Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Engineering

עיצוב ושימוש מערכת דגימה זרימה מלאה (FFS) עבור כימות פליטות מתאן

Published: June 12, 2016 doi: 10.3791/54179

Abstract

השימוש בגז טבעי ממשיך לגדול עם גילוי מוגבר וייצור של משאבים פצלי שיגרתי. במקביל, פניהם תעשיית הגז הטבעי המשיך בדיקה אחידה פליטת המתאן על פני שרשרת האספקה, בשל פוטנציאל ההתחממות הגלובלית גבוהה יחסית של מתאן (25-84x כי הפחמן הדו-חמצני, על פי מידע אנרגיה המינהל). נכון לעכשיו, מגוון רחב של טכניקות של אי ודאויות מגוונות קיים כדי למדוד או להעריך את כמות פליטה מתאן רכיבים או מתקנים. נכון לעכשיו, רק מערכת מסחרית אחד זמינה עבור כימות פליטות ברמת רכיב והדוחות האחרונים הדגישה חולשותיה.

על מנת לשפר את הדיוק ולהגביר את גמישות מדידה, עצבנו, אשר מפתחים אותה יישמנו מערכת דגימת זרימה מלאה רומן (FFS) כימות פליטות מתאן גזי חממה מבוססות על עקרונות מדידת פליטת תחבורה. מה לעזאזלFS היא מערכת מודולרית שמורכבת של מפוח נפץ הוכחה (ים), חיישן זרימת אוויר המוני (ים) (MAF), תרמי, בדיקה מדגמת, משאבת דגימת נפח קבועה, חיישן גזי חממה מבוססת ליזר, מכשיר רכישת נתונים, תוכנת ניתוח . תלויה בתצורת מפוח צינור המועסקת, FFS הנוכחית היא מסוגלת להשיג קצב זרימה הנע בין 40 ל -1,500 רגל מעוקב סטנדרטי לדקה (SCFM). ניצול של חיישנים מבוססי לייזר מפחית הפרעה מפחמימנים גבוה (+ C2). Co-מדידה של אדי מים מאפשרת תיקון לחות. המערכת היא ניידת, עם תצורות מרובות עבור מגוון רחב של יישומים החל נישא על ידי אדם כדי להיות מותקן בתוך עגלה רתומת יד, על כביש מיטת רכב, או מקרקעית רכבי שטח שירות (UTVs). FFS הוא מסוגל לכמת שיעורי הפליטה מתאן עם חוסר ודאות ביחס של ± 4.4%. FFS הוכיחה, תפעול בעולם האמיתי עבור כימות של פליטת המתאן המתרחשים conventioמתקנים סופיים ומרוחקים.

Introduction

דיווחים אחרונים לאשר את האקלים משתנה בגלל פעילות אנושית שינוי נוסף הוא 1 נמנע. שינוי האקלים מתרחש מגידול גזי חממה (GHG) ריכוז של האטמוספרה. פחמן דו-חמצני (CO 2) ומתאן הם התורמים GHG הגדול 2. CO 2 ומתאן מקורן הוא מתהליכים טבעיים פעילות אנושית 3. רמות אטמוספרי הנוכחיות של CO 2 ומתאן גדלו בהתאמה ידי 31% ו -151% מעל מאתיים השנים האחרונות, עם ריכוז המתאן גדל בקצב של 2% לשנת 4-6. השלכות האקלים של מתאן פליטת ה- CO 2 תלוי בתקופה הנחשבת יש מתאן קרוב מש' תוחלת חיים אטמוספרי קצרה ל- CO 2 7. תוחלת החיים אטמוספרי של מתאן הוא 12-17 שנים, שלאחריה החמצון ל- CO 2 מתרחשים 8. ההשפעה מתאן היא 72 פעמים יותר מאשר CO 9. על בסיס המוני, מתאן הוא 23 פעמים יותר יעיל שמן חום באטמוספרה מ CO 2 על פני תקופה של 100 שנים 10. מתאן ו- CO 2 מהווה 10% ו -82% של ארצות הברית הכולל (ארה"ב) פליטת גזי החממה 11. פליטת המתאן עולמית ממקורות אנתרופוגניים הן כ -60% הנותרים הם ממקורות טבעיים 8, 10.

בשנת 2009, הלא combusted פליטת המתאן בין קידוחי הפקה ורשת הפצה מקומית תואם 2.4% מייצור גז טבעי הגולמי בארה"ב (% 1.9-3.1 ברמת ביטחון 95%) 12. פליטת המתאן ללא combusted הם לא רק מזיקים לסביבה, אלא גם מייצגת עלות ענקית לחברות גז טבעי 13. אנליסטים מעריכים כי תעשיית הגז הטבעי מאבד העולה על 2 $ מיליארד דולר בשנה בגלל דליפות מתאן ומוציאים 14. פליטה ללא combusted היא Classifמטען כמו נמלט או אוורור 15, 16. הנמלט מתייחס לשחרור הגז המכוון מתהליכים או ציוד, כגון שסתומים, מסגרות, או אבזרים לאמבייאנט אוויר 17, 18. האוורור מתייחס לשחרור הגז המכוון מתהליכי ציוד או בהפעלתה לאוויר הסביבה, כגון 19 ומפעילים פנאומטיים. במתקני נפט יבשתיים וגז טבעי, פליטות לא מוקדיות להסביר ~ 30% של פליטת המתאן הכוללת 20. בשנת 2011, הסוכנות להגנת הסביבה בארה"ב (EPA) מעריך כי יותר מ -6 מיליון טונות של מתאן נמלט נמלט ממערכות גז טבעי, אשר יעלה את כמות פליטת גזי חממה (CO 2 -equivalent על ​​פני תקופה של 100 שנה), הנפלטת כל ברזל ופלדה ארה"ב, מלט, מתקני ייצור אלומיניום בשילוב 21.

פער קריטי קיים בקביעת השפעת האקלים של גז טבעי בשל היעדר הערכה מדויקת ואמינה של em הקשוריםissions. עם זאת, קיימת הסכמה כי פליטת מתאן הנמלט להתרחש בכל שלב של מחזור החיים גז טבעי ומחקר נוסף במדידת במדויק ודיווח ערכים אלה חשובים 19. מחקרים דיווחו פליטות לא מוקדיות ממגזרים ספציפיים עם תוצאות משתנות של עד שנים עשר סדרי גודל 19, 22-28. עדר תקני תעשייה מוכרת ומחסור תקנות עקביות בתחום גילוי דליפה וכימות דליפה לאפשר שימוש במגוון של שיטות בדיקה וציוד, עם הדיוק של טכניקות מדידה כמה גבוהות ככל ± 50% 29-35. לכן, אי-ודאות ניכרת קיים על כמות המתאן הנפלט הנמלט על פני מחזור החיים הטבעי גז 19, 28, 33, 36-39. איור 1 מדגים את הסכום של השתנות שפורסמו בספרות המדעית ובהם פליטת המתאן נמדד והעריך הקשורים בחיי גז טבעי מחזור. איור 1

איור 1
איור 1. פליטת המתאן נמלטת. פורסם בממוצע פליטת המתאן הנפלט נמלטת כאחוז של הפקת גז טבעי בסך הכל 13, 27, 40-59. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

נכון לעכשיו, את הסכום הכולל של פליטות לא מוקדיות ברור בין השאר כתוצאה אי וודאות המדידה וטכניקות אבנית. בלי מדידות פליטה מתאן מדויקות, קובעי מדיניות אינן מסוגלות לקבל החלטות מושכלות בעניין.סקירה של ספרות העדכנית זיהתה שלוש שיטות עיקריות כימות של פליטות לא מוקדיות של גז טבעי: לצוד, גז נותב, דוגם זרימה גבוהה זמין מסחרי.

השיטה לצוד כוללת צבת מתחמת בצורה של 'שקית' או באוהל סביב מקור פליטה נמלט 60. ישנן שתי וריאציות של השיטה לצוד. באחת התמונות, קצב הזרימה ידוע של גז נקי (בדרך כלל אינרטי) עובר דרך המתחם כדי ליצור סביבה מעורבת היטב למדידה. לאחר לשיווי משקל, מדגם גז נאסף מהשקית נמדדת. שיעור פליטת הנמלט נקבע לפי קצב הזרימה המדוד של גז נקי דרך מתחם ואת ריכוז המתאן היציב בתוך המתחם 61. בהתאם לגודל מתחם דליפה, את הזמן הדרוש כדי להגיע למצב יציב תנאים הדרושים מדיד קצב הדליפה הוא בין 15 עד 20 דקות 61. השיטה לצודניתן ליישם על רוב הרכיבים נגישים. עם זאת, זה לא יכול להיות מתאים רכיבים בצורה חריגה. סוג שיטה זו הוא מסוגל למדוד דליפות החל בגודל 0.28 מטר מעוקב לדקה (מ 3 / min) כדי גדול כמו 6.8 מ '3 / min 60 .the טכניקה לצוד אחרים שמכונה לצוד מכויל. הנה, שקיות של נפח ידוע נסגרות סביב מקור פליטה נמלט. שיעור פליטת הנמלט מחושב על משך הזמן הנדרש להרחבת התיק, ותקן לתנאים סטנדרטיים.

