Name: 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） (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-06-12T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 18 s
Description: 学ぶメタン排出量の高精度定量化手法。フルフローサンプリングシステムを用いて天然ガス供給チェーンの温室効果ガス漏出を正確に検出し、環境モニタリングと規制対応に貢献する革新的な測定技術です。

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著者は、ザカリー・ルザダー氏とクリストファー・ロウ氏を含むWVU代替燃料・エンジン・排出センターのスタッフに感謝します。著者は、開発されたFFSを使用するためのフィールドデータとさまざまなテスト条件を提供した研究プログラムに資金を提供してくれた環境防衛基金、WVU研究公社、およびジョージベリー財団に感謝します。

著者らは、クリストファー・ロウ氏およびザカリー・ルザダー氏とともに、このシステムに関連する知的財産を保護するために、ウェストバージニア大学の研究法人および技術移転局に発明開示と仮特許を申請しました。

精度を向上させ、現在の業界の限界を克服するために、我々は、メタンの定量のためのフルフローサンプリング・システム（FFS）を作成しました。研究者らは、北米の多くの場所で、様々な形態でシステムを使用していました。分光法の使用は、C2 +化合物から重大な干渉を排除し、非破壊サンプリング性質は、代替分析オフサイトのためのリークのバッグサンプリングを可能にします。 CNG燃料システム、LNG燃料システム、内燃機関のクランクケース、配管、チューブ、コネクタ、フランジ、圧縮機の吹き出し口、ウェルヘッド部品、水/：代替風ブロックと組み合わせると、システムは以下の項目から正常にかつ正確に定量化メタン排出を持っています油分離タンク、バルブ、天然ガス、よくケーシング、および多数の他の天然ガス関連のコンポーネントによって駆動される空気圧アクチュエータ。システムプラットフォームは、ポータブルオンロードカート、およびオフロード車が含まれていました。消費電力はを使用する必要がありません標準の120 VAC接続を介して発電機や家の電力。しかし、「グリッド」この電力の使用を介してシステムが依然として関心のある部位の周りの移植性のために延長コードと長いサンプリング家と併せて使用することがより高い流量でサンプリングすることができます。現在のバッテリ駆動システムは、グリッドの電力を用いて除去されるバッテリの充電状態の関数としての性能が低下しています。 定期的なキャリブレーションプロトコルが開発され、ユーザ・インタフェースに統合されました。プロトコル1-3は、前の任意の新しいサイト監査または月単位で最小で完了する必要があります。ユーザーが熱心なプロトコルに従わない場合、システムは、排出率の下または過剰レポート、その負のGHG報告の影響を与える可能性があります。プロトコルの主な目的は、コンポーネント粒度でサイト全体の排出量を推定するための正確なシステムを確保することです。統計分析は、新たな排出係数を作成するために使用される場合、各非LEA王コンポーネントも記録されなければなりません。 漏れ検出処理は、ハンドヘルド装置を使用して時間がかかることができます。光ガス撮像カメラの使用が大幅に漏れ検知に要する時間を短縮することができます。カメラは、メタンを含む揮発性有機化合物を測定することが可能でなければなりません。現在市販されているユニットは、毎時約0.8グラムの検出可能な漏洩速度（グラム/時間）に感度を持っており、風の条件に依存しています。撮像装置は、温度に敏感です。必要に応じて温度スケールを調整してください。非常に冷たい蒸気（極低温天然ガス）や過熱蒸気（排気およびその他における蒸気）は、過度のリークとして表示することができます。その後の定量化は、正確に任意の画像化され、リークの実際のリークレートを決定するために従わなければなりません。赤外線カメラの使用は、漏れ検出在庫を減らすが、風の条件に敏感であることができます。強風の条件下で小さいリークがdiffu可能性がありseがより迅速にではなく、発見すること。手持ちメタン検出器との疑いで、常にダブルチェック。 ユーザーフレンドリーなインターフェイスは、FFSの簡単かつ適切な使用を保証します。統合されたユーザーは、議定書に沿ってユーザを支援し、後処理作業を軽減プロンプトが表示されます。漏れ定量化（第5節）完了すると、例えば、平均漏洩速度は、連続的な濃度の少なくとも30秒を用いた計算に基づいており、流量記録は報告されます。ユーザープロンプトは、自動的にグローバルまたはローカルバックグラウンド濃度を使用します。シンプルな画面上の選択は、ソレノイドが動作し、正しい位置についてサンプリングする原因となります。ユーザーは漏れの正確な定量を確保するために、すべての画面上の指示に従ってください。プログラムは、次のために自動的に修正されます：グローバルまたはローカルバックグラウンド;温度;質量流量（二酸化炭素とメタンの修正で空気を想定）。湿度（GHGセンサーから測定）。温度（サームocouple - 周囲条件のための冗長チェック） 測定されたメタン排出率の相対的な不確実性は濃度が近づくバックグラウンド濃度を測定した漏れが重要でない状況を除き±4.4％です。構成要素の不確実性の例を表2に提供されます。 <table fo:keep-together.within-page="1"><tbody><tr><td> ソース </td><td> 不確実性（％） </td></tr><tr><td>メタンセンサー</td><td> 1 </td></tr><tr><td>メタンセンサ較正相関</td><td> 0.73 </td></tr><tr><td>メタンガスボトル</td><td> 1 </td></tr><tr><td>ゼロ空気ガスボトル</td><td> 0.1 </td></tr><tr><td> LFE </td><td> 0.7 </td></tr><tr><td> MAF </td><td> 4 </td></tr><tr><td>差圧モジュール</td><td> 0.025 </td></tr><tr><td>絶対圧力モジュール</td><td> 0.06 </td></TR&gt; <tr><td>熱電対</td><td> 0.4 </td></tr><tr><td> MAF校正相関</td><td> 0.09 </td></tr><tr><td>ガス分割器</td><td> 0.5 </td></tr></tbody></table> 表2.コンポーネントの不確実性。システムの不確実性を定量化するために使用される独立成分の不確実性。 全体的に、システムとその方法が正確にさまざまなソースからのメタン排出量を定量化するための努力に有益であることが証明されています。システムは、スケーラブルかつユーザーフレンドリーです。開発したシステムは、±10％74の不確実性と現在の商用システムと比較して、±4.4％の不確実性を持っています。適切なキャリブレーションでは、このシステムは、簡単に完全なバッテリの充電64,74と8 SCFMまでのリークを定量化することができる現在の商用システムに比べ140 SCFMまでのリーク率を定量化することができます。システムは、家の電源への接続が必要ですが、これは詐欺の利点を提供しています現在のシステムよりもはるかに高い一貫したサンプルレートとサンプルレート。現在のシステムの最小検出限界は0.24グラム/時間または3.0×10 -3 SCFMです。ユーザインタフェースは、後処理の必要を減らし、報告努力を低減します。また、レーザーベースのセンサは、複数の分析装置65と試料の直接測定を可能にするリークサンプルに対して非破壊的です。レーザーベースの測定も不正確の追加ソースに貢献し、周囲の小、及び大リーク濃度またはセンサー遷移のための別々のセンサを必要としません。今後の研究は続けたFFSの最適化とそのユーザーインターフェイスに焦点を当てています。さらなる研究は、一貫して最適な測定技術を確保するために、追加のベストプラクティスを開発するために実験的研究データと計算流体力学を結合する行われています。

