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沼气在生活中的应用 甲烷检测仪适应性分析
  • 发布日期:2015-09-18      浏览次数:763
    •  目前,甲烷检测仪已经在我国沼气服务体系中广泛推广,但是不同部门、单位对甲烷检测仪的用途理解不一样。有些部门主要侧重沼气成分的检测,判断沼气池的发酵状态,确定沼气灶打不着火的原因;有些部门用于沼气池、沼气管网的泄露检测。从沼气成分检测的功能上讲,奥氏气体分析方法、热导元件检测方法,红外光谱检测方法都可以使用。以下对这三种不同的检测方法在农村沼气成分检测中的适应性进行分析。
      3.1奥氏方法甲烷检测适应性分析
          在中国90年代,限于当时的技术条件比较落后,奥氏气体分析方法曾经在我国的农村沼气技术服务中发挥了重要作用。然而,其暴露的问题也较多,比如:1.需要采集具有代表性的气体,且不能现场实时分析;2.每年都需要购置化学试剂,耗材费用较大;3.人员需要培训,分析测试劳动强度较大;4.受人为因素影响较大,不同操作人员或者不同的操作方法,测试结果也有可能不同。
          此外,在农村沼气服务体系中,奥氏气体分析的原理是在假设[CH4]+[CO2]=100%的基础上进行的,如果沼气中含有CH4,CO2以外的气体成分,如空气, N2等,测量结果将会不准确。目前增加的H2S检测功能其他仪器也可以配置,并非其特有功能。因此奥氏气体分析装置在我国当前的沼气服务体系中普及具有很大的难度。
      3.2热导元件甲烷检测适应性分析
          热导元件甲烷检测仪的诞生是我国针对煤矿瓦斯抽放系统监控要求而开发的一款专用仪器。针对此类仪器,我国煤炭部门1997年曾经制定了相关的技术标准,经过修改后成为《AQ 6204 - 2006瓦斯抽放用热导元件甲烷检测仪标准》。煤矿瓦斯抽排气中除CH4外其他物质主要是空气。因此在标定时往往采用空气与甲烷进行混合得到不同的瓦斯浓度。
          由于煤矿瓦斯浓度高,与沼气产生的工况和成份存在较大的差异,将煤矿高浓度瓦斯热导元件检测技术引入到沼气检测会面临如下问题。
          沼气成分中除了CH4以外,主要是CO2 ,也就是假设[CH4]+[CO2]浓度之和为100% ,所以标定仪器时需要采用CH4与CO2的混合气体;
          通过实验结果显示,热导元件甲烷检测仪完全通入空气时,其CH4浓度显示结果就达到15%左右。由于热导元件甲烷检测仪是通过气体导热系数的差异性测量气体浓度的,而热导元件检测仪根本无法分辨出被测气体的确切成分。因此热导元件甲烷检测仪只有确保仪器通入的是[CH4]+[CO2]=100%的沼气时,才能确保CH4数据的测量准确性,如果沼气气体中每混入1%的空气(或者N2) ,就相当于混入了1%的含有[CH4]=15% ,[CO2]=85%的沼气。由此可见,在测量未知气体时,很难确保CH4,CO2测量结果的准确性。
          在使用热导元件甲烷检测仪时,一定要将传感器接触的空气完全置换成沼气后才能够准确测试CH4的含量。此外对于一些才开始启动、或者长期不产气的沼气池,由于沼气中混有空气,或者沼气成分中含有N2,H2(沼气池酸化)等。由于存在这些造成干扰的背景气体, CH4测量的误差较大。
          沼气与煤矿高浓度瓦斯相比,含有大量的H2S气体。从原理上看,沼气与传感器直接接触,这样容易导致传感器核心部件腐蚀,造成传感器寿命大大缩短。从热导元件传感器原理上讲,传感器是根据气体经过所带走的热量来确定气体成分的浓度,因此,环境温度的变化对测量结果影响较大。综上所言,热导元件甲烷检测仪在沼气领域应用还需要考虑更多的问题,才能更好地服务于农村沼气服务体系建设。
      3.3红外光谱甲烷检测适应性分析
          红外光谱甲烷检测方法是zui近发展的一种新技术。以往红外光谱气体分析方法是采用复杂的机械调制光源以及微音器技术,仪器庞大、功耗高、价格十分昂贵。随着半导体技术的发展,国际上红外探测器的价格成级数下跌,为新型红外气体分析技术的发展提供了机遇。通过采用双元红外探测器配合电调制红外技术,可以采用两个传感器实现对沼气中的CH4和CO2的同时准确测量。
      与其他甲烷检测方法相比,红外测量方法具有如下特点。
          (1)可以实现对CH4和CO2的独立测量。由于采用了CH4和CO2的特征波长,因此空气中的N2,O2以及沼气中的H2对CH4和CO2的测量没有影响;
          (2)红外光谱检测方法采用非接触测量,沼气中的H2S对红外传感器的性能、寿命没有任何影响。增加一个H2S传感器,还能够同时测量沼气中H2S的浓度;
          (3)甲烷的测量精度能够达到2% ,采用高精度的红外检测器,能够实现沼气成分的准确测量;
          (4)红外光谱甲烷检测方法能够测量沼气中高浓度甲烷气体的同时,也具备沼气泄露的甲烷检测功能。甲烷的低爆炸极限LEL是5%,通常当空气中的CH4超过1%时就要求报警。传统的奥氏气体分析方法精度太低,很难检测准确1%以下的CH4。热导元件检测方法受原理所限,只能用于常量分析,5%以下浓度本身不适合用热导分析。如本文第3.2节所述,在空气中即使没有甲烷存在时显示值也超过15% ,因此都不能用于沼气的泄露报警检测。
          对于甲烷泄露报警监测,zui早在我国煤矿安全领域中使用zui为普遍,通常的方法是热催化方法以及红外光谱方法,其对应的标准为《AQ 6203 - 2006煤矿用低浓度载体催化式甲烷传感器》和《AQ 6211-2008 煤矿用非色散红外甲烷传感器》。热催化传感器可以准确地检测低浓度的CH4 ,但是无法进行高浓度甲烷的测量(当甲烷浓度高于5%时,为保障传感器不受高温影响而受损坏,传感器电源需要关闭来进行保护) ,而高浓度的沼气泄露在农村沼气应用中经常发生。此外由于沼气中含有大量的H2S,会对热催化元件造成致命的损坏,大大降低热催化传感器的寿命。红外光谱甲烷检测方法分辨率高,能够同时满足高浓度甲烷和低浓度甲烷的检测要求,因此在甲烷泄漏报警领域将逐渐取代热催化方法。
          需要注意的是,由于采用光学测量,液态的水分以及粉尘会对红外测量信号造成干扰,为保证检测仪器正常工作,气体进入检测仪之前需要通过一个特殊的过滤装置将粉尘以及沼气中的液态水过滤。仪器使用完毕,将过滤装置清洗后可以重复使用,开启气泵抽取空气可自动清洗传感器管路。
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