שיטות גז Tracer לכמת שיעור פליטה נמלט מבוסס על ריכוז הגז נותב נמדד זורם דרך מקור נמלט. גזים Tracer מועסקים בדרך כלל הם הליום, ארגון, חנקן, hexafluoride גופרית, בין היתר. שיעור פליטת הנמלט נקבע המייחס של שיעור שחרור ידוע של גז נותב קרוב למקור הנמלט, מדידות של ריכוזי הרוח של נותבים fugiגז מקור מופרז, ואת כיוון רוח הבסיס 24. שיעור פליטת הנמלט הוא תקף רק בהנחת פיזור זהה ערבוב מלא לשני המקורות 62. משמעות הדבר היא כי נותב הוא שוחרר קרוב למקור הנמלט בקצב וגובה דומים, ומדידת הרוח הוא מענני מוּרבָּך. שיטה זו גוזלת זמן רב אינו מספק עבור גרעיניות רכיב ברמה 63.

מערכת דגימה בנפח גבוה זמינה מסחרי מורכבת מכשיר נייד המופעלת באמצעות סוללה נטענת הארוז בתוך תרמיל לכמת שיעורי פליטה נמלטים 64. האוויר המקיף את מיקום הדליפה הוא נשאב לתוך סמפלר דרך צינור בקוטר פנימי 1.5 אינץ 'בקצב זרימה גבוה מספיק כי ניתן להניח כי כל הגז דולף הוא נפל בשבי.

קצב זרימת המדגם מחושב עם ונטורי בתוך היחידה. עבור ריכוזים נמוכים של מתאן, גז 0.05-5% לפי נפח, acatalyst חיישן מתאן משמש למדידת ריכוז. חיישן זה הוא הרסני מתאן ופחמימנים אחרים בתוך המדגם. עבור ריכוזי מתאן 5-100% לפי נפח, חיישן תרמי מועסק. המערכת משתמשת בחיישן רקע נפרד חללית מתקנת יחסית ריכוז הדלפת ריכוז הרקע. לאחר המדידה היא מוחלטת, המדגם הוא מותש בחזרה לאטמוספרה הרחק מאזור הדגימה 64. שיטה זו יכולה להיות מיושמת על רוב הרכיבים נגישים, עם ההגבלה של ספיקות למדידה עד שמונה רגל מעוקבת סטנדרטית לדקה (SCFM). מערכת זו מסוגלת בודק עד 30 דגימות לשעה. לאחרונה, מערכת זו הוכחה יש דיוק נושאים מגוונים לגבי המעבר מחיישן קטליטי אל החיישן התרמי 65. בנוסף, המערכת דורשת ניתוח שבר גז ליישם גורם תגובה נכון המבוססת על איכות גז - זה לא מתאןספֵּצִיפִי. המערכת נמצאת בשימוש נרחב ועלולה ייחסה פערים בין מלמעלה למטה ושיטות מלמטה למעלה על ידי תחת דיווח פליטת המתאן 65.

בשל מגבלות של שיטות אלה ומערכות, מערכת כימות חדשה פותחה. FFS מעסיקה אותו קונספט העיצוב כמערכות דילול בשימוש הסמכת פליטת רכב 66-68. FFS מורכב צינור שמטפח את מפוח נפץ ההוכחה כי מכלת מדגם אוויר הדליפה ודילול באמצעות חיישן זרימת אוויר המוני (MAF) ואת חללית מדגמת. חללית המדגם מחוברת מנתח מתאן מבוסס ליזר דרך צינור דגימה. המנתחים משתמשים חלל קליט ​​משופרים למדידת CH 4, CO 2, ו- H 2 O. המנתח הוא מסוגל למדוד CH 4 בין 0% ל 10% לפי נפח, CO 2 מ -0 עד 20,000 עמודים לדקה, ו- H 2 O מ -0 עד 70,000 עמודים לדקה. נשנה / דיוק (1 סיגמא) עבור i בתצורה זוs <0.6 ppb של CH 4, <100 ppb CO 2, ו- <35 עמודים לדקה עבור H 2 O 69. התקבל המדגם מהנחל בשיעור נפח קבוע. המערכת מאובזרת בציוד רישום נתונים. איור 2 מדגים את סכמטי של FFS. לפני הפעלת FFS, חיבור ההארקה על צינור סמפלר מצורף משטח המאפשר למערכת להיות מקורקעת. זוהי פעולה מונעת כדי לפרוק כל חשמל סטטי על קצה הצינור, אשר יכול לנבוע זרימת אוויר דרך הצינור. רכישת נתונים מתרחשת משני טלפון, מחשב לוח חכם או מחשב נייד. התוכנה פותחה עבור איסוף נתונים, עיבוד, ודיווח. איור 3 מספק סקירה קצרה של ממשקי משתמש עבור הפרוטוקולים הבאים.

איור 2
איור 2. FFS סכמטי תמונה שמאלית -. FFS סכמטיתנכון -. FFS הנייד במהלך הגז טבעי דחוס ביקורת תחנה (CNG) אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 3
איור 3. איתור סקירת תכנית כימות. סקירה קצרה של המדרגות משתמשות הנחיה לגבי כיול, בדיקות התאוששות, ודליפות כימות. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

Protocol

הערה: FFS תוכנן עם בטיחות לזכור כדי למנוע או לצמצם את האפשרות של הצתה של מתאן או מקור גז טבעי. גז טבעי הוא דליק בתנאי סביבה לריכוזים נפח מ -5% ל -15%. המערכת תיבחן והפגינה כדי לעמוד בדרישות בטיחות. שינוי או שיבוש במערכת עשויה לגרום לפציעה חמורה.

1. כיול של MAF

הערה: MAF דורש כיול תקופתי כנגד המכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה (NIST) אלמנט זרימה למינרית למעקב (LFE). השתמש בכלי הכיולים בתכנית להשלים כיול MAF נגד LFE ידוע. התכנית תאסוף את כל הנתונים הדרושים מן מתמר ללחץ, חיישן לחות MAF ליצור כיול חדש. מומלץ כיול 11 נקודות להסתיים. אם כיול מבוגר חודש, כיול חדש אמור להסתיים. ניתן לצפות כיולים עתיקיםמְשׁוּמָשׁ.

  1. בחר LFE כראוי בגודל מנת להבטיח כי טווח הזרימה גדול מ- 25% של טווח הזרימה התחתון של LFE.
  2. חבר את MAF לספסל זרימת הבטחת הכניסה אל MAF הוא לפחות 10 קטרים ​​במורד זרם של כל מגבלה או רחבה.
  3. חבר מד לחץ אבסולוטי / הפרש בשילוב ליציאות פרש הלחצים של LFE ספסל זרימה.
    1. ודא מתמר לחץ ההפרש הוא בתוך כיול. חברו את היציאה בצד הגבוה של חיישן ליציאת LFE במעלה הזרם. חברו את היציאה הצד הנמוך של החיישן לנמל במורד הזרם של LFE.
    2. ודא מתמרים לחץ האבסולוטי של מד לחץ ההפרש / האבסולוטי הוא בתוך כיול ולהתחבר באמצעות 'טי' הולם לנמל צד גבוה של החיישן לחץ דיפרנציאלי.
  4. חבר תרמי מסוג K ליחידת רכישת נתונים (DAQ).
  5. ודא שהתקן שיטות למדידת נקודת הטל היא בתוךכיול ומחובר DAQ ואת זרם האוויר.
  6. ודא כי אותות ספסל MAF ותזרים המקובלים (0-5 וולט) ולהשתמש במסך כיולי תוכנה להתחיל כיול MAF.
  7. הגדר את הזרימה ב 11 ספיקות שונות על פני הטווח הצפוי של MAF ובתוך הטווח המקובל של LFE. לאסוף מינימום של 30 שניות של נתונים בכל מצב זרימה בשיעור מינימום של 1 הרץ על ידי לחיצה על כפתור נתוני כיול גוביינא.
    הערה: ודא כי כיול MAF משתרע לפחות 25% של קצב זרימת המינימום של LFE המשמש לכיול. אין לעבור על קצב הזרימה המרבי של LFE, אם ספיקות גדולות יותר להיות מכוילות, השתמש LFE גדול.
  8. הפעל את תוכנת הכיול על ידי לחיצה על כפתור תהליך כיול נתונים ובחר את העקומה כי התשואות שסך כל הטעות מינימלית ללא שגיאה נקודה אחת מעבר ± 2%.

