目前,甲烷檢測(cè)設(shè)備已經(jīng)在我國(guó)沼氣服務(wù)體系中廣泛推廣,但是不同部門、單位對(duì)甲烷檢測(cè)儀的用途理解有差異。從沼氣成分檢測(cè)的功能上講,常見的奧氏氣體分析方法、熱導(dǎo)元件檢測(cè)方法,紅外光譜檢測(cè)方法都可以使用。本文將探討這三種不同的檢測(cè)方法在沼氣服務(wù)體系中的適應(yīng)性。

奧氏方法甲烷檢測(cè)適應(yīng)性分析

    在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(guó)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(wèn)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(chǎng)實(shí)時(shí)分析；2.每年都需要購(gòu)置化學(xué)試劑,耗材費(fèi)用較大；3.人員需要培訓(xùn),分析測(cè)試勞動(dòng)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(cè)試結(jié)果也有可能不同。

    此外,奧氏氣體分析的原理是在假設(shè)[CH4]+[CO2]=100%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(cè)量結(jié)果將會(huì)不準(zhǔn)確。目前增加的H2S檢測(cè)功能其它儀器也可以配置,并非其*功能。因此奧氏氣體分析裝置在我國(guó)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(cè)適應(yīng)性分析

    熱導(dǎo)元件甲烷檢測(cè)儀的誕生是我國(guó)針對(duì)煤礦瓦斯抽放系統(tǒng)監(jiān)控要求而開發(fā)的一款儀器。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?/span>

    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(cè)技術(shù)引入到沼氣檢測(cè)會(huì)面臨如下問(wèn)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100% ,所以標(biāo)定儀器時(shí)需要采用CH4與CO2的混合氣體。

    實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,熱導(dǎo)元件甲烷檢測(cè)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(cè)儀是通過(guò)氣體導(dǎo)熱系數(shù)的差異性測(cè)量氣體濃度的,而熱導(dǎo)元件檢測(cè)儀根本無(wú)法分辨出被測(cè)氣體的確切成分。因此熱導(dǎo)元件甲烷檢測(cè)儀只有確保儀器通入的是 [CH4]+[CO2]=100%的沼氣時(shí),才能確保CH4數(shù)據(jù)的測(cè)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(cè)量未知?dú)怏w時(shí),很難確保CH4 , CO2測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

    在使用熱導(dǎo)元件甲烷檢測(cè)儀時(shí),須將傳感器接觸的空氣*置換成沼氣后才能夠準(zhǔn)確測(cè)試CH4的含量。此外，對(duì)于一些才開始啟動(dòng)、或者長(zhǎng)期不產(chǎn)氣的沼氣池,沼氣中混有空氣,或者沼氣成分中含有N2 ,H2(沼氣池酸化)等情況，由于存在這些造成干擾的背景氣體, CH4測(cè)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。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。熱導(dǎo)元件傳感器的原理是根據(jù)氣體經(jīng)過(guò)所帶走的熱量來(lái)確定氣體成分的濃度，因此,環(huán)境溫度的變化對(duì)測(cè)量結(jié)果影響較大。

    綜上所言,熱導(dǎo)元件甲烷檢測(cè)儀在沼氣應(yīng)用領(lǐng)域還需要考慮更多的問(wèn)題,才能更好地服務(wù)于農(nóng)村沼氣服務(wù)體系的建設(shè)。

紅外光譜甲烷檢測(cè)適應(yīng)性分析 

紅外氣體分析儀

    紅外光譜甲烷檢測(cè)方法是zui近發(fā)展的一種新技術(shù)。通過(guò)采用雙元紅外探測(cè)器配合電調(diào)制紅外技術(shù),可以采用兩個(gè)傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)沼氣中的CH4和CO2的同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量。與其他甲烷檢測(cè)方法相比,紅外測(cè)量方法具有如下特點(diǎn)：

    (1)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)CH4和CO2 的獨(dú)立測(cè)量。由于采用了CH4和CO2的特征波長(zhǎng),因此空氣中的N2 ,O2以及沼氣中的H2對(duì)CH4和CO2的測(cè)量沒有影響。

    (2)紅外光譜檢測(cè)方法采用非接觸測(cè)量,沼氣中的H2S對(duì)紅外傳感器的性能、壽命沒有任何影響。增加一個(gè)H2S傳感器,還能夠同時(shí)測(cè)量沼氣中H2S的濃度。

    (3)甲烷的測(cè)量精度能夠達(dá)到2% ,采用高精度的紅外檢測(cè)器,能夠?qū)崿F(xiàn)沼氣成分的準(zhǔn)確測(cè)量。

    (4)紅外光譜甲烷檢測(cè)方法能夠測(cè)量沼氣中高濃度甲烷氣體,也具備沼氣泄露的甲烷檢測(cè)功能。甲烷的低爆炸極限LEL是5%,通常當(dāng)空氣中的CH4超過(guò)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(cè)精度1%以下的CH4。熱導(dǎo)元件檢測(cè)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。

    需要注意的是,由于采用光學(xué)測(cè)量,液態(tài)的水分以及粉塵會(huì)對(duì)紅外測(cè)量信號(hào)造成干擾,為保證檢測(cè)儀器正常工作,氣體進(jìn)入檢測(cè)儀之前需要通過(guò)一個(gè)特殊的過(guò)濾裝置將粉塵以及沼氣中的液態(tài)水過(guò)濾。儀器使用完畢,將過(guò)濾裝置清洗后可以重復(fù)使用,開啟氣泵抽取空氣可自動(dòng)清洗傳感器管路。

    從原理上講,紅外光譜方法不能分析測(cè)試對(duì)稱結(jié)構(gòu)無(wú)極性雙原子分子及單原子分子氣體,比如測(cè)量沼氣成份中的H2S,O2 ,需要增加電化學(xué)的檢測(cè)裝置。

結(jié)論

    奧氏氣體分析法由于不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,很難在農(nóng)村沼氣技術(shù)服務(wù)體系中推廣；熱導(dǎo)甲烷檢測(cè)法原理簡(jiǎn)單,但是存在精度低、標(biāo)定困難、壽命短等問(wèn)題,對(duì)于含有空氣,N2,H2等成分的沼氣測(cè)量誤差很大；紅外光譜檢測(cè)法能夠獨(dú)立監(jiān)測(cè)CH4和CO2 ,精度高、壽命長(zhǎng),可用于沼氣中高濃度甲烷檢測(cè),也可用于沼氣泄漏中低濃度甲烷報(bào)警。因此在沼氣服務(wù)體系建設(shè)中紅外光譜甲烷檢測(cè)方法仍然是優(yōu)選方法。