一种便携式的甲烷微量泄漏量化检测仪及其检测方法
阅读说明：本技术 一种便携式的甲烷微量泄漏量化检测仪及其检测方法 (Portable methane trace leakage quantitative detector and detection method thereof ) 是由 董建锴 金瑞颖 王颖凡 杨硕 杜晓莉 于 2020-12-21 设计创作，主要内容包括：本发明提出一种便携式的甲烷微量泄漏量化检测仪及其检测方法,该检测仪包括气体收集与流动装置、甲烷浓度检测装置和空气流量检测装置,气体收集与流动装置上设置有甲烷浓度检测装置和空气流量检测装置；气体收集与流动装置包括依次连接的检测部位密封袋、进气软管、直流管道风机和出气口,检测部位密封袋包裹在管道测试点处。解决上述背景技术中提到的对于燃气管网的管道和其他设备和组件的泄漏需要一种便携式的甲烷微量泄漏量化检测仪的技术问题,提出一种便携式的甲烷微量泄漏量化检测仪及其检测方法,用于检测燃气输配管网末端各管道及其他装置设备的甲烷泄漏量。(The invention provides a portable methane trace leakage quantitative detector and a detection method thereof, wherein the detector comprises a gas collecting and flowing device, a methane concentration detection device and an air flow detection device, wherein the gas collecting and flowing device is provided with the methane concentration detection device and the air flow detection device; the gas collecting and flowing device comprises a detection part sealing bag, an air inlet hose, a direct-current pipeline fan and an air outlet which are sequentially connected, and the detection part sealing bag is wrapped at a pipeline testing point. The portable methane trace leakage quantitative detector and the detection method thereof are provided for detecting the methane leakage amount of each pipeline at the tail end of a gas transmission and distribution pipeline network and other equipment and devices.)
技术领域
本发明涉及一种便携式的甲烷微量泄漏量化检测仪及其检测方法，尤其是对于管道阀门的小型泄漏点，属于甲烷泄露检测仪技术领域。
背景技术
甲烷是一种碳氢化合物，是天然气(NG)的主要成分。甲烷作为温室气体(GHG)正变得越来越重要，这不仅是因为它的全球变暖潜力，还因为它在大气中的含量越来越高。
由于技术的进步，以及人们对天然气作为煤和石油的替代燃料来源的兴趣日益浓厚，导致天然气的使用量猛增。甲烷是具有快速增温效应的短寿命强势温室气体，虽然其在大气中的寿命仅为12年，但其在20年尺度下的全球变暖潜力(GWP)是二氧化碳的84倍，100年尺度下为二氧化碳的28倍。Alvarez等人根据甲烷的各种潜在价值进行了大量计算，发现甲烷相对于其他化石燃料的温室气体排放在天然气的泄露率为1％至5％时就被忽略了。由于甲烷的全球变暖潜势以及对甲烷的需求增加，转瞬即逝的排放对环境造成了威胁。所以，努力减少甲烷的排放能带来对环境和经济等方面的有利影响。
