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 tej metodologii jest zapewnienie solidnej i dokładnej oceny ilościowej wyciekających gazów, w szczególności metanu, silnego gazu cieplarnianego, przy użyciu nowej technologii. Główną zaletą tej techniki jest to, że oferuje lepszą dokładność w porównaniu z innymi dostępnymi systemami kwantyfikacji. Nie jest wrażliwy na emisje węglowodorów innych niż metan.
Po raz pierwszy wpadliśmy na pomysł tej technologii i metody, gdy otrzymaliśmy zadanie ilościowego określenia emisji metanu związanych z urządzeniami i stacjami tankowania gazu ziemnego. Po dokonaniu przeglądu obecnych i wcześniej stosowanych technologii i technik stwierdziliśmy, że opracowanie własnego systemu i metod zapewni większą dokładność. Następnie zmodyfikowaliśmy nasze metody pobierania próbek z silników samochodowych wśród emisji, które opracowały system pobierania próbek o pełnym przepływie.
Następnie zastosowaliśmy różne kampanie pomiarowe, aby dokładnie określić ilościowo wycieki w utraconych emisjach metanu. Przed rozpoczęciem pracy w terenie należy upewnić się, że czujnik masowego przepływu powietrza i analizator gazów cieplarnianych zostały prawidłowo skalibrowane. Są to stosunkowo łatwe, ale ważne procedury do prawidłowego przeprowadzenia.
W związku z tym są one szczegółowo opisane w protokole tekstowym. Protokół tekstowy wyjaśnia również, jak przeprowadzić pełny test odzyskiwania systemu. Ten film pokazuje, jak szukać wycieków gazów cieplarnianych.
I ocenić je pod kątem potencjalnego źródła emisji niezorganizowanych. Zanim zaczniesz, utwórz nowy plik inwentaryzacyjny na komputerze terenowym. Wprowadź wszystkie szczegóły na stronie.
Pola danych dla daty, godziny i lokalizacji GPS są wypełniane automatycznie. Następnie udokumentuj wszystkie niedostępne źródła lub źródła zagregowane. Na przykład rura odpowietrzająca, która nie jest bezpiecznie dostępna.
Zagregowana grupa źródeł może obejmować wiele złączek i możliwe źródła, takie jak obudowa sprężarki. Jeżeli można badać wiele źródeł jako całość, należy je zgrupować za pomocą obudowy składającej się z nieprzepuszczalnego materiału z co najmniej jednym wejściem i wyjściem zaprojektowanym do wychwytywania przepływającego gazu. Okresowo mierzyć i rejestrować stężenie metanu w tle.
Zawsze wykonuj wiele odczytów tła w tym samym regionie. Aby sprawdzić, czy nie ma wycieku za pomocą ręcznego detektora metanu, najpierw wyzeruj go w otaczającym powietrzu. Detektor jest czuły na gazy o sile pięciu części na milion powyżej tła.
Następnie sprawdź wszystkie dostępne interfejsy, które mogą zawierać emisje niezorganizowane. Umieść próbkę sondy, emuluj lub rozmrażaj, aby usunąć wyciek na powierzchnię, aby zminimalizować roztwór. Następnie przesuń sondę wzdłuż obwodu interfejsu, obserwując odczyt przyrządu.
Idź powoli, ponieważ czas reakcji instrumentu jest opóźniony. Gdy zaobserwujesz zwiększony odczyt licznika, powoli pobieraj próbki z obszaru, aż do uzyskania maksymalnego odczytu licznika. Pozostaw sondę emulującą w tym maksymalnym miejscu odczytu na około 20 sekund.
Jeśli odczyt licznika jest większy niż 500 części na milion, zapisz wynik i zgłoś go, wykonując obraz wycieku. Aby skanować w poszukiwaniu wycieków za pomocą urządzenia do obrazowania w podczerwieni, takie kamery mogą wykrywać wycieki szybciej niż detektor ręczny. Jeśli zostanie wykryty wyciek, nagraj film lub zrób zdjęcie w celach sprawozdawczych.
Jeśli zostanie znaleziony wyciek, ale dokładna lokalizacja jest trudna do określenia, spróbuj użyć roztworu do wykrywania nieszczelności. Trzymaj butelkę pionowo i nałóż tyle roztworu, aby pokryć powierzchnię styku z karnym wyciekiem. Następnie odczekaj od pięciu do 10 sekund, aż utworzą się bąbelki.
Określ ilościowo wycieki w momencie ich znalezienia lub po wykonaniu pełnej inwentaryzacji wszystkich wycieków. Przed zbliżeniem się do wycieku z samplem wąż upewnij się, że pasek uziemiający styka się z ziemią. Następnie przymocuj zacisk uziemiający próbnika do źródła wycieku.
Teraz sprawdź wiele punktów w obszarze źródła wycieku. Następnie otwórz kanał tęczówki na wlocie dmuchawy, aby zwiększyć przepływ objętościowy. Tak więc szczytowe stężenie metanu mieści się w granicach 10 procent najwyższej skalibrowanej wartości lub jest co najmniej o dwie części na milion wyższe niż poziom tła.
