marano, J. J., Ciferno, J. P. Life-cycle greenhouse-gas emissions inventory for Fischer-Tropsch fuels. Energy and Environmental Solution, LLC. , (2001).
Venkatesh, A., Jaramillo, P., Griffin, W. M., Matthews, H. S. Uncertainty in life cycle greenhouse gas emissions from United States natural gas end-uses and its effects on policy. Environ. Sci. Technol. 45 (19), 8182-8189 (2011).
Hostage, B., Perry, G. Federal notification requirements for releases of oil and hazardous substances. (1), 631-634 (1993).
Inventory of US Greenhouse Gas Emissions and Sinks: 1990-2012. U.S. Environmental Protection Agency Available from: https://www3.epa.gov/climatechange/Downloads/ghgemissions/US-GHG-Inventory-2014-Main-Text.pdf (2014)
Brandt, A. R., et al. Energy and environment. Methane leaks from North American natural gas systems. Science. 343 (6172), 733-735 (2014).
Allen, D. T., et al. Measurements of methane emissions at natural gas production sites in the United States. Proc. Natl. Acad. Sci. 110 (44), 17768-17773 (2013).
Shorter, J. H., et al. Collection of leakage statistics in the natural gas system by tracer methods. Environ. Sci. Technol. 31 (7), 2012-2019 (1997).
Alvarez, R. A., Pacala, S. W., Winebrake, J. J., Chameides, W. L., Hamburg, S. P. Greater focus needed on methane leakage from natural gas infrastructure. Proc. Natl. Acad. Sci. 109 (17), 6435-6440 (2012).
Kirchgessner, D. A., Lott, R. A., Michael Cowgill, R., Harrison, M. R., Shires, T. M. Estimate of methane emissions from the U.S. natural gas industry. Chemosphere. 35, 1365-1390 (1997).
Howarth, R. W., Santoro, R., Ingraffea, A. Methane and the greenhouse-gas footprint of natural gas from shale formations. Clim. Chang. 106 (4), 679-690 (2011).
Mix, P. E. . Introduction to nondestructive testing: a training guide. , (2005).
Murvay, P., Silea, I. A survey on gas leak detection and localization techniques. J. Loss. Prev Process. Ind. 25 (6), 966-973 (2012).
Epperson, D., Barbour, W., Zarate, M., Beauregard, D. Preferred and Alternative Methods for Estimating Fugitive Emissions from Equipment Leaks. Point Sources Committee, Emission Inventory Improvement Program. , (1996).
Shorter, J. H. . Results of tracer measurements of methane emissions from natural gas system facilities. , (1995).
Folga, S. M. . Natural gas pipeline technology overview. , (2007).
Bousquet, P., et al. Contribution of anthropogenic and natural sources to atmospheric methane variability. Nature. 443 (7110), 439-443 (2006).
Howarth, R. W., Santoro, R., Ingraffea, A. Methane and the greenhouse-gas footprint of natural gas from shale formations. Clim. Chang. 106 (4), 679-690 (2011).
Kirchgessner, D. A., Lott, R. A., Michael Cowgill, R., Harrison, M. R., Shires, T. M. Estimate of methane emissions from the U.S. natural gas industry. Chemosphere. 35, 1365-1390 (1997).
Brandt, A., et al. Methane leaks from North American natural gas systems. Science. 343 (6172), 733-735 (2014).
Wigley, T. M. Coal to gas: the influence of methane leakage. Clim. Chang. 108 (3), 601-608 (2011).
Weber, C. L., Clavin, C. Life cycle carbon footprint of shale gas: Review of evidence and implications. Environ. Sci. Technol. 46 (11), 5688-5695 (2012).
Lelieveld, J. Greenhouse gases: Low methane leakage from gas pipelines. Nature. 434 (7035), 841-842 (2005).
Percival, P. Update on “lost and unaccounted for” natural gas in Texas. Basin Oil and Gas. 32, (2010).
Hayhoe, K., Kheshgi, H. S., Jain, A. K., Wuebbles, D. J. Substitution of natural gas for coal: climatic effects of utility sector emissions. Clim. Chang. 54 (1-2), 107-139 (2002).
Karion, A., et al. Methane emissions estimate from airborne measurements over a western United States natural gas field. Geophys. Res. Lett. 40 (16), 4393-4397 (2013).
Peischl, J., et al. Quantifying sources of methane using light alkanes in the Los Angeles basin, California. J. Geophys. Res. 118 (10), 4974-4990 (2013).
Mitchell, C., Sweet, J., Jackson, T. A study of leakage from the UK natural gas distribution system. Energy Policy. 18 (9), 809-818 (1990).
