Method Article
We have designed, developed, and implemented a novel full flow sampling system (FFS) for quantification of methane emissions and greenhouse gases from across the natural gas supply chain.
El uso de gas natural continúa creciendo con el aumento de descubrimiento y la producción de los recursos de esquisto no convencionales. Al mismo tiempo, las caras de la industria de gas natural continuaron el escrutinio de las emisiones de metano de toda la cadena de suministro, debido al relativamente alto potencial de calentamiento global del metano (25-84x el del dióxido de carbono, según la Administración de Información de Energía). En la actualidad, una variedad de técnicas variadas de incertidumbres existe para medir o estimar las emisiones de metano de los componentes o instalaciones. En la actualidad, sólo un sistema comercial está disponible para la cuantificación de las emisiones a nivel de componentes e informes recientes han puesto de relieve sus puntos débiles.
Con el fin de mejorar la precisión y aumentar la flexibilidad de medición, hemos diseñado, desarrollado e implementado un nuevo sistema de muestreo de flujo completo (FFS) para la cuantificación de las emisiones de metano y gases de efecto invernadero sobre la base de principios de medición de las emisiones del transporte. El FFS es un sistema modular que consta de un soplador de explosivo a prueba (s), sensor de masa de aire (s) (MAF), termopar, sonda de muestreo, bomba de muestreo de volumen constante, sensor de gases de efecto invernadero a base de láser, dispositivo de adquisición de datos y software de análisis . Dependiendo de la configuración del ventilador y la manguera empleada, la corriente FFS es capaz de alcanzar una velocidad de flujo que van desde 40 a 1.500 pies cúbicos estándar por minuto (SCFM). La utilización de sensores basados en láser mitiga la interferencia de hidrocarburos superiores (C2 +). Co-medición de vapor de agua permite la corrección de la humedad. El sistema es portátil, con múltiples configuraciones para una variedad de aplicaciones que van a realizar por una persona para ser montado en un carro dibujado a mano, en carretera cama del vehículo, o de la cama de los vehículos del terreno utilidad (UTVs). La ECA es capaz de cuantificar las tasas de emisión de metano con una incertidumbre relativa de ± 4,4%. La ECA ha demostrado, el funcionamiento del mundo real para la cuantificación de las emisiones de metano se producen en Conventioinstalaciones internas y remotas.
Informes recientes confirman que el clima está cambiando debido a las actividades humanas y profundizar el cambio es inevitable 1. El cambio climático se produce a partir de un aumento de los gases de efecto invernadero concentración (GEI) de la atmósfera. El dióxido de carbono (CO2) y el metano son los mayores contribuyentes de GEI 2. CO2 y el metano se originan a partir de procesos naturales y las actividades humanas 3. Presentan niveles atmosféricos de CO2 y metano han aumentado respectivamente un 31% y un 151% en los últimos dos siglos, con la concentración de metano aumenta a un ritmo de 2% por año 4-6. Las repercusiones climáticas de metano y emisiones de CO2 dependen del período considerado como el metano tiene una vida útil más corta atmosférica relativa a CO 2 7. Esperanza de vida atmosférica de metano es de 12-17 años, después de lo cual la oxidación a CO2 se produce 8. El impacto de metano es de 72 veces mayor que el CO 2 en un período de 20 años 9. Sobre una base de masas, el metano es 23 veces más eficaz para atrapar el calor en la atmósfera de CO 2 durante un período de 100 años 10. El metano y el CO2 representan el 10% y el 82% del total de las emisiones de gases de efecto invernadero de Estados Unidos (US) 11. Las emisiones globales de metano procedentes de fuentes antropogénicas son aproximadamente el 60% y el restante son de fuentes naturales 8, 10.
