專利名稱：包括voc濃度分析器和voc收集器的鉆孔內(nèi)氣體監(jiān)測器裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鉆孔內(nèi)氣體監(jiān)測器(IGM)裝置和方法。
背景技術(shù)：
由垃圾填埋地和相關(guān)場所產(chǎn)生的氣體濃度的監(jiān)測，特別是甲烷和二氧化碳濃度的監(jiān)測，由于這些氣體存在的潛在問題，比如爆炸的風(fēng)險和作為溫室氣體的影響，而逐漸成為更常見的立法要求。目前，大多數(shù)的垃圾填埋地的氣體分析是通過現(xiàn)場采樣或通過使用大型昂貴的固定位置監(jiān)測站來實現(xiàn)。最近，已認(rèn)識到，氣體的產(chǎn)生和遷移響應(yīng)環(huán)境因素比如大氣壓力和地下水運動，且伴隨的現(xiàn)實是，現(xiàn)場采樣會通常忽略這樣的變化。從W02007/141512已知提供一種自給式(self-contained) IGM裝置，該整裝式IGM 裝置包括用于測量氣體變量的檢測器和配置成自動地周期性使用檢測器來測量氣體變量的控制器。然而，在W02007/141512中所公開的裝置和方法并不處理揮發(fā)性有機(jī)化合物 (VOC)。本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的目的是解決、克服或消除現(xiàn)有技術(shù)的不足，無論這種現(xiàn)有技術(shù)或不足是否在本文中或以其它方式被涉及。發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明，在第一方面，提供鉆孔內(nèi)氣體監(jiān)測器(IGM)裝置，其包括VOC濃度分析器和VOC收集器。適合地，VOC濃度分析器配置成提供VOC的非特定的實時濃度。適合地，VOC濃度分析器包括光離子化檢測器。適合地，VOC收集器配置成提供按體積計的比濃度。適合地，VOC收集器包括吸附劑材料。 適合地，裝置還包括配置成測量大氣壓力的壓力傳感器。適合地，裝置還包括計時器。適合地，裝置包括用于在下游方向上將氣體泵送經(jīng)過VOC濃度分析器和VOC收集器的泵，且裝置被配置，由此VOC濃度分析器通過泵將鉆孔氣體泵送經(jīng)過VOC濃度分析器和 VOC收集器持續(xù)一段泵送周期，而確定在預(yù)定時間下的VOC濃度。適合地，裝置被配置，由此記錄泵送周期、測量時間和在測量時間下的大氣壓力。適合地，裝置包括泵和過濾器，泵用于在下游方向上將氣體泵送經(jīng)過VOC濃度分析器和VOC收集器，過濾器用于從氣體入口除去任何微?；驖駳猓渲蠽OC濃度分析器和 VOC收集器位于過濾器的上游。適合地，裝置包括用于在下游方向上將氣體泵送經(jīng)過VOC濃度分析器和VOC收集器的泵，且具有包括氣體入口、壓力傳感器和位于泵的上游的第一閥的氣體流動路徑，其中裝置配置，由此在第一閥關(guān)閉時，泵激活一段預(yù)定周期，且如果在預(yù)定周期內(nèi)，由壓力傳感器測量到的預(yù)定壓力沒有被超過，則生成泵故障信號。適合地，預(yù)定周期是在8秒和12秒之間，且預(yù)定壓力是lOOmb。適合地，裝置包括用于在下游方向上將氣體泵送經(jīng)過VOC濃度分析器和VOC收集器的泵，且具有包括氣體入口、位于泵的上游的第一閥、壓力傳感器和過濾器的氣體流動路徑，其中裝置被配置，由此在第一閥打開時，第一壓力傳感器讀數(shù)被獲取，泵被激活一段預(yù)定周期，在泵被激活一段預(yù)定周期后，第二壓力傳感器讀數(shù)被獲取，且如果第一壓力傳感器讀數(shù)和第二壓力傳感器讀數(shù)之間的差值量大于預(yù)定值，則生成過濾器故障信號。