在中國90年代,限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件比較落后,奧氏氣體分析方法曾經(jīng)在我國的農(nóng)村沼氣技術(shù)服務(wù)中發(fā)揮了重要作用。然而,其暴露的問題也較多,比如:1.需要采集具有代表性的氣體,且不能現(xiàn)場實(shí)時(shí)分析；2.每年都需要購置化學(xué)試劑,耗材費(fèi)用較大；3.人員需要培訓(xùn),分析測試勞動強(qiáng)度較大；4.受人為因素影響較大,不同操作人員或者不同的操作方法,測試結(jié)果也有可能不同。
此外,在農(nóng)村沼氣服務(wù)體系中,奧氏氣體分析的原理是在假設(shè)[CH4]+[CO2]=的基礎(chǔ)上進(jìn)行的,如果沼氣中含有CH4，CO2以外的氣體成分,如空氣, N2等,測量結(jié)果將會不準(zhǔn)確。目前增加的H2S檢測功能其他儀器也可以配置,并非其*功能。因此奧氏氣體分析裝置在我國當(dāng)前的沼氣服務(wù)體系中普及具有很大的難度。
熱導(dǎo)元件甲烷檢測儀的誕生是我國針對煤礦瓦斯抽放系統(tǒng)監(jiān)控要求而開發(fā)的一款儀器。針對此類儀器,我國煤炭部門1997年曾經(jīng)制定了相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),經(jīng)過修改后成為《AQ 6204 - 2006瓦斯抽放用熱導(dǎo)元件甲烷檢測儀標(biāo)準(zhǔn)》。煤礦瓦斯抽排氣中除CH4外其他物質(zhì)主要是空氣。因此在標(biāo)定時(shí)往往采用空氣與甲烷進(jìn)行混合得到不同的瓦斯?jié)舛取?/div>
由于煤礦瓦斯?jié)舛雀?與沼氣產(chǎn)生的工況和成份存在較大的差異,將煤礦高濃度瓦斯熱導(dǎo)元件檢測技術(shù)引入到沼氣檢測會面臨如下問題。
沼氣成分中除了CH4以外,主要是CO2 ,也就是假設(shè)[CH4]+[CO2]濃度之和為 ,所以標(biāo)定儀器時(shí)需要采用CH4與CO2的混合氣體；
通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,熱導(dǎo)元件甲烷檢測儀*通入空氣時(shí),其CH4濃度顯示結(jié)果就達(dá)到15%左右。由于熱導(dǎo)元件甲烷檢測儀是通過氣體導(dǎo)熱系數(shù)的差異性測量氣體濃度的,而熱導(dǎo)元件檢測儀根本無法分辨出被測氣體的確切成分。因此熱導(dǎo)元件甲烷檢測儀只有確保儀器通入的是[CH4]+[CO2]=的沼氣時(shí),才能確保CH4數(shù)據(jù)的測量準(zhǔn)確性,如果沼氣氣體中每混入1%的空氣(或者N2) ,就相當(dāng)于混入了1%的含有[CH4]=15% ,[CO2]=85%的沼氣。由此可見,在測量未知?dú)怏w時(shí),很難確保CH4，CO2測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。
在使用熱導(dǎo)元件甲烷檢測儀時(shí),一定要將傳感器接觸的空氣*置換成沼氣后才能夠準(zhǔn)確測試CH4的含量。此外對于一些才開始啟動、或者長期不產(chǎn)氣的沼氣池,由于沼氣中混有空氣,或者沼氣成分中含有N2，H2(沼氣池酸化)等。由于存在這些造成干擾的背景氣體, CH4測量的誤差較大。
