设计和全流采样系统（FFS）的使用甲烷排放的量化
June 12th, 2016
我们设计、开发并实施了一种新型全流量采样系统 （FFS），用于量化整个天然气供应链中的甲烷排放和温室气体。
该方法的总体目标是使用新技术对泄漏气体（特别是甲烷，一种强效温室气体）进行可靠且准确的量化。该技术的主要优点是，与其他可用的定量系统相比，它提供了更高的准确性。它对非甲烷碳氢化合物排放不敏感。
当我们的任务是量化与天然气加注设备和加气站相关的甲烷排放时，我们第一次想到了这项技术和方法。在审查了当前和以前使用的技术和技巧后，我们确定开发我们自己的系统和方法将确保提高准确性。然后，我们修改了在排放物中自动动力采样的方法，从而开发了全流量采样系统。
然后，我们采用了各种测量活动来准确量化甲烷排放损失中的泄漏。在现场工作之前，请务必正确校准质量气体流量传感器和温室气体分析仪。这些是正确执行的相对简单但重要的程序。
因此，它们在文本协议中进行了详细描述。文本协议还说明了如何执行完整的系统恢复测试。该视频演示了如何查找温室气体泄漏。
并在潜在的逸散性排放源上对其进行评估。在开始之前，在现场计算机中创建新的库存文件。在网站上输入所有详细信息。
日期、时间和 GPS 位置的数据字段将自动填充。接下来，记录任何无法访问的源或聚合源。例如，无法安全接近的通风管。
一组聚合的源可能包括多个接头和可能的源，例如压缩机壳体。如果可以将多个源作为一个整体进行检查，请使用由非渗透材料组成的外壳聚合源，该外壳至少有一个入口和一个出口，旨在捕获流出的气体。定期测量并记录背景甲烷浓度。
始终在同一区域中获取多个背景读数。要使用手持式甲烷检测仪检查泄漏，请先将其置于环境空气中的零点。该检测器对高于背景 5 ppm 的气体敏感。
然后检查所有可能具有逸散性排放的可访问接口。定位探针样品，模拟或解冻表面渗漏，以尽量减少溶液。然后沿界面外围移动探头，同时观察仪器读数。
请缓慢进行，因为仪器的响应时间延迟。当观察到仪表读数增加时，缓慢地对区域进行采样，直到获得最大仪表读数。将探针模拟置于此最大读数位置约 20 秒。
如果仪表读数大于百万分之 500，请记录结果并通过拍摄泄漏图像进行报告。要使用红外成像设备扫描泄漏，这种相机可以比手持式探测器更快地发现泄漏。如果检测到泄漏，请录制视频或拍摄图像以进行报告。
如果发现泄漏但难以确定确切位置，请尝试使用检漏仪解决方案。将瓶子直立并涂抹足够的溶液以覆盖界面，以阻止泄漏。然后等待 5 到 10 秒，让气泡形成。
在发现泄漏时或在对所有泄漏进行全面清点后对其进行量化。在使用样品软管接近泄漏点之前，请确保接地带与地面接触。然后将采样器接地夹连接到泄漏源。
现在检查泄漏源区域周围的多个点。接下来，打开鼓风机进气口上的 Iris 管道以增加体积流量。因此，峰值甲烷浓度在最高校准值的 10% 以内，或者至少比背景水平高出百万分之二。
现在要量化泄漏，请按新的泄漏按钮。接下来，选择本地背景选项以及该区域是否有其他泄漏。否则，请选择 global background 选项。
现在保持软管静止，因为当设备处于泄漏采样位置时，会对本地背景进行采样。读取背景后，从同一位置定量泄漏 3 次。系统将分析这三个测量值并报告方差。
如果差异大于 10%，请继续抽样，直到差异可接受。否则，将泄漏分类为可变泄漏并记录可疑原因。定量外壳中的气体时，请使用外壳选项卡提醒系统。
等待稳定读数后再量化气体。这需要的时间取决于外壳的大小。要采集袋式样品进行场外检查，只需从温室气体传感器的出口收集气体即可。
执行此作时，请在软件中记录样品的识别号，并使用屏幕上的计时器填充袋子。在现场使用之前，全流采样系统使用标准气体进行检查。系统流速设置为 140 SCFM，气体以每分钟 20 或 30 标准升的速度流入系统。
测量值在预期的 4.4% 范围内。传感器使用已知浓度的甲烷进行校准。应用外部校正后，与已知浓度的平均偏差为 0.7%，而单个测量值的偏差从未超过 1.9%。
现在在现场测量到连续的气体泄漏。首先确定了背景。当传感器接近泄漏点时，甲烷浓度测量值增加。
在泄漏处，进行峰值测量。当传感器远离泄漏时，记录了较低的测量值。使用红外摄像头，泄漏产生的羽流很明显。
使用采样器后，相机无法再捕捉羽流。看完这个视频，您应该对如何使用全流量采样系统来准确量化泄漏的甲烷排放率有一个很好的了解。基于精确质量的测量对于确定甲烷总排放量、创建和更新温室气体清单以及开发组件级排放因子至关重要。
概述
本文介绍了一种用于准确量化天然气供应链中甲烷排放和温室气体的新型全流量采样系统（FFS）。该方法旨在提高气体泄漏检测的精度，特别是对于甲烷这种重要的温室气体。
关键研究组成部分
科学领域
- 环境科学
- 温室气体排放
- 气体泄漏检测技术
背景
- 甲烷是一种对气候变化有重大影响的温室气体。
- 现有的量化系统在精度上有局限性。
- 开发一个定制系统可以提高测量可靠性。
- 现场校准和适当的方法对于准确的结果至关重要。
研究目的
- 提供一种用于量化甲烷排放的稳健方法。
- 提高气体泄漏检测技术的准确性。
- 建立一个全面的现场测量协议。
使用的方法
- 质量气流传感器和温室气体分析仪的校准。
- 使用手持甲烷探测器和红外成像设备。
- 记录现场详情和无法接触的源头。
- 通过多种采样技术量化泄漏。
主要结果
- FFS在测量甲烷浓度方面表现出更高的准确性。
- 校准程序导致与已知浓度的最小偏差。
- 现场测试证实了该系统在检测气体泄漏方面的有效性。
- 红外成像相比手持探测器提供了更快的泄漏识别。
结论
- 这种新型FFS是甲烷排放量化的重大进步。
- 准确的泄漏检测对环境监测至关重要。
- 未来的应用可能会提高监管合规性和环境保护。
常见问题
Executive Industry Relevance
Accurate quantification of methane emissions is critical for environmental risk assessment and regulatory compliance in the energy sector. The full flow sampling system (FFS) provides a portable, laser-based solution that improves measurement precision and reduces interference from non-methane hydrocarbons. This capability supports early-stage screening and validation of emission control technologies across the natural gas supply chain.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables hypothesis testing of emission sources by isolating methane signals from background and interfering compounds.