合適地，預(yù)定周期是在2秒和6秒之間。適合地,預(yù)定值是250mb。適合地，感測時間和泵操作的時間長度被記錄。適合地，裝置包括氣體出口和位于第一閥的下游的第二閥。適合地，裝置被配置成具有鉆孔側(cè)和大氣側(cè)，其中具有通向設(shè)備的鉆孔側(cè)和通向設(shè)備的大氣側(cè)的氣體出口。適合地，VOC濃度分析器和VOC收集器在氣體流動路徑中與氣體分析器串聯(lián)。適合地，氣體分析器分析烴、二氧化碳、氧和硫化氫中的一種或多種。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供鉆孔內(nèi)氣體監(jiān)測器裝置的操作方法，該方法包括根據(jù)本發(fā)明的第一方面的鉆孔內(nèi)氣體監(jiān)測器裝置在鉆孔中的使用。適合地，通過VOC收集器收集的VOC被定量。適合地，裝置包括用于將氣體從鉆孔泵送經(jīng)過VOC收集器和VOC分析器的泵，其中感測時間和泵操作的時間長度被記錄以確定穿過裝置的氣體體積。這使得能夠確定VOC濃度。


現(xiàn)在將僅通過示例的方式同時參考以下附圖來描述本發(fā)明；附圖中圖I是具有根據(jù)本發(fā)明的鉆孔內(nèi)氣體監(jiān)測器的鉆孔位置的示意性圖示。圖2是根據(jù)本發(fā)明的鉆孔內(nèi)氣體監(jiān)測器裝置的示意性剖視正視圖。圖3是圖示出根據(jù)本發(fā)明的鉆孔內(nèi)氣體監(jiān)測器裝置的操作方法的示意性流程圖。優(yōu)選實施方式的描述參考附圖的圖1，顯示了在由垃圾填埋區(qū)所構(gòu)成的地面中的鉆孔2。鉆孔2由襯套 4支撐，多個側(cè)孔6位于襯套4中以允許采樣。參考附圖的圖2，顯示了包括罩10的鉆孔內(nèi)氣體監(jiān)測器(IGM)裝置8。罩10包括用于接收IGM裝置8的內(nèi)孔12。罩10包括用于與襯套4上的相應(yīng)的內(nèi)螺紋(未顯示)嚙合的外螺紋14。選擇性地，罩可作為外殼的部分而制成。密封件16被設(shè)置用于在沒有可利用的合適的螺紋為罩10所使用時將IGM裝置8安裝到鉆孔中。IGM裝置8由主體部分17構(gòu)成，主體部分是滿足環(huán)境等級IP-68即基本上防水的自給式單元。IGM裝置8包括頂部30和外管32。在該實施方式中，管32的外徑約為40mm， 允許其被插入到一般的鉆孔襯套中。在本發(fā)明的該實施方式中，管32的長度是800_，但可更小。IGM裝置8還包括被連接到第一入口閥38的氣體入口 36，該氣體入口通向揮發(fā)性有機(jī)化合物(“V0C”)檢測器40，檢測器40連接至VOC收集器42，VOC收集器42連接至用于從進(jìn)入氣體中除去任何過量的濕氣和/或微粒的水分和微粒過濾器44。過濾器44連接至第一壓力傳感器46，第一壓力傳感器46連接至泵48，泵48連接至包括多個氣體分析器的氣體檢測器50，在該實例中的多個氣體分析器是H2S和CO傳感器52、CO2傳感器52、CH4 傳感器56和O2傳感器58。檢測器連接至第二閥60，第二閥60連接至返回到鉆孔的回流管路(第一出口)62并且分支連接至第三閥64，第三閥64連接至第二壓力傳感器66，從第二壓力傳感器66延伸有第二出口 68，這次通向大氣。合適的過濾器44是直線式(in-line)的微粒和濕氣過濾器，比如可從英國利明頓礦泉城皇后大道(Queensway)的Sovereign House的巖土工程技術(shù)儀器(Geotechnical Instruments)獲得的過濾器。