СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ВЫДЕЛЕНИЯ ГАЗОВ ЛЕГЧЕ ВОЗДУХА С ПОВЕРХНОСТИ ПОРИСТЫХ ОБЪЕКТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD TO DETERMINE INTENSITY OF RELEASE OF GASES THAT ARE LIGHTER THAN AIR FROM SURFACE OF POROUS OBJECTS AND DEVICE FOR ITS REALISATION

Предлагаемое изобретение относится к измерению интенсивности газовыделения из почвы, минералов и складированных (насыпанных и/или сложенных) значительными массами других веществ. Предполагаемое изобретение может применяться при геологических изысканиях, экологических исследованиях или для мониторинга подземных газопроводов с целью обнаружения и оценки интенсивности утечки газа без вскрытия газопроводов.
Известен способ определения концентрации водорода в подпочвенном воздухе (В. Ларин, Н. Ларин. Жара в России. (Hydrogen-future.com.), В.Н. Ларин «Наша Земля». М.: Изд-во «Агар», 2005. 244 с.), заключающийся в том, что штангу диаметром более 1 см забивают на глубину свыше 1 м в почву, затем штангу вытаскивают и в образовавшуюся скважину быстро погружают приемную трубку водородного газоанализатора, которую у устья скважины обжимают землей для исключения газообмена между воздухом и объемом скважины. По показаниям водородного газоанализатора судят о концентрации водорода в подпочвенном воздухе.
Этот способ имеет целый ряд недостатков. Во-первых, он требует применения больших физических усилий. Во-вторых, он применим только на мягких почвах и совершенно неприменим на каменистых участках либо на участках, имеющих искусственные пористые покрытия (щебеночные, вымощенные камнем и т.п.). В-третьих, наличие скважины в дальнейшем изменяет динамику процесса газовыделения в ближайшем окружении и затрудняет возможность точного анализа процесса газовыделения во времени. В-четвертых, на основании полученных данных о содержании водорода в подпочвенном воздухе невозможно выполнить количественный расчет газовыделения в атмосферу на конкретной площади.
2
Известен также способ поиска течей в эксплуатируемых газопроводах с поверхности почвы (прототип), заключающийся в том, что на почву устанавливается полый конус с площадью основания около 0,5 м, к узкому концу которого присоединяется приемный шланг датчика газа (например, метана) любого типа (Кязимов К.Г. Справочник работника газового хозяйства: Справочное издание. М.: Изд-во Высшая школа. 2006, 278 с.), по показаниям которого судят о наличии выделения газа из-под почвы. Недостатком этого способа является то, что он позволяет определить только наличие газа, но не интенсивность его выделения из почвы, так как через конус осуществляется прокачка воздуха в смеси с газом, которая (смесь) поступает под конус по периферии его основания из окружающего пространства. Поэтому такая модификация способа позволяет лишь определить наличие течи, но не ее интенсивность.
Целью предлагаемого изобретения является получение возможности измерения интенсивности выделения газов легче воздуха из почвы, минералов и других веществ, складированных в значительных количествах и имеющих открытую поверхность.
Указанная цель достигается за счет того, что в способе определения интенсивности выделения газов легче воздуха из почвы, включающем в себя применение газоанализаторов, измеряющих концентрацию газа (например, гелия, водорода, метана и др.) в воздухе или других газах, например, заполняющих внутренний объем хранилища сызаторов, концентрацию газа (например, гелия, водорода, метана и др.) в воздухе или других газах, например, заполняющих внутренний объем хранилища сыпучих или иных складированных веществ, обеспечивают сбор выделяющегося газа с известной площади поверхности в невентилируемый контейнер, через определенные промежутки времени производят анализ концентрации газа в контейнере известными методами и по изменению со временем концентрации газа в невентилируемом контейнере определяют удельное газовыделение с поверхности.
