Ontwerp en gebruik van een Full Flow Sampling System (FFS) voor de kwantificering van methaan emissies
12 juni 2016
We hebben een nieuw volledig stroom monsternemingssysteem (FFS) ontworpen, ontwikkeld en geïmplementeerd voor de kwantificering van methaanemissies en broeikasgassen vanuit de gehele aardgasvoorzieningsketen.
Het algemene doel van deze methodologie is om een robuuste en nauwkeurige kwantificering van lekkende gassen te bieden, specifiek methaan, een krachtig broeikasgas, met behulp van nieuwe technologie. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat deze een betere nauwkeurigheid biedt in vergelijking met andere beschikbare kwantificeringssystemen. Het is niet gevoelig voor niet-methaan koolwaterstof-emissies.
We hadden voor het eerst het idee voor deze technologie en methode toen we de opdracht kregen om methaanemissies gerelateerd aan aardgasbrandstofapparatuur en -stations te kwantificeren. Na een evaluatie van huidige en eerder gebruikte technologieën en technieken, besloten we dat het ontwikkelen van ons eigen systeem en methoden zou zorgen voor een betere nauwkeurigheid. Vervolgens hebben we onze methoden voor het bemonsteren van auto's aangepast tussen de emissie die het full flow bemonsteringssysteem ontwikkelde.
Die hebben we vervolgens toegepast op een verscheidenheid aan meetcampagnes om de verloren methaanemissies nauwkeurig te kwantificeren. Zorg ervoor dat u voordat u in het veld werkt, de massa luchtstroomsensor en de broeikasgasanalysator correct kalibreert. Dit zijn relatief eenvoudige, maar belangrijke procedures die correct moeten worden uitgevoerd.
Deze worden dus in detail beschreven in het tekstprotocol. Het tekstprotocol legt ook uit hoe u een volledige systeemhersteltest kunt uitvoeren. Deze video laat zien hoe u broeikasgaslekken kunt opsporen.
En beoordeel ze bij een potentiële bron van fugitieve emissies. Voordat u begint, maakt u een nieuw inventarisbestand in de veldcomputer. Voer alle details op de site in.
De gegevensvelden voor datum, tijd en GPS-locatie worden automatisch ingevuld. Documenteer vervolgens eventuele ontoegankelijke bronnen of geaggregeerde bronnen. Bijvoorbeeld een afvoerpijp die niet veilig toegankelijk is.
Een geaggregeerde groep bronnen kan meerdere fittingen en mogelijke bronnen omvatten, zoals een compressorhuis. Als meerdere bronnen als geheel kunnen worden onderzocht, aggregeer dan de bronnen met een omhulling die bestaat uit een niet-doorlaatbaar materiaal met ten minste een entree en een uitgang, ontworpen om uitstromend gas op te vangen. Meet en registreer regelmatig de achtergrondmethaanconcentratie.
Neem altijd meerdere achtergrondmetingen in hetzelfde gebied. Om een lek te controleren met de draagbare methaandetector, nul hem eerst in de omgevingslucht. De detector is gevoelig voor gassen die vijf delen per miljoen boven de achtergrond zijn.
Controleer vervolgens alle toegankelijke interfaces die mogelijke fugitieve emissies kunnen hebben. Plaats de sondemonsteremulatie of ontdooi om een lek naar het oppervlak te brengen om de oplossing te minimaliseren. Beweeg vervolgens de sonde langs de interfacerand terwijl u het instrumentenafleesscherm observeert.
Ga langzaam, want de responstijd van het instrument is vertraagd. Wanneer een verhoogde meterwaarde wordt waargenomen, bemonster de regio langzaam totdat de maximale meterwaarde is verkregen. Laat de sonde-emulatie op deze locatie met het maximale leesresultaat ongeveer 20 seconden staan.
Als de meterwaarde groter is dan 500 delen per miljoen, noteer het resultaat en rapporteer het door een lekbeeld te nemen. Om naar lekken te scannen met behulp van een infraroodbeeldapparaat, kunnen dergelijke camera's lekken sneller vinden dan een handbediende detector. Als een lek wordt gedetecteerd, neem een video op of maak een afbeelding voor rapportagedoeleinden.
Als een lek wordt gevonden, maar de exacte locatie moeilijk te bepalen is, probeer dan een lekdetectoroplossing te gebruiken. Houd de fles rechtop en breng voldoende oplossing aan om het oppervlak met het strafbare lek te bedekken. Laat vervolgens vijf tot tien seconden wachten tot zich bubbels vormen.