现阶段我国对于天然气的泄漏，仍然停留在快速定性分析和定位研究上，以各门站和各主干管道处的流量计作为检测泄漏的主要方式，大多数发现的都是管道断裂或燃气事故所造成的泄漏，并没有对管道上的细小开孔或法兰、阀门处的泄漏点位的微小甲烷泄漏量进行深入研究。然而，天然气在其开采、运输和使用阶段都会伴随着甲烷的排放，对于天然气输配系统末端的甲烷泄漏量同样不可以忽略，只有清楚地了解到天然气输配的上、中、下游甲烷排放量，才能统计好天然气全生命周期的总泄漏量，从而进行更好的监管和维护。而且天然气链中泄漏估计的不确定性范围，使得很难确定天然气作为过渡燃料是否起到减少碳经济的优势。因此可靠的数据对于理解天然气在未来能源生产中的作用至关重要。对于下游燃气系统管道及设备的甲烷泄露量数据的采集，在国内仍然是空白，一处或几处甲烷微量泄漏的影响可能微乎其微，但是量变会导致质变，所以测量甲烷微量泄漏量的意义重大。
由上述分析可知，对于燃气管网的管道和其他设备和组件的泄漏需要一种便携式的甲烷微量泄漏量化检测仪，从而能够方便的在燃气输配管网各处捕获各泄漏组件的绝大部分排放，以准确量化甲烷泄漏排放量。
发明内容
本发明为了解决上述背景技术中提到的对于燃气管网的管道和其他设备和组件的泄漏需要一种便携式的甲烷微量泄漏量化检测仪的技术问题，提出一种便携式的甲烷微量泄漏量化检测仪及其检测方法，用于检测燃气输配管网末端各管道及其他装置设备的甲烷泄漏量。
本发明提出一种便携式的甲烷微量泄漏量化检测仪，包括气体收集与流动装置、甲烷浓度检测装置和空气流量检测装置，所述气体收集与流动装置上设置有甲烷浓度检测装置和空气流量检测装置；所述气体收集与流动装置包括依次连接的检测部位密封袋、进气软管、直流管道风机和出气口，所述检测部位密封袋包裹在管道测试点处。
优选地，所述进气软管采用PVC管，一方面有利于气体流通，另一方面也便于人工操作和折叠携带。
优选地，所述空气流量检测装置包括流量计，用于气体质量流量的测量。
优选地，所述流量计为热质量流量计，其通过流体与热源间热量的交换来实现对天然气质量的检测。
优选地，所述甲烷浓度检测装置包括探头式甲烷检测仪，检测仪探头位于进气管道8内。
优选地，所述甲烷浓度检测装置包括两种不同测量浓度范围的探头式甲烷检测仪，能够针对不同泄露程度的区域对甲烷浓度进行两种范围的测定。
优选地，所述便携式的甲烷微量泄漏量化检测仪均装入一个背包里，便于操作人员随身携带。
优选地，所述便携式的甲烷微量泄漏量化检测仪采用直流电源，蓄电池位于背包下部，充满电能够使设备连续工作8小时以上。
一种利用所述的便携式的甲烷微量泄漏量化检测仪的检查方法，具体包括以下步骤：
(1)在进行测试过程中，要注意观察测试地点的环境，来初步判断出实验环境是否满足要求，需要利用水平尺对甲烷浓度检测仪校对水平；
(2)之后选择天燃气管道立管、弯头或阀门测试点，取出进气软管，将测试部位用检测部位密封袋包裹起来，打开风机，使得检测部位密封袋处于微负压状态，风机起到了将测试部位泄漏的微量甲烷与外界空气抽取和混合的作用，当热质量流量计的示数趋于稳定时，开始记录对应的甲烷浓度检测仪示数，测试过程中先采用测量浓度范围较大的甲烷浓度检测仪，若显示的浓度偏小，更换为另一个测量浓度范围较小的甲烷浓度检测仪；
(3)最后读取有效数据后，关闭风机，取下检测部位密封袋，将进气软管收起，从而结束测试。
优选地，所述甲烷浓度检测装置采用半导体传感器检测法，其原理为当有甲烷气体存在时，甲烷浓度检测仪内的半导体传感器的金属氧化物迫使气体分子离解成带点离子，引发电子转移，通过偏压电极测定传感气相互作用所反映出的特征不同来得到甲烷浓度，甲烷浓度检测装置内置加热元件，能够将传感器加热至检测气体所需要的最佳温度并保持恒定。
本发明所述的便携式的甲烷微量泄漏量化检测仪及其检测方法的有益效果为：
(1)便携性：将整套装置全装入一个背包里，减小了装置的规模和质量，同时便于操作人员随身携带且有利于检测管网的小型泄漏点；
(2)高精度：甲烷浓度检测仪采用的是高精度的两种不同测量浓度范围探头式甲烷检测仪，使用的是先进的半导体传感器检测法，较传统的催化燃烧检测法反应速度更快，灵敏度也更高；热式流量计较传统的流量计具有更大的量程，可测流速低于0.5m/s的气体，同时抗震性能好，不受震动对测量精度的影响，对气体流量检测无需温度和压力补偿，测量方便、准确；
(3)维护简单：探头式甲烷检测仪较其他检测仪不需要同时使用多种传感元件，工作时仅仅需要气体“吸附”在传感器上，对传感器几乎无损耗；热式流量计的传感器无活动部件和压力传感部件，损耗较小；另外装置整体方便拆卸，即使操作过程中遇到仪器损坏时也可迅速更换；
(4)工作时间长：各检测仪器均采用直流电源蓄电池供能，一次充满电可连续工作八小时以上，操作人员一天可检测10km的管道。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
