СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСТАНОВЛЕНИЯ РАЗЛИЧИЯ МЕЖДУ ПРИРОДНЫМ ГАЗОМ И БОЛОТНЫМ ГАЗОМ
METHOD AND APPARATUS FOR ESTABLISHING DIFFERENCE BETWEEN NATURAL GAS AND SWAMP GAS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу очень быстрого определения, является ли источником зарегистрированных газовых сигналов болотный газ или коммунальный газ при поиске утечек в подземных трубах коммунального газа.
Уровень техники
Правила во всем мире требуют регулярного контроля газовых сетей на наличие неизвестных утечек. Причиной этого, главным образом, является защита населения от пожаров и взрывов в результате скопления газа в зданиях и других ограниченных пространствах. Контроль на наличие утечек обычно проводится путем перемещения детектора чувствительного к одному из главных компонентов газа над поверхностью земли над трубой, проводящей газ.
Для сжатого природного газа (СПГ) главным компонентом обычно является метан, в то время как сжиженный нефтяной газ (СНГ) содержит в основном бутан и пропан. В дополнение к этим двум более распространенным типам газа растет производство биогаза, хотя трубопроводная сеть все еще очень ограничена. Биогаз содержит главным образом метан. Все такие воспламеняющиеся газы, распределяемые в трубопроводах или сосудах, в последующем называются коммунальным газом.
Четвертый тип горючего газа, используемый в некоторых регионах мира, называется каменноугольным газом или отопительным газом (ОГ). Он имеет высокие содержания водорода и исключен из вышеуказанного определения коммунального газа.
Если зарегистрирован сигнал коммунального газа, он может происходить из двух основных источников: инспектируемой газовой установки или из процессов биологического разложения. Примерами таких биологических источников являются покрытые свалки для отходов, разлагающиеся сточные воды, мусорные свалки и т.п. Происходящий из таких источников газ известен под многими названиями, в том числе как болотный газ, почвенный газ, газ из органических отходов, и газ сточных вод. В последующем термин "болотный газ" используется как общий знаменатель для источников горючего газа биологического происхождения. Для предотвращения излишних земляных работ по сигналам болотного газа, желательно иметь возможность различия между реальными утечками газа из инспектируемой трубы и признаками от болотного газа.
Самым распространенным способом различения между коммунальным газом и болотным газом является проведение анализа компонентов газа для определения наличия этана и/или более тяжелых углеводородов, таких как пропан и бутан. Большинство источников природного газа содержат 0,5-8% этана, в то время как болотный газ не содержит каких-либо значительных количеств этана.
В настоящее время в продаже нет газовых датчиков с достаточно высокой селективностью между метаном и этаном, чтобы сделать такой анализ возможным в реальном времени. Поэтому анализ обычно выполняется с использованием газового хроматографа (ГХ), разделяющего различные компоненты газовой пробы на импульсы, выходящие из колонки хроматографа в разные моменты времени. Благодаря этому разделению различных компонентов во времени анализ возможен даже с помощью неселективного датчика.
ГХ может быть лабораторным инструментом, в этом случае газовая проба собирается в каком-либо контейнере, который отправляется в лабораторию для анализа. Также имеются ГХ для эксплуатации в полевых условиях. Они могут быть специальными приборами или малыми ГХ-модулями, встроенными в прибор для обнаружения утечек в трубопроводе. Полевые ГХ и особенно те, которые встроены в детектор утечек, как правило, менее чувствительны, чем лабораторные приборы, концентрация пробы должна быть выше 1% или по меньшей мере 0,5% для уверенного обнаружения этана в пробе.
Этот факт часто делает необходимым сверление пробных отверстий сквозь дорожное покрытие, чтобы обеспечить достаточно высокую концентрацию
собираемого газа. Это делает эффективное время тестирования значительно более длительным и обычно порядка 30 минут или больше.
Другим способом установления различия является детектирование наличия одоранта, либо обонянием газа, либо путем использования специального детектора. "Ручной" способ прост и не требует больших затрат, но не является абсолютно надежным, а детекторы для одорантов обычно являются более высококачественными ГХ, связанными с аналогичной задержкой и более высокими затратами, чем для детекторов, используемых для обнаружения этана. Требуется лучше работающий ГХ, так как концентрация одоранта на несколько порядков величины ниже, чем концентрация этана.
В любом случае, достоверное установление различие между болотным газом и коммунальным газом является медленным и не всегда абсолютно надежным процессом, и существует потребность в более простом и быстром способе.
Раскрытие изобретения
Целью настоящего изобретения является создание улучшенного способа определения источника обнаруженного газового сигнала во время рутинного процесса контроля закопанных газовых трубопроводов на наличие утечек. Эта цель достигается признаками независимых пунктов 1 и 9 формулы изобретения.
Предлагаемый в изобретении способ определения того, происходит ли газовая проба из биологических процессов или из тестируемой газовой установки, содержащей коммунальный газ, в котором содержится метан и/или более тяжелые углеводороды, включает:
- определение концентрации метана в газовой пробе, выполняемое газовым детектором для обнаружения утечек из трубопроводов в полевых условиях,
- определение концентрации водорода в газовой пробе, выполняемое селективным относительно водорода газовым датчиком,
- сравнение концентрации водорода, определенной в газовой пробе, с концентрацией водорода, присутствующего в коммунальном газе,
причем если по результату указанного сравнения концентрация водорода, определенная в газовой пробе, выше концентрации водорода в коммунальном газе, делают вывод, что проба происходит из процессов биологического разложения, а не из тестируемой газовой установки.
