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村級(jí)沼氣服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)中甲烷檢測(cè)儀的配置及應(yīng)用

[2012/11/19]

　　1.沼氣技術(shù)服務(wù)體系現(xiàn)狀

　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2008年底全國(guó)農(nóng)村戶用沼氣池約達(dá)到3050萬(wàn)戶。伴隨著沼氣事業(yè)的快速發(fā)展，沼氣服務(wù)體系建設(shè)滯后問(wèn)題越來(lái)越突出。根據(jù)國(guó)家農(nóng)業(yè)部規(guī)劃，到2010年，全國(guó)農(nóng)村沼氣鄉(xiāng)村服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)將達(dá)到10萬(wàn)個(gè)，并試點(diǎn)建設(shè)縣級(jí)服務(wù)站和省級(jí)實(shí)訓(xùn)基地;到2012年，全國(guó)將普遍健全以省級(jí)技術(shù)實(shí)訓(xùn)基地為依托、縣級(jí)服務(wù)站為支撐、村級(jí)服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)為基礎(chǔ)、農(nóng)民服務(wù)人員為骨干的沼氣服務(wù)體系。

　　2007年至2009年，國(guó)家建設(shè)的村級(jí)沼氣服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)已超過(guò)5萬(wàn)個(gè)，對(duì)我國(guó)沼氣事業(yè)的健康發(fā)展起到了很好的推動(dòng)作用。在村級(jí)沼氣技術(shù)服務(wù)體系中，甲烷檢測(cè)儀作為重要的檢測(cè)設(shè)備是國(guó)家支持的重點(diǎn)。目前我國(guó)還沒(méi)有甲烷檢測(cè)儀的國(guó)家以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如何選擇和使用甲烷檢測(cè)儀?如何發(fā)揮檢測(cè)儀器在沼氣技術(shù)服務(wù)中的作用?對(duì)于基層農(nóng)村能源系統(tǒng)的工作人員來(lái)說(shuō)還不是十分明確。

　　2.甲烷檢測(cè)儀配置的基本考慮

　　沼氣檢測(cè)儀器是沼氣建設(shè)中國(guó)家重點(diǎn)支持配置的儀器。配置甲烷檢測(cè)儀需要著重考慮以下幾點(diǎn)。

　　(1)使用壽命

　　沼氣服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)由國(guó)家一次性投入建設(shè)，其儀器更換費(fèi)用不是每年都有投入，甚至沒(méi)有運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。因此任何檢測(cè)儀器，如果使用壽命短，對(duì)于農(nóng)村沼氣服務(wù)體就會(huì)增加成本。因此，農(nóng)戶必須盡量選用使用壽命長(zhǎng)的檢測(cè)儀器。

　　(2)檢測(cè)功能

　　甲烷檢測(cè)儀的應(yīng)用在村級(jí)服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)主要包括：沼氣池項(xiàng)目驗(yàn)收;沼氣池故障診斷;沼氣灶具故障診斷;沼氣池和沼氣管路氣體泄露;沼氣池維修。其中前三者的目的是測(cè)量高濃度(40%～80%)的甲烷，后兩者主要測(cè)量低濃度(0～5%為CH的低爆炸極限)的甲烷。因此，首先最好選擇一種能夠同時(shí)完成以上5種功能的檢測(cè)儀器，其次是選擇主要測(cè)量沼氣高濃度甲烷的儀器，第三是選擇僅用于測(cè)量沼氣泄露的報(bào)警器。

　　(3)質(zhì)量保障

　　甲烷檢測(cè)儀是一種氣體分析計(jì)量?jī)x器，計(jì)量認(rèn)證的過(guò)程就是對(duì)儀器在不同溫度、濕度、震動(dòng)、電磁干擾環(huán)境下的精度進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)條件、人員配置、量值傳遞等各方面進(jìn)行綜合評(píng)估，確保其生產(chǎn)儀器的一致性。根據(jù)《國(guó)家計(jì)量法》的要求，儀器應(yīng)該取得國(guó)家計(jì)量許可證CMC證書(shū)才允許生產(chǎn)銷售。特別是針對(duì)沼氣泄露的監(jiān)測(cè)時(shí)，牽涉到人的生命安全，如果購(gòu)買使用了一種沒(méi)有任何質(zhì)量保障的儀器，一旦出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，將造成嚴(yán)重的后果。在2007～2009年度的沼氣服務(wù)體系產(chǎn)品招標(biāo)過(guò)程中，曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)采用虛假CMC計(jì)量證書(shū)的事件。目前農(nóng)村能源系統(tǒng)大多數(shù)地區(qū)能重視計(jì)量工作。但還有些地區(qū)缺乏質(zhì)量意識(shí)。

　　3.甲烷檢測(cè)儀的配置方法與應(yīng)用

　　3.1儀器測(cè)量方法選擇

　　完成沼氣成分分析以及沼氣泄露檢測(cè)報(bào)警功能的方法有以下幾種:

　　(1)熱催化燃燒方法

　　檢測(cè)甲烷泄露最有效、最經(jīng)濟(jì)的方法是催化燃燒(黑白元件)方法。兩只元件用鉑絲加熱到400℃，當(dāng)空氣中含有可燃?xì)怏w時(shí)，測(cè)量元件在催化劑的作用下，在元件表面發(fā)生催化反應(yīng)，使溫度上升，過(guò)測(cè)量?jī)芍辉臏夭罹湍芘袛喑黾淄榈暮。這種方法在我國(guó)煤礦安全檢測(cè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但是，載體催化元件有個(gè)致命缺陷，只能檢測(cè)濃度為4%以下的甲烷氣體，當(dāng)空氣中的瓦斯?jié)舛戎党^(guò)5%后，元件就會(huì)發(fā)生“激活”現(xiàn)象，造成永久損壞。此外，熱催化元件的儀器使用壽命一般在1年內(nèi)，在有H2S條件下，由于會(huì)造成催化劑中毒，測(cè)量沼氣泄露時(shí)可能壽命更短。

　　(2)熱導(dǎo)元件方法

　　不同氣體的導(dǎo)熱系數(shù)存在差別，熱導(dǎo)元件檢測(cè)方法就是根據(jù)氣體的這一特性，來(lái)確定氣體的體積濃度。沼氣的主要成分是CH4和CO2，被測(cè)沼氣的導(dǎo)熱系數(shù)由CH4和CO2共同決定。對(duì)于彼此之問(wèn)無(wú)相互作用的多組分氣體，其導(dǎo)熱系數(shù)可近似地認(rèn)為是各組分導(dǎo)熱系數(shù)按組成含量的加權(quán)平均值。根據(jù)沼氣的導(dǎo)熱系數(shù)與各組分導(dǎo)熱系數(shù)之間的關(guān)系，可實(shí)現(xiàn)沼氣成分的多組分氣體的含量分析，目前已廣泛應(yīng)用在煤礦瓦斯抽排領(lǐng)域，因此也可用于沼氣成分的測(cè)量。該類型傳感器使用壽命一般在2年左右，而且該傳感器對(duì)于低濃度測(cè)量，有很大局限性，如低于5%的CH4無(wú)法測(cè)量，如果用于泄露報(bào)警將會(huì)造成很大的誤差。

　　(3)紅外測(cè)量方法

　　異種原子構(gòu)成的分子在紅外線波長(zhǎng)區(qū)域具有吸收光譜作用。其吸收強(qiáng)度遵循郎伯一比爾定律。當(dāng)對(duì)應(yīng)某一氣體特征吸收波長(zhǎng)的光波通過(guò)被測(cè)氣體時(shí)，其強(qiáng)度將明顯減弱，強(qiáng)度衰減程度與該氣體濃度有關(guān)，兩者之間的關(guān)系遵守朗伯一比爾定律。沼氣成分中的CH4、CO2對(duì)紅外光的吸收光譜中主要吸收峰波長(zhǎng)分別為3.4μm，4.26μm。紅外沼氣分析方法由于采用物理原理，分析氣體不與傳感器發(fā)生反應(yīng)，因此壽命很長(zhǎng)，可以達(dá)到10年以上，該類型傳感器不僅可以用于測(cè)量沼氣泄露的低濃度報(bào)警，也可以用于高濃度的沼氣成分測(cè)量。

　　以上分析表明：如果僅用于沼氣泄露檢測(cè),可以選擇熱催化的可燃?xì)鈭?bào)警器。如果僅用于沼氣成分的檢測(cè)，可以選擇熱導(dǎo)原理的沼氣分析儀。如果需要既測(cè)量沼氣成分,同時(shí)又進(jìn)行沼氣泄露報(bào)警，則必須選擇采用紅外測(cè)量原理的沼氣成分分析報(bào)警儀。因此，從沼氣技術(shù)服務(wù)體系網(wǎng)點(diǎn)的長(zhǎng)期發(fā)展考慮，應(yīng)盡量選擇壽命長(zhǎng)的紅外原理的沼氣分析儀器。

　　3.2甲烷檢測(cè)儀的質(zhì)量保障

　　甲烷檢測(cè)儀器是一種計(jì)量?jī)x器，保障儀器的準(zhǔn)確性十分重要。保證儀器性能的基本方法是選擇具有計(jì)量?jī)x器儀表生產(chǎn)資質(zhì)的企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品。在產(chǎn)品選擇和招標(biāo)過(guò)程中，向應(yīng)標(biāo)企業(yè)索要該產(chǎn)品的型式認(rèn)證試驗(yàn)證書(shū)(樣機(jī)性能考察)和計(jì)量器具生產(chǎn)許可證(生產(chǎn)一致性考察)的原件和復(fù)印件。目前我國(guó)有部分省為防止計(jì)量認(rèn)證證書(shū)造假，已經(jīng)將計(jì)量證書(shū)上網(wǎng)公布。但是也有省份沒(méi)有上網(wǎng)公布，應(yīng)要求其提供有關(guān)國(guó)家的計(jì)量認(rèn)證以及企業(yè)備案的標(biāo)準(zhǔn)。此外，需要嚴(yán)格把關(guān)有關(guān)儀器計(jì)量認(rèn)證過(guò)程(型式試驗(yàn)證書(shū)和計(jì)量器具許可證證書(shū))中所提到的檢測(cè)原理、方法、量程、精度、分辨率，零點(diǎn)漂移，量程漂移等參數(shù)的考察，而不能僅僅以一個(gè)名稱和廣告數(shù)據(jù)作為依據(jù)。