沼氣與煤礦高濃度瓦斯相比,含有大量的H2S氣體。從原理上看,沼氣與傳感器直接接觸,這樣容易導(dǎo)致傳感器核心部件腐蝕,造成傳感器壽命大大縮短。從熱導(dǎo)元件傳感器原理上講,傳感器是根據(jù)氣體經(jīng)過所帶走的熱量來確定氣體成分的濃度,因此,環(huán)境溫度的變化對測量結(jié)果影響較大。綜上所言,熱導(dǎo)元件甲烷檢測儀在沼氣領(lǐng)域應(yīng)用還需要考慮更多的問題,才能更好地服務(wù)于農(nóng)村沼氣服務(wù)體系建設(shè)。
3．3紅外光譜甲烷檢測適應(yīng)性分析
紅外光譜甲烷檢測方法是zui近發(fā)展的一種新技術(shù)。以往紅外光譜氣體分析方法是采用復(fù)雜的機(jī)械調(diào)制光源以及微音器技術(shù),儀器龐大、功耗高、價(jià)格十分昂貴。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展,上紅外探測器的價(jià)格成級數(shù)下跌,為新型紅外氣體分析技術(shù)的發(fā)展提供了機(jī)遇。通過采用雙元紅外探測器配合電調(diào)制紅外技術(shù),可以采用兩個傳感器實(shí)現(xiàn)對沼氣中的CH4和CO2的同時(shí)準(zhǔn)確測量。
與其他甲烷檢測方法相比,紅外測量方法具有如下特點(diǎn)。
(1)可以實(shí)現(xiàn)對CH4和CO2的獨(dú)立測量。由于采用了CH4和CO2的特征波長,因此空氣中的N2，O2以及沼氣中的H2對CH4和CO2的測量沒有影響；
(2)紅外光譜檢測方法采用非接觸測量,沼氣中的H2S對紅外傳感器的性能、壽命沒有任何影響。增加一個H2S傳感器,還能夠同時(shí)測量沼氣中H2S的濃度；
(3)甲烷的測量精度能夠達(dá)到2% ,采用高精度的紅外檢測器,能夠?qū)崿F(xiàn)沼氣成分的準(zhǔn)確測量；
(4)紅外光譜甲烷檢測方法能夠測量沼氣中高濃度甲烷氣體的同時(shí),也具備沼氣泄露的甲烷檢測功能。甲烷的低爆炸極限LEL是5%,通常當(dāng)空氣中的CH4超過1%時(shí)就要求報(bào)警。傳統(tǒng)的奧氏氣體分析方法精度太低,很難檢測準(zhǔn)確1%以下的CH4。熱導(dǎo)元件檢測方法受原理所限,只能用于常量分析,5%以下濃度本身不適合用熱導(dǎo)分析。如本文第3.2節(jié)所述,在空氣中即使沒有甲烷存在時(shí)顯示值也超過15% ,因此都不能用于沼氣的泄露報(bào)警檢測。
對于甲烷泄露報(bào)警監(jiān)測,zui早在我國煤礦安全領(lǐng)域中使用zui為普遍,通常的方法是熱催化方法以及紅外光譜方法,其對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)為《AQ 6203 - 2006煤礦用低濃度載體催化式甲烷傳感器》和《AQ 6211-2008 煤礦用非色散紅外甲烷傳感器》。熱催化傳感器可以準(zhǔn)確地檢測低濃度的CH4 ,但是無法進(jìn)行高濃度甲烷的測量(當(dāng)甲烷濃度高于5%時(shí),為保障傳感器不受高溫影響而受損壞,傳感器電源需要關(guān)閉來進(jìn)行保護(hù)) ,而高濃度的沼氣泄露在農(nóng)村沼氣應(yīng)用中經(jīng)常發(fā)生。此外由于沼氣中含有大量的H2S,會對熱催化元件造成致命的損壞,大大降低熱催化傳感器的壽命。紅外光譜甲烷檢測方法分辨率高,能夠同時(shí)滿足高濃度甲烷和低濃度甲烷的檢測要求,因此在甲烷泄漏報(bào)警領(lǐng)域?qū)⒅饾u取代熱催化方法。
需要注意的是,由于采用光學(xué)測量,液態(tài)的水分以及粉塵會對紅外測量信號造成干擾,為保證檢測儀器正常工作,氣體進(jìn)入檢測儀之前需要通過一個特殊的過濾裝置將粉塵以及沼氣中的液態(tài)水過濾。儀器使用完畢,將過濾裝置清洗后可以重復(fù)使用,開啟氣泵抽取空氣可自動清洗傳感器管路。