En 2009, no se queman las emisiones de metano entre los pozos de producción y red de distribución local correspondió al 2,4% de la producción de gas natural bruto de Estados Unidos (1.9 a 3.1% a un nivel de confianza del 95%) 12. Las emisiones de metano no quemados-no sólo son perjudiciales para el medio ambiente, sino que también representan un costo enorme para las empresas de gas natural 13. Los analistas estiman que la industria del gas natural deja de percibir más de $ 2 mil millones de dólares por año a causa de las fugas de metano y de ventilación 14. Las emisiones no quemados, son classifIED como fugitivo o reventón de 15, 16. fugitivo se refiere a la liberación no intencional de gas a partir de procesos o equipos, tales como válvulas, bridas, o accesorios al aire ambiente 17, 18. La ventilación se refiere a la liberación intencional de gas del equipo o la operación de los procesos para el aire ambiente, tales como accionadores neumáticos 19. En las instalaciones de petróleo y gas natural en tierra, las emisiones fugitivas representan el ~ 30% de las emisiones totales de metano 20. En 2011, la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA) estima que más de 6 millones de toneladas métricas de metano fugitivo escaparon de sistemas de gas natural, que exceden la cantidad de emisiones de GEI (CO 2 equivalente durante un período de 100 años), emitida por todo el hierro y el acero de Estados Unidos, el cemento y las instalaciones de fabricación de aluminio combinados 21.
Existe un vacío crítico en la determinación del impacto climático de gas natural debido a la falta de estimaciones precisas y fiables de ellos asociadoisiones. Sin embargo, existe un consenso de que las emisiones fugitivas de metano se producen en cada etapa del ciclo de vida de gas natural y una mayor investigación en medir e informar sobre estos valores con precisión es importante 19. Los estudios han informado de las emisiones fugitivas de sectores específicos con resultados variables por hasta doce órdenes de magnitud 19, 22-28. La falta de estándares reconocidos de la industria y la falta de una reglamentación coherente en el campo de la detección de fugas y cuantificación de fugas permiten el uso de una variedad de métodos y equipos de prueba, con la precisión de algunas técnicas de medición de hasta ± 50% 29-35. Por lo tanto, existe una considerable incertidumbre sobre la cantidad de metano fugitivo emitida sobre el gas natural ciclo de vida 19, 28, 33, 36-39. Figura 1 ilustra la cantidad de variabilidad en la literatura publicada sobre las emisiones de metano medidos y estimados asociados con la vida gas natural ciclo. Figura 1 muestra el promedio publicada emisiones fugitivas de metano emitidos como un porcentaje de la producción total de gas natural. Si no se le dio un valor medio fue tomada de la media de la gama de publicado. La desviación estándar entre los 23 estudios es de 3.54, con los valores más altos y más bajos que difieren en el 96,5%.
Figura 1. emisiones fugitivas de metano. Publicadas promedio de las emisiones fugitivas de metano emitidos como un porcentaje de la producción total de gas natural 13, 27, 40-59. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
En la actualidad, la cantidad total de emisiones fugitivas es clara debido en parte a la incertidumbre de medición y técnicas de escalamiento. Sin medición de las emisiones de metano precisos, las autoridades no son capaces de tomar decisiones informadas sobre el asunto.Una revisión de la literatura actual identificado tres métodos principales para la cuantificación de las emisiones fugitivas de gas natural: embolsado, gas trazador, y un muestreador de alto flujo disponible comercialmente.
El método consiste en colocar embolsado un recinto en forma de una "bolsa" o tienda de campaña en torno a una fuente de emisión fugitiva 60. Hay dos variaciones del método de ensacado. En una, una velocidad de flujo conocida de gas limpio (típicamente inerte) pasa a través de la carcasa para crear un ambiente bien mezclada para la medición. Una vez que se alcanza el equilibrio, una muestra de gas se recoge de la bolsa y se mide. La tasa de emisión fugitiva se determina a partir del caudal medido de gas limpio a través del recinto y la concentración de metano en estado estacionario dentro del recinto 61. Dependiendo de cerramiento y de fugas tamaño, el tiempo requerido para alcanzar las condiciones de estabilidad necesarias para la medición de caudal de fuga es de entre 15 a 20 minutos 61. El método de ensacadose puede aplicar en la mayoría de los componentes accesibles. Sin embargo, puede no ser adecuado para los componentes de forma anormal. Este tipo de método es capaz de medir las fugas que varían en tamaño de 0,28 metros cúbicos por minuto (m 3 / min) a tan grande como 6,8 m 3 / min 60 .La otra técnica de embolsado se conoce como ensacado calibrado. Aquí, las bolsas de volumen conocido se sellan alrededor de una fuente de emisión fugitiva. La tasa de emisión fugitiva se calcula basándose en la cantidad de tiempo requerido para la expansión de la bolsa, y corregido en condiciones estándar.