最近の報告では、気候が原因で人間の活動によって変化しており、更なる変化が1不可避であることを確認します。気候変動は、大気中の温室効果ガス（GHG）濃度の増加から起こります。二酸化炭素（CO 2）とメタンは2最大の温室効果ガスの貢献者です。 CO 2およびメタンが自然のプロセスと人間の活動3の両方に由来します。 CO 2とメタンの存在大気中のレベルは、それぞれメタン濃度が年4-6あたり2％の割合で増加して、過去2世紀にわたって31％及び151％増加しています。気候メタンの影響とCO 2排出量は、メタンがCO 2〜7の相対的な短い大気寿命を持っているとみなす期間に依存します。メタンの大気中の寿命がCO 2にすると8を発生する酸化した後、12-17歳です。メタンの影響は、COよりも72倍大きいです<sUB&gt; 2 20年間9インチ質量ベースでは、メタンは100年の期間10にわたってCO 2よりも大気中の熱を閉じ込めるの23倍より効果的です。メタンおよびCO 10％2アカウントと総米国の82％（米国）の温室効果ガス排出量11。人為的発生源からのグローバルのメタン排出量は約60％であり、残りの天然源8、10からのものです。 2009年には、生産井とローカル配信ネットワークとの間の非燃焼メタンの排出量は総米国の天然ガス生産（95％の信頼水準で1.9から3.1パーセント）12の2.4％に相当しました。未燃焼メタンの排出量だけでなく、環境に有害であるが、天然ガス会社13に莫大な費用を表しています。アナリストらは、天然ガス産業が原因メタン漏洩の年間$ 2億ドルを超えると14の通気に失うと推定しています。非燃焼排出量はclassifあります16、15逃亡者や通気としてIED。逃亡者は、バルブ、フランジ、またはエア17を周囲へのフィッティング、18のようなプロセスや機器からのガスの意図しない解放を意味する。ベントは設備や運用プロセスからのガスの意図的な放出を指しますこのような空気圧アクチュエータ19と周囲の空気に。陸上石油・天然ガス施設では、逃亡中の排出量は、総メタン排出量20の〜30％を占めています。 2011年、米国環境保護庁（EPA）は逃亡メタンの600万人以上のトンをすることによって放出される温室効果ガス排出量（100年間のCO 2換算の）の量を超える天然ガス・システム、から脱出していると推定しますすべての米国の鉄鋼、セメント、アルミニウム製造施設は、21を組み合わせました。 重要なギャップが原因で、関連のemの正確で信頼性の高い推定値の欠如のために、天然ガスの気候への影響の決意に存在しますissions。しかし、逃亡中のメタン排出量を正確に測定し、これらの値を報告する際に天然ガスのライフサイクルとさらなる研究の各段階で発生することを合意は19重要な存在です。研究は大きさが19、22から28の12受注までにより異なる結果と特定のセクターからの逃亡者の排出量を報告しています。認識された業界標準の欠如、リーク検出、リーク定量化の分野で一貫した規制の不足が±50％29-35と高く、一部の測定技術の精度の検査方法及び装置の様々な使用を可能にします。したがって、かなりの不確実性は、天然ガスのライフサイクル19、28、33、36-39の上に放出された逃亡メタンの量に存在する。 図1は、天然ガスの生活に関連した測定及び推定のメタン排出量に出版された文献の変動量を示していますサイクル。 図1 </stroNG&gt;総天然ガス生産のパーセントとして放出された平均公開逃亡メタン排出量を示しています。平均値が与えられなかった場合は公開範囲の平均をとりました。 23の研究間の標準偏差は、最低と最高値は96.5％だけ異なると、3.54です。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/54179/54179fig1.jpg" /> 図1.逃亡者のメタン排出量は総天然ガス生産13、27、40-59のパーセントとして放出された逃亡者のメタン排出量を平均化し公開している。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54179/54179fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> 現在、逃亡中の総排出量が原因で、測定の不確かさとスケーリング技術に一部では不明です。正確なメタン放出の測定がなければ、政策立案者は、問題について情報に基づいた選択を行うことができません。袋詰め、トレーサーガス、および市販の高フローサンプラ：現在の文献のレビューは、天然ガスの逃亡者の排出量の定量化のための3つの主な方法を同定しました。 袋詰め方法は逃亡放出源60の周りに「バッグ」または10トンの形で筐体を配置することを含みます。袋詰め方法の2つのバリエーションがあります。一つは、クリーンガスの既知の流量（典型的には不活性）を測定するためのよく混合環境を作成するために、エンクロージャを通過します。平衡に達すると、ガスサンプルは袋から採取し、測定します。一過性放出速度は、エンクロージャを通じてクリーンガスの測定流量とエンクロージャ61内の定常状態のメタン濃度から決定されます。エンクロージャリークサイズに応じて、漏れ速度測定に必要な定常状態に達するのに要する時間は15〜20の間で分61です。袋詰め方法最もアクセス可能なコンポーネントに適用することができます。しかし、それは異常な形状の部品に適していないかもしれません。