メタン排出量の定量化のための設計とフルフローサンプリングシステムの利用（FFS）
June 12th, 2016
私たちは、天然ガス供給チェーン全体からのメタン排出と温室効果ガスを定量化するための新しいフルフローサンプリングシステム（FFS）を設計、開発、実装しました。
この方法論の全体的な目標は、漏れているガス、特に強力な温室効果ガスであるメタンを新技術を使用して堅牢かつ正確に定量化することです。この手法の主な利点は、他の利用可能な定量システムと比較して精度が向上することです。非メタン炭化炭素の排出に敏感ではありません。
この技術や手法のアイデアは、天然ガスの燃料供給設備やステーションに関連するメタン排出量の定量化を任されたときに思いつきました。現在および以前に使用されていた技術と手法を検討した結果、独自のシステムと方法を開発することで精度が向上すると判断しました。次に、フルフローサンプリングシステムを開発した排出物の中から自動車をサンプリングする方法を変更しました。
その後、さまざまな測定キャンペーンを使用して、失われたメタン排出量の漏れを正確に定量化しました。現場で作業する前に、マスエアフローセンサーと温室効果ガス分析装置を正しく校正してください。これらは比較的簡単ですが、正しく実施するための重要な手順です。
したがって、それらはテキストプロトコルで詳細に説明されています。テキストプロトコルでは、完全なシステムリカバリテストを実行する方法についても説明しています。このビデオでは、温室効果ガスの漏れを探す方法を示します。
そして、フュージティブ・エミッションの潜在的な発生源でそれらを評価します。開始する前に、フィールドコンピュータで新しいインベントリファイルを作成します。サイトにすべての詳細を入力します。
日付、時間、および GPS 位置のデータ フィールドは自動的に入力されます。次に、アクセスできないソースまたは集約されたソースを文書化します。たとえば、安全にアクセスできないベントパイプなどです。
ソースの集約されたグループには、複数のフィッティングと、コンプレッサーハウジングなどの可能なソースが含まれる場合があります。複数の発生源を全体として調べることができる場合は、流れるガスを捕捉するように設計された少なくとも1つの入口と出口を備えた非透過性材料で構成されたエンクロージャを使用して発生源を集約します。定期的に、バックグラウンドのメタン濃度を測定し、記録します。
常に同じ地域で複数のバックグラウンド読み取りを行います。ハンドヘルドメタン検出器を使用して漏れをチェックするには、まず周囲の空気中で漏れをゼロにします。検出器は、バックグラウンドから5ppm上のガスに敏感です。
次に、フュージティブ エミッションが発生している可能性のあるすべてのアクセス可能なインターフェイスを確認します。プローブサンプルをエミュレートまたは解凍して配置し、表面に漏れて溶液を最小限に抑えます。次に、プローブをインターフェース周辺に沿って動かし、機器の読み出しを観察します。
楽器の応答時間が遅れるため、ゆっくりと行ってください。メーターの読み取り値の増加が観察された場合は、最大のメーター読み取り値が得られるまで、領域をゆっくりとサンプリングします。プローブをこの最大読み取り位置に約20秒間エミュレートしたままにします。
検針値が500ppmを超える場合は、結果を記録し、リーク画像を撮影して報告してください。赤外線イメージングデバイスを使用して漏れをスキャンするために、このようなカメラはハンドヘルド検出器よりも速く漏れを見つけることができます。漏れが検出された場合は、レポート作成のためにビデオを録画するか、画像を撮影します。
漏れが見つかったが、正確な場所を特定するのが難しい場合は、リークディテクターソリューションを使用してみてください。ボトルを直立させ、懲罰的な漏れのあるインターフェースを覆うのに十分な溶液を塗布します。その後、泡が形成されるまで5〜10秒待ちます。
漏れが見つかったとき、またはすべての漏れの完全なインベントリを取った後に、漏れを定量化します。で漏れに近づく前にampファイルホースで、接地ストラップが地面に接触していることを確認してください。次に、サンプラーアースclを取り付けますamp 漏れ源に。
次に、リークソースの領域の周りの複数のポイントを確認します。次に、ブロワーの吸気口にあるアイリスダクトを開いて、体積流量を増やします。したがって、メタンのピーク濃度は、キャリブレーションされた最高値の 10% 以内にあるか、バックグラウンド レベルよりも少なくとも 2 ppm 高くなります。