　　3.3甲烷檢測(cè)儀在沼氣技術(shù)服務(wù)體系中的應(yīng)用

　　有效地使用甲烷檢測(cè)儀器對(duì)于保證沼氣技術(shù)服務(wù)體系長(zhǎng)期健康發(fā)展具有重要意義。以下列舉了甲烷檢測(cè)儀在沼氣生產(chǎn)、使用過(guò)程中的一些應(yīng)用。

　　(1)沼氣池驗(yàn)收

　　當(dāng)需要對(duì)沼氣池進(jìn)行驗(yàn)收時(shí)，可以等沼氣產(chǎn)氣后，通過(guò)測(cè)量管路中的CH4含量得到沼氣池的建池質(zhì)量;通過(guò)沼氣分析儀的泄露測(cè)量功能測(cè)量沼氣池是否密封完好，沼氣管路是否存在泄露。如果沼氣成分合格且不存在泄露，則沼氣池驗(yàn)收成功。

　　(2)沼氣池故障診斷

　　當(dāng)沼氣池使用一段時(shí)間后。發(fā)現(xiàn)灶具點(diǎn)不著火，可以通過(guò)沼氣分析儀測(cè)量沼氣成分，檢測(cè)CH4含量多少。如果CH4<40%，則需要通過(guò)沼氣分析儀配套的pH測(cè)量功能測(cè)量沼液的pH值，來(lái)分析沼液是否液化。

　　(3)灶具故障診斷

　　判斷灶具是否有問(wèn)題前.應(yīng)通過(guò)沼氣分析儀測(cè)量沼氣中的CH4含量，如果CH4>40%，灶具依然打不著火，則可判斷灶具是否有問(wèn)題，需要調(diào)整或維修。

　　在使用沼氣分析儀的過(guò)程中需要注意以下事項(xiàng):

　、俨灰褂没跓岽呋䦂(bào)警器測(cè)量沼氣成分，這會(huì)使熱催化元件因高溫而燒毀，一旦發(fā)現(xiàn)CH4含量超過(guò)4%，就需快速將測(cè)量?jī)x器置換到空氣中稀釋，保護(hù)傳感器。

　、跒檠娱L(zhǎng)傳感器的壽命，在每次測(cè)量完畢，應(yīng)盡量使用空氣置換儀器內(nèi)的沼氣，防止H2S等組分對(duì)儀器傳感器的腐蝕。

　、郾M管分析儀原理不同，但是都忌諱沼氣中的液態(tài)水分，因此，需要確保沼氣的冷凝水不會(huì)進(jìn)入儀器內(nèi)部。

　　為保證儀器的長(zhǎng)期準(zhǔn)確性.需要對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)儀器有以下方法。①準(zhǔn)備一個(gè)沼氣脫硫裝置，將脫硫劑取出，用蘇打石灰替換。在一間產(chǎn)氣質(zhì)量比較好的沼氣池中，將沼氣連接到脫硫裝置，調(diào)節(jié)沼氣流量在1L/min左右，出口的氣體可以看成含量為100%的CH4，用該裝置產(chǎn)生的氣體可以在現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)儀器。②在縣級(jí)服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)增加沼氣分析儀的校準(zhǔn)功能，采用購(gòu)買的標(biāo)準(zhǔn)氣或采用沼氣自制的標(biāo)準(zhǔn)氣校準(zhǔn)沼氣分析儀。

　　4.結(jié)論

　　(1)在沼氣技術(shù)服務(wù)體系建設(shè)中，甲烷檢測(cè)儀發(fā)揮了十分重要的作用，在選擇配置時(shí)需要考慮儀器的使用壽命、儀器功能、儀器質(zhì)量保障體系等因素。在紅外、熱導(dǎo)、熱催化原理的甲烷檢測(cè)儀器中.從壽命、功能等方面考慮，可優(yōu)先選擇紅外方法的儀器;如果僅測(cè)量沼氣成分或者檢測(cè)泄露，也可以考慮基于熱導(dǎo)和熱催化原理的儀器。

　　(2)選擇配置合理的沼氣分析儀，對(duì)于沼氣池驗(yàn)收、病池診斷、灶具故障診斷、管路泄露檢測(cè)等具有重要意義。

　　(3)要注意不同原理的沼氣分析儀在使用過(guò)程中的適應(yīng)性;不要使用熱催化原理的報(bào)警儀測(cè)量沼氣成分;測(cè)量完畢需要采用新鮮空氣置換儀器內(nèi)的沼氣;可采用提存的沼氣作為校準(zhǔn)氣體來(lái)標(biāo)定甲烷檢測(cè)儀，也可以在縣級(jí)沼氣服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)增設(shè)甲烷檢測(cè)儀的校準(zhǔn)功能。