VOC檢測器40檢測一定范圍的VOC的存在和濃度，但并不區(qū)分各種V0C。合適的 VOC采樣器40是光離子化檢測器。VOC收集器42是吸附劑且吸附(即，吸納(adsorb)或吸收(absorb))從其經(jīng)過的V0C。合適的VOC采樣器40可以是其中具有多個小吸附劑球的 GORESorb (商標(biāo))管?？稍跈z測器50中測量任意合適的氣體變量，分析器通常用于監(jiān)測烴(尤其是甲烷)濃度、二氧化碳濃度、氧濃度、一氧化碳濃度和硫化氫濃度。IGM裝置8還包括電池(電池組)72與用于控制裝置8的操作的組合式控制器和存儲器70，使裝置8的操作是自給式的，即不依賴于與外部源的數(shù)據(jù)通信或來自外部源的動力?？刂破?0包括計時器。排氣管74被設(shè)置成從鉆孔端部到出口 76穿過通向大氣的頂部30 (裝置的大氣端)而貫穿裝置8。為排氣管64提供排氣管閥78以控制其是否與大氣相通。還顯示了水分檢測器80，其檢測在設(shè)備中的液態(tài)水的存在或鄰近，且基于這樣的檢測將信號傳輸?shù)娇刂破?0。使用電導(dǎo)傳感器以確定液態(tài)水的存在。另外，水位檢測器(未顯示)可連接至IGM裝置的底部，且在使用中被懸掛在底部的下面進(jìn)入鉆孔。如配線的壓力變換器(wired pressure transducer)可被使用的那樣。頂部30包括允許與遠(yuǎn)程設(shè)備和單元激活進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的連接器82。此外，壓力傳感器可連接到這里，用于監(jiān)測鉆孔的水位。將IGM裝置8安裝在鉆孔2中，其中鉆孔2位于通過罩10提供不透氣密封的鉆孔襯墊內(nèi)。隨著時間的推移，氣體將在鉆孔2中聚集。IGM裝置8特別是通過控制器70的編程而被配置成自動地且周期性地檢測來自鉆孔的氣體樣品?，F(xiàn)在將描述進(jìn)行這種測試所采用的過程。首先(步驟100)，進(jìn)行泵的測試。在第一閥38關(guān)閉時，啟動泵48且第一壓力傳感器46在10秒內(nèi)必須讀出lOObm，否則會通過控制器70產(chǎn)生故障警告，因為泵48可能已經(jīng)出現(xiàn)故障。其次(步驟102)，進(jìn)行過濾器的測試。在第一閥38打開4秒后，第一壓力傳感器 46讀取壓力讀數(shù)BH。然后，泵48運行一段預(yù)定周期且第一傳壓力感器46讀取另一個壓力讀數(shù)BHP。如果BHP-BH > 250mb，則會通過控制器70產(chǎn)生故障警告，因為過濾器44可能已
經(jīng)堵塞。任何故障警告作為從裝置下載的數(shù)據(jù)的部分而顯著地呈現(xiàn)。打開第一閥38和第二閥60 (步驟104)且激活泵48 (步驟106)以將氣體從鉆孔
6泵送穿過上述的氣體流動路徑，以保證傳感器具有來自鉆孔的最新的氣體樣品。VOC檢測器 40和VOC收集器42位于過濾器44的前面，否則過濾器44將從氣體流動中除去V0C。通過 VOC收集器所收集的VOC可通過除去VOC收集器并使VOC洗脫到儀器比如氣相色譜儀中而被定量。VOC濃度的測量(步驟108)是通過VOC檢測器40進(jìn)行的。通過過濾器44除去濕氣和微粒。然后，鉆孔氣體穿過檢測器50，在檢測器50處鉆孔氣體通過氣體分析器57、54、56 和58來分析(步驟110)。同時發(fā)生的氣體壓力測量(步驟112)是通過第一壓力傳感器38進(jìn)行的，且參考的大氣壓力的測量是通過第二壓力傳感器66進(jìn)行的。