כיול 2. של Analyzer גזי החממה

הערה: אנאלי גזי חממהyzer יש לכייל באופן פנימי על בסיס שנתי על ידי צד שלישי. משתמשים יכולים להשתמש בכלי כיולים בתוך התוכנה כדי להשלים כיול או אימות חיצוני. הכיול משתמש גזים בבקבוקים של ריכוז ידוע. הגז הוא מעורבב עם חנקן באמצעות מחיצת גז ויציאות בדיקה מוצפת. המנתח מדי צריכת המדגם בקצב הזרימה הידועה ורשום הערך. מומלץ כיול 11 נקודות להסתיים פני הטווח של עניין. התכנית מתאימה באופן אוטומטי עבור ריכוז גז וצמיגות בתוך מחלק הגז.

  1. לפני לשדה-בדיקות, לבצע אימות או כיול חיצוני במידת הצורך (כיולים קודמים מבוגרת חודש).
  2. כוח חיישן GHG למשך 15 דקות לפני אימות / כיול ולחבר את 'טי' האימות ההולמת יציאת הכניסה של החיישן.
  3. בחר גז למעקב פרוטוקול או NIST EPA לאמת ולהשתמש חנקן טוהר גבוהה במיוחד (UHPN)כגז איזון.
  4. חבר את גז האימות (מתאן) ליציאת הרכיב של מחיצת גז מכוילת באמצעות רגולטורים אשרו (CGA 580 עבור UPHN, CGA 350 מתאן). חבר היציאה של מחלק הגז 'טי' של שלב 2.2.
  5. הגדר את גז הרכיב, לחץ יציאה בכ 23 פאונד לאינץ 'מרובע - מד (PSIG) על ידי התאמת ידית הרגולטור. הגדר את גז האיזון, לחץ יציאה לכ -19 PSIG. הגדר את קצב הזרימה של מחלק הגז לפחות פעמים את קצב הזרימה הפנימי של המשאבה המדגמת עם מחלק הגז, לזרום ידית שליטה (משאבת מדגם נוכחית פועלת בשני ליטר סטנדרטי לדקה (SLPM) כך היציאה של מחלק הגז צריך להיות מוגדר ב 4 SLPM).
    הערה: כהלכה להציף את החללית המדגמת עם תערובת הגז כדי להבטיח אימות נאותה. השתמש רוטמטר משנית אם זמין כדי להבטיח זרימה חיובית נטו מתוך 'טי' בדיקת המבול של צעד 2.3.
  6. לחץ על התחל כיול והזן את bריכוז ottle של גז הרכיב (ב ppm). השתמש מחלק הגז כדי לבחור טווחי גז רכיב מאפס ל -100% (11 נקודות בסך הכל). איסוף נתונים למשך תקופה מינימלית של 30 שניות בכל הגדרה של המחלק גז כדי להשלים את לינאריזציה.
  7. בחר אם כיול חיצוני חדש מיושם.
    הערה: אם האימות עובר בתוך אי הוודאות של ריכוז בקבוק גז (בדרך כלל 1-2%) ולאחר מכן כיול חיצוני החדש אינו צריך להיווצר.
  8. חזור על השלבים מראש אימותי נקודה אחת או מספר / כיולים של מתאן, פחמן דו חמצני, או אדי מים.

3. מבחן שחזור מערכת מלא

הערה: בדיקת שחזור מערכת מלאה ניתנת על מנת להבטיח כי FFS משחזרת ומדויקת מדווחת נפח ידוע של גז כיול.

  1. כוח על FFS ולהבטיח את חיישן GHG כבר במשך 15 דקות לפחות. בחר גז התאוששות לבדוק - מתאן.
  2. חבר את בקבוק הגז אל מתאיםרגולטור ולהגדיר את לחץ היציאה לכ -20 PSIG.
  3. חבר קו אספקת רגולטור בקבוק גז ואת הכניסה לבקר זרימה המונית מכוילת (MFC). חבר היציאה של MFC אל המפרצון של צינור הדגימה. בחר את כרטיסיית אימות גז התאוששות בתוכנת DAQ ולחבר את חיבור הטור של MFC אל DAQ.
  4. לחץ להתחיל את בדיקת התאוששות הגז ולהקליט את נתוני רקע לפחות 30 שניות, קצב הזרימה הידוע של גז ניתן להזין בשלב זה.
  5. הגדר את קצב הזרימה של גז התאוששות לגודל דליפה ממוצע מבוסס על ערכים או צפויים קודמים (20 SLPM או 30 SLPM). בגין זורם גז ההתאוששות ולתת למערכת לייצב במשך 30 שניות.
  6. לאחר ייצוב, לחץ שיא, ולאפשר את התכנית כדי לתעד את נתוני אימות דליפה למשך 30 שניות.
    הערה: עם השלמת דגימת התוכנה תיצור דוח המציג את השגיאה של בין קצב זרימת גז הידוע ואת קצב זרימת הגז התאושש.השגיאה של ± 4.4% מקובל (אי ודאות מדידה היחסית של המערכת), אבל שגיאת ההתאוששות הממוקדת היא ± 2%.
  7. חזור על בדיקת גז ההתאוששות לפחות שלוש פעמים ולהבטיח כי כל השגיאות הן בטווח המקובל.
  8. בדוק את המערכת עבור כל פגמים אם הטעות היא מעבר ± 4.4%. בדוק היטב את כל חיבורים, ספיקות, שגיאות תרופה, וחזור על שלבי 3.2 כדי 3.6.
    הערה: ליקויים עשויים לכלול שקו האספקה ​​אולי לא שובצו צינור דגימת FFS או קשרים היו רופפים על אבזרי מדגם. אימות כיול או חיישן MAF חדשה עשויה להיות נחוצה אם לא הושלם בעבר (בתוך חודש).

4. ביקורת איתור דליפות

הערה: בצע מלאי באתר לזהות כל מקור פוטנציאלי של פליטות לא מוקדיות. המלאי יכלול מספר מקורות (שסתום, מסגרות, משאבות / מדחסים, פתחי אוורור, וכו ') בחלוקה לפי קבוצת המקור (מדחס בניין, חוות אחסון, נehicle תדלוק מתל, וכו ') הביקורת לגילוי הדליפה יכולה להתרחש במקביל או בטור עם כימות הדליפה. גלאי מתאן כף יד או מצלמת גז הדמיה אופטית יכול לשמש כדי לבחון רכיבים עבור דליפות. כאשר דליפות מזוהות שיא תיאור, ריכוז, ולקחת תמונה. סמן את דליפת כימות מאוחר יותר או לכמת את הדליפה בשלב זה.

  1. יצירת קובץ מלאי חדש בתוכנית. זן פרטים באתר למטרות מלאי ודיווח (שם, סוג של אתר, וכו '). תאריך, חותמת זמן, ומיקום GPS יאוכלסו אוטומטית.
  2. אפס את הגלאי מתאן כף היד על אוויר הסביבה לפני השימוש. לנצל גלאי מתאן כף יד עם חללית דגימה לבדוק כל ממשקים פוטנציאל נגישים עבור הנוכחות של פליטות לא מוקדיות. מקם את מדגם חללית מפרצון מאונך אל פני השטח כדי למזער דילול.
    הערה: הרגישות של יחידת כף היד היא 5 עמודים לדקה מעל רקע כאשר zeroeד על אוויר הסביבה.
    1. לתעד כל מקורות נגישים או מקורות מצטברים.
      הערה: מקורות נגישים יכולים לכלול צינורות אוורור שהם מעבר לגובה נגיש בבטחה כפי שנקבעו על ידי מפעיל האתר. מקורות מצטברים עשויים לכלול שסתומים פנאומטיים מרובים מחוברת סעפת או מוקף תיבת שירות. אם מקור או ממקורות מרובים יכול להיבחן כמכלול באמצעות המתחם, לצבור את המקורות.
    2. מקורות מרובים צבירה באמצעות מארז עם לפחות כניסה אחת ויציאה אחת. לתעד את כל המקורות בתוך המערכת של המתחם. לייבל המקור כקובץ מדגם המצרפי והמשך באמצעות כימות של סעיף 5.
      הערה: השימוש פתרון גלאי דליפה מותר לסווג מקורות "מי שאינו דולף". מחזיק את הבקבוק זקוף, ליישם פתרון גלאי דליפה מספיק כדי לכסות את הממשק. אפשר 5-10 שניות בועות כדי ליצור.
  3. מניח את כניסת החללית של מכשיר זיהוי על פני השטחשל ממשק הרכיב. הזיזו את החללית לאורך בפריפריה ממשק תוך התבוננות בצג המכשיר, מקפיד לשקול את זמן התגובה מתעכבת של המכשיר.
  4. לאט לטעום הממשק שבו דליפה מותווה עד קריאת המונה המרבית מתקבלת.
  5. השאירו את כניסת החללית במיקום קריאה מקסימלית זה בערך פי שניים זמן התגובה מכשיר (20 שניות). אם הקריאה המונה ביותר שנמדדה היא יותר מ -500 חלקים למיליון (ppm), להקליט, ולדווח על התוצאה. לחץ לקחת תמונת דליפה לצורך הדיווח.
  6. לחלופין, השתמש מכשיר הדמיה אינפרא אדום כדי לסרוק לאט הרכיבים לבחון אם קיימים דליפה. שיטה זו תאושר כפרקטיקת עבודה חלופית כדי לזהות דליפות מציוד תחת EPA שיטת 21 - הדמית גז אופטי.
    1. הפעל את המצלמה ולאפשר ייצוב.
    2. הסר את מכסה העדשה ולהשתמש במסך המצלמה כדי לסרוק לאט רכיבי דליפות.
      הערה: Optiמצלמות cal לדמיין גז הן בדרך כלל יקרות אבל לעשות להפחית את הזמן הנדרש כדי לסרוק רכיבים עבור דליפות. שימוש מצבי רגישות גבוהים עלול להידרש דליפות קטנות.
    3. אם דליפה מזוהית עם מצלמה, או להקליט וידאו או תמונה לצורך הדיווח. סמן את מיקומי דליפת כימותים הבאים עם FFS.