次に、リークを定量化するために、新しいリークボタンを押します。次に、ローカルバックグラウンドオプションを選択し、その領域に他のリークがあるかどうかを選択します。それ以外の場合は、グローバル背景オプションを選択します。
次に、デバイスがリークサンプリング位置にある間、ローカルバックグラウンドがサンプリングされるため、ホースを静止させておきます。背景を読み取った後、同じ位置から漏れを3回定量化します。システムは 3 つの測定値を分析し、分散を報告します。
分散が 10% を超える場合は、分散が許容できるまでサンプリングを続けます。それ以外の場合は、リークを変数として分類し、疑わしい原因を記録します。エンクロージャ内のガスを定量化する場合は、エンクロージャータブを使用してシステムに警告します。
ガスを定量化する前に、安定した読み取り値を待ちます。これにかかる時間は、エンクロージャのサイズによって異なります。オフサイト検査用のバッグサンプルを採取するには、温室効果ガスセンサーの出口からガスを収集するだけです。
その際、サンプルの識別番号をソフトウェアに記録し、画面上のタイマーで袋を充填します。現場での使用に先立ち、フルフローサンプリングシステムを標準ガスで確認しました。システムの流量は140 SCFMに設定され、ガスは毎分20または30標準リットルでシステムに流れました。
測定値は予想された4.4パーセント以内でした。センサーは、既知の濃度のメタンを使用して較正されました。外部補正を適用した後、既知の濃度からの平均偏差は0.7%でしたが、個々の測定値は1.9%を超える逸脱はありませんでした。
現在、現場での継続的なガス漏れが測定されました。まず、背景が決定されました。センサーが漏れに近づくと、メタン濃度の測定値が増加しました。
リーク時に、ピーク測定が行われました。センサーが漏れから離れると、より低い測定値が記録されました。IRカメラでは、漏れによるプルームが明らかでした。
サンプラーが使用されていると、カメラはプルームをキャプチャできなくなりました。このビデオを見れば、フル・フロー・サンプリング・システムを使用して、漏れによるメタン排出率を正確に定量化する方法を十分に理解できるはずです。正確な質量ベースの測定は、総メタン排出量の決定、温室効果ガスインベントリの作成と更新、およびコンポーネントレベルの排出係数の開発において極めて重要です。
概要
この記事は、天然ガス供給チェーン全体にわたるメタン排出量と温室効果ガスの正確な定量化のために設計された新しい全流量サンプリングシステム（FFS）を紹介します。この方法論は、特にメタンのような重要な温室効果ガスについて、ガス漏れ検出の精度を向上させることを目指しています。
主要な研究構成要素
科学の分野
- 環境科学
- 温室効果ガス排出
- ガス漏れ検出技術
背景
- メタンは気候変動に寄与する強力な温室効果ガスです。
- 既存の定量化システムには精度の制限があります。
- 特注のシステムを開発することで測定の信頼性を向上させることができます。
- フィールド校正と適切な方法論が正確な結果を得るために重要です。
研究の目的
- メタン排出量を定量化するための堅牢な方法を提供すること。
- ガス漏れ検出技術の精度を向上させること。
- フィールド測定のための包括的なプロトコルを確立すること。
使用された方法
- 質量空気流センサーと温室効果ガス分析装置の校正。
- 携帯型メタン検出器と赤外線イメージングデバイスの使用。
- 現場の詳細とアクセス不可能な源の文書化。
- 複数のサンプリング技術を通じて漏れの定量化。
主な結果
- FFSはメタン濃度の測定において改善された精度を示しました。
- 校正手順により、既知の濃度からの最小限の偏差が生じました。
- フィールドテストにより、システムのガス漏れ検出の有効性が確認されました。
- 赤外線イメージングは、携帯型検出器と比較して漏れの迅速な識別を提供しました。
結論
- 新しいFFSはメタン排出量定量化において重要な進歩です。
- 正確な漏れ検出は環境モニタリングに不可欠です。
- 将来の応用は規制遵守と環境保護を強化する可能性があります。
よくある質問
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.