この方法の種類は、選択図他の袋詰め技術を校正袋詰めとして知られているような大メートル3 /分60 6.8のように毎分0.28立方メートル（メートル3 /分）のサイズの範囲の漏れを測定することが可能です。ここでは、既知の容量のバッグは逃亡排出源の周りに封止されています。一過性放出速度は、バッグの展開に必要な時間の量に基づいて算出し、標準的な条件に補正されます。 トレーサガス方式は、一過性ソースを流れる被測定トレーサガスの濃度に基づいて、一過性放出速度を定量化します。一般的に用いられるトレーサガスは、ヘリウム、アルゴン、窒素、六フッ化硫黄、とりわけあります。逃亡中の放射率は、逃亡者ソースの近くにトレーサーガスの既知の放出速度の比から決定され、トレーサーとfugiの風下濃度の測定的なソースガス、およびベースライン24風上。逃亡中の放射率は、二つのソース62に対して同一の分散と完全混合を仮定のみ有効です。これは、トレーサーは同様の速度および高さで逃亡中の元の近くに放出されることを意味し、風下の測定が十分に混合プルームからです。この方法は時間がかかり、部品レベルの精度63のために提供されていません。 市販の高容量サンプリングシステムは、逃亡中の放射率64を定量化するためのバックパック内にパッケージポータブルバッテリ駆動の機器で構成されています。漏れ位置の周囲の空気は、漏洩ガスの全てが捕捉されているものとすることができる十分に高い流速で1.5インチの内径ホースを介してサンプラー内に引き込まれます。 サンプル流量は、ユニット内のベンチュリで計算されます。体積メタン、0.05から5パーセントガスの低濃度のため、交流メタンセンサatalyst濃度を測定するために使用されます。このセンサは、試料内のメタン及び他の炭化水素に破壊的です。体積5〜100重量％のメタン濃度について、熱センサが使用されます。システムは、バックグラウンド濃度にリーク濃度の相対的な補正を行う独立した背景センサおよびプローブを使用しています。測定が完了した後、サンプルを離れてサンプリング領域64から大気中に戻って排出されます。この方法は、毎分8つの標準立方フィート（SCFM）まで測定可能な流速の制限と、最もアクセス可能なコンポーネントに適用することができます。このシステムは、時間あたり30サンプルまでの試験が可能です。最近、このシステムは、温度センサ65触媒のセンサからの遷移に関する多様精度と問題を有することが示されています。さらに、システムが正常にガス品質に基づいて応答係数を適用するためにガスフラクショナル分析を必要とする - それはメタンではありません特定。システムが広く使用されており、メタンの排出量65の報告の下によるトップダウンとボトムアップの方法の間の不一致に起因している可能性があります。 これらの方法およびシステムの制限のために、新たな定量システムを開発しました。 FFSは、自動車排出ガス認定66-68で使用される希釈システムと同じデザインコンセプトを採用しています。 FFSは、マスエアフローセンサ（MAF）とサンプルプローブを介してリークし、希釈空気サンプルを排出防爆送風機を供給するホースで構成されています。サンプルプローブは、サンプリングチューブを介してレーザベースメタンアナライザに接続されています。アナライザは、CH 4、CO 2、及びH 2 Oを測定するためのキャビティ強化吸収を使用してアナライザ70,000 ppmの0から10容量％、0％のCH 4を測定することができる0〜20,000 ppmでのCO 2、及びH 2 Oです。この設定iに対する再現性/精度（1シグマ）S &lt;H 2 O 69のためのCH 4、&lt;100ppbのCO 2で、かつ&lt;35 ppmで0.6 ppbで。サンプルは、一定の体積速度でストリームから引き出されます。システムは、データロギング装置が装備されている。 図2は、FFSの概略を示しています。 FFSを操作する前に、サンプラーホースのアース接続は、システムが接地されることを可能にする表面に取り付けられます。これは、ホースを通る空気流から生じる可能性がホースの先端、上の任意の静電荷を放散するための予防措置です。データの取得は、スマートフォン、タブレット、またはラップトップコンピュータのいずれかで発生します。ソフトウェアは、データの収集、処理、およびレポート作成のために開発された。 図3は 、次のプロトコルのためのユーザインタフェースの概要を説明します。 <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/54179/54179fig2.jpg" /> 。図2. FFS回路図と画像左- FFS回路図と右-圧縮天然ガス（CNG）ステーション監査中にポータブルFFS。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54179/54179fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/54179/54179fig3.jpg" /> 図3.検出および定量化プログラムの概要。ステップと、ユーザの簡単な概要はキャリブレーション、リカバリテスト、およびリーク定量化のためのプロンプトが表示されます。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54179/54179fig3large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a>

