Утечка метана: чем искать и почему PID не подходит

PID-детектор метан не обнаружит: по данным Ion Science, энергия ионизации метана 12,6 эВ, а PID видит только вещества с энергией ионизации не выше энергии лампы, самая мощная из которых 11,7 эВ. Место утечки метана под давлением находят ультразвуковым течеискателем или акустической камерой, а концентрацию CH₄ измеряют прибором на другом принципе, например инфракрасным (NDIR) анализатором.

Почему PID не видит метан

Фотоионизационный детектор (PID) облучает пробу ультрафиолетом. Если энергии фотона хватает, молекула теряет электрон, и прибор измеряет возникший ток: он пропорционален концентрации. По данным Ion Science, лампа ионизирует только те вещества, у которых энергия ионизации равна энергии фотонов лампы или ниже её.

Вещество или лампа PID	Энергия ионизации / энергия фотонов, эВ
Бензол	9,25
Ацетон	9,7
Лампа 10,0 эВ	10,0
Сероводород	10,5
Лампа 10,6 эВ (стандартная)	10,6
Метанол	10,9
Хлороформ	11,4
Лампа 11,7 эВ	11,7
Метан	12,6

Данные из технической статьи Ion Science «What is a PID?». Метан стоит выше любой лампы, поэтому на чисто метановой утечке PID покажет ноль. Это физика метода, а не неисправность прибора. В той же статье Ion Science перечисляет, на что PID не реагирует вообще: компоненты чистого воздуха, благородные газы, большинство малых молекул (водород, CO, SO₂ и др.), природный газ, включая метан и этан, фторсодержащие соединения, в том числе SF₆.

Две ловушки при работе PID рядом с метаном

• Реакция на одорант. Ion Science относит метилмеркаптан, одорант природного газа, к веществам, которые PID видит. Прибор может отреагировать рядом с утечкой одорированного газа, но показание относится к одоранту и другим ЛОС, а не к метану.
• Подавление сигнала. По данным Ion Science, водяной пар, метан и углекислый газ могут подавлять ионизирующее излучение лампы и влиять на показания. Если в пробе много метана, показания по ЛОС могут оказаться занижены.

Где PID действительно нужен — летучие органические соединения, бензол, программы LDAR — разобрано в статье «Поиск утечек газа и ЛОС на промышленных объектах: PID-детекторы Ion Science».

Чем искать утечку метана

Задача	Метод	Что даёт	Ограничение
Найти место утечки на трубопроводе или арматуре под давлением	Ультразвуковой течеискатель	Точку утечки по максимуму сигнала	Не определяет газ и не измеряет концентрацию
Осмотреть большую зону, эстакаду, высокую трассу	Акустическая камера	Источник звука на изображении	Найденную точку уточняют вблизи
Измерить концентрацию CH₄	Анализатор метана, например инфракрасный (NDIR)	Концентрацию метана	Не показывает, где именно утечка
Измерить ЛОС в той же зоне	PID-детектор	Концентрацию летучих органических соединений	Метан не видит

Ультразвук: место утечки, независимо от газа

Газ, выходящий под давлением через неплотность, создаёт турбулентность, а она даёт ультразвук. SDT позиционирует свои ультразвуковые приборы для поиска утечек сжатого воздуха и газов: прибор слышит истечение, а не химический состав, поэтому метан для него не отличается от воздуха. Как это работает — в статье «Ультразвуковой течеискатель: как работает и что находит»; порядок обхода такой же, как при поиске утечек воздуха: «Как найти утечку сжатого воздуха: 5 способов».

Для взрывоопасных зон важно исполнение прибора. В линейке SDT это ультразвуковой детектор SDT270 в исполнении ATEX (Ex ia IIC T3/T2 Ga) и акустическая камера SonaVu+ в версии ATEX (Class I, Division 1); в карточке SonaVu+ среди применений указано обнаружение летучих выбросов (fugitive emissions). Подробнее об ATEX-камере — в статье «Ультразвуковая диагностика во взрывоопасных зонах: новая ATEX-камера SonaVu+».

Анализатор метана: концентрация

Когда нужно знать содержание CH₄ — в биогазе, на когенерационной установке, для контроля безопасности, — нужен анализатор на принципе, который видит метан. Например, Rapidox 1100 CH₄ от Cambridge Sensotec работает по инфракрасному принципу NDIR, имеет выходы 4–20 мА и RS232/Modbus и программируемые аварийные пороги.

Порядок работы на объекте

1. Определите, что нужно: найти место утечки, измерить концентрацию метана или контролировать ЛОС. От этого зависит прибор.
2. Убедитесь, что прибор допущен для зоны, где будете работать (исполнение ATEX для взрывоопасных зон).
3. Пройдите трубопроводы и арматуру под давлением ультразвуковым прибором или осмотрите зону акустической камерой; отметьте найденные утечки.
4. Где нужна концентрация, измерьте её анализатором метана, а ЛОС — PID-детектором, помня, что PID метан не видит.
5. Запишите места, показания и назначьте ремонт.

Какой прибор выбрать

• Место утечки газа под давлением, плюс другие задачи ультразвуковой диагностики — SDT340; для взрывоопасных зон — SDT270 в исполнении ATEX.
• Обзор больших зон и высоких трасс — акустическая камера SonaVu+, есть версия ATEX.
• Концентрация метана — анализатор Rapidox 1100 CH₄.

KEG TRK поставляет ультразвуковые приборы SDT, PID-детекторы Ion Science и анализаторы Rapidox в Казахстане. Цена по запросу.

Источники

• Ion Science. Technical/Application Article 01: What is a PID?
• Ion Science. Cross Sensitivity of Photoionization Detectors.
• SDT Ultrasound Solutions. Compressed Air & Gas Leak Detection.
• SDT Ultrasound Solutions. Detecting Compressed Air and Gas Leaks Using the SDT340.