Projektowanie i stosowanie układu pobierania próbek przepływu pełnego (FFS) do ilościowego określania wielkości emisji metanu
12 czerwca 2016
Zaprojektowaliśmy, opracowaliśmy i wdrożyliśmy nowatorski system próbkowania pełnego przepływu (FFS) do ilościowego oznaczania emisji metanu i gazów cieplarnianych z całego łańcucha dostaw gazu ziemnego.
Ogólnym celem niniejszej metodologii jest zapewnienie solidnego i dokładnego ilościowego oznaczania wycieków gazów, a konkretnie metanu, będącego silnym gazem cieplarnianym, z wykorzystaniem nowej technologii. Główną zaletą tej techniki jest zwiększona dokładność w porównaniu z innymi dostępnymi systemami kwantyfikacji. Nie wykazuje ona wrażliwości na emisje węglowodorów innych niż metan.
Pomysł na tę technologię i metodę pojawił się u nas w pierwszej kolejności, gdy powierzono nam zadanie ilościowego określenia emisji metanu związanych z urządzeniami i stacjami tankowania gazu ziemnego. Po dokonaniu przeglądu aktualnych i wcześniej stosowanych technologii oraz technik uznaliśmy, że opracowanie własnego systemu i metod zapewni lepszą dokładność. Następnie zmodyfikowaliśmy nasze metody pobierania próbek z pojazdów mechanicznych spośród emisji, które doprowadziły do opracowania systemu pobierania próbek w pełnym przepływie.
Następnie przeprowadziliśmy szereg kampanii pomiarowych, aby dokładnie określić ilość wycieków w ramach emisji metanu. Przed rozpoczęciem prac w terenie należy upewnić się, że czujnik przepływu masy powietrza oraz analizator gazów cieplarnianych zostały prawidłowo skalibrowane. Są to stosunkowo proste, lecz istotne procedury, które muszą zostać wykonane poprawnie.
Dlatego są one szczegółowo opisane w protokole tekstowym. Protokół tekstowy wyjaśnia również, jak przeprowadzić pełny test regeneracji systemu. Niniejszy film demonstruje sposób wyszukiwania wycieków gazów cieplarnianych.
Następnie należy ocenić je w potencjalnym źródle emisji ucieczkowych. Przed rozpoczęciem należy utworzyć nowy plik inwentaryzacyjny w komputerze polowym. Wprowadź wszystkie szczegółowe dane dotyczące miejsca pomiaru.
Pola danych dotyczące daty, godziny i lokalizacji GPS są wypełniane automatycznie. Następnie należy udokumentować wszelkie niedostępne lub zagregowane źródła. Przykładem może być rura wentylacyjna, która nie jest bezpiecznie dostępna.
Zgregowana grupa źródeł może obejmować wiele złączy i potencjalnych źródeł, takich jak obudowa kompresora. Jeśli wiele źródeł można zbadać jako całość, należy zagregować źródła, używając osłony wykonanej z materiału nieprzepuszczalnego, z co najmniej jednym wlotem i wylotem zaprojektowanym do wychwytywania wypływającego gazu. Należy okresowo mierzyć i rejestrować tło stężenia metanu.
Zawsze wykonuj wielokrotne pomiary tła w tym samym obszarze. Aby sprawdzić szczelność za pomocą przenośnego detektora metanu, najpierw skalibruj go do zera w powietrzu otoczenia. Detektor jest czuły na gazy o stężeniu wyższym od tła o pięć części na milion.
Następnie należy sprawdzić wszystkie dostępne interfejsy, z których mogą wydostawać się emisje ucieczkowe. Ustawić sondę próbującą w taki sposób, aby wykryć wyciek na powierzchni w celu zminimalizowania rozwiązania. Następnie przesuwać sondę wzdłuż obwodu interfejsu, obserwując odczyty z instrumentu.
