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.

공학

Metan Emisyonları Niceleme Tasarım ve Tam Debi Örnekleme Sistemi (FFS) Kullanımı

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

Doğal gaz kullanımı sıradışı şeyl kaynaklarının artan keşif ve üretimi ile büyümeye devam ediyor. Aynı zamanda, doğal gaz endüstrisi yüzleri (Enerji Bilgi İdaresi göre, karbondioksit o 25-84x) nedeniyle metan gazı için nispeten yüksek küresel ısınma potansiyeline ilişkin, tedarik zinciri boyunca metan emisyonları için inceleme devam etti. Şu anda, çeşitli belirsizliklerin çeşitli teknikler ölçmek veya bileşenlerin veya tesislerinden metan emisyonlarını tahmin etmek için vardır. Şu anda, sadece bir ticari sistem zayıflıklarını sermiştir bileşeni düzeyi emisyonları ve son raporlar ölçümü için kullanılabilir.

doğruluğunu geliştirmek ve ölçüm esnekliğini artırmak amacıyla, biz, tasarlanmış, geliştirilmiş ve ulaşım emisyon ölçüm ilkelerine dayalı metan emisyonlarının ve sera gazlarının ölçümü için yeni bir tam akış örnekleme sistemi (FFS) hayata geçirdik. FFS patlayıcı geçirmez üfleyici (ler), kütle hava akımı sensörü (ler) (MAF), termokupl, numune probu, sabit hacim örnekleme pompası, lazer tabanlı sera gazı sensörü, veri toplama cihazı ve analiz yazılımı oluşan modüler bir sistemdir . Kullanılan fan ve hortum yapılandırmasına bağlı, mevcut FFS dakikada 40 1500 standart kübik feet (SCFM) arasında değişen bir akış hızı elde etmek mümkün değildir. lazer tabanlı sensörlerin kullanımı yüksek hidrokarbonlar (C2 +) girişimi azaltır. su buharının eş ölçümü nem düzeltmesine izin verir. Sistem elle çizilmiş sepeti monte edilen bir kişi tarafından yürütülmektedir arasında değişen çeşitli uygulamalar için birden fazla yapılandırmaları ile, taşınabilir, on-road araç yatak veya yardımcı arazi araçları (UTVs) yatağından. FFS ± 4.4% rölatif belirsizlikle metan emisyonu oranlarını ölçmek mümkün. FFS Conventio meydana gelen metan emisyonlarının ölçümü için, gerçek dünya operasyon kanıtlamıştırnal ve uzak tesisler.

Introduction

Son raporlar, iklim nedeniyle insan faaliyetlerinin değişiyor ve daha fazla değişim ¹ kaçınılmaz olduğunu doğrulamaktadır. İklim değişikliği, atmosferin sera gazları (SG) konsantrasyonunda bir artış meydana gelir. Karbondioksit (CO ₂₎ ve metan ² büyük sera gazı katkıda bulunmaktadır. CO ₂ ve metan doğal süreçlerin ve insan faaliyetleri ³ hem kaynaklanır. CO ₂ ve metan mevcut atmosferik seviyeleri sırasıyla metan konsantrasyonunun yıl ^4-6 ortalama% 2 oranında artan, son iki yüzyıl boyunca% 31 ve% 151 artmıştır. Metan ve _CO2 emisyonlarının iklim yankıları metan ₂ ⁷ CO kısa atmosferik ömrü akrabası var olarak kabul döneme bağlıdır. Örnek olarak, metan atmosferik ömrü hangi oksitlenme sonra ₂ ⁸ oluşur CO, 12-17 yıldır. metan etkisi CO, 72 kat daha fazladır <sub> 2 20 yıllık dönemde ^9. Bir kütle bazında, metan 100 yıllık bir süre üzerinde ¹⁰ CO ₂ den atmosferde ısıyı yakalama 23 kat daha etkilidir. Metan ve CO% 10 ₂ hesabı ve toplam Amerika Birleşik Devletleri (ABD) sera gazı emisyonları ^11% 82. Antropojenik kaynaklardan küresel metan emisyonlarının yaklaşık% 60 ve geri kalan doğal kaynaklardan ^{8, 10} vardır.

2009 yılında, üretim kuyuları ve yerel dağıtım ağı arasındaki metan emisyonlarının yanmamış (% 95 güven düzeyinde 1,9-3,1%) Brüt ABD doğal gaz üretiminin% 2.4 ile ¹² geldi. Yanmamış metan emisyonu sadece çevreye zararlı değil, aynı zamanda doğal gaz şirketleri ¹³ için büyük bir maliyet oluşturmaktadır. Analistler, doğal gaz endüstrisi nedeniyle metan sızıntıları yılda $ 2 milyar dolara aşan ve ¹⁴ havalandırma kaybeder olduğunu tahmin ediyoruz. Yanmamış emisyon Klasmanı olankaçak veya ^{15 havalandırma, 16} olarak ied. Kaçak. havasını ^{17, 18} çevre gibi vanalar, flanşlar, ya da parçaları gibi süreçler veya ekipman, gaz kasıtsız olarak salgılanması Havalandırma ekipman veya işletme süreçlerinin gaz kasıtlı olarak salgılanması pnömatik aktüatörler ¹⁹ olarak ortam havası, için. Kıyıda petrol ve doğal gaz tesislerinde, kaçak emisyonlar toplam metan emisyonlarının ^20% 30 ~ oluşturmaktadır. 2011 yılında, ABD Çevre Koruma Ajansı (EPA) kaçak metan fazla 6 milyon metrik ton (CO 100 yıllık bir süre içinde ₂ -eşdeğer), yaydığı sera gazı emisyonlarının miktarını aşan doğal gaz sistemleri, kaçan tahmin tüm ABD demir-çelik, çimento ve alüminyum üretim tesisleri ²¹ birleştirdi.

Kritik boşluk nedeniyle ilişkili em doğru ve güvenilir tahminlere eksikliği doğal gazın iklim etkisi belirlenmesinde varemisyonlu. Ancak, kaçak metan emisyonlarının doğru ölçülmesi ve bu değerleri raporlama doğalgaz yaşam döngüsü ve daha fazla araştırma her safhasında meydana geldiği bir konsensüs ¹⁹ önemli bulunmakta olup. Çalışmalar büyüklüğü ^{19 22-28} tarafından oniki emir değişen sonuçlarla belirli sektörlerde kaçak emisyonları bildirdi. Tanınan endüstri standartlarına eksikliği ve kaçak tespiti ve kaçak miktarının alanında tutarlı düzenlemeler sıkıntısı ±% 50 ^29-35 gibi yüksek bir ölçüm teknikleri hassasiyetle test yöntemleri ve donanımları çeşitli kullanımını sağlar. Bu nedenle, önemli bir belirsizlik Şekil 1. Doğalgaz yaşam döngüsü ^{19, 28, 33, 36-39} üzerinde yayılan kaçak metan miktarına var doğal gaz hayatı ile ilgili ölçülen ve tahmin edilen metan emisyonlarının yayınlanan literatürde değişkenlik miktarını göstermektedir döngüsü. Şekil 1 </strong> toplam doğal gaz üretiminin yüzde yayılan ortalama yayınlanan kaçak metan emisyonlarını göstermektedir. ortalama değer verilmeseydi eğer yayınlanan dizi ortalama alınmıştır. 23 çalışma arasındaki standart sapma düşük ve en yüksek değerler% 96.5 ile farklı olan, 3.54 olduğunu.