Stephenson, T., Valle, J. E., Riera-Palou, X. Modeling the relative GHG emissions of conventional and shale gas production. Environ. Sci. Technol. 45 (24), 10757-10764 (2011).
O’Sullivan, F., Paltsev, S. Shale gas production: potential versus actual greenhouse gas emissions. Environ. Res. Let. 7 (4), 044030 (2012).
Cathles, L. M., Brown, L., Taam, M., Hunter, A. A commentary on “The greenhouse-gas footprint of natural gas in shale formations” by RW Howarth, R. Santoro, and Anthony Ingraffea. Clim Chang. 113 (2), 525-535 (2012).
Burnham, A., Han, J., Clark, C. E., Wang, M., Dunn, J. B., Palou-Rivera, I. Life-cycle greenhouse gas emissions of shale gas, natural gas, coal, and petroleum. Environ. Sci. Technol. 46 (2), 619-627 (2011).
Jiang, M., Griffin, W. M., Hendrickson, C., Jaramillo, P., VanBriesen, J., Venkatesh, A. Life cycle greenhouse gas emissions of Marcellus shale gas. Environ. Res. Lett. 6 (>3), 034014 (2011).
Hultman, N., Rebois, D., Scholten, M., Ramig, C. The greenhouse impact of unconventional gas for electricity generation. Environ. Res. Lett. 6 (4), 044008 (2011).
Miller, S. M., et al. Anthropogenic emissions of methane in the United States. Proc. Natl. Acad. Sci. 110 (50), 20018-20022 (2013).
Tollefson, J. Methane leaks erode green credentials of natural gas. Nature. 493 (7430), 12 (2013).
Inventory of US Greenhouse Gas Emissions and Sinks: 1990-2009. U.S. Environmental Protection Agency Available from: https://www3.epa.gov/climatechange/Downloads/ghgemissions/US-GHG-Inventory-2011-Complete_Report.pdf (2011)
Inventory of US Greenhouse Gas Emissions and Sinks: 1990-2010 (EPA 430-R-12-001). US EPA Available from: https://www3.epa.gov/climatechange/Downloads/ghgemissions/US-GHG-Inventory-2012-Main-Text.pdf (2012)
Inventory of US Greenhouse Gas Emissions and Sinks: 1990-2012. U.S. Environmental Protection Agency Available from: https://www3.epa.gov/climatechange/Downloads/ghgemissions/US-GHG-Inventory-2014-Main-Text.pdf (2014)
Pétron, G., et al. Hydrocarbon emissions characterization in the Colorado Front Range: A pilot study. J. Geophys. Res (1984-2012). 117 (D4), (2012).
U.S. Environmental Protection Agency Natural Gas STAR Program. Lessons Learned – Directed Inspection and Maintenance at Gate Stations and Surface Facilities, EPA430-B-03-007. U.S. Environmental Protection Agency Available from: https://www3.epa.gov/gasstar/documents/ll_dimgatestat.pdf (2003)
. Handbook For Estimating Methane Emissions From Canadian Natural Gas Systems Available from: https://www.researchgate.net/publication/265656519_HANDBOOK_FOR_ESTIMATING_METHANE_EMISSIONS_FROM_CANADIAN_NATURAL_GAS_SYSTEMS (1998)
Johnson, K., Huyler, M., Westberg, H., Lamb, B., Zimmerman, P. Measurement of methane emissions from ruminant livestock using a sulfur hexafluoride tracer technique. Environ.Sci.Technol. 282, 359-362 (1994).
Shorter, J. H., et al. . Results of tracer measurements of methane emissions from natural gas system facilities. , (1995).
Howard, H. M. High flow rate sampler for measuring emissions at process components. US Patent. , (1996).
Howard, T., Ferrara, T. W., Townsend-Small, A. Sensor transition failure in the high flow sampler: Implications for methane emission inventories of natural gas infrastructure. J.Air Waste Manage.Assoc. 67, 852-862 (2015).
Clark, N. N., Gajendran, P., Kern, J. M. A predictive tool for emissions from heavy-duty diesel vehicles. Environ. Sci. Technol. 37 (1), 7-15 (2003).
Johnson, D., Covington, A., Clark, N. Environmental and Economic Assessment of Leak and Loss Audits at Natural Gas Compressor and Storage Facilities. Energy Technology. 2 (12), 1027-1032 (2014).
Johnson, D., Covington, A., Clark, N. Methane Emissions from Leak and Loss Audits of Natural Gas Compressor Stations and Storage Facilities. Environ. Sci. Technol. 49 (13), 8132-8138 (2015).
Davis, J. . Methods of numerical integration. , (2007).

Play Video

PDF

DOI

DOWNLOAD MATERIALS LIST

Citar este artículo

Johnson, D. R., Covington, A. N., Clark, N. N. Design and Use of a Full Flow Sampling System (FFS) for the Quantification of Methane Emissions. J. Vis. Exp. (112), e54179, doi:10.3791/54179 (2016).