村级沼气服务网点中甲烷检测仪的配置及应用

[2012/11/19]

　　1.沼气技术服务体系现状

　　据统计，到2008年底全国农村户用沼气池约达到3050万户。伴随着沼气事业的快速发展，沼气服务体系建设滞后问题越来越突出。根据国家农业部规划，到2010年，全国农村沼气乡村服务网点将达到10万个，并试点建设县级服务站和省级实训基地;到2012年，全国将普遍健全以省级技术实训基地为依托、县级服务站为支撑、村级服务网点为基础、农民服务人员为骨干的沼气服务体系。

　　2007年至2009年，国家建设的村级沼气服务网点已超过5万个，对我国沼气事业的健康发展起到了很好的推动作用。在村级沼气技术服务体系中，甲烷检测仪作为重要的检测设备是国家支持的重点。目前我国还没有甲烷检测仪的国家以及行业标准，如何选择和使用甲烷检测仪?如何发挥检测仪器在沼气技术服务中的作用?对于基层农村能源系统的工作人员来说还不是十分明确。

　　2.甲烷检测仪配置的基本考虑

　　沼气检测仪器是沼气建设中国家重点支持配置的仪器。配置甲烷检测仪需要着重考虑以下几点。

　　(1)使用寿命

　　沼气服务网点由国家一次性投入建设，其仪器更换费用不是每年都有投入，甚至没有运行维护费用。因此任何检测仪器，如果使用寿命短，对于农村沼气服务体就会增加成本。因此，农户必须尽量选用使用寿命长的检测仪器。

　　(2)检测功能

　　甲烷检测仪的应用在村级服务网点主要包括：沼气池项目验收;沼气池故障诊断;沼气灶具故障诊断;沼气池和沼气管路气体泄露;沼气池维修。其中前三者的目的是测量高浓度(40%～80%)的甲烷，后两者主要测量低浓度(0～5%为CH的低爆炸极限)的甲烷。因此，首先最好选择一种能够同时完成以上5种功能的检测仪器，其次是选择主要测量沼气高浓度甲烷的仪器，第三是选择仅用于测量沼气泄露的报警器。

　　(3)质量保障

　　甲烷检测仪是一种气体分析计量仪器，计量认证的过程就是对仪器在不同温度、湿度、震动、电磁干扰环境下的精度进行检测，并对企业的生产条件、人员配置、量值传递等各方面进行综合评估，确保其生产仪器的一致性。根据《国家计量法》的要求，仪器应该取得国家计量许可证CMC证书才允许生产销售。特别是针对沼气泄露的监测时，牵涉到人的生命安全，如果购买使用了一种没有任何质量保障的仪器，一旦出现质量问题，将造成严重的后果。在2007～2009年度的沼气服务体系产品招标过程中，曾经出现过采用虚假CMC计量证书的事件。目前农村能源系统大多数地区能重视计量工作。但还有些地区缺乏质量意识。

　　3.甲烷检测仪的配置方法与应用

　　3.1仪器测量方法选择

　　完成沼气成分分析以及沼气泄露检测报警功能的方法有以下几种:

　　(1)热催化燃烧方法

　　检测甲烷泄露最有效、最经济的方法是催化燃烧(黑白元件)方法。两只元件用铂丝加热到400℃，当空气中含有可燃气体时，测量元件在催化剂的作用下，在元件表面发生催化反应，使温度上升，过测量两只元件的温差就能判断出甲烷的含量。这种方法在我国煤矿安全检测领域得到了广泛应用。但是，载体催化元件有个致命缺陷，只能检测浓度为4%以下的甲烷气体，当空气中的瓦斯浓度值超过5%后，元件就会发生“激活”现象，造成永久损坏。此外，热催化元件的仪器使用寿命一般在1年内，在有H2S条件下，由于会造成催化剂中毒，测量沼气泄露时可能寿命更短。

　　(2)热导元件方法

　　不同气体的导热系数存在差别，热导元件检测方法就是根据气体的这一特性，来确定气体的体积浓度。沼气的主要成分是CH4和CO2，被测沼气的导热系数由CH4和CO2共同决定。对于彼此之问无相互作用的多组分气体，其导热系数可近似地认为是各组分导热系数按组成含量的加权平均值。根据沼气的导热系数与各组分导热系数之间的关系，可实现沼气成分的多组分气体的含量分析，目前已广泛应用在煤矿瓦斯抽排领域，因此也可用于沼气成分的测量。该类型传感器使用寿命一般在2年左右，而且该传感器对于低浓度测量，有很大局限性，如低于5%的CH4无法测量，如果用于泄露报警将会造成很大的误差。