Пример осуществления способа
Для измерения, например, интенсивности выделения водорода из почвы на выбранном участке устанавливают шатер любой формы, изготовленный из газонепроницаемого материала, например, пластмассовой пленки, натянутой на реечный каркас и имеющий отверстие в самой высокой части, над которым устанавливают невентилируемый контейнер из газонепроницаемого материала. Предварительно, при необходимости, по контуру шатра с поверхности почвы удаляют растительность. После установки шатра на место края шатра присыпают землей, чтобы исключить надув воздуха под шатер ветром. Внутрь контейнера вводят и закрепляют датчик водорода водородного газоанализатора, а место выхода кабеля датчика заклеивают липкой лентой. Включают газоанализатор, после истечения времени отклика записывают показания прибора и время снятия показаний и отключают газоанализатор. После истечения времени релаксации чувствительного элемента датчика снова включают газоанализатор, после истечения времени отклика записывают показания прибора и время снятия показаний и отключают газоанализатор. Показания газоанализатора, выраженные в процентах, рт, или ррт приводят к безразмерному виду. После нескольких отсчетов показаний газоанализатора производят вычисление интенсивности выделения водорода из почвы Р по формуле:
<mrow><mi>P</mi><mo>=</mo><msub><mi>V</mi><mi>k</mi></msub><mo>*</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>m</mi><mi>n</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>m</mi><mrow><mi>n</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mi>S</mi><mo>/</mo><mi>t</mi><mrow><mo>[</mo><mrow><mi>г</mi><mo>/</mo><mi>M</mi><mo>/</mo><mi>c</mi></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>,</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
k
3
где V - объем контейнера для сбора газа, м;
n - порядковый номер отсчета;
2
S - площадь основания шатра, м;
t - интервал времени между данным и предыдущим отсчетом, с,
m - масса попавшего в контейнер газа при данном отсчете.
Массу попавшего в контейнер газа при данном отсчете определяют по формуле:
<mrow><mi>m</mi><mo>=</mo><mi>V</mi><mi>л</mi><mo>*</mo><mi>ρ</mi><mo>*</mo><mi>С</mi><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>[</mo><mi>г</mi><mo>]</mo></mrow><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
3
где ρ - плотность исследуемого газа, г/м,
С - концентрация газа (безразмерная величина) при данном отсчете.
Технический эффект, достигаемый применением этого способа, заключается в том, что применение способа позволяет вычислять интенсивность выделения газов легче воздуха с поверхности природного или искусственного объекта, что недостижимо с использованием существующих способов.
На фиг.1 схематически показан один из возможных вариантов устройства для осуществления предлагаемого способа.
На реечный или трубчатый каркас 1 натянуты стенки из газонепроницаемой пленки 2. На закрытой верхней площадке шатра установлен газонепроницаемый контейнер 3, сообщающийся с внутренним объемом шатра через отверстие 4. Внутри газонепроницаемого контейнера 3 установлен датчик с насосом прокачки 5, соединенный кабелем 6 с газоанализатором 7.
Работает устройство следующим образом.
На выбранный предварительно очищенный от растительности и выровненный только по контуру шатра участок поверхности устанавливают газонепроницаемый шатер, внутрь газонепроницаемого контейнера через отверстие в стенке вводят датчик газоанализатора вместе с насосом прокачки (если он выполнен в виде отдельного блока), через это отверстие выводят соединительный кабель к газоанализатору, а само отверстие герметизируют любым способом. Стенки шатра в месте прилегания к поверхности присыпают любым сыпучим материалом, чтобы исключить надув окружающего воздуха под шатер ветром. Контейнер устанавливают на верхней площадке шатра так, чтобы через отверстие в дне контейнера его объем сообщался с внутренним объемом шатра и герметизируют стык контейнера с шатром любым способом. Выделяющийся с ограниченного стенками шатра участка поверхности газ поднимается в верхнюю часть шатра и через отверстие в дне контейнера - во внутренний объем контейнера. При включении газоанализатора насос прокачки датчика осуществляет перемешивание воздуха внутри контейнера в течение времени отклика датчика, после чего насос отключают или он отключается по команде рабочей программы прибора, в это время снимают отсчет со шкалы или дисплея прибора и записывают время снятия отсчета. После истечения времени релаксации датчика вновь запускают режим отсчета и все операции повторяют. После снятия нескольких отсчетов вычисляют интенсивность газовыделения по формуле (1).