<table><tbody><tr><td>アバコ DBX 97 mm&nbsp;</td><td>Abaco Performance, LLC</td><td>http://www.abacoperformance.com/products.htm</td><td>マス エア フロー センサー</td></tr><tr><td>ウルトラポータブル 温室効果ガス アナライザー</td><td>ロス ガトス リサーチ</td><td>http://www.lgrinc.com/analyzers/ultraportable-greenhouse-gas-analyzer/</td> <td>メタン、CO2、および水センサー</td></tr><tr><td>3AA20 ヒューム エキゾースト&nbsp;</td><td>デイトナ</td><td>http://www.sustainablesupply.com/Dayton-3AA20-Exhauster-Fume-Smoke-p/w267066.htm?gclid=CI2Dm9ffrcgCFUYTHwodyusFRg&CAWELAID=1307486526</td><td>ブロワー/希釈器</td></tr><tr><td>イーグルII&nbsp;</td>ハンドヘルド<td>検出器</td> <td>http://www.rkiinstruments.com/pdf/eagle2brochure.pdf RKI機器</td><td></td></tr><tr><td>MCR 50&nbsp;</td><td>アリカットサイエンティフィック</td><td>http://www.alicat.com/</td> メタン層流要素<td>で校正済み</td></tr><tr><td>、モデル番号:Z50MC2-6、シリアル番号707230-Y1</td>メ<td>リアム</td><td></td> <td>http://www.meriam.com/product-category/laminar-flow-element/ 空気で校正済み</td></tr><tr><td>K型熱電対</td><td>オメガ</td><td>http://www.omega.com/</td><td></td></tr> <tr><td>PTE-1キャリブレーター</td><td>ハイゼ</td><td>http://www.heise.com/products/calibrators/</td> <td>ドレッサーモジュール用ハンドヘルドユニット</td></tr><tr><td>HQS-2型&nbsp;</td><td>ドレッサー/アシュクロフト</td><td>http://www.ashcroft.eu/download/data%20sheet/englisch/MODULE_E.pdf</td><td>絶対圧モジュール</td></tr><tr><td>HQS-1型&nbsp;</td><td>ドレッサー/アシュクロフト</td><td>http://www.ashcroft.eu/download/data%20sheet/englisch/MODULE_E.pdf</td><td>差圧モジュール</td></tr><tr><td>ガスディバイダー - SGD-710C</td><td>堀場 http://www.horiba.com/us/en/</td><td></td> <td>キャリブレーション済みガスディバイダー</td></tr><tr><td>メタン (99.9%)</td> <td>Mathenson TriGas</td><td>http://www.mathesongas.com/</td> <td>純粋なメタン ガス回収試験用</td></tr><tr><td>メタン (&#177;1%) 2.5%</td><td>Mathenson TriGas</td><td>http://www.mathesongas.com/</td> <td>高濃度</td></tr><tr><td>メタン (&#177;1%) 2,010&nbsp;ppm</td><td>Mathenson TriGas</td><td>http://www.mathesongas.com/</td> <td>低濃度</td></tr><tr><td>超高純度窒素 (UPHN)</td><td>Mathenson TriGas</td><td>http://www.mathesongas.com/</td> <td>99.9% ニトロジェントガス</td></tr><tr><td>10 リットル テドラー バッグ</td><td>デュポン</td><td>http://www.dupont.com/products-and-services/membranes-films/pvf-films/brands/tedlar-pvf-films/uses-and-applications/tedlar-gas-sample-bag-applications.html</td><td>代替ガスサンプリングのバッグサンプルに使用</td></tr><tr><td>PET-7018Z</td><td>ICP DAS USA</td><td></td> http://www.icpdas-usa.com/pet_7018z.html <td>DAQユニット</td></tr><tr><td>Edgetech Dew Prime 湿度計</td><td>Edgetech Instruments</td><td>http://www.edgetechinstruments.com/moisture-humidity</td><td>フローベンチ用湿度計</td></tr><tr><td>ステンレス製 Swagelok継手 (1/4インチ)Swagelok</td><td></td> <td>https://www.swagelok.com/products/fittings.aspx</td><td>ティーおよびその他の付属品</td></tr><tr><td>PTFEチューブ</td><td>McMaster-Carr</td><td>http://www.mcmaster.com/#standard-hollow-tubing-(made-with-teflon-ptfe)/=z8xrzl</td><td>サンプリングおよびキャリブレーション用チューブ</td></tr><tr><td>FLIR GF 320</td><td>FLIR</td><td>http://www.flir.com/ogi/display/?id=55671</td><td>赤外線カメラ</td></tr><tr><td>CGA 580</td>レギュレータ <td>エアガス</td><td>http://airgas.com/category/_/N-1z13vaq</td><td>UHPNレギュレータ</td></tr><tr><td>CGA 350</td>レギュレーター <td>エアガス</td><td>http://airgas.com/category/_/N-1z13vaq</td><td>窒素レギュレータ</td></tr>ー <tr><td>メタン リーク検出ソリューション (Snoop)</td><td>Swagelok</td><td>https://www.swagelok.com/search/find_products_home.aspx?show_results=Y&item=5e208092-ed6c-4251-9202-ed8a2aae5811</td><td>ノンリーク検証用バブルソリューション</td></tr></tbody></table>