在附图中：
图1为本发明所述的一种便携式的甲烷微量泄漏量化检测仪的结构示意图；
其中，1-被检测空气进气口，2-甲烷浓度检测仪，3-流量计，4-出气口，5-背包，6-直流管道风机，7-水平尺，8-进气软管，9-检测部位密封袋。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：
具体实施方式一：参见图1说明本实施方式。本实施方式所述的便携式的甲烷微量泄漏量化检测仪，包括气体收集与流动装置、甲烷浓度检测装置和空气流量检测装置，所述气体收集与流动装置上设置有甲烷浓度检测装置和空气流量检测装置；所述气体收集与流动装置包括依次连接的检测部位密封袋9、进气软管8、直流管道风机6和出气口4，所述检测部位密封袋9包裹在管道测试点处。
所述进气软管8采用PVC管，一方面有利于气体流通，另一方面也便于人工操作和折叠携带。
甲烷浓度检测装置主要由两种不同测量浓度范围的探头式甲烷浓度检测仪2组成，探头位于进气软管8，主要采用半导体传感器检测法，其原理为当有甲烷气体存在时，甲烷浓度检测仪2内的半导体传感器的金属氧化物迫使气体分子离解成带点离子，引发电子转移，通过偏压电极测定传感气相互作用所反映出的特征不同来得到甲烷浓度，探测装置内置加热元件，可将传感器加热至检测气体所需要的最佳温度并保持恒定，该检测方法较传统的催化燃烧检测法灵敏度更高且反应速度更快，以便得到实时数据判断检测是否有效。利用该装置可针对不同泄露程度的区域对甲烷浓度进行两种范围的测定，且测量精度较高，稳定性较强
所述检测部位密封袋9通过该部分装置可将泄露点位处外部的空气隔开，将泄漏的燃气导入进气软管8，并从出气口5流出。
直流管道风机6以较低风速运行可起到排空原有空气和引导泄漏天然气的作用。
所述空气流量监测装置主要由热质量流量计3组成，热质量流量计3是通过流体与热源间热量的交换来实现对天然气质量的检测，主要用于气体质量流量的测量，且几乎没有压损，经过后期数据处理后可得到单位时间内泄漏点泄露的甲烷质量流量，同时为保证在水平工况下进行流量的测量，在本仪器中放置一水平尺7进行辅助判断。
本仪器所有设备均装入一个背包里，便于操作人员随身携带，同时所有设备均采用直流电源，蓄电池位于背包下部，充满电可使设备连续工作8小时以上，操作人员可手持显示器，实时监测甲烷浓度，以便随时判断检测流程是否正确，检测结果是否有效。
本申请所述的便携式的甲烷微量泄漏量化检测仪的发明点在于：(1)检测天然气系统管道及其他设备和组件的微量甲烷泄露量；(2)便于工作人员随身携带，操作方便；(3)能够增大检测精度，从而得到大量可靠的天然气泄露数据。
本发明所述的便携式的甲烷微量泄漏量化检测仪的具体操作过程为：
在进行测试过程中，要注意观察测试地点的环境，例如：风速、风向、温度、湿度等条件，来初步判断出实验环境是否满足要求，特别要注意甲烷浓度检测仪2、热质量流量计3、直流管道风机6能否正常工作。另外对于热质量流量计3，需要利用水平尺5预先判断出甲烷微量泄漏量化检测仪是否水平，从而保证测试条件。
之后选择天燃气管道立管、弯头或阀门等测试点，首先取出进气软管8，将测试部位用密封袋9包裹起来，打开直流管道风机6，使得密封袋9处于微负压状态，直流管道风机6起到了将测试部位泄漏的微量甲烷与外界空气抽取和混合的作用，当热质量流量计3的示数趋于稳定时，可以开始记录对应的甲烷浓度检测仪示数，测试过程中可以先采用测量浓度范围较大的甲烷浓度检测仪2，若显示的浓度偏小，可以更换为另一个测量浓度范围较小的甲烷浓度检测仪2。
对于吸气装置，可以选择管道直流风机和气泵两种设备，配合两种不同浓度测量范围的甲烷浓度检测仪2，来判断不同流量范围下所能测得的甲烷浓度范围。当选择管道直流风机时，风机自带蓄电池，便于携带，并且配备了调频装置，可以在一定范围内调节风机的流量，从而获得不同浓度的测量范围。当选择气泵时，由于无法长时间连续工作，所以应该注意测试时长，并且在测试前应当用流量计简单检测充气泵的工作流量范围。
最后读取有效数据后，关闭直流管道风机6，取下密封袋9，将进气软管8收起，从而结束测试。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，还可以是上述各个实施方式记载的特征的合理组合，凡在本发明精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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