Şekil 1. Kaçak Metan Emisyonları. Toplam doğal gaz üretiminin ^{13, 27, 40-59} bir yüzdesi olarak yayılan kaçak metan emisyonlarının ortalama yayınladı. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şu anda, kaçak emisyonların toplam miktarı nedeniyle ölçüm belirsizliği ve ölçekleme teknikleri kısmen belirsizdir. Doğru metan emisyon ölçümleri olmadan, politika konuda bilinçli seçimler yapmak mümkün değildir.torbalama, izleyici gaz ve piyasada mevcut yüksek akış örnekleyici: literatür gözden doğal gaz kaçak emisyonların ölçümü için üç ana yöntemleri belirledi.

Torbalama yöntemi kaçıcı bir emisyon kaynağı ⁶⁰ civarında bir "torba" ya da çadır şeklinde bir muhafaza yerleştirilmesini sağlar. torbalama yöntemi iki çeşidi vardır. birinde temiz gazın, bilinen bir akış oranı (tipik olarak eylemsiz) ölçümü için iyi karıştırılmış bir ortam yaratmak için zarf boyunca geçer. dengeye ulaşıldıktan sonra, bir gaz örneği torba toplandı ve ölçüldü. Kaçak emisyon oranı muhafaza ⁶¹ içinde muhafaza ve kararlı durum metan konsantrasyonunun yoluyla temiz gaz ölçülen akış hızı belirlenir. Muhafaza ve kaçak boyutuna bağlı olarak kaçak oranı ölçümü için gerekli olan kararlı durum şartlarının ulaşmak için gerekli süre 20-15 arasında dk ⁶¹ olduğunu. torbalama yöntemien kolay parçaları üzerinde uygulanabilir. Bununla birlikte, anormal şekilli bileşenler için uygun olmayabilir. Bu yöntem türü .bir diğer paketleme tekniği kalibre torbalama olarak bilindiği gibi, büyük ^m3 / dak ⁶⁰ 6.8 şekilde dakika başına 0.28 metreküp ^(m3 / dak) arasında değişen bir sızıntı ölçme yeteneğine sahiptir. Burada, bilinen hacimde çanta kaçıcı bir emisyon kaynağı kapanacaktır. kaçak emisyonları torbanın genişlemesi için gerekli zaman miktarına göre hesaplanır ve standart koşullara düzeltilir.

Izleyici gaz yöntemleri kaçak kaynak akan ölçülen izleyici gaz konsantrasyonuna dayalı bir kaçak emisyon oranını ölçmek. yaygın olarak kullanılan İzleyici gaz, diğerleri arasında helyum, argon, azot, kükürt heksafluorür, bulunmaktadır. kaçak emisyonları kaçak kaynağının yakınında izleyici gazın, bilinen bir salım hızı oranı belirlenir, izleyici ve fugi rüzgaraltı konsantrasyonlarının ölçümleritif kaynak gaz ve başlangıca ²⁴ rüzgâra karşı. Kaçak emisyon oranı iki kaynaktan ⁶² için aynı dağılmasını ve tam karıştırma varsayılarak geçerlidir. Bu izleyici benzer bir oranda ve yükseklikte kaçak kaynağının yakınında serbest olduğunu ima ve rüzgar ölçüm iyi karışmış tüyleri değil. Bu yöntem zaman tüketen ve bileşen düzeyinde ayrıntı ⁶³ sağlamaz.

Piyasada bulunan bir yüksek hacimli örnekleme sistemi kaçak emisyon oranlarını ⁶⁴ ölçmek için bir sırt çantası içinde paketlenmiş taşınabilir pille çalışan aletin oluşur. Kaçak yerini çevreleyen hava sızıntı gazın tüm yakalanan ediliyor farz edilebilir yeterince yüksek akış hızında 1.5 inç iç çapı hortum aracılığıyla örnekleyici içine çekilir.

Örnek akış hızı birimi içinde, bir venturi hesaplanır. hacim, ac tarafından metan, 0.05-5% gazın düşük konsantrasyonları içinmetan sensörünün atalyst konsantrasyonunu ölçmek için kullanılmıştır. Bu sensör numune içinde metan ve diğer hidrokarbonlar yıkıcı olduğunu. hacimce 5-100% metan konsantrasyonları, bir ısı sensörü kullanılır. Sistem arka plan konsantrasyonu kaçak konsantrasyon göreceli düzeltir ayrı bir arka plan sensörü ve prob kullanır. Ölçüm tamamlandıktan sonra, numune uzak örnekleme alanı ⁶⁴ atmosfere geri dışarı atılır. Bu yöntem, dakika başına sekiz standart feet küp (SCFM) 'ye kadar ölçülebilir akış oranlarının sınırlama ile, en kolay parçaları üzerinde uygulanabilir. Bu sistem, saatte 30 numuneye kadar test yeteneğine sahiptir. Son zamanlarda, bu sistem, ısı sensörü ⁶⁵ katalitik sensörden geçiş ile ilgili değişik bir doğruluk ve sorunları olduğu gösterilmiştir. Ayrıca, sistemi doğru gaz kalitesine göre bir yanıt faktörü uygulamak için gaz fraksiyonel analiz gerektirir – bu metan değilbelirli. Sistem yaygın olarak kullanılan olmuştur ve metan emisyonu ⁶⁵ raporlama altında tarafından yukarıdan aşağıya ve aşağıdan yukarıya yöntemleri arasında tutarsızlıklar atfedilen olabilir.