5. כימות דרג דליפה

הערה: דליפת כימות שיעור עלול להיות שלם באותו הזמן כמו גילוי דליפה או אחרי המלאי של דליפות הושלם. כימות מתרחשת תחת כפתור הדליפה החדש לאחר הזנת נתונים באתר דליפה. המשתמש חייב לבחור אם להשתמש רקע מקומי או גלובלי. בכל מקרה, המערכת תשלוט שסתומי סולנואיד הראויים ולהקליט מדגם מתוזמן. לאחר רקע נלקח, יש לכמת את הדליפה שלוש פעמים או משלושה כיוונים כדי להבטיח לכידת דליפה נכונה. המערכת תנתח את מידות השלוש ולדווח עלשׁוֹנוּת. משתמשים יכולים לשמור את נתוני הדליפה (נפרדים ממוצע), לחזור על הלכידה, או לסווג את המקור כמו משתנה.

  1. מדוד ריכוזי רקע מתאן שיא קבוע במהלך הביקור באתר ועם כל כימות דליפה.
    הערה: זה הוא בעל חשיבות גבוהה לקחת רקע נפרד דליפות כי הם בתוך אזור דומה ובתנאי כשהאוויר הרחב עשוי להכיל סילון אוויר של דליפות סמוכות. ניתוח דליפה בשילוב של מערכות נדון בהמשך - 5.15.
  2. לכמת כל הדלפות מזוהות. לפני מתקרב ההדלפה עם צינור מדגם להבטיח כי רצועת הארקה נמצא במגע עם הקרקע קליפ קליפ מהדק הקרקע סמפלר אל הפריט המדובר. באמצעות FFS, מקם את צינור הדגימה בנקודות מרובות מסביב לאזור של מקור הדליפה להשיג שלוש quantifications שיעור דליפה רצופה עבור מקור זה שכלל ריכוז זרימת מדגם מדגם רשם שוב ושוב.
  3. בתוכנית, לחץ על לחצן דליפה לכמת. אופציה להשתמש רקע גלובלי או מקומי תנחה את המשתמש.
  4. במקרה של ספק של זיהום מדליפות אחרות, תמיד לקחת רקע מקומי. עם הצינור במצב כימות הדליפה, לחץ לקחת רקע מקומי. לאחר השלמת התוכנית תנחה את המשתמש כדי לכמת את הדליפה.
    הערה: התכנית לעבור באופן אוטומטי את מיקום הדגימה של היציאה של FFS ליציאה ממש מאחורי הכניסה אל צינור דגימת רקע מקומי. צינור הדגימה חייב להיות באותה תנוחת המדידה משמש כימות המדגם.
  5. חזור על record לדלוף שלוש פעמים פקודות, במיוחד במקרים של תנאי רוח סביבה גבוה או בגיאומטריות מורכבות.
    1. אם השונה של quantifications הנוספת הוא מעל 10%, לחקור כדי לקבוע אם השונה היא התוצאה של תקלה במכשיר או השתנות קצב דליפה.
    2. אם המקור של השתנות קצב הדליפה היא בשל תקלה במכשיר, לתקן את מקור התקלה מחדש לכמת. אחרת, לסווג את הדליפה כמו "משתנה" ולהקליט הגורם החשוד.
  6. במקרה של מספר מקורות בסמיכות או מקור יחיד המוקף כיסוי, לטפל מקור (ים) נדון כמקור יחיד כימות דליפה באמצעות מתחם. השתמש בכרטיסיית המארז כדי לבצע סוג זה של כימות.
    1. לפברק מתחם כולו יריעות פלסטיק או משולב או גמיש, חומר שאינו חדיר, או להסתמך על מתחם קבע כגון דיור מדחס.
      הערה: enclosיור מאפשר מכשיר כימות כדי ללכוד כל גז טבעי דולפת מרכיבים בתחומה ומאפשר דילול של הגז הטבעי שנתפס באמצעות חורים ממוקמים בכוונה במארז או ממקומות אוורור קיימים על מתחמים קבעו.
    2. אפשר כל גז טבעי להיות מדולל להיגרר מן המתחם וכדי להשיג קריאה יציבה מחיישן GHG. משך דגימת כימות בוצע באמצעות מתחם תלוי בגודל של המתחם.
    3. מקם את הנקודות בן מדגם הכימותים שנשאבו המתחם כך באוויר הדילול זורם על פני מקור הדליפה פוטנציאל (ים) כדי להפחית את משך הדגימה המאפשר קריאות ריכוז יציבות
  7. אם מדגם שקית נדרש, למקם תיק דוגמאות מפונה בתיבה לצוד לשקע של חיישן GHG. השתמש בתוכנה כדי להקליט מדגם שקית, מספר זיהוי וטיימר מסך על מנת להבטיח מדגם שקית מלאניתוח מחוץ לאתר נלקח.

Representative Results

FFS המרובה פותח והשתמש לכמת מגוון של מקורות פליטה מתאן. שני מחקרים גדולים כללו את משאבת כלי רכב לגז טבעי Heavy-Duty של הקרן להגנת הסביבה גלגלים (PTW) לימוד מבצע מתואם ברנט (BCC). מחקר PTW התמקד כימות של פליטת המתאן ממערכות דלק רכב גז טבעי החובה כבדה, crankcases מנוע, דחוס מכלי גז טבעי, מכלי גז הטבעי נוזלי, מכשור לתחנות דלק, חרירים, והדלפות אחרות.

FFS המרובה מערכות שמשו במהלך BCC, אשר הפגישה מומחים מובילים ממתקנים אקדמיים ומחקר מכל רחבי הארץ כדי לאסוף נתונים פליטת מתאן על פני שרשרת אספקת גז הטבעי (ייצור, איסוף ועיבוד, הולכת אחסון והפצה מקומית) באמצעות שילוב של מטוסים, כלי רכב, ומדידות קרקעיות. ערכנו כימות המקור הישיר של פליטת מתאן על טבעיתחנות מדחס גז ומתקני אחסון באמצעות מתודולוגיה שפותחה ומערכת FFS. חלק מן התוצאות ממחקר מברנט הנוגע מדידות שהושגו באמצעות העסקה של FFS הוצג ופורסם בכנסי ביקורת עמיתי עת מדעית 70-72.

הן PTW ו BCC, העסקנו ציוד לגילוי דליפה מתאן לסקור רכיבי אתר כולל שסתומים, צינורות / צנרת, ורכיבים אחרים שנשאו או החזיקו גז טבעי. דליפה זוהתה עם גלאי מתאן כף יד. גלאי זה החזיק ביד סייע בזיהוי מיקום הדליפה על ידי זיהוי ריכוז המתאן עלה מעל רקע. לאחר במיקום דליפה אותר כי עלה על סף הריכוז, חוקרים השתמשו FFS לכמת את שיעור הדליפה. מדגם דליפת FFS נאסף באמצעות צינור המחובר לצד הכניסה של מפוח. המדגם עבר pr פיצוץ מוסמךאוף מפוח איפה זה היה מותש באמצעות מערכת צנרת שהכילה חיישן MAF ומתאן. מערכת FFS הצליחה לטעום ברמות ספיקה מ -40 ל -1,500 SCFM תלויה בתצורת המערכת. כשמשתמש בקצב זרימת מדגם נמדד ריכוז המתאן, שיעור דליפת SCFM או g / hr חושבה.