Przesuwaj powoli, ponieważ czas odpowiedzi urządzenia jest opóźniony. Po zaobserwowaniu wzrostu wskazań miernika, powoli badaj ten obszar, aż zostanie uzyskany maksymalny odczyt. Pozostaw sondę w miejscu tego maksymalnego odczytu przez około 20 sekund.
Jeśli odczyt miernika przekracza 500 części na milion, należy zapisać wynik i zgłosić go, wykonując zdjęcie wycieku. W celu wykrycia wycieków za pomocą urządzenia obrazowania w podczerwieni można zastosować kamery, które pozwalają na szybsze zlokalizowanie nieszczelności niż detektor ręczny. W przypadku wykrycia wycieku należy nagrać film lub wykonać zdjęcie w celu sporządzenia raportu.
Jeśli wykryto wyciek, ale trudno jest precyzyjnie określić jego lokalizację, należy spróbować zastosować płyn do wykrywania nieszczelności. Trzymając butelkę w pozycji pionowej, nanieść odpowiednią ilość płynu, aby pokryć miejsce potencjalnego wycieku. Następnie odczekać od pięciu do 10 sekund, aż pojawią się pęcherzyki powietrza.
Ilościowo określ wycieki na bieżąco w miarę ich wykrywania lub po sporządzeniu pełnego spisu wszystkich wycieków. Przed zbliżeniem węża próbkującego do wycieku upewnij się, że pasek uziemiający styka się z ziemią. Następnie przymocuj zacisk uziemiający próbnik do źródła wycieku.
Następnie sprawdź kilka punktów wokół obszaru źródła wycieku. Dalej otwórz przysłonęyżewkową w wlocie dmuchawy, aby zwiększyć przepływ objętościowy. Należy to robić do momentu, aż szczytowe stężenie metanu znajdzie się w granicach 10 procent najwyższej skalibrowanej wartości lub będzie co najmniej o dwie części na milion wyższe niż poziom tła.
Aby teraz określić ilość wycieku, naciśnij nowy przycisk leak. Następnie wybierz opcję local background, jeśli w obszarze znajdują się inne wycieki. W przeciwnym razie wybierz opcję global background.
Teraz należy trzymać wąż nieruchomo podczas pobierania próbki tła lokalnego, gdy urządzenie znajduje się w pozycji pobierania próbki z nieszczelności. Po odczycie tła należy trzykrotnie zmierzyć nieszczelność z tej samej pozycji. System przeanalizuje trzy pomiary i poda wartość wariancji.
Jeśli wariancja przekracza 10 procent, należy kontynuować pobieranie próbek do czasu uzyskania akceptowalnej wartości wariancji. W przeciwnym razie należy zaklasyfikować wyciek jako zmienny i odnotować prawdopodobną przyczynę. Podczas ilościowego oznaczania gazu w obudowie, należy powiadomić system za pomocą karty obudowy.
Przed ilościowym oznaczeniem gazu należy odczekać do uzyskania stabilnego odczytu. Czas ten zależy od wielkości komory. Aby pobrać próbkę do worka do analizy zewnętrznej, należy po prostu zebrać gaz z wylotu czujnika gazów cieplarnianych.
Podczas wykonywania tej czynności należy zapisać numer identyfikacyjny próbki w oprogramowaniu i napełnić worek, korzystając z timera wyświetlanego na ekranie. Przed użyciem w terenie system pobierania próbek z pełnym przepływem został sprawdzony za pomocą gazu wzorcowego. Przepływ systemu ustawiono na 140 SCFM, a gaz był doprowadzany do systemu z prędkością 20 lub 30 standardowych litrów na minutę.
Wartości pomiarowe mieściły się w oczekiwanym zakresie 4,4%. Czujnik skalibrowano przy użyciu znanego stężenia metanu. Po zastosowaniu korekcji zewnętrznej średnie odchylenie od znanego stężenia wyniosło 0,7%, podczas gdy poszczególne pomiary nie odbiegały o więcej niż 1,9%.