Bu yöntemlerin ve sistemlerin sınırlamaları nedeniyle, yeni bir miktar sistem geliştirildi. FFS otomotiv emisyon sertifikası ^66-68 kullanılan seyreltme sistemleri gibi aynı tasarıma sahiptir. FFS kitle hava akımı sensörü (MAF) ve numune probu ile kaçak ve seyreltme hava örneği egzoz patlayıcı geçirmez blower besleyen bir hortum oluşur. örnek prob bir örnekleme tüpü boyunca lazer tabanlı bir metan analizörü bağlanır. Analizörleri CH _4, CO ₂ ve H ₂ O ölçümü için kavite gelişmiş emilimini kullanır Analiz hacmi, 0 ila 20,000 ppm _CO2 ve 0 70.000 _{ppm, H2O%} 0 ila% 10 arasında _CH4 ölçme yeteneğine sahiptir. Bu yapılandırma i için Tekrarlanabilirlik / hassas (1 sigma)s <H ₂ O ⁶⁹ CH _4, <100 ppb CO ₂ ve <35 ppm 0,6 ppb. Örnek sabit bir hacimsel oranda akımından çekilmektedir. Sistem veri kaydı ekipmanları ile Enstrümante edilir. 2 FFS şemasını göstermektedir Şekil. FFS çalıştırmadan önce, numune hortum topraklama bağlantı sistemi topraklı sağlayan bir yüzeye bağlanmaktadır. Bu hortum yoluyla hava akımı sonucu olabilir hortumun ucuna, herhangi bir statik yük dağıtmak için önleyici bir eylemdir. Veri toplama ya akıllı telefon, tablet veya dizüstü bilgisayarda oluşur. Yazılım veri toplama, işleme ve raporlama için geliştirilmiştir. 3. Aşağıdaki protokoller için kullanıcı arabirimleri kısa bir özetini sunar Şekil.

Şekil 2. FFS şematik ve Görüntü Sol -. Şematik FFS veSağ -. Sıkıştırılmış Doğal Gaz (CNG) istasyonu denetim sırasında seyyar FFS bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 3. Algılama ve Niceleme Programına Genel Bakış. Adımlar ve kullanıcı kısa genel bakış kalibrasyonları, kurtarma testleri için ister ve kantifikasyonunu sızdırıyor. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Protocol