נתוני כיול

עבור כיול, זרם בלתי פוסק הוקם באמצעות המערכת. הירידה בלחץ ברחבי LFE הושג באמצעות מדידת הפרש הלחצים בין הנמל בלחץ גבוה והנמל בלחץ נמוך על LFE. הלחץ המוחלט נרשם מהנמל לחץ-הגבוהה של קו מדידת הפרש. לחצי כיול נמדדו וקליט עם מד לחץ דיפרנציאלי / אבסולוטי. יחידת כף היד השתמשה בשני מודולים, אחד עבור לחץ אבסולוטי, ואחד עבור פרש לחצים. המודול לחץ האבסולוטי היה מסוגל למדוד 0-30 PSI absolute עם חוסר ודאות של 0.025%. המודול לחץ הפרש היה מסוגל למדוד מ -0 עד 10 אינץ 'של מים עם חוסר ודאות של 0.06%. הטמפרטורה של מדגם הגז נמדדה לפני LFE באמצעות תרמי K-Type עם חוסר ודאות של ± 1.1 מעלות צלזיוס או 0.4%. תפוקת המתח מן MAF נרשמה באמצעות כרטיס איסוף נתונים אנלוגי. קצב הזרימה היה מגוון עם שסתום צמצם משתנה על המפרצון של המפוח. כיולים בוצעו על MAF עבור ספיקות שונות, החל עד 1,500 SCFM.

כשיעור זרם בלתי פוסק של אוויר עברו הן LFE ו MAF, הפרש הלחצים, הטמפרטורה מדגם, לחץ אבסולוטי, ומתח MAF נרשמו בו זמנית. פרש הלחצים על פני LFE, הטמפרטורה מדגמת, לחץ אבסולוטי שמש לחישוב הספיקה בפועל דרך LFE שימוש במקדמים שספקו יצרן. הספיקה בפועל הייתהמומר זרימת נפח סטנדרטית. הספיקה הסטנדרטית דרך LFE הייתה קשורה למתח המתקבל MAF, כפי שמוצגת באיור 4.

איור 4
פלט איור 4. MAF כיול האיתותים. כיול Multipoint של MAF עם LFE העקיב NIST (ראה סעיפים 1 עד 1.7). נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

רגרסיה הפחות ריבועים בוצעה על ערכת הנתונים כדי לקבוע את המקדמים-בכושר הטוב ביותר של המשוואה וכדי לחשב את הנתונים סטטיסטיים רגרסיה של המשוואה, R 2, לבחון קורלציה בין ערכות נתונים. לאחר המשוואה פותחה, להתייחס למתח MAF אל קצב הזרימה דרך LFE, נעשתה השוואה בין בפועל קצב זרימה ואת קצב הזרימה הנמדדת של MAF. זה מוצג באיור 5.

איור 5
איור 5. MAF ספיקת מתאם. קצב זרימה נמדד MAF זמם נגד הספיקה בפועל LFE (ראה סעיפים 1.8). נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

הכיול של החיישן מתאן עם בלון גז מתאן 24,730-ppm מוצג באיור 6. סטיית הממוצע מהריכוז מתאן בפועל לאחר התיקון החיצוני יושם הסתכמה ב -0.7%. הסטייה הגדולה מהריכוז מתאן בפועל לאחר התיקון החיצוני יושם הייתה 1.9%.

/54179/54179fig6.jpg "/>
איור 6. מתאן חיישן כיול / אימות. אימות חיצונית של החיישן מתאן באמצעות גז מכויל המפולג NIST מתאן בבקבוקים למעקב (ראה סעיף 2). נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

לאחר עקומות הכיול הושגו ויישומים, אימות של המערכת כולה בוצעה על ידי השלמת בדיקת גז התאוששות. באילו מסה של מתאן ידוע הוזרקה למערכת באמצעות מתאן מכויל MFC ו השוואה בין המסה שצוינה על ידי המערכת למסה הנכונה מוזרק. הליך זה התבסס על המנהג הנפוץ של זריקות פרופאן נדרשו על ידי הקוד של תקנות פדרליות להבטיח את היכולת ללכוד ומדידה של מנהרות דילול זרימה מלאות שבו נפח ידוע של פליטת פחמימנים מוזרקים לתוך measuremמערכת אף אוזן גרון באמצעות מכשיר מכויל באופן עצמאי ויכולת ההתאוששות של המערכת מאומתת. בשליטת MFC כויל על מתאן. את MFC נקבע בשתי ספיקות של 20 ו -30 SLPM של מתאן טהור 99.9%. התוצאות מוצגות בטבלה 1 עבור קצב זרימה מערכת של 140 SCFM. זה היה הראה כי בשני מקרי ערכים שנמדדו במערכת FFS היו בתוך 4.4% הצפויים. השגיאה הממוצעת בין שני המדדים הייתה עלייה של 2.2%.

setpoint MFC שחזור FFS שגיאת שחזור
SLPM SLPM %
20 20.3 1.70%
30 30.8 2.7
מְמוּצָע 2.20%

טבלה 1. FFS תוצאות שחזור. בדיקות מתאן התאוששות בשני שיעורי דליפה מדומים שונים.

באיסוף הנתונים באופן

מקור דליפת רציף

איור 6 מציג דוגמה של מקורות דליפה מתמדת. איור 7 ניתן לחלק 4 אזורים נפרדים, המודעה. אלה כוללים את החלקים הבאים: רקע, מתקרב מקור דליפה, לכידת דליפה, ונסוג ממקור הדליפה. כימות דליפה מתרחשת במהלך סעיף ג. בבדיקה שביצענו, מדידת חזר השני של אותה דליפה לאחר סעיף ד 'איור 8 מציג את הדליפה מנקודת המבט מצלמת אינפרא אדום -. משמאל מראה את הפלומה מתאן לפיזור טבעי - מימין מראה כי FFS אוספת את כל הדליפה בתוספת דילול נוסף אוויר.

איור 7
איור 7. קונבנציונליים רציף דליפת עקבות זמן מקור דליפה רציפה המציגות את סעיפי מדידה השונים (א: רקע, ב: מתקרב ההדלפה, ג: שיעור דליפה ממוצע, ד: נסוג מן הדליפה) (ראו סעיפים 5 - 5.6).. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

הספרה 8
איור 8. אינפרא אדומים תמונה של דליפת שמאל -. דולף הולם ונכונה -. שנתפס / דליפה לכמת מאותו ההולם (ראה סעיף 4.6) לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

מקור דליפת לסירוגין
המסה הכוללת הקשורים לאירוע מסוים הושגה מהריכוז-timדואר פרופיל דרך היישום של אינטגרציה נומרית. כדי לעקוף חלק מן היעילות הקשורים נוסחת הטרפז, כלל של סימפסון מרוכבים אדפטיבית הועסק. שיטת סוג נצב אדפטיבית זו מאפשרת לבצע התאמות גודל אוטומטיות צעד באזורים של וריאציות חדות 73.

צורך האינטגרציה נומרית של הנתונים שנאספו היה ישים לאירועים לסירוגין, כגון איור 9 ממחיש דוגמא מקור לסירוגין של פליטה מתאן. דוגמא זו הייתה לאירוע רכב-תדלוק. רקע מוצג מנקודת 150-240 שניות ומ 425 שניות עד הסוף. אירוע מסוים זה היה עבור תדלוק של גז טבעי נוזלי יחיד (LNG) טנק. שיעור הדליפה שולב כדי לקבוע את המסה הכוללת נפלטת (9.5 גרם).

איור 9
איור 9. לסירוגין דליפה. מקור 'דליפה' לסירוגין מאירוע רכב-תדלוק (ריכוז [ppm], קצב הזרימה דילול [scfm], לדלוף שיעור [g / hr]) (ראה סעיף 5). נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של נתון זה.

מקור מצטבר
בשל ריבוי מקורות להיות בסמיכות הדוקות מוקף כיסוי, יחידת מדחס הקובצים והתייחסה כמקור יחיד כימות דליפה. איור 10 מציג דוגמא של מדידת פליטת המתאן ממקור מצטבר. נתונים אלה נאספו דיור מדחס זמן מילוי CNG. דיור המדחס נמדד ברציפות במשך כ 119 דקות. יחידת המדחס נתקלה עשתה להציג כמות קטנה של השתנות. וריאציות שיעור דליפה וריכוז המתאן נבעו כתוצאה מתנודות בלחצים והדלפות משתנות הנובעותחותמות מדחס. עבור מקורות מצטברים, נתונים נאספו במשך תקופות ממושכות ושיעור הדליפה הממוצע חושב.