Następnie dokonano pomiaru ciągłego wycieku gazu w terenie. W pierwszej kolejności określono tło. W miarę zbliżania się czujnika do miejsca wycieku, pomiary stężenia metanu wzrastały.
W miejscu wycieku dokonano pomiaru szczytowego. W miarę oddalania się czujnika od wycieku rejestrowane były niższe wartości. Przy użyciu kamery IR widoczna była smuga wydobywająca się z miejsca wycieku.
Przy użyciu próbownika kamera nie była już w stanie uchwycić pióropusza. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś mieć dobrą wiedzę na temat tego, jak korzystać z systemu pobierania próbek o pełnym przepływie w celu dokładnego określenia tempa emisji metanu z wycieku. Dokładne pomiary oparte na masie są kluczowe w określaniu całkowitej emisji metanu, tworzeniu i aktualizowaniu inwentaryzacji gazów cieplarnianych oraz opracowywaniu czynników emisji na poziomie poszczególnych komponentów.
Przegląd
Niniejszy artykuł przedstawia nowatorski system pobierania próbek pełnego przepływu (FFS), zaprojektowany do dokładnego oznaczania ilości emisji metanu oraz gazów cieplarnianych w całym łańcuchu dostaw gazu ziemnego. Metodologia ta ma na celu zwiększenie precyzji wykrywania wycieków gazu, w szczególności metanu, który jest istotnym gazem cieplarnianym.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Nauki o środowisku
- Emisje gazów cieplarnianych
- Technologia wykrywania wycieków gazu
Wstęp
- Metan jest silnym gazem cieplarnianym przyczyniającym się do zmian klimatu.
- Istniejące systemy ilościowe charakteryzują się ograniczoną dokładnością.
- Opracowanie dedykowanego systemu może zwiększyć niezawodność pomiarów.
- Kalibracja w warunkach terenowych oraz właściwa metodologia są kluczowe dla uzyskania dokładnych wyników.
Cel badania
- Zapewnienie niezawodnej metody ilościowego oznaczania emisji metanu.
- Zwiększenie dokładności technologii wykrywania wycieków gazu.
- Opracowanie kompleksowego protokołu pomiarów terenowych.
Zastosowane metody
- Kalibracja czujników masowego przepływu powietrza i analizatorów gazów cieplarnianych.
- Stosowanie przenośnych detektorów metanu i urządzeń do obrazowania w podczerwieni.
- Dokumentowanie szczegółów terenu oraz źródeł niedostępnych.
- Ilościowe określanie wycieków przy użyciu wielu technik pobierania próbek.
Główne wyniki
- System FFS wykazał zwiększoną dokładność w pomiarach stężeń metanu.
- Procedury kalibracji pozwoliły na uzyskanie minimalnego odchylenia od znanych stężeń.
- Testy terenowe potwierdziły skuteczność systemu w wykrywaniu wycieków gazu.
- Obrazowanie w podczerwieni umożliwiło szybszą identyfikację wycieków w porównaniu z detektorami przenośnymi.
Wnioski
- Nowoczesny system FFS stanowi znaczący postęp w kwantyfikacji emisji metanu.
- Dokładne wykrywanie wycieków jest niezbędne dla monitoringu środowiska.
- Przyszłe zastosowania mogą poprawić zgodność z przepisami oraz ochronę środowiska.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Dokładna kwantyfikacja emisji metanu jest kluczowa dla oceny ryzyka środowiskowego oraz zapewnienia zgodności z przepisami w sektorze energetycznym. System pobierania pełnego przepływu (FFS) stanowi przenośne rozwiązanie oparte na technologii laserowej, które zwiększa precyzję pomiarów i redukuje zakłócenia wywołane przez węglowodory niebędące metanem. Możliwość ta wspiera wczesne etapy badań przesiewowych oraz walidację technologii kontroli emisji w całym łańcuchu dostaw gazu ziemnego.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia testowanie hipotez dotyczących źródeł emisji poprzez izolację sygnałów metanu od tła i związków zakłócających.