Kwantificeer lekken zodra ze worden gevonden of na het maken van een volledige inventaris van alle lekken. Zorg ervoor dat de aardingsband in contact staat met de grond voordat u de lekbron met de monster slang benadert. Bevestig vervolgens de grondklem van de monsterne aan de lekbron.
Controleer nu meerdere punten rond het gebied van de lekbron. Open vervolgens de Iris-duct op de aanzuigzijde van de ventilator om de volumetrische stroom te verhogen. Zodat de piekmethaanconcentratie binnen 10 procent van de hoogste gekalibreerde waarde is of minstens twee delen per miljoen hoger is dan het achtergrondniveau.
Druk nu op de nieuwe lekknop om het lek te kwantificeren. Selecteer vervolgens de lokale achtergrondoptie en als er andere lekken in de omgeving zijn. Anders selecteert u de globale achtergrondoptie.
Houd nu de slang stil terwijl de lokale achtergrond wordt bemonsterd terwijl het apparaat in de lekbemonsteringspositie staat. Na het lezen van de achtergrond, kwantificeer het lek drie keer vanaf dezelfde positie. Het systeem zal de drie metingen analyseren en de variantie rapporteren.
Als de variantie boven de 10 procent ligt, blijf bemonsteren totdat de variantie acceptabel is. Classificeer anders het lek als variabel en noteer de vermoedelijke oorzaak. Bij het kwantificeren van gas in een omhulling, waarschuwt u het systeem met behulp van het omhullingtabblad.
Wacht op een stabiele lezing voordat u het gas kwantificeert. De tijd die dit kost, hangt af van de grootte van de omhulling. Om een zakmonster te nemen voor on-site onderzoek, verzamelt u eenvoudig gas uit de uitlaat van de broeikasgassensor.
Wanneer u dit doet, noteert u het identificatienummer van het monster in de software en vult u de zak met behulp van de timer op het scherm. Voordat het in het veld werd gebruikt, werd het full flow bemonsteringssysteem gecontroleerd met een standaardgas. De systeemstromingssnelheid werd ingesteld op 140 SCFM en het gas werd met 20 of 30 standaard liters per minuut naar het systeem geleid.
De gemeten waarden lagen binnen de verwachte 4,4 procent. De sensor werd gekalibreerd met een bekende concentratie methaan. Na het toepassen van een externe correctie was de gemiddelde afwijking van de bekende concentratie
Overzicht
Dit artikel presenteert een innovatief full flow sampling-systeem (FFS), ontworpen voor de nauwkeurige kwantificering van methaanemissies en broeikasgassen over de gehele toeleveringsketen van aardgas. De methodologie is erop gericht de precisie van gaslekkagedetectie te verbeteren, met name voor methaan, een significant broeikasgas.
Belangrijkste componenten van de studie
Wetenschapsgebied
- Milieuwetenschap
- Uitstoot van broeikasgassen
- Technologie voor het detecteren van gaslekken
Achtergrond
- Methaan is een krachtig broeikasgas dat bijdraagt aan klimaatverandering.
- Bestaande kwantificatiesystemen vertonen beperkingen in nauwkeurigheid.
- De ontwikkeling van een op maat gemaakt systeem kan de betrouwbaarheid van metingen verbeteren.
- Veldkalibratie en een correcte methodologie zijn cruciaal voor nauwkeurige resultaten.
Doel van de studie
- Om een robuuste methode te bieden voor het kwantificeren van methaanemissies.
- Om de nauwkeurigheid van technologieën voor het detecteren van gaslekken te verbeteren.
- Om een uitgebreid protocol voor veldmetingen vast te stellen.
Gebruikte methoden
- Kalibratie van massastroomsensoren voor lucht en analyzers voor broeikasgassen.
- Gebruik van handbediende methaandetectoren en infraroodbeeldapparatuur.
- Documentatie van locatiegegevens en ontoegankelijke bronnen.
- Kwantificering van lekken via meerdere bemonsteringstechnieken.
Belangrijkste resultaten
- De FFS vertoonde een verbeterde nauwkeurigheid bij het meten van methaanconcentraties.
- Kalibratieprocedures resulteerden in een minimale afwijking van bekende concentraties.
- Veldtesten bevestigden de effectiviteit van het systeem bij het detecteren van gaslekken.
- Infraroodbeeldvorming maakte een snellere identificatie van lekken mogelijk in vergelijking met handdetectoren.
