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

奧氏方法甲烷檢測適應性分析

    在90年代,限于當時的技術條件比較落后,奧氏氣體分析方法曾經(jīng)在我國的農(nóng)村沼氣技術服務中發(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)場實時分析；2.每年都需要購置化學試劑,耗材費用較大；3.人員需要培訓,分析測試勞動強度較大；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,奧氏氣體分析的原理是在假設[CH4]+[CO2]=100%的基礎上進行的,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)果將會不準確。目前增加的H2S檢測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當前的沼氣服務體系中普及具有很大的難度。

熱導元件甲烷檢測適應性分析

    熱導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。煤礦瓦斯抽排氣中除CH4外其他物質(zhì)主要是空氣，因此在標定時往往采用空氣與甲烷進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元件檢測技術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[CH4]+[CO2]濃度之和為100% ,所以標定儀器時需要采用CH4與CO2的混合氣體。

    實驗結(jié)果顯示,熱導元件甲烷檢測儀*通入空氣時,其CH4濃度顯示結(jié)果就達到15%左右。由于熱導元件甲烷檢測儀是通過氣體導熱系數(shù)的差異性測量氣體濃度的,而熱導元件檢測儀根本無法分辨出被測氣體的確切成分。因此熱導元件甲烷檢測儀只有確保儀器通入的是 [CH4]+[CO2]=100%的沼氣時,才能確保CH4數(shù)據(jù)的測量準確性,如果沼氣氣體中每混入1%的空氣(或者N2 ) ,就相當于混入了1%的含有[CH4] =15% ,[CO2]=85%的沼氣。由此可見,在測量未知氣體時,很難確保CH4 , CO2測量結(jié)果的準確性。

    在使用熱導元件甲烷檢測儀時,須將傳感器接觸的空氣*置換成沼氣后才能夠準確測試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,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,這樣容易導致傳感器核心部件腐蝕,造成傳感器壽命大大縮短。熱導元件傳感器的原理是根據(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,熱導元件甲烷檢測儀在沼氣應用領域還需要考慮更多的問題,才能更好地服務于農(nóng)村沼氣服務體系的建設。

紅外光譜甲烷檢測適應性分析 

紅外氣體分析儀

    紅外光譜甲烷檢測方法是zui近發(fā)展的一種新技術。通過采用雙元紅外探測器配合電調(diào)制紅外技術,可以采用兩個傳感器實現(xiàn)對沼氣中的CH4和CO2的同時準確測量。與其他甲烷檢測方法相比,紅外測量方法具有如下特點：

    (1)可以實現(xiàn)對CH4和CO2 的獨立測量。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,還能夠同時測量沼氣中H2S的濃度。

    (3)甲烷的測量精度能夠達到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,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%,通常當空氣中的CH4超過1%時就要求報警。傳統(tǒng)的奧氏氣體分析方法精度太低,很難檢測精度1%以下的CH4。熱導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分析。

    需要注意的是,由于采用光學測量,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使用,開啟氣泵抽取空氣可自動清洗傳感器管路。

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

結(jié)論

    奧氏氣體分析法由于不能實現(xiàn)自動化,很難在農(nóng)村沼氣技術服務體系中推廣；熱導甲烷檢測法原理簡單,但是存在精度低、標定困難、壽命短等問題,對于含有空氣,N2,H2等成分的沼氣測量誤差很大；紅外光譜檢測法能夠獨立監(jiān)測CH4和CO2 ,精度高、壽命長,可用于沼氣中高濃度甲烷檢測,也可用于沼氣泄漏中低濃度甲烷報警。因此在沼氣服務體系建設中紅外光譜甲烷檢測方法仍然是優(yōu)選方法。