métodos de gas indicador cuantificar una tasa de emisión fugitiva sobre la base de la concentración del gas indicador medido fluye a través de una fuente fugitivo. gases indicadores comúnmente empleados son helio, argón, nitrógeno, hexafluoruro de azufre, entre otros. La tasa de emisiones fugitivas se determina a partir de la relación entre una velocidad de liberación conocida de gas trazador cerca de la fuente fugitiva, las mediciones de las concentraciones contra el viento del trazador y fugigas fuente tiva, y contra el viento línea de base 24. La tasa de emisión fugitiva sólo es válido suponiendo dispersión idénticas y una mezcla completa de las dos fuentes 62. Esto implica que el trazador se libera cerca de la fuente fugitivo a una velocidad y altura similar, y la medición de la dirección del viento es de penachos bien mezclados. Este método es mucho tiempo y no prevé la componente de nivel de granularidad 63.
Un sistema de muestreo de alto volumen disponible en el mercado consiste en un instrumento portátil funciona con pilas empaquetado dentro de una mochila para cuantificar las tasas de emisiones fugitivas 64. El aire que rodea a la localización de la fuga se introduce en la toma de muestras a través de una manguera de 1.5 pulgadas de diámetro interior a una velocidad de flujo suficientemente alta que se puede suponer que la totalidad de la fuga de gas se está capturando.
La tasa de flujo de la muestra se calcula con un venturi dentro de la unidad. Para bajas concentraciones de metano, gas de 0,05-5% en volumen, acatalyst sensor metano se utiliza para medir la concentración. Este sensor es destructivo para el metano y otros hidrocarburos dentro de la muestra. Para las concentraciones de metano a partir de 5-100% en volumen, se emplea un sensor térmico. El sistema utiliza un sensor de fondo separada y la sonda que corrige la concentración de fugas con respecto a la concentración de fondo. Después de la medición, la muestra se agota en la atmósfera de la zona de muestreo 64. Este método se puede aplicar en la mayoría de los componentes accesibles, con la limitación de las tasas de flujo medibles hasta ocho pies cúbicos estándar por minuto (SCFM). Este sistema es capaz de probar hasta 30 muestras por hora. Recientemente, este sistema se ha demostrado que tienen variada precisión y cuestiones con respecto a la transición del sensor catalítico para el sensor térmico 65. Además, el sistema requiere un análisis fraccional gas para aplicar correctamente un factor de respuesta basado en la calidad del gas - que no es el metanoespecífico. El sistema ha sido ampliamente utilizado y puede haber atribuido a las discrepancias entre los métodos de abajo hacia arriba y de arriba hacia abajo por debajo de notificación de las emisiones de metano 65.
Debido a las limitaciones de estos métodos y sistemas, se desarrolló un nuevo sistema de cuantificación. El FFS emplea el mismo concepto de diseño como los sistemas de dilución utilizados en la certificación de emisiones de automoción 66-68. El FFS consiste en una manguera que alimenta un ventilador a prueba de explosivos que agota la muestra de aire de dilución y de fugas a través de un sensor de masa de aire (MAF) y la sonda de muestreo. La sonda de muestra está conectado a un analizador de metano basado láser a través de un tubo de toma de muestras. Los analizadores utiliza cavidad de absorción mejorada para la medición de CH 4, CO 2 y H 2 O. El analizador es capaz de medir CH 4 desde 0% a 10% en volumen, CO 2 de 0 a 20.000 ppm, y H 2 O de 0 a 70000 ppm. Repetibilidad / precisión (1-sigma) para esta configuración is <0,6 ppb de CH 4, <100 ppb de CO 2, y <35 ppm de H 2 O 69. La muestra se extrae de la corriente a una velocidad volumétrica constante. El sistema está equipado con equipos de registro de datos. La figura 2 ilustra el esquema de la ECA. Antes de operar el FFS, la conexión de puesta a tierra en la manguera de toma de muestras se une a una superficie que permite que el sistema a tierra. Esta es una acción preventiva para disipar la carga estática en el extremo de la manguera, lo que podría ser el resultado de un flujo de aire a través de la manguera. La adquisición de datos se produce en cualquiera de un teléfono, tableta o el ordenador portátil inteligente. Software fue desarrollado para la recolección de datos, procesamiento y presentación de informes. La Figura 3 proporciona una breve descripción de las interfaces de usuario para los siguientes protocolos.
