Ontwerp en gebruik van een Full Flow Sampling System (FFS) voor de kwantificering van methaan emissies
June 12th, 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 nieuw volledig stroommonstersysteem (FFS) ontworpen voor de nauwkeurige kwantificering van methaanemissies en broeikasgassen in de gehele aardgasvoorzieningsketen. De methodologie heeft tot doel de precisie van gaslekdetectie te verbeteren, met name voor methaan, een belangrijk broeikasgas.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Omgevingswetenschappen
- Broeikasgasemissies
- Gaslekdetectietechnologie
Achtergrond
- Methaan is een krachtig broeikasgas dat bijdraagt aan klimaatverandering.
- Bestaande kwantificeringssystemen hebben beperkingen in nauwkeurigheid.
- Het ontwikkelen van een op maat gemaakt systeem kan de betrouwbaarheid van metingen verbeteren.
- Veldkalibratie en een juiste 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 gaslekdetectietechnologieën te verbeteren.
- Om een uitgebreid protocol voor veldmetingen vast te stellen.
Gebruikte methoden
- Calibratie van massastroomsensoren en broeikasgasanalysatoren.
- Gebruik van handheld methaandetectoren en infraroodbeeldapparaten.
- Documentatie van locatiedetails en ontoegankelijke bronnen.
- Kwantificering van lekken door middel van meerdere bemonsteringstechnieken.
Belangrijkste resultaten
- De FFS toonde verbeterde nauwkeurigheid bij het meten van methaanconcentraties.
- Calibratieprocedures resulteerden in minimale afwijking van bekende concentraties.
- Veldtests bevestigden de effectiviteit van het systeem bij het detecteren van gaslekken.
- Infraroodbeeldvorming zorgde voor snelle lekkedagidentificatie vergeleken met handhelddetectoren.
Conclusies
- Het nieuwe FFS is een belangrijke vooruitgang in de kwantificering van methaanemissies.
- Accurate lekkedagdetectie is essentieel voor milieubewaking.
- Toekomstige toepassingen kunnen de naleving van regelgeving en milieubescherming verbeteren.
Veelgestelde vragen
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.