Not: FFS ortadan kaldırma veya metan veya doğal gaz kaynağının ateşleme olasılığını azaltmak için güvenlik düşünülerek tasarlandı. Doğal gazı, 5% ila 15% hacim konsantrasyonları için ortam koşullarında yanıcıdır. Sistem test ve güvenlik gereksinimlerini karşılamak üzere sunulacaktır. Modifikasyon veya sistemin tahrif ciddi yaralanmalara neden olabilir. MAF 1. Kalibrasyon Not: MAF Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü (NIST) izlenebilir laminer akış elemanı (LFE) karşı periyodik kalibrasyon gerektirir. Bilinen bir LFE karşı MAF kalibrasyonu tamamlamak için program dahilinde kalibrasyon araçlarını kullanın. Program basınç dönüştürücüler, nem sensörü gerekli tüm verileri toplayacak ve MAF yeni bir kalibrasyon oluşturun. Bir 11-noktalı kalibrasyon tamamlanmış olması tavsiye edilir. Kalibrasyon daha eski bir ay ise, yeni bir kalibrasyon tamamlanmalıdır. Eski kalibrasyon görülebilir vekullanılır. Akış aralığı LFE alt akış aralığının daha büyük% 25 olmasını sağlamak için Uygun büyüklükte LFE seçin. MAF için giriş sağlayan bir akış tezgah MAF bağlayın herhangi bir kısıtlama ya da genişleme aşağı en az 10 çapları olduğunu. Akış tezgah LFE diferansiyel basınç limanlarına kombine mutlak / diferansiyel basınç ölçer bağlayın. diferansiyel basınç dönüştürücüsü kalibrasyon içinde olduğundan emin olun. yukarı LFE portuna sensörünün yüksek yan portunu bağlayın. LFE aşağı portuna sensörünün düşük yan portunu bağlayın. Kombine diferansiyel / mutlak basınç ölçer mutlak basınç dönüştürücü kalibrasyon içinde olduğundan emin olun ve fark basınç sensörü yüksek yan portuna uydurma bir 'tee' aracılığıyla bağlayın. veri toplama ünitesi (DAQ) bir K-tipi termokupl bağlayın. çiy noktası ölçüm cihazı içinde olduğundan emin olunKalibrasyon ve DAQ ve hava akımına bağlı. MAF ve akış tezgah sinyalleri kabul (0-5 volt) olduğundan emin olun ve bir MAF kalibrasyonunu başlatmak için yazılım kalibrasyonları ekranı kullanın. MAF beklenen yelpazesinde ve LFE kabul edilebilir aralığında 11 farklı akış hızlarında akış ayarlayın. toplamak kalibrasyon verileri butonuna tıklayarak 1 Hz minimum oranda her bir akış koşullarında veri 30 saniye minimum toplayın. Not: MAF kalibrasyon kalibrasyon için kullanılan LFE asgari akış hızının en az% 25 yayılan emin olun. Daha büyük akış hızları, kalibre edilecek ise LFE maksimum akış hızını aşmaması, daha büyük bir LFE kullanın. Proses Kalibrasyon Veri düğmesine tıklayarak kalibrasyon yazılımı çalıştırın ve ±% 2 ötesinde tek bir noktadan hatasız asgari toplam hata verir eğri uyum seçin. Sera Gazı Analyzer 2. Kalibrasyon Not: sera gazı analYzer üçüncü bir şahıs tarafından yıllık bazda içsel olarak kalibre edilmelidir. Kullanıcılar harici kalibrasyon veya doğrulama işlemini tamamlamak için yazılım içinde kalibrasyonları araçlarını kullanabilirsiniz. Kalibrasyon bilinen konsantrasyonda şişelenmiş gazları kullanır. gaz sular sondaya bir gaz bölme ve çıkış boyunca nitrojen ile karıştırılır. analizör bilinen akış hızında numune alım miktarının ve değerini kaydeder. Bir 11-noktalı kalibrasyon ilgi aralığında tamamlanması önerilir. Program otomatik olarak gaz bölücü içinde gaz konsantrasyonu ve viskozite için ayarlar. eğer önceki test tarla, gerekli (bir aydan önceki kalibrasyonlar eski) harici bir doğrulama ya da kalibrasyonu yapın. Güç sensörünün giriş portuna uydurma doğrulama 'tee' bağlamak önce doğrulama / kalibrasyon 15 dakika ve üzerinde sera gazı sensörü. doğrulamak ve ultra-yüksek saflıktaki azot kullanmak için bir EPA Protokolü veya NIST izlenebilir gaz seçin (UHPN)denge gazı olarak. (UPHN, metan için CGA 350 için CGA 580) onaylı regülatörleri kullanarak kalibre gaz bölücünün bileşen portuna doğrulama gazı (metan) bağlayın. Adım 2.2 'tee' gaz bölücü çıkışını bağlayın. Regülatör düğmesini ayarlayarak göstergesi (PSIG) – bileşenli gaz, inç kare başına yaklaşık 23 pound çıkış basıncını ayarlayın. Yaklaşık 19 PSIG denge gazı, çıkış basıncını ayarlayın. akış, gaz bölücü gaz bölücü ile örnek pompa için en az iki kat iç debisi akış hızını ayarlamak kontrol düğmesi (Güncel örnek pompası iki standart Dakikada litre (SLPM) yani gaz bölücü çıkışında çalışır ) 4 SLPM ayarlanmalıdır. Not: Yeterince düzgün bir doğrulama sağlamak için gaz karışımı ile örnek probu sel. Adım 2.3 sel prob 'tee' dışında bir net pozitif akışını sağlamak için varsa ikincil rotametre kullanın. Tıklayın ayarlama işlemini başlatmak ve b girmek(Ppm) bileşeni gaz ottle konsantrasyonu. sıfırdan% 100 (11 toplam puan) bileşen gaz aralıkları seçmek için gaz bölücü kullanın. lineerleştirme tamamlamak için gaz bölücü her ayarda 30 saniye minimum için veri toplamak. Yeni bir harici kalibrasyon uygulanır seçin. Not: Doğrulama gaz tüpü konsantrasyonu belirsizlik (tipik olarak% 1-2) içinde geçerse o zaman yeni bir harici kalibrasyon oluşturulacak gerekmez. tek ya da çok noktalı doğrulamalar / metan kalibrasyon, karbon dioksit ya da su buharı için ön adımları tekrarlayın. 3. Tam Sistem Kurtarma Testi Not: Bir tam sistem kurtarma testi FFS kurtarır ve doğru bir kalibrasyon gazı bilinen hacmi raporları sağlamak için tamamlanır. FFS Güç ve sera gazı sensörü sağlamak en az 15 dakika süreyle olmuştur. metan – test etmek için bir kurtarma gazı seçin. Uygun bir gaz şişesi bağlayınRegülatör yaklaşık 20 PSIG çıkış basıncını ayarlamak ve. kalibre edilmiş kütle akış kontrolörü (MFC) gaz şişesi regülatörü ve girişine bir besleme hattı bağlayın. Örnekleme hortum girişine MFC çıkışını bağlayın. DAQ yazılımı gaz geri kazanım doğrulama sekmesini seçin ve DAQ için MFC seri bağlantı bağlayın. Gaz kurtarma Testi başlatmak ve en az 30 saniye boyunca arka plan verilerini kaydetmek tıklatın gaz bilinen akış hızı şu anda girilebilir. Beklenen veya önceki değerler (20 SLPM veya 30 SLPM) dayanan bir ortalama sızıntı boyutuna geri gazın akış hızını ayarlayın. Kurtarma gazı akan başlayın ve sistem 30 saniye boyunca stabilize edelim. stabilizasyon sonra, kaydı tıklatın ve program 30 sn kaçak doğrulama verileri kaydetmek için izin verir. Not: Bilinen gaz akış oranı ve geri kazanılan gaz akış hızı arasındaki hatayı gösteren bir rapor oluşturmak Yazılım örnekleme tamamlanmasından sonra. bir±% 4.4 hata (sistemin göreli ölçüm belirsizliği) kabul edilebilir, ancak hedeflenen kurtarma hatası ±% 2'dir. gaz geri kazanım testi en az üç kez tekrarlayın ve bütün hataları kabul edilebilir aralıkta olduğundan emin olun. Hata% 4,4 ± ötesinde varsa hatalar için sistem inceleyin. Tüm bağlantıları, debileri, çare hataları tekrar kontrol edin ve tekrar 3.6 3.2 adımları tekrarlayın. Not: Hatalar besleme hattı FFS örnekleme hortumuna takılı almamış veya bağlantıları örnek parçaları gevşek olduğunu içerebilir. Daha önce (bir ay içinde) tamamlanmış değilse yeni bir MAF kalibrasyonu veya sensör doğrulama gerekli olabilir. 