Teraz, aby określić ilościowo wyciek, naciśnij nowy przycisk wycieku. Następnie wybierz opcję lokalnego tła i czy w okolicy są inne wycieki. W przeciwnym razie wybierz opcję tła globalnego.
Teraz trzymaj wąż nieruchomo, ponieważ próbkowane jest lokalne tło, gdy urządzenie znajduje się w pozycji próbkowania nieszczelności. Po zapoznaniu się z tłem należy trzykrotnie określić ilościowo wyciek z tej samej pozycji. System przeanalizuje trzy pomiary i poda wariancję.
Jeśli wariancja jest wyższa niż 10 procent, kontynuuj próbkowanie, aż odchylenie będzie akceptowalne. W przeciwnym razie sklasyfikuj wyciek jako zmienny i zapisz podejrzaną przyczynę. Podczas określania ilościowego gazu w obudowie należy powiadomić system za pomocą zakładki obudowy.
Poczekaj na stały odczyt przed ilościowym określeniem gazu. Czas, jaki to zajmie, będzie zależał od wielkości obudowy. Aby pobrać próbkę z worka do badania poza terenem zakładu, wystarczy pobrać gaz z wylotu czujnika gazów cieplarnianych.
Wtym celu zapisz numer identyfikacyjny próbki w oprogramowaniu i napełnij worek za pomocą timera ekranowego. Przed użyciem w terenie pełny system pobierania próbek przepływu został sprawdzony za pomocą gazu wzorcowego. Natężenie przepływu w systemie zostało ustawione na 140 SCFM, a gaz był przepływany do systemu z prędkością 20 lub 30 standardowych litrów na minutę.
Zmierzone wartości mieściły się w oczekiwanych 4,4 procentach. Czujnik został skalibrowany przy użyciu znanego stężenia metanu. Po zastosowaniu zewnętrznej korekty średnie odchylenie od znanego stężenia wynosiło 0,7 procent, podczas gdy poszczególne pomiary nigdy nie odbiegały o więcej niż 1,9 procent.
Teraz na polu zmierzono ciągły wyciek gazu. Najpierw ustalono tło. W miarę zbliżania się do wycieku przez czujnik, pomiary stężenia metanu wzrosły.
W momencie wycieku wykonano pomiar szczytu. W miarę oddalania się czujnika od nieszczelności rejestrowano niższe pomiary. W przypadku kamery na podczerwień widać było pióropusz z wycieku.
Gdy próbnik był w użyciu, kamera nie była już w stanie uchwycić pióropusza. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak korzystać z systemu pobierania próbek z pełnym przepływem, aby dokładnie określić ilościowo poziom emisji metanu w przypadku wycieku. Dokładne pomiary oparte na masie mają kluczowe znaczenie w określaniu całkowitych emisji metanu, tworzeniu i aktualizowaniu inwentaryzacji gazów cieplarnianych oraz opracowywaniu współczynników emisji na poziomie komponentów.
Przegląd
Ten artykuł przedstawia nowatorski system pobierania pełnego przepływu (FFS) zaprojektowany do dokładnego ilościowego określania emisji metanu i gazów cieplarnianych w całym łańcuchu dostaw gazu ziemnego. Metodologia ma na celu zwiększenie dokładności wykrywania wycieków gazu, szczególnie metanu, który jest istotnym gazem cieplarnianym.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Nauki środowiskowe
- Emisje gazów cieplarnianych
- Technologia wykrywania wycieków gazu
Tło
- Metan jest silnym gazem cieplarnianym przyczyniającym się do zmian klimatu.
- Istniejące systemy ilościowe mają ograniczenia w dokładności.
- Opracowanie dostosowanego systemu może poprawić wiarygodność pomiarów.
- Kalibracja w terenie i właściwa metodologia są kluczowe dla dokładnych wyników.
Cel badania
- Zapewnienie solidnej metody ilościowego określania emisji metanu.
- Poprawa dokładności technologii wykrywania wycieków gazu.
- Ustanowienie kompleksowego protokołu dla pomiarów w terenie.
Zastosowane metody
- Kalibracja czujników przepływu masy i analizatorów gazów cieplarnianych.
- Użycie przenośnych wykrywaczy metanu i urządzeń do obrazowania podczerwieni.
- Dokumentacja szczegółów lokalizacji i źródeł niedostępnych.
- Ilościowe określenie wycieków za pomocą wielu technik pobierania próbek.
Główne wyniki
- FFS wykazał poprawę dokładności w pomiarach stężeń metanu.
- Procedury kalibracji wykazały minimalne odchylenie od znanych stężeń.
- Testy terenowe potwierdziły skuteczność systemu w wykrywaniu wycieków gazu.
- Obrazowanie podczerwone zapewniło szybkie wykrywanie wycieków w porównaniu z przenośnymi wykrywaczami.
Wnioski
- Nowatorski FFS jest znaczącym postępem w ilościowym określaniu emisji metanu.
- Dokładne wykrywanie wycieków jest istotne dla monitorowania środowiska.
- Przyszłe zastosowania mogą poprawić zgodność z regulacjami i ochronę środowiska.
Często zadawane pytania
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.