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）

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

天然ガスの使用は、非在来型シェール資源の増加発見と生産と一緒に成長し続けています。同時に、天然ガス産業面は（エネルギー情報局によると、二酸化炭素の25-84x）によるメタンの比較的高い地球温暖化係数に、サプライチェーン全体からのメタン排出量の精査を続けました。現在、様々な不確実性の種々の技術は、測定したり、コンポーネントや施設からのメタン排出量を推定するために存在します。現在、唯一の商用システムは、コンポーネントレベルの排出量の定量化のために利用可能であり、最近の報告は、その弱点を強調しています。 精度を向上させ、測定の柔軟性を高めるために、我々は、設計、開発、及び輸送排出量測定原理に基づいて、メタン排出量と温室効果ガスの定量化のための新規フルフローサンプリング・システム（FFS）を実装しています。 FFS爆発防止送風機（複数可）から成るモジュラーシステム、マスエアフローセンサ（複数可）（MAF）、熱電対、サンプルプローブ、定容量サンプリングポンプ、レーザーベースの温室効果ガスのセンサ、データ収集装置、及び解析ソフトウェアであります。使用送風機ホースの構成に依存し、電流FFSは、毎分40〜1500標準立方フィート（SCFM）の範囲の流量を達成することができます。レーザーベースのセンサの利用は、高級炭化水素（C2 +）からの干渉を軽減します。水蒸気の共同測定は、湿度補正を可能にします。システムはオンロード車両ベッド、手描きのカートに取り付けられることに人が運ばれてから、またはユーティリティの地形車（UTVs）の床に至るまで、様々なアプリケーションのための複数の構成で、ポータブルです。 FFSは、±4.4％の相対的な不確実性とメタン排出速度を定量化することができます。 FFSは、conventioで発生するメタン排出の定量化のための実世界の操作を証明されています最終およびリモート施設。