В соответствии с изобретением определение концентрации водорода в газовой пробе может проводиться одновременно с контролем утечек газа.
Главной трудностью способа с анализом этана является дефицит доступных по цене и селективных датчиков, которые могут независимо измерять метан и этан. Рассматривая состав двух газовых смесей подлежащих различению, можно видеть, что имеется по меньшей мере один компонент, который отличается: водород.
Исследуя опубликованное содержание коммунальных газов, редко приводятся какие либо содержания водорода. Поэтому, кажется, что количество водорода незначительно. С другой стороны, в болотном газе обычно имеется значительное количество водорода. Большое число разных микроорганизмов производят водород в анаэробных условиях, и поэтому водород обычно находят в болотном газе. Опубликованные уровни концентрации водорода составляют от нескольких сотен частей на миллион и до 1 или 2%.
2
Изобретение разрешает вышеописанные ограничения тестирования этана за счет использования высокочувствительного и селективного относительно водорода газового детектора. Для того чтобы эта методика работала надлежащим образом, необходимо, чтобы детектор был на несколько порядков величины более чувствительным к водороду, чем к любому из газов, присутствующих в природном газе, в основном горючих газов, но также и СО. Также необходимо, чтобы детектор не реагировал на уменьшенное содержание кислорода (что не является редкостью для датчиков горючих газов).
Отсутствие водорода в природном газе может быть легко подтверждено тестированием природного газа с помощью датчика селективного относительно водорода.
Детекторы желательного качества изготавливаются и реализуются фирмой INFICON АВ в Швеции. Селективность этих датчиков для водорода по сравнению с метаном составляет более чем 5 порядков величины.
Другими словами, изобретение основано на принципе, что проба газа, которая взята во время тестирования газовой установки на наличие утечек, дополнительно используется, чтобы определить, происходит ли проба из коммунального газа внутри газовой установки или из газа, который происходит из процессов биологического разложения. Содержание водорода коммунального газа должно быть определено, если оно ранее было неизвестно. Если содержание водорода в детектированном газе значительно выше, проба происходит из процессов биологического разложения. Таким образом, предлагаемый в изобретении способ может быть описан как включающий следующие шаги:
- получение пробы газа из-под земной поверхности,
- тестирование пробы газа на наличие водорода,
- сравнение содержания водорода в пробе газа с известным содержанием водорода коммунального газа внутри тестируемой газовой установки,
- определение того, что проба газа происходит из процессов биологического разложения, если концентрация водорода выше концентрации водорода коммунального газа.
Альтернативными и более простыми показателями для пробы газа, происходящего из процессов биологического разложения, является то, что концентрация водорода выше, чем 5 частей на миллион, или составляет по меньшей мере 100 частей на миллион. Иначе говоря, концентрация водорода, составляющая выше 5 частей на миллион, в частности по меньшей мере 100 частей на миллион, может использоваться как свидетельство того, что газовая проба происходит из процессов биологического разложения
Объектом изобретения является также устройство для определения того, происходит ли газовая проба из процессов биологического разложения или из тестируемой газовой установки, содержащей коммунальный газ, в котором содержится метан и/или более тяжелые углеводороды. Предлагаемое в изобретении устройство содержит:
- газовый детектор для обнаружения утечек из трубопроводов в полевых условиях, выполненный с возможностью определения метана,
- селективный относительно водорода газовый датчик, интегрированный в газовый детектор для обнаружения утечек из трубопроводов в полевых условиях и выполненный с возможностью определения концентрации водорода в газовой пробе.
При этом указанный газовый детектор выполнен с возможностью сравнения концентрации водорода, определенной в газовой пробе, с концентрацией водорода, присутствующего в коммунальном газе, и определения того, что газовая проба происходит из процессов биологического разложения, а не из тестируемой газовой установки, если концентрация водорода, определенная в газовой пробе, выше концентрации водорода в коммунальном газе. Осуществление изобретения
Вариант осуществления изобретения поясняется чертежом.
Газовый трубопровод 12 является частью газовой установки под земной поверхностью. Герметичность газового трубопровода 12 подлежит тестированию с помощью детектора 16 утечек. Измерительный зонд 18 детектора 16 утечек расположен на поверхности 14 земли или в пробуренном отверстии под земной поверхностью 14 в области, где предполагается газовый трубопровод 12 и возможная утечка. Производящая болотный газ область 20 находится под земной поверхностью 14 поблизости от тестирующего зонта 18. Поэтому зонд 18 отбирает пробы, либо газа, утекающего из трубопровода 12, либо газа, происходящего из процессов биологического разложения в пределах производящей болотный газ области 20.
Газоанализатор 16 обнаруживает газ в пробе газа. Коммунальный газ внутри газовой установки содержит метан и/или более тяжелые углеводороды, в то время как газ, происходящий из процессов биологического разложения (болотный газ) содержит главным образом метан. В любом случае, он будет уловлен чувствительным механизмом детектора.
Для того чтобы определить, происходит ли проба из коммунальной газовой установки (газовый трубопровод 12) или из производящей болотный газ (газ, происходящий из процессов биологического разложения) области 20 с помощью детектора 16 утечек определяется содержание водорода в газовой пробе. Детектор утечек содержит селективный относительно водорода датчик 17 и поэтому является чувствительным к водороду. Определяется, превышает ли содержание водорода определенную пороговую величину. Пороговая величина может быть основана на ранее известной концентрации водорода в коммунальном газе. Альтернативно, пороговая величина может составлять, например, 5 частей на миллион или 100 частей на миллион или даже больше, в зависимости от состава коммунального газа и типа процессов биологического разложения, которые предполагаются в газовой установке.