Figura 2. Esquema de la ECA y la imagen izquierda -. FFS y esquemáticala derecha -. FFS portátiles durante la auditoría estación de gas natural comprimido (GNC) Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3. Detección y cuantificación de programa general. Breve descripción de los pasos y las preguntas al usuario para calibraciones, pruebas de recuperación, y sin fugas cuantificación. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Nota: Los FFS ha sido diseñado pensando en la seguridad para eliminar o reducir la posibilidad de ignición de un metano o fuente de gas natural. El gas natural es inflamable en condiciones ambientales para las concentraciones de volumen de 5% a 15%. El sistema será probado y demostrado para cumplir con los requisitos de seguridad. La modificación o manipulación del sistema podría causar lesiones graves.
1. Calibración del MAF
Nota: El MAF requiere calibración periódica en contra de un Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) de elemento de flujo laminar trazable (LFE). Utilice las herramientas de calibraciones dentro del programa para completar una calibración MAF contra un conocido LFE. El programa recoger todos los datos necesarios a partir de los transductores de presión, sensor de humedad, y MAF para crear una nueva calibración. Se recomienda que se ha completado una calibración de 11 puntos. Si la calibración es mayor de un mes, una nueva calibración debe ser completado. calibraciones antiguas se pueden ver yusado.
2. La calibración del analizador de gases de efecto invernadero
Nota: El anal gases de efecto invernaderoYzer deberá calibrar internamente sobre una base anual por un tercero. Los usuarios pueden utilizar las herramientas de calibraciones dentro del software para completar una calibración externa o verificación. La calibración utiliza gas embotellado de concentración conocida. El gas se mezcla con nitrógeno a través de un divisor de gas y salidas a una sonda inundado. El analizador de Tomas de la muestra a la velocidad de flujo conocida y registra el valor. Se recomienda que una calibración de 11 puntos se completará en el rango de interés. El programa se ajusta automáticamente a la concentración de gas y la viscosidad dentro del separador de gas.
3. Prueba de recuperación total del sistema
Nota: Una prueba de recuperación completa del sistema se completa para asegurar que el FFS se recupera y con precisión informa de un volumen conocido de gas de calibración.
4. Auditoría de detección de fugas
Nota: Realizar un inventario de sitios para identificar cada fuente potencial de emisiones fugitivas. El inventario incluirá el número de fuentes (válvulas, bridas, bombas / compresores, rejillas de ventilación, etc.), desglosados por grupo de origen (edificio compresor, granja de almacenamiento, vehículo alimentando bastidor, etc.) La auditoría de detección de fugas puede ocurrir en paralelo o en serie con la cuantificación de fugas. Un detector de metano de mano o cámara de imagen óptica de gas se pueden utilizar para examinar los componentes en busca de fugas. Cuando se identifican las fugas registro de una descripción, la concentración, y tomar una imagen. Marque la fuga para la cuantificación de plazo o cuantificar la fuga en este momento.
5. Tasa de fuga Cuantificación
Nota: la cuantificación de fugas tasa puede ser completa al mismo tiempo que la detección de fugas o después de un inventario de las fugas se ha completado. La cuantificación se produce bajo el nuevo botón de fugas después de introducir los datos del sitio y de fugas. El usuario debe seleccionar si desea utilizar un fondo local o global. En cualquier caso, el sistema controlará las válvulas de solenoide adecuadas y registrar una muestra de tiempo. Una vez que se ha tomado un fondo, el escape debe ser cuantificado o tres veces desde tres direcciones para asegurar la captura de fugas adecuado. El sistema analizará las tres mediciones e informar deldiferencia. Los usuarios pueden guardar los datos de fugas (separados y media), repetir la captura, o clasificar la fuente como variable.
Múltiples ECA fueron desarrollados y utilizados para cuantificar una variedad de fuentes de emisión de metano. Dos estudios importantes incluyen Pesados Natural Bomba de Vehículos a Gas del Fondo de Defensa del Medio Ambiente de estudio Ruedas (PTW) y la Campaña Coordinada Barnett (BCC). El estudio se centró en PTW cuantificación de las emisiones de metano de los sistemas de combustible de los vehículos de gas natural de alta resistencia, cárteres de motores, tanques de gas natural comprimido, tanques de gas natural licuado, equipos de estaciones de combustible, boquillas y otras fugas.