- Operational Value: Delivers quantitative, reproducible leak measurements with defined uncertainty bounds for go/no-go decisions.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Provides standardized, co-measured methane and humidity data for assay normalization and environmental variable control.
- Operational Value: Supports high-throughput screening of leak mitigation strategies through portable, field-deployable sampling.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Bridges laboratory emission models to real-world facility validation through consistent, traceable quantification.
- Operational Value: Ensures continuity from discovery-scale testing to pre-commercial technology evaluation under variable field conditions.
Pipeline & Workflow Integration
The FFS integrates into emission testing workflows from initial leak screening to quantitative validation and technology benchmarking, supporting iterative design improvements.
- Discovery Biology: Facilitates mechanistic interrogation of emission sources by confirming methane-specific signals independent of co-released volatiles.
- Screening: Enables rapid, quantitative screening of component-level leaks with laser-based specificity and flow-rate flexibility.
- Analytics: Delivers mass-based methane flux measurements with variance analysis to assess measurement reliability and temporal stability.
- Translational Research: Connects controlled system evaluations to real-world emission profiles through standardized field protocols.
- Enterprise Reuse: Offers a modular, reusable platform adaptable to diverse emission sources via configurable blower and sampling setups.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces false positives in leak detection by mitigating interference from higher hydrocarbons via laser-based sensing.
- Operational Value: Achieves ±4.4% relative uncertainty in methane quantification, enabling reliable inter-laboratory and inter-site comparisons.
- Strategic Value: Improves capital efficiency by accelerating validation of leak detection and mitigation technologies through accurate baseline measurement.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted advancement of emission control solutions by providing defensible, quantification-backed performance data.
Implementation Considerations
- Requires expertise in gas metrology, sensor calibration, and environmental sampling protocols.
- Depends on laser-based greenhouse gas analyzers, mass airflow sensors, and explosion-proof blowers for safe operation.
- Necessitates cross-team standardization of background measurement, leak positioning, and variance acceptance criteria.
- Must be adapted to varying source accessibility through enclosure use, probe positioning, and grounding procedures.
- Limited by the need for periodic calibration against known gas standards to maintain measurement traceability.