　　(3)红外测量方法

　　异种原子构成的分子在红外线波长区域具有吸收光谱作用。其吸收强度遵循郎伯一比尔定律。当对应某一气体特征吸收波长的光波通过被测气体时，其强度将明显减弱，强度衰减程度与该气体浓度有关，两者之间的关系遵守朗伯一比尔定律。沼气成分中的CH4、CO2对红外光的吸收光谱中主要吸收峰波长分别为3.4μm，4.26μm。红外沼气分析方法由于采用物理原理，分析气体不与传感器发生反应，因此寿命很长，可以达到10年以上，该类型传感器不仅可以用于测量沼气泄露的低浓度报警，也可以用于高浓度的沼气成分测量。

　　以上分析表明：如果仅用于沼气泄露检测,可以选择热催化的可燃气报警器。如果仅用于沼气成分的检测，可以选择热导原理的沼气分析仪。如果需要既测量沼气成分,同时又进行沼气泄露报警，则必须选择采用红外测量原理的沼气成分分析报警仪。因此，从沼气技术服务体系网点的长期发展考虑，应尽量选择寿命长的红外原理的沼气分析仪器。

　　3.2甲烷检测仪的质量保障

　　甲烷检测仪器是一种计量仪器，保障仪器的准确性十分重要。保证仪器性能的基本方法是选择具有计量仪器仪表生产资质的企业生产的产品。在产品选择和招标过程中，向应标企业索要该产品的型式认证试验证书(样机性能考察)和计量器具生产许可证(生产一致性考察)的原件和复印件。目前我国有部分省为防止计量认证证书造假，已经将计量证书上网公布。但是也有省份没有上网公布，应要求其提供有关国家的计量认证以及企业备案的标准。此外，需要严格把关有关仪器计量认证过程(型式试验证书和计量器具许可证证书)中所提到的检测原理、方法、量程、精度、分辨率，零点漂移，量程漂移等参数的考察，而不能仅仅以一个名称和广告数据作为依据。

　　3.3甲烷检测仪在沼气技术服务体系中的应用

　　有效地使用甲烷检测仪器对于保证沼气技术服务体系长期健康发展具有重要意义。以下列举了甲烷检测仪在沼气生产、使用过程中的一些应用。

　　(1)沼气池验收

　　当需要对沼气池进行验收时，可以等沼气产气后，通过测量管路中的CH4含量得到沼气池的建池质量;通过沼气分析仪的泄露测量功能测量沼气池是否密封完好，沼气管路是否存在泄露。如果沼气成分合格且不存在泄露，则沼气池验收成功。

　　(2)沼气池故障诊断

　　当沼气池使用一段时间后。发现灶具点不着火，可以通过沼气分析仪测量沼气成分，检测CH4含量多少。如果CH4<40%，则需要通过沼气分析仪配套的pH测量功能测量沼液的pH值，来分析沼液是否液化。

　　(3)灶具故障诊断

　　判断灶具是否有问题前.应通过沼气分析仪测量沼气中的CH4含量，如果CH4>40%，灶具依然打不着火，则可判断灶具是否有问题，需要调整或维修。

　　在使用沼气分析仪的过程中需要注意以下事项:

　　①不要使用基于热催化元件报警器测量沼气成分，这会使热催化元件因高温而烧毁，一旦发现CH4含量超过4%，就需快速将测量仪器置换到空气中稀释，保护传感器。

　　②为延长传感器的寿命，在每次测量完毕，应尽量使用空气置换仪器内的沼气，防止H2S等组分对仪器传感器的腐蚀。

　　③尽管分析仪原理不同，但是都忌讳沼气中的液态水分，因此，需要确保沼气的冷凝水不会进入仪器内部。

　　为保证仪器的长期准确性.需要对仪器进行校准，校准仪器有以下方法。①准备一个沼气脱硫装置，将脱硫剂取出，用苏打石灰替换。在一间产气质量比较好的沼气池中，将沼气连接到脱硫装置，调节沼气流量在1L/min左右，出口的气体可以看成含量为100%的CH4，用该装置产生的气体可以在现场校准仪器。②在县级服务网点增加沼气分析仪的校准功能，采用购买的标准气或采用沼气自制的标准气校准沼气分析仪。

　　4.结论

　　(1)在沼气技术服务体系建设中，甲烷检测仪发挥了十分重要的作用，在选择配置时需要考虑仪器的使用寿命、仪器功能、仪器质量保障体系等因素。在红外、热导、热催化原理的甲烷检测仪器中.从寿命、功能等方面考虑，可优先选择红外方法的仪器;如果仅测量沼气成分或者检测泄露，也可以考虑基于热导和热催化原理的仪器。

　　(2)选择配置合理的沼气分析仪，对于沼气池验收、病池诊断、灶具故障诊断、管路泄露检测等具有重要意义。

　　(3)要注意不同原理的沼气分析仪在使用过程中的适应性;不要使用热催化原理的报警仪测量沼气成分;测量完毕需要采用新鲜空气置换仪器内的沼气;可采用提存的沼气作为校准气体来标定甲烷检测仪，也可以在县级沼气服务网点增设甲烷检测仪的校准功能。

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