3．1奧氏方法甲烷檢測適應性分析

    在中國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在我國的農村沼氣技術服務中發揮了重要作用。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,測試結果也有可能不同。

    此外,在農村沼氣服務體系中,奧氏氣體分析的原理是在假設[CH4]+[CO2]=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,測量結果將會不準確。目前增加的H2S檢測功能其他儀器也可以配置,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。

3．2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監控要求而開發的一款儀器。針對此類儀器,我國煤炭部門1997年曾經制定了相關的技術標準,經過修改后成為《AQ 6204 - 2006瓦斯抽放用熱導元件甲烷檢測儀標準》。煤礦瓦斯抽排氣中除CH4外其他物質主要是空氣。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濃度。

    由于煤礦瓦斯濃度高,與沼氣產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 ,所以標定儀器時需要采用CH4與CO2的混合氣體；

    通過實驗結果顯示,熱導元件甲烷檢測儀*通入空氣時,其CH4濃度顯示結果就達到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]=的沼氣時,才能確保CH4數據的測量準確性,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測量結果的準確性。

    在使用熱導元件甲烷檢測儀時,一定要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、或者長期不產氣的沼氣池,由于沼氣中混有空氣,或者沼氣成分中含有N2，H2(沼氣池酸化)等。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。從原理上看,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。從熱導元件傳感器原理上講,傳感器是根據氣體經過所帶走的熱量來確定氣體成分的濃度,因此,環境溫度的變化對測量結果影響較大。綜上所言,熱導元件甲烷檢測儀在沼氣領域應用還需要考慮更多的問題,才能更好地服務于農村沼氣服務體系建設。

3．3紅外光譜甲烷檢測適應性分析

    紅外光譜甲烷檢測方法是zui近發展的一種新技術。以往紅外光譜氣體分析方法是采用復雜的機械調制光源以及微音器技術,儀器龐大、功耗高、價格十分昂貴。隨著半導體技術的發展,上紅外探測器的價格成級數下跌,為新型紅外氣體分析技術的發展提供了機遇。通過采用雙元紅外探測器配合電調制紅外技術,可以采用兩個傳感器實現對沼氣中的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,能夠實現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的同時,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。傳統的奧氏氣體分析方法精度太低,很難檢測準確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。如本文第3.2節所述,在空氣中即使沒有甲烷存在時顯示值也超過15% ,因此都不能用于沼氣的泄露報警檢測。

    對于甲烷泄露報警監測,zui早在我國煤礦安全領域中使用zui為普遍,通常的方法是熱催化方法以及紅外光譜方法,其對應的標準為《AQ 6203 - 2006煤礦用低濃度載體催化式甲烷傳感器》和《AQ 6211-2008 煤礦用非色散紅外甲烷傳感器》。熱催化傳感器可以準確地檢測低濃度的CH4 ,但是無法進行高濃度甲烷的測量(當甲烷濃度高于5%時,為保障傳感器不受高溫影響而受損壞,傳感器電源需要關閉來進行保護) ,而高濃度的沼氣泄露在農村沼氣應用中經常發生。此外由于沼氣中含有大量的H2S,會對熱催化元件造成致命的損壞,大大降低熱催化傳感器的壽命。紅外光譜甲烷檢測方法分辨率高,能夠同時滿足高濃度甲烷和低濃度甲烷的檢測要求,因此在甲烷泄漏報警領域將逐漸取代熱催化方法。

    需要注意的是,由于采用光學測量,液態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。