複数FFSが開発され、メタン放出源の多様を定量するために使用しました。二つの主要な研究は、環境防衛基金のヘビーデューティ天然ガス自動車の車輪へのポンプ（PTW）の研究とバーネット協調キャンペーン（BCC）を含みました。 PTWの研究では、大型天然ガス自動車の燃料システム、エンジンのクランクケース、圧縮天然ガスタンク、液化天然ガスのタンク、燃料局装置、ノズル、および他の漏れからのメタン排出量の定量化に焦点を当てました。 （生産、収集・処理、伝送およびストレージとローカル配信）を通じて天然ガスサプライチェーン全体でのメタンの排出量データを収集するために全国から学術・研究施設から一緒に一流の専門家をもたらしたシステムはBCC中に使用された複数のFFS、航空機、車両、および地上ベースの測定の組み合わせ。私たちは自然にメタン排出の直接のソース定量化を行いましたガスコンプレッサーステーションや開発方法論とFFS方式を使用して、貯蔵施設。 FFSの雇用を通じて得られた測定値に関連したバーネットシェールの研究からの結果の一部が提示され、査読会議や科学雑誌70-72で公開されています。 PTWとBCCの両方のために、我々は天然ガスを運んまたは開催バルブ、チューブ/配管、およびその他のコンポーネントを含むサイトのコンポーネントを調査するメタン漏洩検知装置を採用しました。リークが手持ちメタン検出器で検出しました。この手持ち検出器は、バックグラウンドを超えて増加したメタン濃度を識別することにより、漏れ位置の同定を支援します。漏れ位置は、濃度閾値を超えたことを検出した後、研究者は、漏れ率を定量化するためにFFSを使用しました。 FFSリークサンプルはブロワの入口側に取り付けられたホースを介して収集しました。認定爆発PRを通過したサンプルそれはMAFとメタンセンサーを含んでいた配管システムを介して排出されたOOF送風機。 FFSシステムは、システム構成に依存して40〜1500 SCFMから流量でサンプリングすることができました。測定試料の流量及びメタン濃度を用いて、SCFMで漏れ率またはg /時間を算出しました。 校正データキャリブレーションのために、一定の流量は、システムを介して確立されました。 LFEの圧力降下は、高圧ポートとLFEに低圧ポートとの間の差圧を測定して得ました。絶対圧力は、差動測定ラインの高圧口から記録しました。較正圧を測定し、合わせた差分/絶対圧力計で記録しました。ハンドヘルドユニットは、2つのモジュール、絶対圧のための1つ、および差圧のための1つを使用します。絶対圧力モジュールは0~30のPSI absoluを測定することが可能でした0.025％の不確実性とTE。差圧モジュールは、0.06％の不確実性と水の0~10インチから測定することが可能でした。ガス試料の温度は、±1.1°Cまたは0.4％の不確実性K型熱電対を使用して前LFEに測定しました。 MAFからの電圧出力は、アナログデータ収集カードを介して記録しました。流量は、送風機の吸気口に可変絞り弁で変化させました。キャリブレーションは、1500 SCFMまでの範囲、様々な流量のためのMAF上で実施しました。 LFEとMAFの両方を通過した空気の一定の流量として、圧力差、試料温度、絶対圧力、およびMAF電圧を同時に記録しました。 LFE、試料温度、絶対圧力を横切る圧力差は、製造業者によって提供される係数を用いてLFEを通る実際の体積流量を計算するために使用しました。実際の体積流量でした標準体積流量に変換します。 図4に示すようにLFEを介して標準体積流量は、MAFから得られた電圧に関連していました。 <img alt="図4" src="/files/ftp_upload/54179/54179fig4.jpg" /> NISTトレーサブルLFEとMAFの図4. MAF出力信号校正。マルチポイント・キャリブレーション（1.7節1参照）。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54179/54179fig4large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> A最小二乗回帰は、データセット間の相関関係を調べるために、R 2、式の最適係数を決定し、式の回帰統計を計算するためにデータセットについて行きました。方程式を開発した後、LFEを通る流量にMAF電圧を関連付けるために、比較は、実際​​の間になされました<html>速度及びMAFの測定流量を流します。これは図5に示されています。 <img alt="図5" src="/files/ftp_upload/54179/54179fig5.jpg" /> 図5. MAF流量相関。MAF測定された流量は、LFE実際の体積流量に対してプロットした（セクション1.8を参照）。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54179/54179fig5large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> 24730 ppmのメタンガスボンベとメタンセンサのキャリブレーションは、 図6に示されている。外部補正が適用された後の実際のメタン濃度からの平均偏差は0.7％でした。外部補正を適用した後の実際のメタン濃度からの最大偏差は1.9％でした。 /54179/54179fig6.jpg &quot;/&gt; 図6.メタンセンサ校正/検証。較正済みガス分割し、NISTトレーサブルのボトルメタンを使用して、メタンセンサーの外部検証（第2節を参照してください）。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54179/54179fig6large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> 較正曲線が得られ、適用された後、システム全体の検証は、ガス回収試験を完了することによって行いました。ここでメタンの既知の質量は、MFC較正メタン注入真の質量にシステムによって示される質量間で比較を使用してシステムに注入しました。