4. Kaçak Tespiti Denetim Not: kaçak emisyonların her potansiyel kaynağını belirlemek için bir site envanter gerçekleştirin. Envanter kaynağı grubu tarafından bozuldu kaynakları (vanalar, flanşlar, pompalar / kompresörler, havalandırma, vb) sayısını (kompresör binası, depo çiftliği içerecektir vmüsaadelerinin sızıntı tespit denetim kaçak ölçümü ile paralel veya seri olarak ortaya çıkabilir, vb) raf yakıt. Bir el metan dedektörü veya optik gaz kamera sızıntı olup olmadığını bileşenlerini incelemek için kullanılabilir. sızıntı rekor bir açıklama, konsantrasyon tespit ve bir görüntü almak zaman. Daha sonra ölçümü için sızıntıyı işaretlemek veya şu anda sızıntısı ölçmek. Programda yeni bir envanter dosyası oluşturun. Envanter ve raporlama amacıyla (isim, sitenin türü, vs.) için sitede ayrıntıları girin. Tarih, zaman damgası ve GPS konum otomatik olarak doldurulur. Sıfır kullanmadan önce ortam hava el metan dedektörü. kaçak emisyonların varlığı için erişilebilir tüm potansiyel arayüzleri kontrol etmek için numune alma probu ile bir el metan dedektörü yararlanın. prob örneği seyreltme en aza indirmek için yüzeye dik girişine yerleştirin. Not: el birimin duyarlılığı 5 ppm arka plan üzerinde olduğunda zeroeortam havasındaki d. Herhangi bir erişilemeyen kaynakları veya toplanan kaynaklar Belge. Not: Inaccessible kaynaklar sitesi operatörü tarafından belirlenen bir güvenle erişilebilecek yükseklikte ötesinde havalandırma boruları içerebilir. Toplulaştırılmış kaynaklar birden pnömatik vana bir manifolduna bağlı veya servis kutusu içine içerebilir. kaynak veya birden fazla kaynakta muhafaza kullanarak bir bütün olarak incelenebilir ise, kaynaklar bir araya. en az bir giriş ve bir çıkışı olan bir muhafaza ile Agrega birden fazla kaynak. muhafazanın çevresi içinde tüm kaynaklarını Belge. bir paçal numune olarak kaynak Etiket ve bölüm 5 miktarının kullanarak devam edin. Not: Bir kaçak dedektörü çözeltisinin kullanılması kaynaklarını bir "non-sızıntı" sınıflandırmak için izin verilir. dik şişe tutan, arayüz karşılamak için yeterli kaçak dedektörü çözümü uygulayın. kabarcıkları oluşturmak için 5-10 saniye bekleyin. yüzeyde tespit aletin probu kısmına yerleştirinbileşen arayüzü. Cihazın gecikmeli tepki süresi dikkate özen enstrüman okuma izlerken arayüz çevresi boyunca probu hareket ettirin. Yavaş yavaş maksimum sayaç okuma elde edilinceye kadar kaçak belirtilir arayüzü örnek. yaklaşık iki kat alet tepki süresi (20 sn) için bu maksimum okuma konumda prob girişi bırakın. Maksimum gözlenen sayaç okuma milyon (ppm) 500 parça, rekor daha büyüktür ve sonucu rapor edin. raporlama amacıyla kaçak görüntü almak tıklayın. Alternatif olarak, sızıntı olup olmadığını incelemek için yavaş yavaş bileşenleri taramak için bir kızılötesi görüntüleme cihazı kullanın. Optik gaz görüntüleme – Bu yöntem EPA Method 21 altında ekipmandan sızıntıları tespit etmek için alternatif bir çalışma uygulaması olarak onaylanmıştır. Fotoğraf makinesini açın ve istikrar için izin verir. Mercek kapağını çıkarın ve sızıntı olup olmadığını yavaş yavaş bileşenleri taramak için kamera ekranını kullanın. Not: Optical gaz hayal kameralar genellikle pahalı ama sızıntı olup olmadığını bileşenleri taramak için gereken süreyi azaltmak yapmak. yüksek hassasiyet modları Kullanımı küçük kaçaklar için gerekli olabilir. Bir sızıntı kamera, ya kayıt video veya raporlama amaçları için bir görüntü ile tespit edilirse. FFS ile sonraki ölçümü için kaçak yerleri işaretleyin. 5. Kaçak Oranı Ölçümü Not: kaçak tespiti veya sızıntı envanter tamamlandıktan sonra aynı anda tam olabilir oranı ölçümü Kaçak. Niceleme sitesi ve kaçak verilerini girdikten sonra yeni sızıntı düğmesinin altında oluşur. kullanıcı yerel ya da küresel arka plan kullanılıp kullanılmayacağını seçmelisiniz. Her iki durumda da, sistem uygun solenoid valfleri kontrol etmek ve bir zamanlanmış örnek kaydeder. Arka plan alındıktan sonra, sızıntı düzgün bir sızıntı yakalama sağlamak için üç kez ya da üç yönden miktarı gerekmektedir. Sistem üç ölçüm analiz ve rapor verecekvaryans. Kullanıcılar, (ayrı ve ortalama) sızıntı verileri kaydetmek yakalama tekrarlamak ya da değişken olarak kaynağını sınıflandırabilir. Tedbir ve periyodik saha ziyareti boyunca ve her kaçak ölçümü ile rekor metan arka plan konsantrasyonları. Not: dilatasyon hava yakındaki kaçakları bir tümleşik içerebilir zaman benzer bir bölge içinde ve koşullar altında sızıntı için ayrı arka almaya büyük önem taşımaktadır. 5.15 – sistemlerin Kombine kaçak analizi aşağıda ele alınmıştır. Herhangi bir tespit sızıntıları ölçmek. Örnek hortum sızıntısı yaklaşan önce topraklama kayışı yere temas olmasını sağlamak ve söz konusu maddeye Kayda örnekleyici zemin kelepçe klip. FFS kullanarak, sürekli olarak kaydedilir numune akışı ve örnek konsantrasyonu dahil kaynak için üç ardışık kaçak oranı quantifications elde etmek için kaçak kaynağının alanı çevresinde birden fazla noktada örnekleme hortumu yerleştirin. <li> açarak veya üfleyici alımına iris kanalını kapatarak hacimsel akışını arttırmak için tam akış hızını ayarlayın. Maksimum metan konsantrasyonunun en ayarlanmış bir değerin% 10 içinde ya da en az metan konsantrasyonunun arka konsantrasyonu en az 2 ppm yüksek olmasını sağlamak için kanal valfi ayarlayın. Programda sayısal olarak kaçak düğmesine basın. Bir seçenek kullanıcı isteyecektir küresel veya yerel arka plan kullanın. Ne zaman diğer sızıntı kontaminasyon şüphe, her zaman yerel arka plan alır. kaçak ölçümü pozisyonunda hortum ile, yerel arka plan almak tıklayın. Bir kez sızıntısı ölçmek için kullanıcı isteyecektir programı tamamladı. Not: Program otomatik olarak yerel bir arka plan için örnekleme hortumuna sadece giriş arkasında bir bağlantı noktasına FFS çıkışının örnekleme konumunu değiştirmek. Örnek ölçümü için kullanılan, örnekleme hortumu aynı ölçüm pozisyonda olması gerekir. recor tekrarlayınözellikle yüksek ortam rüzgar koşulları durumlarda veya karmaşık geometride, istemi üç kez sızıntı d. Ek sayımsal varyansı% 10 üzerinde ise, varyans kaçak oranı alet arıza veya değişkenliğin sonucu olup olmadığını belirlemek için soruşturma. kaçak oranı değişkenlik kaynağı enstrüman arıza nedeniyle ise, arıza ve yeniden sayısal kaynağını çare. Aksi takdirde, "değişken" olarak sızıntıyı sınıflandırmak ve şüpheli nedenini kaydedin. yakın ya da kaplama ile çevrili tek bir kaynak birden fazla kaynaktan durumunda, bir muhafaza ile sızıntı ölçümü için tek bir kaynak olarak, söz konusu kaynak (lar) tedavisinde. ölçümü bu tür gerçekleştirmek için Muhafaza sekmesini kullanın. Plastik tabaka ya da dahil ya da esnek olmayan geçirgen bir malzemeden tamamen bir muhafaza uydurmak, ya da böyle bir kompresör mahfazasına gibi daimi muhafaza dayanır. Not: Enclosure ölçümü cihazı kendi sınırları içinde bileşenlerinden sızıntı ve muhafaza içinde kasten yerleştirilmiş delikleri yoluyla yakalanan doğal gazın seyreltme için ya da sürekli muhafazaları üzerinde mevcut havalandırma konumlardan izin verir herhangi bir doğalgaz yakalayabilirsiniz. İzin herhangi bir doğal gaz muhafaza çıkarılması gereken ve sera gazı sensöründen sürekli okuma elde etmek için seyreltilmiş. miktar örnekleme süresi bir muhafaza kullanarak muhafaza büyüklüğüne bağlıdır gerçekleştirdi. sürekli konsantrasyon okumaları için izin örnekleme süresini azaltmak için ölçümü örnek seyreltme havası potansiyel sızıntı kaynağı (ler) boyunca akar şekilde muhafaza çıkarılan hangi noktaları yerleştirmek bir torba örneği gerekli ise, sera gazı sensörü çıkışına paketleme kutusunun bir tahliye örneği torba yerleştirin. için tam bir torba örneği sağlamak için torba örneği, kimlik numarası ve ilgili ekran zamanlayıcı kaydetmek için yazılımı kullanınoff-site analizi alınmıştır.