Se utilizan sistemas durante el BCC múltiples ECA, que reunió a expertos destacados de las instalaciones académicas y de investigación de todo el país para recoger datos sobre las emisiones de metano a través de la cadena de suministro de gas natural (producción, recolección y procesamiento, transmisión y almacenamiento y distribución local) a través de una combinación de aeronaves, vehículos automóviles, y las mediciones basadas en tierra. Hemos llevado a cabo la cuantificación fuente directa de las emisiones de metano en naturalesestaciones de compresión de gas e instalaciones de almacenamiento utilizando la metodología desarrollada y un sistema FFS. Una parte de los resultados del estudio de Barnett Shale relativos a las mediciones obtenidas mediante el empleo de la ECA se ha presentado y publicado en congresos revisadas por pares y revistas científicas 70-72.
Tanto para el PTW y BCC, se empleó el metano fuga de equipos de detección para inspeccionar componentes del sitio incluyendo válvulas, tubos / tuberías y otros componentes que llevado o sujetado de gas natural. Una fuga se detectó con un detector de metano de mano. Este detector de mano ayudó en la identificación de la localización de fugas mediante la identificación de un aumento de la concentración de metano por encima del fondo. Una vez que se ha detectado una situación de la fuga que superó el umbral de concentración, los investigadores utilizaron el FFS para cuantificar el volumen de fuga. La muestra de fugas FFS se recogió a través de una manguera conectada al lado de entrada de un ventilador. La muestra pasa a través de un pr explosión certificadaoof soplador en el que se agota a través de un sistema de tuberías que contenía una MAF y el sensor de metano. El sistema FFS fue capaz de probar a caudales de 40 a 1.500 SCFM depende de la configuración del sistema. Utilizando el tipo de medida de muestra de flujo y la concentración de metano, la tasa de fuga en SCFM o g / hr se calculó.
Datos de calibración
Para la calibración, un flujo constante se estableció a través del sistema. Se obtuvo La caída de presión a través de la LFE a través de la medición de la presión diferencial entre el puerto de alta presión y el puerto de baja presión en la LFE. La presión absoluta se registró desde el puerto de alta presión de la línea de medición diferencial. presiones de calibración fueron medidos y registrados con un medidor de presión combinada diferencial / absoluta. La unidad de mano utiliza dos módulos, uno para la presión absoluta, y uno para la presión diferencial. El módulo de presión absoluta fue capaz de medir un 0-30 PSI absolude TE con una incertidumbre de 0,025%. El módulo de presión diferencial era un capaz de medir de 0 a 10 pulgadas de agua con una incertidumbre de 0,06%. La temperatura de la muestra de gas se midió antes de la LFE usando un termopar tipo K con una incertidumbre de ± 1,1 ° C o 0,4%. La salida de tensión del MAF se registró a través de una tarjeta de adquisición de datos analógicos. La velocidad de flujo se varió con una válvula limitadora de la variable en la entrada del soplador. Las calibraciones se realizaron en el MAF para diversos caudales, que van hasta 1500 SCFM.
Como una velocidad de flujo constante de aire pasa a través tanto de la LFE y MAF, la diferencia de presión, temperatura de la muestra, la presión absoluta, y la tensión de MAF se registraron simultáneamente. El diferencial de presión a través del LFE, temperatura de la muestra, y la presión absoluta se utiliza para calcular la velocidad de flujo volumétrico real a través de la LFE utilizando coeficientes proporcionados por el fabricante. La tasa real de flujo volumétrico fueconvertido al flujo volumétrico estándar. La tasa de flujo volumétrico estándar a través de la LFE se relaciona con la tensión obtenida de la MAF, como se muestra en la Figura 4.
Figura 4. Salida MAF calibración de la señal de calibración. Multipunto del MAF con un LFE NIST (véanse las secciones 1 a 1,7). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Una regresión de mínimos cuadrados se realizó en el conjunto de datos para determinar los coeficientes de ajuste óptimo de la ecuación y calcular estadísticas de regresión de la ecuación, R2, para examinar la correlación entre los conjuntos de datos. Una vez se ha desarrollado la ecuación, se refieren a la tensión de MAF de la velocidad de flujo a través de la LFE, se hizo una comparación entre la actual velocidad de flujo y el caudal medido de la MAF. Esto se muestra en la Figura 5.