איור 10
איור 10. צבירת דוגמא. דליפת שיעור, זרימה, ונתוני ריכוז מ זמן מצטבר למלא דיור מדחס CNG (מדחסים ומאווררי off) (ראה סעיף 5.7). נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

Discussion

על מנת לשפר את דיוק ואת להתגבר על מגבלות תעשייה נוכחיות, יצרנו מערכת דגימת הזרימה המלאה (FFS) כימותים מתאן. החוקרים השתמשו במערכת במגוון צורות במקומות רבים ברחבי צפון אמריקה. שימוש ספקטרוסקופיה מבטל הפרעה משמעותית הנובעת C2 + תרכובות והאופי לדגימה שאינה הרסני מאפשר דגימת שקית של הדליפה מחוץ לאתר ניתוח חלופי. בשילוב עם אבני הרוח אלטרנטיבה המערכת בהצלחה לכמת במדויק את פליטת המתאן מן הפריטים הבאים: מערכות דלק CNG, מערכות דלק LNG, crankcases מנוע בעירה פנימית, מערכת צינורות, מחברים, שולים, פתחי מדחס, גם רכיבים הראש, מים / טנקים מפרידים שמן, שסתום, ומפעיל פנאומטיים מונעים על ידי גז טבעי, גם תרמילים, ורכיבים הקשורים גז טבעי רבים אחרים. פלטפורמות מערכת כלל עגלות ניידות, על-דרך, רכבי השטח. צריכת חשמל אינה דורשת את השימוש שלכוח גנרטור או לבית דרך חיבורים סטנדרטיים 120 VAC. עם זאת, באמצעות שימוש זה של כוח 'רשת' המערכת יכולה לדגום ברמות ספיקה גבוהה אך עדיין לשמש בשילוב עם כבלים מאריכים ובתי דגימה ארוכים לניידות סביב אתר עניין מסוים. מערכות מיון סוללות פחתו ביצועים כפונקציה של מצב הטעינה של הסוללה אשר מסולק באמצעות כוח הרשת.

פרוטוקולי כיולים תקופתיים פותחו והשתלבו ממשק המשתמש. פרוטוקולי 1-3 אמורים להסתיים לפני כל ביקורת אתר חדשה או לכל הפחות על בסיס חודשי. אם משתמשים אינם בחריצות מבצעים את הפרוטוקולים, המערכת עשויה מתחת או מעל דיווח שיעורי פליטה, אשר יכולה להשפיע לרעה על GHG דיווח. המטרה העיקרית של פרוטוקולים היא להבטיח מערכת מדויקת להעריך את כמות פליטת באתר הכולל עם גרעיניות רכיב. אם משמשים ניתוח סטטיסטי כדי ליצור גורמי פליטה חדשה, אז כל הלא-לאהרכיב המלך חייב גם להיות מוקלט.

תהליך גילוי הדליפה יכול להיות זמן רב עם השימוש של יחידות מחשב כף יד. השימוש במצלמת גז דימות אופטית יכול להפחית באופן משמעותי את הזמן הנדרש בשל נזיל לזהות. המצלמה חייבת להיות מסוגל למדוד תרכובות אורגניות נדיפות כוללים מתאן. נכון לעכשיו יחידות מסחריות זמינות יש רגישויות על שיעורי דליפה לגילוי של כ 0.8 גרם לשעה (g / hr) ותלויות בתנאי רוח. התקני הדמיה רגישים גם טמפרטורה. הקפד להתאים סולמות הטמפרטורה לפי הצורך. מאוד אדי קר (גז טבעי קריוגני) או שחון אדי (קיטור שואבים ואחרים) יכול להופיע דליפות מוגזמות כמו. כימות לאחר צריכה לבצע על מנת לקבוע את שיעור הדליפה בפועל במדויק כל דליפה צלמה. שימוש במצלמות אינפרא אדומים יכול לצמצם את מלאי גילוי דליפה באופן משמעותי, אך רגיש תנאי רוח. דליפות קטנות בתנאי רוח גבוהים יכולות diffuse מהר יותר ולא להיות הבחין. במקרה של ספק, תמיד לבדוק פעמיים עם יד שנערך גלאי מתאן.

ממשק ידידותי למשתמש מבטיח שימוש קל ותקין של FFS. משתמש משולב מבקש לסייע למשתמש לאורך הפרוטוקול ולהפחית מאמצים שלאחר עיבוד. לדוגמא, פעם כימות דליפה הושלמו (סעיף 5), שיעור הדליפה הממוצע מבוסס על חישובים באמצעות לפחות 30 שניות של ריכוז מתמשך וזרימת הקלטות שיעור תדווחנה. הנחיות המשתמש באופן אוטומטי להשתמש ריכוזי רקע גלובלי או מקומי. בחירה על מסך פשוט תגרום סולנואידים לתפעול מדגמים עבור למקומות הנכונים. המשתמש לפעול בהתאם לכל הנחיות על מסך על מנת להבטיח כימות מדויק של הדליפה. התוכנית תתקן באופן אוטומטי את הפעולות הבאות: רקע גלובלי או מקומי; טֶמפֶּרָטוּרָה; קצב זרימה המוני (המשוערת אוויר עם תיקוני פחמן דו חמצני ומתאן); לחות (נמדד מחיישן GHG); טמפרטורה (תרםocouple - המחאה מיותר עבור לתנאי הסביבה)

אי הוודאות היחסית של שיעורי פליטת המתאן הנמדד הוא ± 4.4% למעט בנסיבות בהן דליפה היא חסרת חשיבות כמו ריכוז נמדד ריכוז רקע התקרב. דוגמא ודאות רכיב מסופקת בטבלה 2.

מָקוֹר חוסר ודאות (%)
חיישן מתאן 1
מתאם כיול חיישן מתאן 0.73
בקבוק גז מתאן 1
בקבוק אפס אוויר גז 0.1
LFE 0.7
MAF 4
מודול לחץ דיפרנציאלי 0.025
מודול לחץ מוחלט 0.06 תרמי 0.4
מתאם כיול MAF 0.09
מחלק גז 0.5

ודאות רכיב טבלת 2.. ודאויות רכיב עצמאיות המשמשות לכמת ודאות במערכת.

בסך הכל, המערכת ושיטותיה הוכיחו מועילות במאמצים לכמת את פליטת המתאן במדויק ממקורות שונים. המערכת היא מדרגים וידידותיים למשתמש. המערכת שפותחה יש ודאות של ± 4.4% לעומת מערכות מסחריות נוכחיות עם חוסר ודאות של ± 10% 74. עם כיולים נכונים, מערכת זו יכולה לכמת שיעורי דליפה בקלות עד 140 SCFM בהשוואה למערכות מסחריות נוכחיות המסוגלים לכימות דליפות עד 8 ​​SCFM עם האשמות סוללה מלאות 64,74. בעוד המערכת דורשת חיבור לשלטון הבית, זה טומן בחובו יתרונות של קוןשיעורי דגימה עולה בקנה אחד ושיעורי מדגם הרבה יותר גבוהים מאשר מערכות קיימות. את גבול הגילוי המינימלי של המערכת הנוכחית היא 0.24 גרם / שעה או 3.0x10 -3 SCFM. ממשק המשתמש מפחית דרישות שלאחר עיבוד ומפחית מאמצי דיווח. בנוסף, החיישנים מבוססי הליזר הם בלתי הרסניים למדגם הדליפה, המאפשר מדידה ישירה של המדגם עם מנתחי מספר 65. ליזר מבוסס מדידות גם אינן דורשות חיישנים נפרדים עבור ריכוזי דליפת הסביבה, קטנה, גדולה או מעברי חיישן, אשר תורמים מקורות נוספים של חוסר דיוק. מחקרים עתידיים להתמקד אופטימיזציה המשך FFS ואת ממשק המשתמש שלה. מחקר נוסף מתנהל משלב דינמיקת נתונים נוזל חישוב מחקר ניסיוני לפתח שיטות עבודה מומלצות נוספות כדי להבטיח טכניקות מדידה עקביות אופטימליות.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Abaco DBX 97 mm  Abaco Performance, LLC http://www.abacoperformance.com/products.htm mass air flow sensor
Ultraportable Greenhouse Gas Analyzer Los Gatos Research http://www.lgrinc.com/analyzers/ultraportable-greenhouse-gas-analyzer/ methane, CO2, and water sensor
3AA20 Fume Exhauster  Daytona http://www.sustainablesupply.com/Dayton-3AA20-Exhauster-Fume-Smoke-p/w267066.htm?gclid=CI2Dm9ffrcgCFUYTHwodyusFRg&CAWELAID=1307486526 blower/dilutor
Eagle II  RKI Instruments http://www.rkiinstruments.com/pdf/eagle2brochure.pdf Handheld detector
MCR 50  Alicat Scientific http://www.alicat.com/ calibrated on methane
Laminar Flow Element, Model Number: Z50MC2-6, Serial Number 707230-Y1 Meriam http://www.meriam.com/product-category/laminar-flow-element/ calibrated on air
K-Type thermocouple Omega http://www.omega.com/
PTE-1 Calibrator Heise http://www.heise.com/products/calibrators/ handheld unit for use with Dressor modules
Model HQS-2  Dresser/Ashcroft http://www.ashcroft.eu/download/data%20sheet/englisch/MODULE_E.pdf absolute pressure module
Model HQS-1  Dresser/Ashcroft http://www.ashcroft.eu/download/data%20sheet/englisch/MODULE_E.pdf differential pressure module
Gas Divider - SGD-710C Horiba http://www.horiba.com/us/en/ calibrated gas divider
Methane (99.9%) Mathenson TriGas http://www.mathesongas.com/ pure methane for gas recovery test
Methane (±1%) 2.5% Mathenson TriGas http://www.mathesongas.com/ high concentration
Methane (±1%) 2,010 ppm Mathenson TriGas http://www.mathesongas.com/ low concentration
Ultra High Purity Nitrogen (UPHN) Mathenson TriGas http://www.mathesongas.com/ 99.9% nitrogent gas
10 Liter Tedlar Bag Dupont http://www.dupont.com/products-and-services/membranes-films/pvf-films/brands/tedlar-pvf-films/uses-and-applications/tedlar-gas-sample-bag-applications.html used for bag samples for alternative gas sampling
PET-7018Z ICP DAS USA http://www.icpdas-usa.com/pet_7018z.html DAQ unit
Edgetech Dew Prime Hyrgrometer Edgetech Instruments http://www.edgetechinstruments.com/moisture-humidity hygrometer for flowbench
Stainless steel Swagelok fittings (1/4 inch) Swagelok https://www.swagelok.com/products/fittings.aspx tee and other fittings
PTFE Tubing McMaster-Carr http://www.mcmaster.com/#standard-hollow-tubing-(made-with-teflon-ptfe)/=z8xrzl tubing for sampling and calibration
FLIR GF 320 FLIR http://www.flir.com/ogi/display/?id=55671 infrared camera
CGA 580 Regulator Airgas http://airgas.com/category/_/N-1z13vaq UHPN regulator
CGA 350 Regulator Airgas http://airgas.com/category/_/N-1z13vaq Methane in nitrogen regulator
Leak detection solution (Snoop) Swagelok https://www.swagelok.com/search/find_products_home.aspx?show_results=Y&item=5e208092-ed6c-4251-9202-ed8a2aae5811 bubble solution for non-leak verification