Representative Results

Çoklu FFS geliştirilmiş ve metan emisyonu çeşitli kaynaklardan ölçmek için kullanılmıştır. İki büyük çalışmalar Çevre Savunma Fonu Tekerlekler (PTW) çalışmaya Ağır Doğalgaz Araçlar Pompa ve Barnett Koordineli Kampanyası (BCC) dahil. PTW çalışma doğalgaz tankları, sıvılaştırılmış doğal gaz tankları, akaryakıt istasyonu ekipmanları, memeleri ve diğer kaçakları sıkıştırılmış, ağır doğalgaz araç yakıt sistemleri, motor krank gelen metan emisyonlarının ölçümü üzerinde duruldu. (Üretim, toplama ve işleme, iletim ve depolama ve yerel dağıtım) bir geçiş doğal gaz tedarik zinciri boyunca metan emisyonlarının veri toplamak için ülkenin dört bir yanından gelen akademik ve araştırma tesisleri bir araya gelen uzmanlar getiren sistemler BCC sırasında kullanılan Çoklu FFS, uçak, taşıt ve toprak temelli ölçümlerin kombinasyonu. Biz doğal metan emisyonlarının doğrudan kaynak miktarının yapılangaz kompresör istasyonları ve gelişmiş metodoloji ve FFS sistemini kullanarak depolama tesisleri. FFS istihdam yoluyla elde edilen ölçümlere ilişkin Barnett Shale çalışmanın sonuçlarının bir kısmı sunuldu ve hakemli konferans ve bilimsel dergilerde 70-72 yayınlanan olmuştur. PTW ve BCC hem biz doğalgaz taşınan veya bekletilen vanalar, boru / boru ve diğer bileşenler dahil olmak üzere site bileşenlerini ankete metan kaçak algılama donanımları kullandı. Bir sızıntı el metan detektörü ile tespit edildi. Bu el dedektör arka plan üzerinde artan metan konsantrasyonunun belirleyerek kaçak konumda belirlenmesinde destekli. Bir kaçak konum konsantrasyon eşiği aştığını tespit edildi kez, araştırmacılar kaçak oranını ölçmek için FFS kullanılır. FFS kaçak örnek bir üfleyici giriş tarafına bağlı bir hortum aracılığıyla toplanmıştır. sertifikalı patlama pr geçti numuneBir MAF ve metan sensörü bulunan bir boru sistemi aracılığıyla bitkin nerede oof üfleyici. FFS sistem sistem konfigürasyonuna bağlı 40 1,500 SCFM gelen akış hızlarında örnek başardı. ölçülen örnek bir akış hızı ve metan konsantrasyonu SCFM ya g sızıntı oranını kullanarak / saat olarak hesaplanmıştır. kalibrasyon Veri Kalibrasyon için, sabit bir akış sistemi üzerinden kurulmuştur. LFE boyunca basınç düşüşü yüksek basınç portu ve LFE düşük basınç noktası arasındaki basınç farkının ölçülmesi ile elde edilmiştir. Mutlak basınç farkı ölçme hattının yüksek basınçlı limanından kaydedildi. Kalibrasyon basınçları ölçülmüş ve kombine diferansiyel / mutlak basınç ölçer ile kaydedildi. el ünitesi iki modül, mutlak basınç, biri ve fark basınç için kullanılan yöntemdir. mutlak basınç modülü 0-30 PSI absolu ölçme yeteneğine sahip oldu% 0.025 belirsizlikle te. basınç farkı modülü% 0.06 bir belirsizlikle su 0 ile 10 inç arasında ölçme yeteneğine sahip oldu. Gaz numunesinin sıcaklığı ± 1.1 ° C veya% 0.4 belirsizlikle bir K-tipi termokapıl ile önceden LFE ölçüldü. MAF gerilim çıkışı, analog veri toplama kartı ile kaydedildi. Akış hızı üfleyici girişine bir değişken kısıtlayıcı valf ile değiştirilmiştir. Kalibrasyon 1500 SCFM kadar değişen çeşitli akış oranları için MAF üzerinde gerçekleştirilmiştir. sabit bir hava akış hızı, LFE ve MAF, basınç farkı, örnek sıcaklığında, mutlak basınç ve MAF gerilimi her iki geçirildi eş zamanlı olarak kaydedildi. LFE, numune sıcaklık ve mutlak basınç arasındaki basınç farkı, üretici tarafından sağlanan katsayıları kullanılarak LFE ile gerçek hacimsel akış oranının hesaplanması için kullanılmıştır. Gerçek hacimsel akış hızıStandart hacimsel akış dönüştürülür. Şekil 4'te gösterildiği gibi LFE ile standart hacimsel akış hızı, MAF elde edilen gerilime ilgiliydi. Bir NIST izlenebilir LFE ile MAF Şekil 4. MAF Çıkış Sinyali Kalibrasyon. Çok noktalı kalibrasyon (1 1.7 Bölümleri bakınız). Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız. Bir en küçük kareler regresyon denkleminin en uygun katsayılar belirlenmesi ve veri setleri arasındaki ilişkiyi incelemek için Denklemin regresyon istatistiklerini, R 2, hesaplamak için veri seti üzerinde yapıldı. denklem geliştirilmiştir kez, LFE ile debisine MAF voltajı ilişkilendirmek için, bir karşılaştırma gerçek arasında yapıldı debi ve MAF ölçülen debi. Bu, Şekil 5'te gösterilmiştir. Şekil 5. MAF Debisi Korelasyon. MAF ölçülen debi LFE gerçek hacimsel akış hızı karşı çizilen (Bölüm 1.8 bakınız). Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız. Bir 24.730 ppm metan gazı silindir metan sensörünün kalibrasyon Şekil 6'da gösterilmiştir. Dış Düzeltme uygulandıktan sonra, gerçek metan konsantrasyonu ortalama sapması% 0.7 idi. Dış düzeltme uygulandıktan sonra gerçek metan konsantrasyonunun gelen en büyük sapma% 1.9 idi. /54179/54179fig6.jpg "/> Şekil 6. Metan Sensör Kalibrasyon / Doğrulama. Bölünmüş kalibre gaz ve NIST izlenebilir şişe metan (Bölüm 2'ye bakınız) kullanarak metan sensörünün Dış doğrulama. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız. Kalibrasyon eğrileri, elde edilen ve uygulanan edildikten sonra, tüm sistemin doğrulanması gaz geri testi tamamlayarak gerçekleştirilmiştir. Hangi metan bilinen bir kütlesi MFC kalibre edilmiş metan ve enjekte gerçek kütle sistemi tarafından gösterilen kütle arasında yapılan bir karşılaştırma ile sisteme enjekte edildi. hidrokarbon emisyon bilinen bir hacim measurem enjekte nerede Bu prosedür tam akış seyreltme tünellerin yakalama ve ölçüm yeteneği sağlamak için Federal Düzenlemeler Kanunu gereği propan enjeksiyonlarının yaygın bir uygulama dayalıbağımsız kalibre cihaz ve sistem kurtarma yeteneği kullanılarak ent sistemi doğrulandı. kontrol MFC metan üzerinde kalibre edildi. MFC 20 iki akış oranları ve% 99.9 saf metan 30 SLPM ayarlandı. Sonuçlar 140 SCFM bir sistem akış hızı için Tablo 1'de sunulmuştur. Her iki durumda FFS sistemi ölçülen değerler beklenen% 4.4 dahilinde olduğu görülmüştür. İki ölçümlerde ortalama hata +% 2.2 idi. MFC ayar noktası FFS Kurtarma Kurtarma Hatası SLPM SLPM % 20 20.3 1.70% 30 30.8 2.7 Ortalama 2.20% İki farklı simüle kaçak oranlarında Tablo 1. FFS Kurtarma Sonuçları. Metan kurtarma testleri. Saha Veri Toplama içinde Sürekli Kaçak Kaynak Şekil 6, sürekli bir sızıntı kaynaklarının bir örneğini göstermektedir. 7, 4 ayrı bölgelerde reklama ayrılabilir Şekil. Kaçak kaynağı, kaçak yakalama yaklaşan ve kaçak kaynağından çekilirken, arka plan: Bunlar aşağıdaki bölümlerini içerir. Kaçak ölçümü bölümü c sırasında oluşur. İncelemenin ardından, aynı sızıntı ikinci tekrarlanan ölçüm bölümü d sonra oluşur Şekil 8 kızılötesi kamera bakıldığında kaçağı gösterir -. Sol doğal dağıtma metan tüy gösterir – sağ FFS sızıntı ve ek seyreltme tüm toplar gösterir hava. <br/> Şekil 7. Geleneksel Kaçak çeşitli ölçüm bölümleri gösteren Sürekli sızıntı kaynağı zaman iz Sürekli (a: Arka plan, b: sızıntı yaklaşan, c: ortalama sızıntı oranı, d: sızıntı çekilirken) (Bölüm 5'e bakınız – 5.6).. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız. . Uydurma ve sağ sızıntı – – Kaçak Sol Şekil 8. Kızılötesi Görüntü. Aynı uydurma (Bölüm 4.6) yakalanan / sayısal sızıntı bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız. Aralıklı Kaçak Kaynak belirli bir olay ile ilişkili toplam kütle konsantrasyonu-tim elde edilmiştirE sayısal entegrasyon uygulaması ile profil. trapez kuralı ile ilgili verimsizliklerin bazı aşmak için, bir adaptif kompozit Simpson kuralı kullanılmıştır. Bu adaptif dördün tipi yöntemi keskin değişimler 73 bölgelerinde otomatik adım boyutu ayarlamaları için izin verir. Şekil 9, metan emisyonlarının kesintili kaynağının bir örneğini göstermektedir olarak toplanan verilerin sayısal entegrasyonu için gerekli, aralıklı olaylar için geçerli olan şekilde olmuştur. Bu örnek, bir araç yakıt doldurma olayı oldu. Arkaplan 150-240 sn ve 425 sn sonuna kadar gösterilir. Bu özel etkinlik tek bir sıvılaştırılmış doğal gaz (LNG) tank yakıt ikmali için oldu. Kaçak oranı yayılan toplam kütlesi (9.5 gr) belirlemek için entegre edildi. Şekil 9,. Bir araç-yakıt ikmali olay Aralıklı Kaçak. Aralıklı 'kaçak' kaynak (konsantrasyon [ppm], seyreltme debisi [scfm], kaçak oranı [g / hr]). (Bölüm 5) tıklayınız daha büyük bir versiyonunu görmek için bu figür. Toplulaştırılmış Kaynak Nedeniyle birden fazla kaynaktan sıkı yakınlık içinde olmak ve bir örtü ile kapalı için, kompresör ünitesi birleştirilmiş ve kaçak ölçümü için tek bir kaynak olarak tedavi. 10 toplu bir kaynaktan gelen metan emisyonlarının ölçülmesi bir örnek göstermektedir. Bu veriler, bir zaman dolgu CNG kompresör mahfazasına toplanmıştır. Kompresör gövdesi yaklaşık 119 dakika boyunca sürekli olarak ölçüldü. karşılaşılan kompresör ünitesi değişkenlik küçük bir miktar görüntüler yaptı. Kaçak oranı ve metan konsantrasyonunun değişimler nedeniyle basınç dalgalanmaları ve değişken sızıntı vardıKompresör mühürler. birleştirilmiş kaynağa, veri uzun süre toplandı ve ortalama sızıntı oranı hesaplandı. Şekil 10. Agrega örneği. CNG kompresör konut (kompresör ve fanlar kapalı) doldurmak bir toplu zaman hızı, akış ve konsantrasyon verilerini Kaçak (bakınız Bölüm 5.7). Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Discussion

