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Picarro氣體分析儀的車載應用:對二氧化碳和甲烷進行移動測量

發布時間:2022-09-29瀏覽:2822次

       當前,地球變暖及其帶來的環境變化是國際社會*的“重大挑戰",許多地區的自然生態系統已經受到了影響,如氣候異常、海平面升高、冰川退縮,等等。其原因主要是因為二氧化碳、甲烷等溫室氣體的大量排放所造成的,這與2015年《WHO氣候變化框架公約》《巴黎協定》所設定的目標背道而馳。因此,需要采取緊急行動,讓二氧化碳及甲烷回到更符合《巴黎協定》目標的標準上。

在過去的十年里,基于光腔的檢測器在現場測量甲烷等物質的精確度和機動性已經從根本上得到了提高。特別是與傳統的氣相色譜相比,其具有了更高的精確度、更強的便攜性和更穩定的校準能力。

通過定期的駕駛探測來監測生產氣田和城市網狀系統中的泄漏可以讓檢測過程變得越來越便宜和迅速。隨著廠外系統與實時定位系統(GPS)的結合,可以快速準確地測繪甲烷排放量的詳細信息。這樣的儀器不僅可以部署在偏遠的地方,也可以安裝在小型家用SUV車輛上。這種移動測量也可以通過搭配裝有輕型傳感器的小型無人駕駛飛行器(UAV)來進行進一步拓展。

圖1顯示了一個典型的運用Picarro 氣體分析儀的車載系統。由于車載式檢測的成本很低,所以普通的SUV車輛也可以很容易地適應這一任務。也可以在彈出氣球上部署空氣軟管,來采集空氣樣本。這種移動測量分析儀不僅測繪速度快,除了儀器和車輛的資本成本外,現場活動成本也不高。


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圖1:(左)Picarro移動測量系統的原理圖,(右)氣體分析儀安裝在移動平臺


目前,這種移動測量技術的應用范圍為:檢測城市氣體(天然氣)的泄漏、工業廢氣、城市廢水和污水、垃圾填埋場產生的廢氣、生物沼氣池和沼氣發電機、地下煤炭開采以及燃燒生物質產生的甲烷等。


以下兩個實例進一步說明了Picarro氣體分析儀車載應用的有效性。2018-2019年在西伯利亞上,通過使用Picarro G4301便攜式氣體分析儀對二氧化碳和甲烷進行大規模的移動監測和研究、并對數據進行分析,使我們能夠以高空間分辨率反演它們的空間分布模式,并且確定它們的季節特征。西伯利亞地區2018年10-11月甲烷濃度的空間分布如圖2所示。最后得出結果,溫室氣體尤其是甲烷,其空間分布存在緯度梯度和中尺度不均勻性。



圖2:2018年秋季使用Picarro氣體分析儀車載應用監測西伯利亞上空的空氣層中甲烷濃度的空間分布。(a)未經過濾的數據;(b)通過基線方法檢索到的背景值;(c)俄羅斯天然氣工業股份公司主要天然氣管道的Samson當地運營和維護部門的天然氣管道壓縮機站CS-6附近;(d)在新西伯利亞Chany地區的濕地地區


在另一個研究中,將Picarro高精度甲烷分析儀安裝在谷歌街景抓取車上,并配備定位系統(GPS)來記錄車輛的位置和速度,以及風速計來記錄風速和風向,來評估當地天然氣(NG)分配系統檢測和定位天然氣泄漏并量化其排放的能力,以此確立移動甲烷調查在管理當地天然氣分配系統方面的有效性。在移動過程中,通過氣體分析儀發現了數百個泄漏的跡象,以及相應的位置和估算的排放量。


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圖3:這是一份用于地面搜索的地圖。運用移動監測平臺追蹤那些未被當地的分銷公司發現的泄漏跡象。彩色圓圈代表移動監測期間測量到的甲烷濃度升高。白色方塊是根據移動測量期間估算的甲醛泄漏位置。藍色三角形是我們最終發現泄漏的地方。



研究結果表明,當地管路系統中管道泄漏數量可能會遠遠超過天然氣當地分銷公司通過使用傳統勘測方法得出的泄漏的數量。來自甲烷移動監測平臺的大部分泄漏指示都與天然氣泄漏地點相對應,在泄漏指示位置發現天然氣泄漏,并且泄漏通量估算值可以有效地對泄漏大小進行排名。






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