Figura 5. Correlación MAF Caudal. MAF caudal medido representa frente a la tasa de flujo volumétrico real LFE (ver Secciones 1.8). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
La calibración del sensor de metano con un cilindro de gas metano 24,730 ppm se muestra en la Figura 6. La desviación media de la concentración de metano real después se aplicó la corrección externa fue de 0,7%. La mayor desviación de la concentración de metano real después se aplicó la corrección externa fue de 1,9%.
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Figura 6. El metano de calibración del sensor / Verificación. La verificación externa del sensor de metano usando un gas de calibrado dividido y NIST metano embotellada trazables (véase la sección 2). Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Después se habían obtenido y aplicado las curvas de calibración, la comprobación de todo el sistema se llevó a cabo al completar un ensayo de recuperación de gas. En el que se inyecta una masa conocida de metano en el sistema utilizando un metano calibrado MFC y una comparación hecha entre la masa indicada por el sistema a la verdadera masa inyectada. Este procedimiento se basa en la práctica común de las inyecciones de gas propano requeridas por el Código de Regulaciones Federales de garantizar la capacidad de captura y medición de los túneles de dilución de flujo donde se inyecta un volumen conocido de emisiones de hidrocarburos en el measuremse verifica sistema ent utilizando un dispositivo de calibrado de forma independiente y la capacidad de recuperación del sistema. El MFC control fue calibrado en metano. La MFC se fijó en dos caudales de 20 y 30 SLPM de 99,9% de metano puro. Los resultados se presentan en la Tabla 1 para una tasa de flujo del sistema de 140 SCFM. Se demostró que en ambos casos los valores de medición del sistema FFS estaban dentro de lo esperado 4.4%. El error promedio en las dos mediciones fue de + 2,2%.
Punto de ajuste de MFC | FFS recuperación | Recuperación de errores |
SLPM | SLPM | % |
20 | 20.3 | 1,70% |
30 | 30.8 | 2.7 |
Promedio | 2,20% |
Pruebas de recuperación de metano Tabla 1. Resultados de recuperación FFS. En dos diferentes tasas de fugas simuladas.
En la recolección de datos
Continua Fuente de fugas
La Figura 6 ilustra un ejemplo de un continuo de fuentes de fugas. La Figura 7 se puede dividir en 4 regiones separadas, ad. Estos incluyen las siguientes partes: fondo, acercándose fuente de la fuga, la captura de fugas, y la retirada de la fuente de la fuga. la cuantificación de fugas se produce durante la cesárea. Luego de la revisión, la segunda medición repetida de la misma pérdida se produce después de la sección D Figura 8 muestra la fuga como se ve desde la cámara de infrarrojos -. La izquierda muestra la columna de metano dispersión natural - la derecha indica que el FFS recoge la totalidad de la pérdida de más dilución adicional aire.
Figura 7. convencional continua de fugas fuente de fuga continua curva del tiempo que muestra las diversas secciones de medición (a: fondo, b: acercarse a la fuga, c: velocidad de fuga de promedio, d: retirándose de fuga) (ver las secciones 5 - 5,6).. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 8. Imagen infrarroja de fugas izquierda -. Fugas apropiado y derecha -. Fugas capturado / cuantificado desde el mismo accesorio (véase la sección 4.6) Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Intermitente fuente de fuga
La masa total asociado con un determinado evento se obtuvo de la concentración-time perfil a través de la aplicación de la integración numérica. Con el fin de evitar algunas de las ineficiencias asociadas con la regla trapezoidal, se empleó una regla de Simpson compuesta adaptativa. Este método de tipo cuadratura adaptativa permite ajustes de tamaño de paso automáticos en regiones de variaciones bruscas 73.
La necesidad de integración numérica de los datos recogidos era aplicable para eventos intermitentes, como la Figura 9 ilustra un ejemplo de una fuente intermitente de las emisiones de metano. Este ejemplo era para un evento de vehículo de reabastecimiento de combustible. Antecedentes se muestra 150-240 segundos y de 425 segundos hasta el final. Este evento en particular fue para el repostaje de un solo tanque de gas natural licuado (GNL). El porcentaje de pérdida se integró para determinar la masa total emitida (9,5 g).