doğruluğunu geliştirmek ve mevcut sanayi sınırlamaları aşmak için, biz metan ölçümü için tam Debi Örnekleme Sistemi (FFS) oluşturuldu. Araştırmacılar Kuzey Amerika genelinde birçok yerde çeşitli biçimlerde sistemi kullanılır. spektroskopi kullanılması, alternatif analiz bilgisayar dışına için sızıntı çanta örnekleme için izin veren C2 + bileşikler ve tahribatsız örnekleme doğadan önemli parazitleri ortadan kaldırır. CNG yakıt sistemleri, LNG yakıt sistemleri, içten yanmalı motor karteri, boru, boru, bağlantı, flanş, kompresör delikleri, kuyu ağzı bileşenleri, su /: Alternatif rüzgar bloklar sistem başarıyla ve doğru bir metan aşağıdaki öğeleri kaynaklanan emisyonların miktarı olan ile kombine edildiğinde yağ ayırıcı tankları, valf, doğalgaz, iyi muhafazaları, ve sayısız diğer doğal gaz ile ilgili bileşenleri tarafından tahrik pnömatik aktüatörler. Sistem platformları taşınabilir on-road arabaları, ve off-road araçlar dahil. Güç tüketimi kullanımını gerektirmezStandart 120 VAC bağlantıları aracılığıyla bir jeneratör veya ev güç. Ancak, 'grid' bu güç kullanımı yoluyla sistem henüz hala ilgi belirli bir site çevresinde taşınabilirlik için uzatma kabloları ve uzun örnekleme evleriyle birlikte kullanılmalıdır yüksek akış hızlarında tadabilirsiniz. Güncel pille çalışan sistemler ızgara gücü kullanılarak elimine edilir pilin şarj durumunun bir fonksiyonu olarak performans azalmıştır.