この手順は、炭化水素の排出量の既知の体積はmeasuremに注入された全流希釈トンネルのキャプチャおよび測定能力を確保するための連邦規則によって要求されるプロパン注射の一般的な方法に基づいていましたENTシステム独立較正装置を用いて、システムの回復能力が確認されます。制御MFCは、メタンに較正しました。 MFCは、純度99.9％のメタンの20及び30 SLPM二流量に設定しました。結果は、140 SCFMのシステム流量は、 表1に示されています。これは、両方の場合において、FFS方式測定値が期待される4.4％の範囲内であったことが示されました。 2測定値の平均誤差は+ 2.2％でした。 <table fo:keep-together.within-page="1"><tbody><tr><td> MFCの設定値 </td><td> FFS回復 </td><td> 回復エラー </td></tr><tr><td> SLPM </td><td> SLPM </td><td> ％ </td></tr><tr><td> 20 </td><td> 20.3 </td><td> 1.70パーセント</td></tr><tr><td> 30 </td><td> 30.8 </td><td> 2.7 </td></tr><tr><td colspan="2">平均</td><td> 2.20パーセント</td></tr></tbody></table>表1 FFS回復結果。二つの異なるシミュレートされたリークレートでのメタン回収をテストします。 フィールドデータ収集で 連続リークソース 図6は、連続的な漏洩源の一例を示す図である。 図7は、4つの別々の領域、広告に分割することができます。背景、接近リーク源、漏洩捕捉、リーク源から後退：これらは、以下の部分を含みます。漏れ定量化は区間c中に発生します。審査時には、同じリークの第二の反復測定は、区間dの後に発生する赤外線カメラから見た図8は、リークを示している- 。左が自然に分散メタンプルームを示している-権利はFFSが漏れ加えて、追加の希釈のすべてを収集していることを示しています空気。 <img alt="図7" src="/files/ftp_upload/54179/54179fig7.jpg" /><br/&gt; 図7.従来の連続リーク様々な測定のセクションを示す連続リークソースタイム・トレース（：背景、B：リークに近づいて、C：平均漏洩速度、D：漏れからの後退を）（セクション5を参照してください。 - 5.6）。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54179/54179fig7large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図8" src="/files/ftp_upload/54179/54179fig8.jpg" /> 。リーク左の図8.赤外線イメージ -フィッティングと右漏れる- 。同じフィッティングから撮影し/定量化し、リーク（4.6節を参照） <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54179/54179fig8large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> 断続的なリークソース 特定のイベントに関連付けられた総質量は濃度 - ティムから入手しました数値積分のアプリケーションを介して電子プロファイル。台形ルールに関連付けられている非効率性のいくつかを回避するために、適応型複合シンプソンの法則を使用しました。この適応直交型の方法は、鋭いバリエーション73の地域で自動ステップサイズの調整を可能にします。 図9は、メタン排出量の間欠的な供給源の一例を示すように収集されたデータの数値積分の必要性は、間欠的なイベントに適用ようにしました。この例では、車両燃料補給イベントのためでした。背景には、150から240秒から425秒から最後まで示されています。この特定のイベントは、単一の液化天然ガス（LNG）タンクの燃料補給のためでした。リーク率は、放出された全質量（を9.5g）を決定するために統合されました。 <img alt="図9" src="/files/ftp_upload/54179/54179fig9.jpg" /> 図9。車両燃料補給イベントから断続的にリーク。断続的に「リーク」のソース（濃度[ppm以下]、希釈流量は[SCFM]、リークレート[グラム/時]）（第5章を参照してください）。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54179/54179fig9large.jpg" target="_blank">の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。この図。</a> 集約されたソース 複数のソースがタイトに近接していると被覆で囲まれたに、圧縮機ユニットを集約して、リーク定量化のための単一のソースとして処理した。 図10は、集約されたソースからのメタン排出量を測定する例を示しています。これらのデータは、時間フィルCNG圧縮機筐体から採取しました。圧縮機ハウジングは、約119分間連続的に測定しました。遭遇した圧縮機ユニットは、変動の少量を表示しました。リークレートとメタン濃度の変化から圧力変動および可変リークによるものでしたコンプレッサーシール。集約されたソースの場合、データは長期間集め、平均漏洩速度を算出しました。 <img alt="図10" src="/files/ftp_upload/54179/54179fig10.jpg" /> 図10.集計の例。CNG圧縮機ハウジング（コンプレッサーとファンをオフ）埋める集約時間から速度、流量、及び濃度データをリーク（5.7節を参照）。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54179/54179fig10large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a>