Figura 9. Intermitente de fugas. Intermitente 'fuga' de origen desde un evento de vehículo de reabastecimiento de combustible (concentración [ppm], el caudal de dilución [scfm], el caudal de fuga [g / h]) (véase la sección 5). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Fuente agregada
Debido a las múltiples fuentes que están en estrecha proximidad y encerradas por una cubierta, la unidad del compresor se suma y se trata como una única fuente para la cuantificación de fugas. La figura 10 muestra un ejemplo de la medición de las emisiones de metano a partir de una fuente agregada. Estos datos se obtuvieron de una carcasa de compresor de GNC-relleno de tiempo. La carcasa del compresor se midió de forma continua durante aproximadamente 119 min. La unidad de compresor encontrado hizo mostrar una pequeña cantidad de variabilidad. Las variaciones en la tasa de fuga y la concentración de metano se debieron a fluctuaciones de presión y fugas de variablessellos del compresor. Para las fuentes de agregados, se recogieron datos durante períodos prolongados y se calculó la tasa de fuga de promedio.
Figura 10. Ejemplo agregada. Caudal de fuga, el flujo y datos de concentración de una vez agregada llenar carcasa del compresor de GNC (compresores y ventiladores apagados) (ver sección 5.7). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Con el fin de mejorar la precisión y superar las limitaciones actuales de la industria, hemos creado el sistema de muestreo de flujo completo (FFS) para la cuantificación de metano. Los investigadores utilizaron el sistema en una variedad de formas en varios países de América del Norte. El uso de la espectroscopia elimina la interferencia significativa de compuestos C2 + y la naturaleza de muestreo no destructivo permite la bolsa de muestreo de la fuga de análisis alternativo fuera del sitio. Cuando se combina con los bloques de viento alternativas, el sistema ha cuantificado con éxito y con precisión las emisiones de metano a partir de los siguientes elementos: los sistemas de combustible de GNC, sistemas de combustible de GNL, cárteres de motores de combustión interna, componentes y tuberías, conectores, bridas, rejillas de ventilación del compresor, así componentes de la cabeza, el agua / tanques separadores de aceite, válvulas, actuadores neumáticos accionados por gas natural, así tripas, y numerosos otros componentes relacionados de gas natural. plataformas de sistemas incluyen carros portátiles, de carretera y vehículos todo terreno. El consumo de energía requiere el uso deuna potencia del generador o de la casa a través de 120 VAC conexiones estándar. Sin embargo, a través de este uso del poder 'rejilla' el sistema puede muestrear a caudales más altos y aún así ser utilizados en conjunto con los cables de extensión y casas de muestreo para la portabilidad largas alrededor de un sitio de interés dada. sistemas de baterías de potencia actuales no se desempeñan bien en función del estado de carga de la batería que se elimina el uso de la red eléctrica.
protocolos de calibraciones periódicas se han desarrollado e integrado en la interfaz de usuario. Protocolos 1-3 deben ser completados antes de cualquier nueva auditoría en el lugar o por lo menos una vez al mes. Si los usuarios no siguen con diligencia los protocolos, el sistema puede sub o sobre-informe de las tasas de emisión, lo que podría afectar negativamente reporte de GEI. El objetivo principal de los protocolos es asegurar un sistema preciso para estimar las emisiones totales del sitio con granularidad componente. Si se utiliza el análisis estadístico para crear nuevos factores de emisión, entonces cada uno de no-leacomponente rey también debe ser registrada.
El proceso de detección de fugas puede llevar mucho tiempo con el uso de unidades de mano. El uso de una cámara de imagen óptica de gas puede reducir significativamente el tiempo necesario para detectar fugas. La cámara debe ser capaz de medir los compuestos orgánicos volátiles, incluyendo el metano. Actualmente las unidades comerciales disponibles tienen sensibilidades de las tasas de fugas detectables de aproximadamente 0,8 gramos por hora (g / h) y dependen de las condiciones del viento. Dispositivos de imágenes también son sensibles a la temperatura. Asegúrese de ajustar las escalas de temperatura según sea necesario. Extremadamente vapores fríos (gas natural criogénico) o sobrecalentado vapores (vapor en los tubos de escape y otros) pueden aparecer fugas tan excesivos. posterior cuantificación debe seguir para determinar con precisión la tasa de fuga real de cualquier fuga fotografiado. El uso de cámaras de infrarrojos puede reducir significativamente los inventarios de detección de fugas, pero son sensibles a las condiciones del viento. fugas más pequeños en condiciones de vientos fuertes podrían diffuse más rápidamente y no ser visto. En caso de duda, siempre vuelva a comprobar con una mano celebró detector de metano.
Una interfaz fácil de usar garantiza un uso fácil y adecuada de la ECA. integrada para el usuario solicita ayudar al usuario a lo largo del Protocolo y reducir los esfuerzos de post-procesamiento. Por ejemplo, una vez a la cuantificación de fugas se completa (Sección 5), la tasa de fuga de promedio basado en cálculos realizados utilizando al menos 30 segundos de concentración continua y se registró un flujo de grabaciones de tasas. confirmaciones de usuario usarán automáticamente las concentraciones globales o locales fondo. Simple selección en pantalla hará que solenoides para operar y para la muestra de las ubicaciones correctas. Los usuarios deben seguir todas instrucciones en pantalla para asegurar la cuantificación exacta de la fuga. El programa corregirá automáticamente para el siguiente: Fondo global o local; temperatura; tasa de flujo másico (aire asumido con correcciones de dióxido de carbono y metano); humedad (medida desde el sensor de gases de efecto invernadero); la temperatura (Thermocouple - comprobación de redundancia para condiciones ambientales)
La incertidumbre relativa de las tasas de emisión de metano medida es de ± 4,4%, excepto en circunstancias en que la fuga es intrascendente como la concentración mide la concentración de fondo acercado. Un ejemplo de las incertidumbres de los componentes se proporciona en la Tabla 2.
Fuente | Incertidumbre (%) |
sensor de metano | 1 |
El metano correlación de calibración del sensor | 0,73 |
botella de gas metano | 1 |
botella de gas de aire cero | 0,1 |
LFE | 0,7 |
MAF | 4 |
Módulos de presión diferencial | 0,025 |
módulo de presión absoluta | 0.06 |
Par termoeléctrico | 0,4 |
correlación de calibración MAF | 0.09 |
divisor de gases | 0,5 |
Tabla 2. Incertidumbre de componentes. Incertidumbres de componentes independientes que se utilizan para cuantificar la incertidumbre del sistema.
En general, el sistema y sus métodos han demostrado ser beneficiosos en los esfuerzos para cuantificar con precisión las emisiones de metano a partir de diversas fuentes. El sistema es escalable y fácil de usar. El sistema desarrollado tiene una incertidumbre de ± 4,4% con respecto a los sistemas comerciales actuales con una incertidumbre de ± 10% 74. Con las calibraciones adecuadas, este sistema puede cuantificar fácilmente las tasas de fuga de hasta 140 SCFM en comparación con los sistemas comerciales actuales que son capaces de cuantificar las fugas de hasta 8 SCFM con cargas de batería completo 64,74. Mientras que el sistema requiere una conexión a la alimentación de la casa, esto ofrece ventajas de estafapersis- frecuencias de muestreo y frecuencias de muestreo mucho más altos que los sistemas actuales. El límite mínimo de detección del sistema actual es de 0,24 g / hr o 3.0x10 -3 SCFM. La interfaz de usuario reduce los requisitos de post-procesamiento y reduce los esfuerzos de información. Además, los sensores basados en láser son no destructivo para la muestra de fugas, que permite la medición directa de la muestra con múltiples analizadores 65. las mediciones basadas en láser también no requieren sensores separados para las concentraciones de fugas ambiente, pequeñas y grandes o transiciones del sensor, que contribuyen a fuentes adicionales de inexactitud. Los estudios futuros se centran en la optimización continua de la ECA y su interfaz de usuario. La investigación adicional se lleva a cabo la dinámica de datos que combina la investigación y de fluidos computacional experimentales para desarrollar mejores prácticas adicionales para asegurar técnicas de medición seguros y óptimos.
The authors, along with Mr. Christopher Rowe and Mr. Zachary Luzader have filed invention disclosures and provisional patents with West Virginia University's Research Corporation and Office of Technology Transfer to protect the intellectual property associated with this system.
The authors thank the staff of the WVU Center for Alternative Fuels, Engines, and Emissions, including Mr. Zachary Luzader and Mr. Christopher Rowe. The author's thank the Environmental Defense Fund, the WVU Research Corporation, and the George Berry Foundation for funding the research programs that provided field data and a variety of test conditions under which to use the developed FFS.
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 |
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