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories. Intergovernmental Panel on Climate Change. Available from: http://www.ipcc-nggip.iges.or.jp/public/2006gl/ (2006).
  2. Hansen, J. Climate impact of increasing atmospheric carbon dioxide. Science. 213, (4511), 957-966 (1981).
  3. Ramanathan, V., Feng, Y. Air pollution, greenhouse gases and climate change: Global and regional perspectives. Atmos. Environ. 43, (1), 37-50 (2009).
  4. Sims, R. Renewable energy: a response to climate change. Sol. Ener. 76, (1), 9-17 (2004).
  5. Rasmussen, R., Khalil, M. Atmospheric methane in the recent and ancient atmospheres: concentrations, trends, and interhemispheric gradient. J. Geophys. Res. 89, (7), 11599-11605 (1984).
  6. Rasmussen, R., Khalil, M. Atmospheric methane (CH4): Trends and seasonal cycles. J.Geophys.Res. 86, (C10), 9826-9832 (1981).
  7. Etheridge, D., Steele, L., Francey, R., Langenfelds, R. Atmospheric methane between 1000 AD and present: Evidence of anthropogenic emissions and climatic variability. J. Geophys. Res. 103, (D13), 15979-15993 (1998).
  8. Mosier, A. Soil processes and global change. Biol. Fert. Soils. 27, (3), 221-229 (1998).
  9. Shine, K. P., Fuglestvedt, J. S., Hailemariam, K., Stuber, N. Alternatives to the global warming potential for comparing climate impacts of emissions of greenhouse gases. Clim. Chang. 68, (3), 281-302 (2005).
  10. Kruger, D., Franklin, P. The Methane to Markets Partnership: Opportunities for coal mine methane utilization. 11.th. U.S./North American Mine Ventilation Symposium, 3-8 (2006).
  11. Inventory of U.S. Greenhouse Gas Emissions and Sinks:.1990-2013. U.S. Environmental Protection Agency. EPA 430-R-15-004 (2015).
  12. Alvarez, R. A., Pacala, S. W., Winebrake, J. J., Chameides, W. L., Hamburg, S. P. Greater focus needed on methane leakage from natural gas infrastructure. Proc. Natl. Acad. Sci. 109, (17), 6435-6440 (2012).
  13. Pétron, G., et al. A new look at methane and nonmethane hydrocarbon emissions from oil and natural gas operations in the Colorado Denver-Julesburg Basin. J. Geophys. Res. 119, (11), 6836-6852 (2014).
  14. Leaking Profits: the U.S. Oil and Gas Industry can Reduce Pollution, Conserve Resources, and Make Money by Preventing Methane Waste. Natural Resources Defense Council. Available from: http://www.nrdc.org/energy/files/Leaking-Profits-Report.pdf (2012).
  15. Marano, J. J., Ciferno, J. P. Life-cycle greenhouse-gas emissions inventory for Fischer-Tropsch fuels. Energy and Environmental Solution, LLC. Gaithersburg, MD, USA. Report Prepared for the US Department of Energy (2001).
  16. Venkatesh, A., Jaramillo, P., Griffin, W. M., Matthews, H. S. Uncertainty in life cycle greenhouse gas emissions from United States natural gas end-uses and its effects on policy. Environ. Sci. Technol. 45, (19), 8182-8189 (2011).
  17. Hostage, B., Perry, G. Federal notification requirements for releases of oil and hazardous substances. International. Oil. Spill. Conference. Proceedings, (1), 631-634 (1993).
  18. Fujita, E. M., Campbell, D. E. Review of Current Air Monitoring Capabilities near Refineries in the San Francisco Bay Area. Desert Research Institute. Available from: http://www.baaqmd.gov/~/media/Files/Technical%20Services/DRI_Final_Report_061113.ashx (2013).
  19. Bradbury, J., Obeiter, M., Draucker, L., Wang, W., Stevens, A. Clearing the air: Reducing upstream greenhouse gas emissions from US natural gas systems. World Resources Institute. Washington, DC. Available from: http://www.wri.org/sites/default/files/pdf/clearing_the_air_summary_for_policymakers.pdf (2013).
  20. Economic Analysis of Methane Emission Reduction Opportunities in the U.S. Onshore Oil and Natural Gas Industries. ICF International. Available from: http://www.edf.org/sites/default/files/methan_cost_curve_report.pdf (2014).
  21. Inventory of US Greenhouse Gas Emissions and Sinks: 1990-2012. U.S. Environmental Protection Agency. Available from: https://www3.epa.gov/climatechange/Downloads/ghgemissions/US-GHG-Inventory-2014-Main-Text.pdf (2014).
  22. Brandt, A. R., et al. Energy and environment. Methane leaks from North American natural gas systems. Science. 343, (6172), 733-735 (2014).
  23. Allen, D. T., et al. Measurements of methane emissions at natural gas production sites in the United States. Proc. Natl. Acad. Sci. 110, (44), 17768-17773 (2013).
  24. Shorter, J. H., et al. Collection of leakage statistics in the natural gas system by tracer methods. Environ. Sci. Technol. 31, (7), 2012-2019 (1997).
  25. Alvarez, R. A., Pacala, S. W., Winebrake, J. J., Chameides, W. L., Hamburg, S. P. Greater focus needed on methane leakage from natural gas infrastructure. Proc. Natl. Acad. Sci. 109, (17), 6435-6440 (2012).
  26. Kirchgessner, D. A., Lott, R. A., Michael Cowgill, R., Harrison, M. R., Shires, T. M. Estimate of methane emissions from the U.S. natural gas industry. Chemosphere. 35, 1365-1390 (1997).
  27. Howarth, R. W., Santoro, R., Ingraffea, A. Methane and the greenhouse-gas footprint of natural gas from shale formations. Clim. Chang. 106, (4), 679-690 (2011).
  28. Harrison, M. R., Shires, T. M., Wessels, J. K., Cowgill, R. Methane emissions from the natural gas industry. US Environmental Protection Agency. National Risk Management Research Laboratory (1996).
  29. Mix, P. E. Introduction to nondestructive testing: a training guide. John Wiley & Sons. (2005).
  30. Murvay, P., Silea, I. A survey on gas leak detection and localization techniques. J. Loss. Prev Process. Ind. 25, (6), 966-973 (2012).
  31. Chambers, A. Optical Measurement Technology for Fugitive Emissions from Upstream Oil and Gas Facilities Alberta Research Council, CEM P004. 03. CAPP. Calgary, AB. Available from: http://www.ptac.org/projects/199 (2004).
  32. Epperson, D., Barbour, W., Zarate, M., Beauregard, D. Preferred and Alternative Methods for Estimating Fugitive Emissions from Equipment Leaks. Point Sources Committee, Emission Inventory Improvement Program. (Technical Report for Point Source Committee, Emission Inventory Improvement Program) (1996).
  33. Shorter, J. H. Results of tracer measurements of methane emissions from natural gas system facilities. (1995).
  34. Folga, S. M. Natural gas pipeline technology overview. ANL/EVS/TM/08-5 (2007).
  35. Bousquet, P., et al. Contribution of anthropogenic and natural sources to atmospheric methane variability. Nature. 443, (7110), 439-443 (2006).
  36. Howarth, R. W., Santoro, R., Ingraffea, A. Methane and the greenhouse-gas footprint of natural gas from shale formations. Clim. Chang. 106, (4), 679-690 (2011).
  37. Kirchgessner, D. A., Lott, R. A., Michael Cowgill, R., Harrison, M. R., Shires, T. M. Estimate of methane emissions from the U.S. natural gas industry. Chemosphere. 35, 1365-1390 (1997).
  38. Brandt, A., et al. Methane leaks from North American natural gas systems. Science. 343, (6172), 733-735 (2014).
  39. Wigley, T. M. Coal to gas: the influence of methane leakage. Clim. Chang. 108, (3), 601-608 (2011).