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。

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）

The use of natural gas continues to grow with increased discovery and production of unconventional shale resources. At the same time, the natural gas ...

本手法の全体的な目的は、新しい技術を用いて、強力な温室効果ガスであるメタンを中心とした漏出ガスの堅牢かつ正確な定量化を実現することです。この技術の主な利点は、既存の他の定量化システムと比較して精度が向上していることです。また、非メタン炭化水素の排出の影響を受けません。私たちは、天然ガス充填設備およびステーションに関連するメタン排出量の定量化を課された際に、本技術および手法を着想しました。現在および過去に使用されていた技術と手法を検討した結果、独自のシステムと手法を開発することが精度の向上につながると判断しました。その後、全流量サンプリングシステムの開発に至るまで、自動車のサンプリング手法の改良を行いました。その後、さまざまな測定キャンペーンを実施し、漏出によるメタン排出量を正確に定量化しました。フィールドでの作業を開始する前に、質量流量センサーと温室効果ガス分析器を正しく校正してください。これらは比較的簡単ですが、正確に実施することが重要な手順です。そのため、テキストプロトコルに詳細が記載されています。また、テキストプロトコルでは、システム全体のリカバリーテストの実施方法についても説明しています。このビデオでは、温室効果ガスの漏洩箇所を特定する方法を実演します。そして、潜在的な漏洩排出源でそれらを評価します。開始前に、フィールドコンピューターで新しいインベントリファイルを作成してください。サイトに関するすべての詳細情報を入力します。日付、時刻、およびGPS位置データのフィールドは自動的に入力されます。次に、アクセス不可能なソースや統合されたソースを記録します。例えば、安全にアクセスできないベントパイプなどが該当します。集合的なソース群には、複数の継手やコンプレッサーハウジングなどの潜在的なソースが含まれる場合があります。複数のソースをまとめて検査できる場合は、少なくとも1つの入口と流出ガスを捕捉するように設計された出口を備えた、不透過性材料で構成されるエンクロージャを用いてソースを集合させてください。定期的にバックグラウンドのメタン濃度を測定し、記録してください。同一領域で常に複数回のバックグラウンド測定を行ってください。携帯型メタン検知器を用いてリークを確認するには、まず周囲空気中でゼロ点調整を行います。この検知器は、バックグラウンドより5 ppm高いガス濃度を検知できます。次に、漏洩の可能性があるすべてのアクセス可能なインターフェースを確認します。溶液を最小限に抑えるため、プローブサンプルエミュレートまたはソウゴーリークを表面に配置します。その後、機器の読み取り値を観察しながら、インターフェースの周囲に沿ってプローブを移動させます。装置の応答時間に遅延があるため、ゆっくりと操作してください。メーターの数値の上昇が観察されたら、最大値が得られるまでその領域をゆっくりとサンプリングします。最大値が得られた位置で、プローブを約20秒間そのままにしておきます。メーターの読み値が 500 parts per million を超える場合は、その結果を記録し、漏れの画像を撮影して報告してください。赤外線イメージング装置を用いて漏れをスキャンする場合、このようなカメラを使用することで、ハンドヘルド検出器よりも迅速に漏れを発見できます。漏れが検出された場合は、報告のためにビデオを録画するか画像を撮影してください。漏れは見つかったものの、正確な位置の特定が困難な場合は、リークテスター溶液の使用を検討してください。ボトルを垂直に持ち、漏れがあるインターフェースを覆うのに十分な量の溶液を塗布します。その後、気泡が発生するまで5〜10秒間待ちます。漏洩箇所が見つかった時点、またはすべての漏洩箇所の完全なインベントリを作成した後に、漏洩量を定量化します。サンプルホースで漏洩箇所に近づく前に、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。その後、サンプラーの接地クランプを漏洩源に取り付けます。次に、漏洩源周辺の複数の地点を確認します。続いて、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。これにより、メタンのピーク濃度が最高校正値の10%以内に収まるか、またはバックグラウンドレベルより少なくとも2 ppm高くなるように調整します。次にリークを定量化するため、新しいリークボタンを押します。続いて、「local background」オプションを選択します。これは、周辺に他のリークが存在する場合に使用します。それ以外の場合は、「global background」オプションを選択してください。デバイスをリークサンプリング位置に配置した状態で、局所的なバックグラウンドをサンプリングするため、ホースを静止させたままにします。バックグラウンドの読み取り後、同じ位置から3回リーク量を定量します。システムが3回の測定値を分析し、分散を報告します。分散が10%を超える場合は、分散が許容範囲内に収まるまでサンプリングを継続してください。それ以外の場合は、漏れを変動ありとして分類し、疑われる原因を記録してください。エンクロージャ内のガス量を定量する場合は、エンクロージャタブを使用してシステムに通知してください。ガスを定量する前に、数値が安定するまで待ちます。この待ち時間は、エンクロージャーのサイズによって異なります。外部で検査するためのバッグサンプルを採取する場合は、温室効果ガスセンサーの出口からガスを回収してください。この操作を行う際は、ソフトウェアにサンプルの識別番号を記録し、画面上のタイマーを使用してバッグに充填してください。フィールドでの使用前に、全流量サンプリングシステムを標準ガスで点検しました。システムの流量を140 SCFMに設定し、20または30標準リットル/分の流量でシステムにガスを流しました。測定値は予想される4.4%以内でした。センサーは、既知濃度のメタンを用いて校正されました。外部補正を適用した後、既知濃度からの平均偏差は0.7%であり、個々の測定値の偏差が1.9%を超えたことはありませんでした。次に、現場で連続的なガス漏れを測定しました。まず背景値を決定しました。センサーが漏洩箇所に近づくにつれて、メタン濃度の測定値が増加しました。漏洩箇所において、ピーク測定値が記録されました。センサーが漏洩箇所から離れるにつれて、測定値は低下しました。IRカメラにより、漏洩箇所からのプルームが明確に確認されました。サンプラーを使用している間、カメラでプルームを捉えることはできなくなりました。このビデオを視聴することで、フルフローサンプリングシステムを使用して漏洩によるメタン排出率を正確に定量化する方法について、十分な理解を得られたはずです。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および更新、そしてコンポーネントレベルの排出係数の策定において極めて重要です。

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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）

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