記錄感測時間和泵操作的時間長度 (步驟114)。根據(jù)經(jīng)驗測量或通過計算，可確定在泵48運行時每單位時間穿過裝置8的氣體體積。因此，可確定在任意給定的測試周期中穿過裝置的氣體體積是多少。該數(shù)據(jù)儲存在控制器/存儲器70中。然后，通過VOC收集器所收集的VOC的量可除以穿過收集器的氣體體積而得到VOC濃度的測量值。然后，關(guān)閉第一閥38和第二閥60 (步驟116)。來自鉆孔的氣體通過裝置的鉆孔端部而循環(huán)返回到鉆孔。通過氣體分析器52、54、56和58，進(jìn)行氣體變量的測量。可監(jiān)測任何合適的變量， 包括特定氣體的存在或缺乏、氣體濃度水平、氣體壓力、氣體中的濕氣含量等中的一種或多種。來自氣體變量測量的數(shù)據(jù)儲存在控制器/存儲器70中。重新設(shè)置控制器70中的計時器，使得可進(jìn)行隨后的定期測量。儲存在控制器/存儲器70中的數(shù)據(jù)可經(jīng)由連接器82或通過無線傳輸從硬連線連接中下載。這種連接還可用于編程控制器70，以根據(jù)所需來操作裝置8。例如，還可設(shè)置變量比如采樣的頻率，無論采樣是定期的還是不定期的、是否應(yīng)定期排放至大氣等等。以上述為基礎(chǔ)，如果水分檢測器80在裝置中檢測到水分的存在，則濕氣檢測信號被發(fā)送至能夠采取適當(dāng)步驟(比如關(guān)閉裝置8、傳輸警告信號、點亮警告燈等等)的控制器 70中。這可保護(hù)裝置8不受損害且避免讀取污染的讀數(shù)。因為氣體在鉆孔中聚集一段時間，因此使鉆孔與大氣相通以減少那里的壓力是有利的，而且還通過允許鉆孔與大氣平衡而為有效地重新開始采樣操作提供機(jī)會。因此，可重新設(shè)置用于任意監(jiān)測的基線且可進(jìn)行一段時間的氣體變量的變化分析。裝置8可配置成周期性地或根據(jù)指令使鉆孔通風(fēng)到大氣。因此，提供便攜式的自給式IGM裝置，其可便利地部署在鉆孔中以讀取鉆孔中的氣體變量的定期數(shù)據(jù)讀數(shù)。具體地，本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式使得能夠監(jiān)測VOC。VOC檢測器和VOC控制器一起與穿過裝置的氣體體積的確定的組合使得計算能夠通過鉆孔中的特定VOC的絕對濃度及絕對濃度在一段時間內(nèi)是如何變化的來實現(xiàn)。通過時間標(biāo)記的結(jié)果，VOC在一段時間內(nèi)的變化可被監(jiān)測，使得例如能夠與其它的時間-變量現(xiàn)象比如大氣壓力或氣候條件相比較。將注意力引向與相關(guān)于本申請的本說明書一起提交或先于本說明書提交的并且與本說明書一起對于公眾檢閱是開放的所有出版物和文件，且所有這些出版物和文件的內(nèi)容通過引用的方式并入本文。本說明書(包括任何附加的權(quán)利要求、摘要和附圖)中所公開的所有特征和/或這樣公開的任何方法或過程的所有步驟可以以任意的組合合并，除了其中至少一些這樣的特征和/或步驟相互排斥的組合之外。除非明確地另有說明，否則在本說明書(包括任何附加的權(quán)利要求、摘要和附圖) 中所公開的每一個特征可被達(dá)到相同的、相等的或類似的目的的選擇性特征代替。因此，除非明確地另有說明，否則所公開的每一個特征只是通用的一系列等價特征或類似特征的一個實例。本發(fā)明不限于上文的實施方式的細(xì)節(jié)。本發(fā)明延伸至本說明書(包括任何附加的權(quán)利要求、摘要和附圖)中所公開的特征中的任意一個新穎的特征或任意新穎的組合，或延伸至這樣公開的任何方法或過程的任意一個新穎的方法或過程或任意新穎的組合。