Conclusies
- Het nieuwe FFS is een belangrijke vooruitgang in de kwantificering van methaanemissies.
- Nauwkeurige lekdetectie is essentieel voor milieumonitoring.
- Toekomstige toepassingen kunnen de naleving van regelgeving en milieubescherming verbeteren.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Directie
Nauwkeurige kwantificering van methaanemissies is van cruciaal belang voor milieurisicobeoordelingen en de naleving van regelgeving in de energiesector. Het full flow sampling-systeem (FFS) biedt een draagbare, lasergebaseerde oplossing die de meetprecisie verbetert en interferentie door niet-methaan koolwaterstoffen vermindert. Deze functionaliteit ondersteunt vroege screening en validatie van emissiebeheersingstechnologieën in de gehele toeleveringsketen van aardgas.
Strategische toepassingen in biofarmaceutisch R&D
Vroege Ontdekking & Target-validatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt hypothesetoetsing van emissiebronnen mogelijk door methaansignalen te isoleren van de achtergrond en storende verbindingen.
- Operationele waarde: Levert kwantitatieve, reproduceerbare lekmetingen met gedefinieerde onzekerheidsmarges voor go/no-go-beslissingen.
Screening & assayontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Levert gestandaardiseerde, gelijktijdig gemeten methaan- en vochtigheidsgegevens voor assay-normalisatie en controle van omgevingsvariabelen.
- Operationele waarde: Ondersteunt high-throughput screening van strategieën voor lekbeperking door middel van draagbare, in het veld inzetbare bemonstering.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Slaat een brug tussen laboratorium-emissiemodellen en validatie in echte faciliteiten door middel van consistente, traceerbare kwantificering.
- Operationele waarde: Waarborgt continuïteit van testen op ontdekkingsschaal tot evaluatie van pre-commerciële technologie onder variabele veldomstandigheden.
Integratie van Pipeline & Workflow
De FFS integreert in workflows voor emissietesten, van de initiële lekscreening tot kwantitatieve validatie en benchmarken van technologie, ter ondersteuning van iteratieve ontwerpverbeteringen.
- Discovery Biology: Faciliteert mechanistische analyse van emissiebronnen door methaanspecifieke signalen te bevestigen, onafhankelijk van gelijktijdig vrijgekomen vluchtige stoffen.
- Screening: Maakt snelle, kwantitatieve screening van lekken op componentniveau mogelijk met laser-gebaseerde specificiteit en flexibiliteit in het debiet.
- Analytics: Levert op massa gebaseerde methaanfluxmetingen met variantieanalyse om de betrouwbaarheid van de meting en de temporele stabiliteit te beoordelen.
- Translational Research: Verbindt evaluaties van gecontroleerde systemen met emissieprofielen uit de echte wereld via gestandaardiseerde veldprotocollen.
- Enterprise Reuse: Biedt een modulair, herbruikbaar platform dat aanpasbaar is aan diverse emissiebronnen via configureerbare blower- en bemonsteringsopstellingen.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Vermindert fout-positieven bij lekdetectie door interferentie van hogere koolwaterstoffen te beperken via lasergebaseerde detectie.
- Operationele waarde: Behaalt een relatieve onzekerheid van ±4,4% bij de kwantificering van methaan, wat betrouwbare vergelijkingen tussen laboratoria en locaties mogelijk maakt.
- Strategische waarde: Verbetert de kapitaalefficiëntie door de validatie van technologieën voor lekdetectie en -beperking te versnellen via nauwkeurige basislijnmetingen.
- Impact op portfolio: Ondersteunt de risico-gecorrigeerde vooruitgang van oplossingen voor emissiebeheersing door verdedigbare, op kwantificering gebaseerde prestatiegegevens te leveren.
Overwegingen voor de implementatie
- Vereist expertise in gasmetrologie, sensorkalibratie en protocollen voor milieubemonstering.
- Afhankelijk van lasergebaseerde broeikasgasanalysatoren, massaluchtdruksensoren en explosieveilig blaasmachines voor een veilige werking.
- Vereist standaardisatie tussen teams voor achtergrondmetingen, lekpositionering en criteria voor variantieacceptatie.
- Moet worden aangepast aan variërende toegankelijkheid van de bron door gebruik van behuizingen, positionering van probes en aardingsprocedures.
- Beperkt door de noodzaak van periodieke kalibratie tegen bekende gasstandaarden om de traceerbaarheid van metingen te waarborgen.
