甲烷檢測(cè)儀在沼氣服務(wù)體系中的應(yīng)用摘要:本文對(duì)比總結(jié)了沼氣成分中甲烷的三種主要檢測(cè)方法:奧氏氣體分析法、熱導(dǎo)元件檢測(cè)法、紅外光譜檢測(cè)法,分析了三種方法的特點(diǎn)及其在我國(guó)農(nóng)村沼氣服務(wù)體系中的適應(yīng)性。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。1前言

根據(jù)全國(guó)農(nóng)村沼氣工程建設(shè)規(guī)劃的要求,到2010年底,全國(guó)用戶沼氣總數(shù)達(dá)到4000萬(wàn)戶左右。從我國(guó)沼氣技術(shù)發(fā)展的“三起三落”來(lái)看,沼氣技術(shù)服務(wù)體系對(duì)于農(nóng)村沼氣事業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要,各級(jí)政府充分認(rèn)識(shí)到了加強(qiáng)沼氣服務(wù)體系建設(shè)的重要性和緊迫性。國(guó)家發(fā)改委和農(nóng)業(yè)部已經(jīng)將沼氣技術(shù)服務(wù)體系的建立納入政府重點(diǎn)支持的領(lǐng)域優(yōu)先發(fā)展,其中沼氣檢測(cè)儀器是各級(jí)政府重點(diǎn)支持購(gòu)置的設(shè)備。從2007年開始,甲烷檢測(cè)儀等設(shè)備已經(jīng)成為我國(guó)沼氣服務(wù)體系能力建設(shè)的基本配置。然而農(nóng)村能源部門,尤其是一線的沼氣技術(shù)服務(wù)隊(duì)伍,對(duì)甲烷檢測(cè)儀的用途是什么,不同甲烷檢測(cè)儀器的原理、優(yōu)缺點(diǎn)、使用方法以及如何選擇合適的甲烷檢測(cè)儀還不是十分了解。本文將從甲烷檢測(cè)儀的工作原理出發(fā),探討各類儀器在農(nóng)村沼氣服務(wù)體系建設(shè)中的適用性。2甲烷檢測(cè)方法

在沼氣檢測(cè)領(lǐng)域,沼氣成分中甲烷的檢測(cè)方法主要有:奧氏氣體分析方法、熱導(dǎo)元件檢測(cè)方法和紅外光譜檢測(cè)方法,下文將介紹各種檢測(cè)方法的工作原理。

2．1奧氏氣體分析方法

傳統(tǒng)的奧氏氣體分析方法的工作原理是:取定量的氣體,一般為100mL,通過(guò)氣體吸收后體積變化來(lái)測(cè)出CH4,CO2的含量。通常是采用氫氧化鈉溶液吸收CO2；以焦性沒(méi)食子酸堿性溶液吸收O2；爆炸燃燒法后采用吸收法測(cè)量CH4。目前傳統(tǒng)的奧氏氣體分析方法在沼氣成分檢測(cè)中很少用。針對(duì)農(nóng)村沼氣服務(wù)體系的特定應(yīng)用,通常采用檢測(cè)管法,該方法操作更簡(jiǎn)便,常用的檢測(cè)管有硫化氫、氧氣、二氧化碳、一氧化碳等,但沒(méi)有直接測(cè)試甲烷的檢測(cè)管,甲烷含量是通過(guò)計(jì)算所得,即100%-[CO2]-[空氣]-[H2S]-[CO]等,因此存在一定誤差。

圖1為常見(jiàn)的奧式氣體裝置2．2熱導(dǎo)元件檢測(cè)方法如表1所示,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共同決定的。對(duì)于彼此之間無(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)按含量的加權(quán)平均值。

因此,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,就可以實(shí)現(xiàn)沼氣多組分氣體的含量分析。熱導(dǎo)元件檢測(cè)方法傳感器結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2熱導(dǎo)元件檢測(cè)方法傳感器結(jié)構(gòu)2．3紅外光譜檢測(cè)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,其吸收強(qiáng)度遵循郎伯—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—比爾定律。沼氣成份中的CH4，CO2對(duì)紅外光的吸收光譜如圖3所示,其主要吸收峰波長(zhǎng)為3.4μm,4.26μm。