- Wartość operacyjna: Dostarcza ilościowych, powtarzalnych pomiarów wycieków z określonymi granicami niepewności, co pozwala na podejmowanie decyzji typu go/no-go.
Przesiewanie i opracowanie testu
- Wartość naukowa: Dostarcza zestandaryzowanych, współmierzonych danych dotyczących metanu i wilgotności w celu normalizacji testu oraz kontroli zmiennych środowiskowych.
- Wartość operacyjna: Wspiera wysokoprzepustowe przesiewanie strategii ograniczania wycieków poprzez przenośny, możliwy do zastosowania w terenie pobór próbek.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Wartość naukowa: Łączy laboratoryjne modele emisji z walidacją w rzeczywistych instalacjach poprzez spójną i możliwą do prześledzenia kwantyfikację.
- Wartość operacyjna: Zapewnia ciągłość od testów w skali odkrywczej po ocenę technologii przedwdrożeniowej w zmiennych warunkach terenowych.
Integracja potoku i przepływu pracy
System FFS integruje się z procesami testowania emisji – od wstępnego wykrywania nieszczelności po walidację ilościową i benchmarking technologii, wspierając iteracyjne ulepszenia projektu.
- Biologia odkrywcza: Ułatwia mechanistyczną analizę źródeł emisji poprzez potwierdzanie sygnałów specyficznych dla metanu, niezależnie od współemitowanych substancji lotnych.
- Przesiewanie: Umożliwia szybkie, ilościowe wykrywanie wycieków na poziomie poszczególnych komponentów dzięki specyficzności opartej na laserze oraz elastyczności w zakresie natężenia przepływu.
- Analityka: Zapewnia pomiary strumienia metanu w oparciu o masę wraz z analizą wariancji w celu oceny niezawodności pomiarów i stabilności czasowej.
- Badania translacyjne: Łączy oceny w systemach kontrolowanych z profilami emisji w rzeczywistych warunkach za pomocą zestandaryzowanych protokołów terenowych.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Oferuje modularną, wielokrotnego użytku platformę, którą można dostosować do różnych źródeł emisji poprzez konfigurowalne układy dmuchaw i pobierania próbek.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Redukcja wyników fałszywie dodatnich w detekcji wycieków poprzez ograniczanie zakłóceń powodowanych przez wyższe węglowodory dzięki pomiarom laserowym.
- Wartość operacyjna: Osiągnięcie względnej niepewności na poziomie ±4,4% w ilościowym oznaczaniu metanu, co umożliwia wiarygodne porównania między laboratoriami i ośrodkami.
- Wartość strategiczna: Poprawa efektywności kapitałowej poprzez przyspieszenie walidacji technologii detekcji i ograniczania wycieków dzięki dokładnym pomiarom referencyjnym.
- Wpływ na portfolio: Wsparcie rozwoju rozwiązań w zakresie kontroli emisji z uwzględnieniem ryzyka poprzez dostarczanie rzetelnych danych wydajnościowych opartych na ilościowym oznaczaniu.
Wskazówki dotyczące wdrożenia
- Wymaga wiedzy specjalistycznej w zakresie metrologii gazowej, kalibracji czujników oraz protokołów pobierania próbek środowiskowych.
- Zależność od laserowych analizatorów gazów cieplarnianych, czujników masowego przepływu powietrza oraz dmuchaw w wykonaniu przeciwwybuchowym w celu zapewnienia bezpiecznej pracy.
- Konieczność standaryzacji międzyzespołowej pomiarów tła, rozmieszczenia punktów wycieku oraz kryteriów akceptacji wariancji.
- Konieczność dostosowania do różnego stopnia dostępności źródła poprzez zastosowanie obudów, pozycjonowanie sond oraz procedury uziemienia.
- Ograniczone koniecznością okresowej kalibracji względem znanych wzorców gazowych w celu utrzymania identyfikowalności pomiarów.