Periyodik kalibrasyon protokolleri geliştirilmiş ve kullanıcı arayüzüne entegre edilmiştir. Protokoller 1-3 önce herhangi bir yeni site denetim veya aylık bazda en az tamamlanmalıdır. Kullanıcıların özenle protokolleri takip etmezseniz, sistem emisyon oranlarının altında veya aşırı raporda, hangi olumsuz sera gazı raporlama etkileyebilir olabilir. protokollerin öncelikli hedefi bileşeni ayrıntı ile toplam site emisyonlarını tahmin etmek için doğru bir sistem sağlamaktır. İstatistiksel analiz yeni emisyon faktörleri oluşturmak için kullanılan, daha sonra her bir sigara leaKral bileşeni de kaydedilmelidir.

sızıntı tespit işlemi el birimlerinin kullanımı ile zaman alıcı olabilir. optik gaz görüntüleme kamerası kullanımı anlamlı sızıntısı tespit için gerekli zamanı azaltabilir. Kamera metan, uçucu organik bileşikler ölçme yeteneğine sahip olmalıdır. Şu anda mevcut ticari üniteler saat (g / saat) başına yaklaşık 0.8 gram saptanabilir kaçak oranlarına ilişkin hassasiyetleri var ve rüzgar koşullarına bağlıdır. Görüntüleme ayrıca sıcaklığa duyarlıdır. gerektiği gibi sıcaklık ölçekleri ayarlamak için emin olun. Aşırı soğuk buharlar (kriyojenik doğalgaz) veya kızgın buhar (egzozlarından ve diğerleri buhar) olarak aşırı kaçakları görünebilir. Daha sonraki ölçümü doğru herhangi görüntülü sızıntının gerçek sızıntı oranını belirlemek için izlemeniz gereken. Kızılötesi kamera kullanımı önemli ölçüde sızıntı tespit stoklarını azaltmak, ancak rüzgar koşulları duyarlı olabilir. yüksek rüzgar koşulları altında daha küçük bir sızıntı DIFFU olabilirse daha hızlı ve lekeli. Şüpheye düşerseniz, bir el ile her zaman çift kontrol metan dedektörü düzenledi.

Bir kullanıcı dostu arayüzü FFS kolay ve doğru şekilde kullanılmasını sağlar. Entegre kullanıcı Protokolün boyunca kullanıcıya yardımcı ve post-processing çabalarını azaltmak ister. Bir kaçak ölçümü (Bölüm 5) tamamlandıktan sonra, örneğin, ortalama sızıntı oranı sürekli konsantrasyonu en az 30 sn kullanarak hesaplamalara dayalı ve debi kayıtları rapor edilecektir. Kullanıcı istemleri otomatik olarak global veya yerel arka plan konsantrasyonlarını kullanacaktır. Basit ekrandaki seçimi solenoidler doğru yerlere yapmaktadır ve örnek neden olur. Kullanıcılar ekrandaki tüm sızıntı doğru kantifikasyon sağlamak ister takip etmelidir. Program aşağıdaki gibi olacaktır için otomatik olarak düzeltir: global veya yerel arka plan; sıcaklık; kütle akış oranı (karbondioksit ve metan düzeltmeleri ile kabul hava); Nem (SG sensöründen ölçülen); Sıcaklık (termocouple – ortam koşulları için gereksiz kontrolü)

ölçülen metan emisyonları oranları bağıl belirsizlik konsantrasyonu yaklaştı arka plan konsantrasyonu ölçülen kaçak önemsiz olduğu durumlar hariç ± 4.4% 'dir. Bileşen belirsizliklerin bir örneği, Tablo 2'de verilmektedir.

</tr>

Kaynak	Belirsizlik (%)
metan Sensörü	1
Metan sensörü kalibrasyonu korelasyon	0.73
Metan gazı şişesi	1
Sıfır hava gazı şişesi	0.1
LFE	0.7
MAF	4
Fark basınç modülü	0.025
Mutlak basınç modülü	0.06
ısıl çift	0.4
MAF kalibrasyon korelasyon	0.09
gaz bölücü	0.5

Tablo 2. Bileşen Belirsizlik. Sistem belirsizliğini ölçmek için kullanılan bağımsız bileşen belirsizlikler.

Genel olarak, sistem ve yöntemleri çeşitli kaynaklardan doğru metan emisyonlarının ölçmek için çabalar yararlı olduğu kanıtlanmıştır. Sistem ölçeklenebilir ve kullanıcı dostudur. Geliştirilen sistem ±% 10 ⁷⁴ bir belirsizlik mevcut ticari sistemlere kıyasla ±% 4.4 bir belirsizliği vardır. Uygun kalibrasyon ile, bu sistem kolayca tam akü ücretleri ^64,74 ile 8 SCFM kaçakları miktarının yeteneğine sahip mevcut ticari sistemlere kıyasla 140 SCFM kadar kaçak oranlarını ölçmek olabilir. Sistem ev iktidara bağlantısı gerektirir iken, bu con avantajlar sunuyortutarlıdır örnek hızları ve mevcut sistemlere göre çok daha yüksek örnekleme hızları. Mevcut sistemin minimum tespit sınırı 0.24 g / saat veya 3.0×10 ^-3 SCFM olduğunu. Kullanıcı arayüzü post-processing gereksinimlerini azaltır ve raporlama çalışmalarını azaltır. Buna ek olarak, lazer tabanlı sensörler çoklu analiz ⁶⁵ numunenin doğrudan ölçümü için izin verir kaçak numune, tahribatsız vardır. Lazer bazlı ölçümler de yanlışlık ek kaynakları katkı ortam, küçük ve büyük kaçak konsantrasyonları veya sensör geçişleri için ayrı sensörlerin gerektirmez. Gelecekteki çalışmalar FFS ve kullanıcı arayüzü devam optimizasyonu odaklanmak. Ek araştırmalar tutarlı ve optimum ölçüm teknikleri sağlamak için ek en iyi uygulamaları geliştirmek için deneysel araştırma verileri ve hesaplama akışkan dinamiği ile birleştiriyor hangi yürütülmektedir.

Disclosures

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

References

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

Cite This Article

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).