因此通過(guò)檢測(cè)紅外光吸收率的變化可以得到沼氣中的CH4，CO2體積濃度。目前,紅外光譜檢測(cè)方法已經(jīng)成為國(guó)際上開展沼氣研究和沼氣發(fā)酵過(guò)程檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)儀器。圖4為紅外光譜檢測(cè)傳感器結(jié)構(gòu)。農(nóng)業(yè)部下達(dá)的投資計(jì)劃,由省級(jí)發(fā)展改革部門聯(lián)合省級(jí)農(nóng)村能源主管部門分解下達(dá)項(xiàng)目投資計(jì)劃和建設(shè)任務(wù),并報(bào)農(nóng)業(yè)部、國(guó)家發(fā)展改革委備案。各級(jí)農(nóng)村能源主管部門要做好項(xiàng)目組織實(shí)施工作,加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)、職業(yè)技能鑒定、信息統(tǒng)計(jì)和項(xiàng)目驗(yàn)收等行業(yè)管理工作。對(duì)于大中型沼氣工程和沼氣服務(wù)體系建設(shè)項(xiàng)目,由省級(jí)農(nóng)村能源主管部門負(fù)責(zé)組織項(xiàng)目的技術(shù)論證,提出項(xiàng)目計(jì)劃建議,并最終由兩部門會(huì)簽聯(lián)合下達(dá)項(xiàng)目計(jì)劃。

3．2關(guān)于管理的內(nèi)容

其實(shí),項(xiàng)目的管理只是農(nóng)村沼氣建設(shè)管理中的一個(gè)組成部分,對(duì)于持續(xù)健康推動(dòng)農(nóng)村沼氣事業(yè),還有許多管理工作和機(jī)制需要建立健全。比如,如何建立吸引社會(huì)資源參與農(nóng)村沼氣服務(wù)體系建設(shè)的激勵(lì)政策,如何解決現(xiàn)在沼氣發(fā)電上網(wǎng)難的問(wèn)題,如何建立大中型沼氣工程設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)理等方面的資質(zhì)管理制度,如何建立推動(dòng)沼氣產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的財(cái)政和稅收優(yōu)惠政策,如何建立保障農(nóng)村沼氣安全生產(chǎn)和安全使用制度,如何建立農(nóng)村沼氣建設(shè)項(xiàng)目監(jiān)督管理和獎(jiǎng)懲制度等。與此同時(shí),還要采取有效措施,將這些管理措施、激勵(lì)政策和規(guī)章制度落到實(shí)處,特別是要建立項(xiàng)目的考評(píng)機(jī)制和獎(jiǎng)懲制度,對(duì)于項(xiàng)目實(shí)施好的地區(qū)給予傾斜,對(duì)于不好的地區(qū)予以通報(bào)批評(píng)、減少項(xiàng)目投入甚至采取更為嚴(yán)厲的“懲罰”措施。否則許多單位和企業(yè),就只是為了爭(zhēng)取更多的政府資金,為了更多的政績(jī)數(shù)字,忽視項(xiàng)目的建設(shè)質(zhì)量、效益和風(fēng)險(xiǎn),到頭來(lái)受損失的是國(guó)家財(cái)產(chǎn)和農(nóng)民利益。這與開展農(nóng)村沼氣建設(shè)的初衷是背道而馳的。

4結(jié)論

本文對(duì)三種不同的甲烷檢測(cè)方法進(jìn)行了比較并總結(jié)如下:

測(cè)量方便性方面:熱導(dǎo)元件檢測(cè)方法和紅外光譜監(jiān)測(cè)方法都可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量,但奧氏氣體分析方法需要手工操作,難以適應(yīng)農(nóng)村沼氣服務(wù)體系；

測(cè)量精度方面:傳統(tǒng)的奧氏氣體分析方法對(duì)CH4的測(cè)量精度低,檢測(cè)管法不能直接測(cè)試CH4濃度,熱導(dǎo)元件測(cè)量精度為10%左右,紅外光譜甲烷檢測(cè)儀精度可以達(dá)到2%以上；

使用壽命方面:奧氏氣體分析需要經(jīng)常更換化學(xué)試劑；熱導(dǎo)元件檢測(cè)方法由于熱導(dǎo)元件與H2S直接接觸容易受到腐蝕,一般1～2年就需要更換傳感器；而紅外光譜檢測(cè)方法使用過(guò)程中沒(méi)有任何消耗品,使用壽命可以達(dá)到10年以上；

校準(zhǔn)方面:奧氏氣體分析儀器不需要校準(zhǔn),熱導(dǎo)元件檢測(cè)儀由于不能采用空氣進(jìn)行零點(diǎn)校準(zhǔn),因此在日常的使用規(guī)程中很難標(biāo)定。紅外光譜檢測(cè)儀可以使用空氣進(jìn)行零點(diǎn)自動(dòng)校準(zhǔn),即