  40. Weber, C. L., Clavin, C. Life cycle carbon footprint of shale gas: Review of evidence and implications. Environ. Sci. Technol. 46, (11), 5688-5695 (2012).
  41. Lelieveld, J. Greenhouse gases: Low methane leakage from gas pipelines. Nature. 434, (7035), 841-842 (2005).
  42. Percival, P. Update on "lost and unaccounted for" natural gas in Texas. Basin Oil and Gas. 32, (2010).
  43. Hayhoe, K., Kheshgi, H. S., Jain, A. K., Wuebbles, D. J. Substitution of natural gas for coal: climatic effects of utility sector emissions. Clim. Chang. 54, (1-2), 107-139 (2002).
  44. Karion, A., et al. Methane emissions estimate from airborne measurements over a western United States natural gas field. Geophys. Res. Lett. 40, (16), 4393-4397 (2013).
  45. Peischl, J., et al. Quantifying sources of methane using light alkanes in the Los Angeles basin, California. J. Geophys. Res. 118, (10), 4974-4990 (2013).
  46. Mitchell, C., Sweet, J., Jackson, T. A study of leakage from the UK natural gas distribution system. Energy Policy. 18, (9), 809-818 (1990).
  47. Stephenson, T., Valle, J. E., Riera-Palou, X. Modeling the relative GHG emissions of conventional and shale gas production. Environ. Sci. Technol. 45, (24), 10757-10764 (2011).
  48. O'Sullivan, F., Paltsev, S. Shale gas production: potential versus actual greenhouse gas emissions. Environ. Res. Let. 7, (4), 044030 (2012).
  49. Cathles, L. M., Brown, L., Taam, M., Hunter, A. A commentary on "The greenhouse-gas footprint of natural gas in shale formations" by RW Howarth, R. Santoro, and Anthony Ingraffea. Clim Chang. 113, (2), 525-535 (2012).
  50. Burnham, A., Han, J., Clark, C. E., Wang, M., Dunn, J. B., Palou-Rivera, I. Life-cycle greenhouse gas emissions of shale gas, natural gas, coal, and petroleum. Environ. Sci. Technol. 46, (2), 619-627 (2011).
  51. Jiang, M., Griffin, W. M., Hendrickson, C., Jaramillo, P., VanBriesen, J., Venkatesh, A. Life cycle greenhouse gas emissions of Marcellus shale gas. Environ. Res. Lett. 6, (>3), 034014 (2011).
  52. Hultman, N., Rebois, D., Scholten, M., Ramig, C. The greenhouse impact of unconventional gas for electricity generation. Environ. Res. Lett. 6, (4), 044008 (2011).
  53. Miller, S. M., et al. Anthropogenic emissions of methane in the United States. Proc. Natl. Acad. Sci. 110, (50), 20018-20022 (2013).
  54. Tollefson, J. Methane leaks erode green credentials of natural gas. Nature. 493, (7430), 12 (2013).
  55. Skone, T. J. Role of alternative energy sources: Natural gas technology assessment. NETL Office of Strategic Energy Analysis and Planning. Available from: http://www.netl.doe.gov/energy-analyses/temp/FY12_RoleofAlternativeEnergySourcesNaturalGasTechnologyAssessment_060112.pdf (2012).
  56. Inventory of US Greenhouse Gas Emissions and Sinks: 1990-2009. U.S. Environmental Protection Agency. Available from: https://www3.epa.gov/climatechange/Downloads/ghgemissions/US-GHG-Inventory-2011-Complete_Report.pdf (2011).
  57. Inventory of US Greenhouse Gas Emissions and Sinks: 1990-2010 (EPA 430-R-12-001). US EPA. Available from: https://www3.epa.gov/climatechange/Downloads/ghgemissions/US-GHG-Inventory-2012-Main-Text.pdf (2012).
  58. Inventory of US Greenhouse Gas Emissions and Sinks: 1990-2012. U.S. Environmental Protection Agency. Available from: https://www3.epa.gov/climatechange/Downloads/ghgemissions/US-GHG-Inventory-2014-Main-Text.pdf (2014).
  59. Pétron, G., et al. Hydrocarbon emissions characterization in the Colorado Front Range: A pilot study. J. Geophys. Res (1984-2012). 117, (D4), (2012).
  60. U.S. Environmental Protection Agency Natural Gas STAR Program. Lessons Learned - Directed Inspection and Maintenance at Gate Stations and Surface Facilities, EPA430-B-03-007. U.S. Environmental Protection Agency. Available from: https://www3.epa.gov/gasstar/documents/ll_dimgatestat.pdf (2003).
  61. Picard, D., Stribrny, M., Harrison, M. Handbook For Estimating Methane Emissions From Canadian Natural Gas Systems. Available from: https://www.researchgate.net/publication/265656519_HANDBOOK_FOR_ESTIMATING_METHANE_EMISSIONS_FROM_CANADIAN_NATURAL_GAS_SYSTEMS (1998).
  62. Johnson, K., Huyler, M., Westberg, H., Lamb, B., Zimmerman, P. Measurement of methane emissions from ruminant livestock using a sulfur hexafluoride tracer technique. Environ.Sci.Technol. 282, 359-362 (1994).
  63. Shorter, J. H., et al. Results of tracer measurements of methane emissions from natural gas system facilities. (1995).
  64. Howard, H. M. High flow rate sampler for measuring emissions at process components. US Patent. US5563335A (1996).
  65. Howard, T., Ferrara, T. W., Townsend-Small, A. Sensor transition failure in the high flow sampler: Implications for methane emission inventories of natural gas infrastructure. J.Air Waste Manage.Assoc. 67, 852-862 (2015).
  66. Wu, Y., Carder, D., Shade, B., Atkinson, R., Clark, N., Gautam, M. A CFR1065-Compliant Transportable/On-Road Low Emissions Measurement Laboratory with Dual Primary Full-Flow Dilution Tunnels. ASME. Available from: http://proceedings.asmedigitalcollection.asme.org/proceeding.aspx?articleid=1622304 (2009).
  67. Clark, N. N., Gajendran, P., Kern, J. M. A predictive tool for emissions from heavy-duty diesel vehicles. Environ. Sci. Technol. 37, (1), 7-15 (2003).
  68. Bata, R., et al. The first transportable heavy duty vehicle emissions testing laboratory. SAE. Available from: http://papers.sae.org/912668/ (1991).
  69. Ultraportable Greenhouse Gas Analyzer (CH4, CO2, H2O). Available from: http://www.lgrinc.com/documents/LGR_Ultraportable_GGA_Datasheet.pdf (2015).
  70. Johnson, D., Covington, A., Clark, N. Environmental and Economic Assessment of Leak and Loss Audits at Natural Gas Compressor and Storage Facilities. Energy Technology. 2, (12), 1027-1032 (2014).
  71. Johnson, D., Covington, A. Potential Reduction of Fugitive Methane Emissions at Compressor Stations and Storage Facilities Powered by Natural Gas Engines. ASME. Available from: http://proceedings.asmedigitalcollection.asme.org/proceeding.aspx?articleid=2204975 (2014).
  72. Johnson, D., Covington, A., Clark, N. Methane Emissions from Leak and Loss Audits of Natural Gas Compressor Stations and Storage Facilities. Environ. Sci. Technol. 49, (13), 8132-8138 (2015).
  73. Davis, J. Methods of numerical integration. Courier Dover Publications. (2007).
  74. HI FLOW Sampler Operation and Maintenance. Available from: http://www.mybacharach.com/wp-content/uploads/2015/08/0055-9017-Rev-7.pdf (2015).
עיצוב ושימוש מערכת דגימה זרימה מלאה (FFS) עבור כימות פליטות מתאן
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Johnson, D. R., Covington, A. N., Clark, N. N. Design and Use of a Full Flow Sampling System (FFS) for the Quantification of Methane Emissions. J. Vis. Exp. (112), e54179, doi:10.3791/54179 (2016).More

Johnson, D. R., Covington, A. N., Clark, N. N. Design and Use of a Full Flow Sampling System (FFS) for the Quantification of Methane Emissions. J. Vis. Exp. (112), e54179, doi:10.3791/54179 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter