Name: design and use of a full flow sampling system (ffs) for the quantification of methane emissions
Uploaded: 2016-06-12T15:00:00
Duration: 8 min 18 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Design and Use of a Full Flow Sampling System FFS for the Quantification of Methane Emissions at JoVE.com

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.

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.

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 &#39;רשת&#39; 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. <table fo:keep-together.within-page="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> מָקוֹר </td><td> חוסר ודאות (%) </td></tr><tr><td> חיישן מתאן </td><td> 1 </td></tr><tr><td> מתאם כיול חיישן מתאן </td><td> 0.73 </td></tr><tr><td> בקבוק גז מתאן </td><td> 1 </td></tr><tr><td> בקבוק אפס אוויר גז </td><td> 0.1 </td></tr><tr><td> LFE </td><td> 0.7 </td></tr><tr><td> MAF </td><td> 4 </td></tr><tr><td> מודול לחץ דיפרנציאלי </td><td> 0.025 </td></tr><tr><td> מודול לחץ מוחלט </td><td> 0.06 </td></tr&gt; <tr><td> תרמי </td><td> 0.4 </td></tr><tr><td> מתאם כיול MAF </td><td> 0.09 </td></tr><tr><td> מחלק גז </td><td> 0.5 </td></tr></tbody></table> 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.

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&#39; 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 <sUB&gt; 2 בתוך תקופה של 20 שנה 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&quot;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&quot;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&quot;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&quot;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 </strong&gt; מראה את פליטת המתאן הנמלט פרסם הממוצעת הנפלטת כאחוז של הפקת גז טבעי בסך הכל. אם הערך ממוצע לא ניתן הממוצע של המגוון שפורסם נלקח. סטיית התקן בין 23 מחקרים הוא 3.54, עם הערכים הנמוכים ביותר והגבוה ביותר שונות ידי 96.5%. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/54179/54179fig1.jpg" /> איור 1. פליטת המתאן נמלטת. פורסם בממוצע פליטת המתאן הנפלט נמלטת כאחוז של הפקת גז טבעי בסך הכל 13, 27, 40-59. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54179/54179fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> 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 &#39;שקית&#39; 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 &#39;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 &#39;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 &lt;0.6 ppb של CH 4, &lt;100 ppb CO 2, ו- &lt;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. <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/54179/54179fig2.jpg" /> איור 2. FFS סכמטי תמונה שמאלית -. FFS סכמטיתנכון -. FFS הנייד במהלך הגז טבעי דחוס ביקורת תחנה (CNG) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54179/54179fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/54179/54179fig3.jpg" /> איור 3. איתור סקירת תכנית כימות. סקירה קצרה של המדרגות משתמשות הנחיה לגבי כיול, בדיקות התאוששות, ודליפות כימות. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54179/54179fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a>

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Abaco DBX 97 mm&#160;</td>
			<td>Abaco Performance, LLC</td>
			<td>http://www.abacoperformance.com/products.htm</td>
			<td>mass air flow sensor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultraportable Greenhouse Gas Analyzer</td>
			<td>Los Gatos Research</td>
			<td>http://www.lgrinc.com/analyzers/ultraportable-greenhouse-gas-analyzer/</td>
			<td>methane, co2, and water sensor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3AA20 Fume Exhauster&#160;</td>
			<td>Daytona</td>
			<td>http://www.sustainablesupply.com/Dayton-3AA20-Exhauster-Fume-Smoke-p/w267066.htm?gclid=CI2Dm9ffrcgCFUYTHwodyusFRg&#38;CAWELAID=1307486526</td>
			<td>blower/dilutor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eagle II&#160;</td>
			<td>RKI Instruments</td>
			<td>http://www.rkiinstruments.com/pdf/eagle2brochure.pdf</td>
			<td>Handheld detector</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MCR 50&#160;</td>
			<td>Alicat Scientific</td>
			<td>http://www.alicat.com/</td>
			<td>calibrated on methane</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laminar Flow Element, Model Number: Z50MC2-6, Serial Number 707230-Y1</td>
			<td>Meriam</td>
			<td>http://www.meriam.com/product-category/laminar-flow-element/</td>
			<td>calibrated on air</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>K-Type thermocouple</td>
			<td>Omega</td>
			<td>http://www.omega.com/</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PTE-1 Calibrator</td>
			<td>Heise</td>
			<td>http://www.heise.com/products/calibrators/</td>
			<td>handheld unit for use with Dressor modules</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Model HQS-2&#160;</td>
			<td>Dresser/Ashcroft</td>
			<td>http://www.ashcroft.eu/download/data%20sheet/englisch/MODULE_E.pdf</td>
			<td>absolute pressure module</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Model HQS-1&#160;</td>
			<td>Dresser/Ashcroft</td>
			<td>http://www.ashcroft.eu/download/data%20sheet/englisch/MODULE_E.pdf</td>
			<td>differential pressure module</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gas Divider - SGD-710C</td>
			<td>Horiba</td>
			<td>http://www.horiba.com/us/en/</td>
			<td>calibrated gas divider</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methane (99.9%)</td>
			<td>Mathenson TriGas</td>
			<td>http://www.mathesongas.com/</td>
			<td>pure methane for gas recovery test</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methane (+/-1%) 2.5%</td>
			<td>Mathenson TriGas</td>
			<td>http://www.mathesongas.com/</td>
			<td>high concentration</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methane (+/-1%) 2010 ppm</td>
			<td>Mathenson TriGas</td>
			<td>http://www.mathesongas.com/</td>
			<td>low concentration</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultra High Purity Nitrogen (UPHN)</td>
			<td>Mathenson TriGas</td>
			<td>http://www.mathesongas.com/</td>
			<td>99.9% nitrogent gas</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10 Liter Tedlar Bag</td>
			<td>Dupont</td>
			<td>http://www.dupont.com/products-and-services/membranes-films/pvf-films/brands/tedlar-pvf-films/uses-and-applications/tedlar-gas-sample-bag-applications.html</td>
			<td>used for bag samples for alternative gas sampling</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PET-7018Z</td>
			<td>ICP DAS USA</td>
			<td>http://www.icpdas-usa.com/pet_7018z.html</td>
			<td>DAQ unit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Edgetech Dew Prime Hyrgrometer</td>
			<td>Edgetech Instruments</td>
			<td>http://www.edgetechinstruments.com/moisture-humidity</td>
			<td>hygrometer for flowbench</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stainless steel Swagelok fittings (1/4 inch)</td>
			<td>Swagelok</td>
			<td>https://www.swagelok.com/products/fittings.aspx</td>
			<td>tee and other fittings</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PTFE Tubing</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>http://www.mcmaster.com/#standard-hollow-tubing-(made-with-teflon-ptfe)/=z8xrzl</td>
			<td>tubing for sampling and calibration</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FLIR GF 320</td>
			<td>FLIR</td>
			<td>http://www.flir.com/ogi/display/?id=55671</td>
			<td>infrared camera</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CGA 580 Regulator</td>
			<td>Airgas</td>
			<td>http://airgas.com/category/_/N-1z13vaq</td>
			<td>UHPN regulator</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CGA 350 Regulator</td>
			<td>Airgas</td>
			<td>http://airgas.com/category/_/N-1z13vaq</td>
			<td>Methane in nitrogen regulator</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Leak detection solution (Snoop)</td>
			<td>Swagelok</td>
			<td>https://www.swagelok.com/search/find_products_home.aspx?show_results=Y&#38;item=5e208092-ed6c-4251-9202-ed8a2aae5811</td>
			<td>bubble solution for non-leak verification</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

design and use of a full flow sampling system (ffs) for the quantification of methane emissions

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.

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 &#39;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. <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/54179/54179fig4.jpg" /> פלט איור 4. MAF כיול האיתותים. כיול Multipoint של MAF עם LFE העקיב NIST (ראה סעיפים 1 עד 1.7). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54179/54179fig4large.jpg" target="_blank">נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> 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<html> קצב זרימה ואת קצב הזרימה הנמדדת של MAF. זה מוצג באיור 5. <img alt="איור 5" src="/files/ftp_upload/54179/54179fig5.jpg" /> איור 5. MAF ספיקת מתאם. קצב זרימה נמדד MAF זמם נגד הספיקה בפועל LFE (ראה סעיפים 1.8). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54179/54179fig5large.jpg" target="_blank">נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> 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 &quot;/&gt; איור 6. מתאן חיישן כיול / אימות. אימות חיצונית של החיישן מתאן באמצעות גז מכויל המפולג NIST מתאן בבקבוקים למעקב (ראה סעיף 2). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54179/54179fig6large.jpg" target="_blank">נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> 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%. <table fo:keep-together.within-page="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> setpoint MFC </td><td> שחזור FFS </td><td> שגיאת שחזור </td></tr><tr><td> SLPM </td><td> SLPM </td><td> % </td></tr><tr><td> 20 </td><td> 20.3 </td><td> 1.70% </td></tr><tr><td> 30 </td><td> 30.8 </td><td> 2.7 </td></tr><tr><td colspan="2"> מְמוּצָע </td><td> 2.20% </td></tr></tbody></table>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 &#39;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. <img alt="איור 7" src="/files/ftp_upload/54179/54179fig7.jpg" /><br/&gt; 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).. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54179/54179fig7large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="הספרה 8" src="/files/ftp_upload/54179/54179fig8.jpg" /> איור 8. אינפרא אדומים תמונה של דליפת שמאל -. דולף הולם ונכונה -. שנתפס / דליפה לכמת מאותו ההולם (ראה סעיף 4.6) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54179/54179fig8large.jpg" target="_blank">לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> 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). <img alt="איור 9" src="/files/ftp_upload/54179/54179fig9.jpg" /> איור 9. לסירוגין דליפה. מקור &#39;דליפה&#39; לסירוגין מאירוע רכב-תדלוק (ריכוז [ppm], קצב הזרימה דילול [scfm], לדלוף שיעור [g / hr]) (ראה סעיף 5). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54179/54179fig9large.jpg" target="_blank">נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של נתון זה.</a> 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. <img alt="איור 10" src="/files/ftp_upload/54179/54179fig10.jpg" /> איור 10. צבירת דוגמא. דליפת שיעור, זרימה, ונתוני ריכוז מ זמן מצטבר למלא דיור מדחס CNG (מדחסים ומאווררי off) (ראה סעיף 5.7). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54179/54179fig10large.jpg" target="_blank">נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Design and Use of a Full Flow Sampling System FFS for the Quantification of Methane Emissions at JoVE.com

Design and Use of a Full Flow Sampling System FFS for the Quantification of Methane Emissions

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.

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

The use of natural gas continues to grow with increased discovery and production of unconventional shale resources. At the same time, the natural gas ...

Education

Research

JoVE Core

JoVE Journal

Chemistry

Biology

Engineering

Ecology

Design and Use of a Full Flow Sampling System (FFS) for the Quantification of Methane Emissions

Biodiversity and Conservation

Introduction: Matter and Measurement

SCIENTISTS IN ACTION

Convergent Polishing: A Simple, Rapid, Full Aperture Polishing Process of High Quality Optical Flats &amp; Spheres

Convergent Polishing: A Simple, Rapid, Full Aperture Polishing Process of High Quality Optical Flats & Spheres

מתכנס פוליש: תהליך פשוט, מהיר, מלא צמצם פוליש של אופטי דירות באיכות גבוהות וSpheres

Convergent Polishing is a novel polishing system and method for finishing flat and spherical glass optics in which a workpiece, independent of its initial ...

Characterizing Far-infrared Laser Emissions and the Measurement of Their Frequencies

אפיון פליטות לייזר רחוק אינפרה-אדומות והמדידה של התדרים שלהם

The generation and subsequent measurement of far-infrared radiation has found numerous applications in high-resolution spectroscopy, radio astronomy, and ...

Characterization of Full Set Material Constants and Their Temperature Dependence for Piezoelectric Materials Using Resonant Ultrasound Spectroscopy

אפיון מלא סט חומר קבועים תלות בטמפרטורה שלהם עבור חומרים פייזו באמצעות ספקטרוסקופיית תהודה אולטראסאונד

During the operation of high power electromechanical devices, a temperature rise is unavoidable due to mechanical and electrical losses, causing the ...

Standardized Method for Measuring Collection Efficiency from Wipe-sampling of Trace Explosives

שיטה סטנדרטית למדידת יעילות גבייה נגב-דגימה של חומרי נפץ Trace

One of the limiting steps to detecting traces of explosives at screening venues is effective collection of the sample. Wipe-sampling is the most common ...

Uncoupling Coriolis Force and Rotating Buoyancy Effects on Full-Field Heat Transfer Properties of a Rotating Channel

כוח קוריוליס uncoupling ואפקטים ציפה מסתובב על שדה מלא חום להעביר את המאפיינים של ערוץ מסתובב

An experimental method for exploring the heat transfer characteristics of an axially rotating channel is proposed. The governing flow parameters that ...

Design and Implementation of a Bespoke Robotic Manipulator for Extra-corporeal Ultrasound

העיצוב והיישום של תחמן רובוטית העידו סאונד אקסטרה גשמית

With the potential for high precision, dexterity, and repeatability, a self-tracked robotic system can be employed to assist the acquisition of real-time ...

A Rapid Method for Modeling a Variable Cycle Engine

שיטה מהירה למידול מנוע מחזור משתנה

The variable cycle engines (VCE) that combine the advantages of turbofan and turbojet engines, are widely considered to be the next generation aircraft ...

Crack Monitoring in Resonance Fatigue Testing of Welded Specimens Using Digital Image Correlation

לפצח ניטור בדיקת עייפות התהודה של דגימות מרותך באמצעות מתאם תמונה דיגיטלית

A procedure using digital image correlation (DIC) to detect cracks on welded specimens during fatigue tests on resonance testing machines is presented. It ...

Recording Ultra-Realistic Full-Color Analog Holograms for Use in a Moving Hologram Display

הקלטת הולוגרמות אנלוגי בצבע מלא-ריאליסטי לשימוש בתצוגת הולוגרמה נעה

This paper demonstrates a method to record a set of twelve ultra-realistic full-color analog holograms presenting the same brightness, transparency and ...

Measuring Sub-23 Nanometer Real Driving Particle Number Emissions Using the Portable DownToTen Sampling System

מדידת תת-23 ננומטר פליטת חלקיק נהיגה אמיתית באמצעות מערכת הדגימה הניידת DownToTen

The current particle size threshold of the European Particle Number (PN) emission standards is 23 nm. This threshold could change because future ...