權(quán)利要求
1.一種鉆孔內(nèi)氣體監(jiān)測器(IGM)裝置，其包括VOC濃度分析器和VOC收集器。
2.如權(quán)利要求I所述的鉆孔內(nèi)氣體監(jiān)測器(IGM)裝置，其中所述VOC濃度分析器配置成提供VOC的非特定的實時濃度。
3.如權(quán)利要求I或權(quán)利要求2所述的鉆孔內(nèi)氣體監(jiān)測器(IGM)裝置，其中所述VOC濃度分析器包括光離子化檢測器。
4.如上述權(quán)利要求中任一項所述的鉆孔內(nèi)氣體監(jiān)測器(IGM)裝置，其中所述VOC收集器配置成提供按體積計的比濃度。
5.如上述權(quán)利要求中任一項所述的鉆孔內(nèi)氣體監(jiān)測器(IGM)裝置，其中所述VOC收集器包括吸附劑材料。
6.如上述權(quán)利要求中任一項所述的鉆孔內(nèi)氣體監(jiān)測器(IGM)裝置，其中所述裝置還包括配置成測量大氣壓力的壓力傳感器。
7.如上述權(quán)利要求中任一項所述的鉆孔內(nèi)氣體監(jiān)測器(IGM)裝置，其中所述裝置還包括計時器。
8.如上述權(quán)利要求中任一項所述的鉆孔內(nèi)氣體監(jiān)測器(IGM)裝置，其中所述裝置包括用于在下游方向上將氣體泵送經(jīng)過所述VOC濃度分析器和所述VOC收集器的泵，且所述裝置被配置，由此所述VOC濃度分析器通過所述泵將鉆孔氣體泵送經(jīng)過所述VOC濃度分析器和所述VOC收集器持續(xù)一段泵送周期，而確定在預(yù)定時間下的VOC濃度。
9.如權(quán)利要求8所述的鉆孔內(nèi)氣體監(jiān)測器(IGM)裝置，其中所述裝置被配置，由此所述泵送周期、測量時間和在所述測量時間下的大氣壓力被記錄。
10.如權(quán)利要求1-7所述的鉆孔內(nèi)氣體監(jiān)測器(IGM)裝置，其中所述裝置包括泵和過濾器，所述泵用于在下游方向上將氣體泵送經(jīng)過所述VOC濃度分析器和所述VOC收集器，所述過濾器用于從氣體入口除去任何微?；驖駳猓渲兴鯲OC濃度分析器和所述VOC收集器位于所述過濾器的上游。
11.如權(quán)利要求1-7所述的鉆孔內(nèi)氣體監(jiān)測器(IGM)裝置，其中所述裝置包括用于在下游方向上將氣體泵送經(jīng)過所述VOC濃度分析器和所述VOC收集器的泵，且具有包括氣體入口、壓力傳感器和位于所述泵的上游的第一閥的氣體流動路徑，其中所述裝置被配置，由此在所述第一閥關(guān)閉時，所述泵被激活一段預(yù)定周期，且如果在所述預(yù)定周期內(nèi)，由所述壓力傳感器測量到的預(yù)定壓力沒有被超過，則生成泵故障信號。
12.如權(quán)利要求11所述的鉆孔內(nèi)氣體監(jiān)測器(IGM)裝置，其中所述預(yù)定周期是在8秒和12秒之間，且所述預(yù)定壓力是lOOmb。
13.如權(quán)利要求1-7所述的鉆孔內(nèi)氣體監(jiān)測器(IGM)裝置，其中所述裝置包括用于在下游方向上將氣體泵送經(jīng)過所述VOC濃度分析器和所述VOC收集器的泵，且具有包括氣體入口、壓力傳感器、過濾器和位于所述泵的上游的第一閥的氣體流動路徑，其中所述裝置被配置，由此在所述第一閥打開時，第一壓力傳感器讀數(shù)被獲取，所述泵被激活一段預(yù)定周期， 在所述泵被激活一段預(yù)定周期后，第二壓力傳感器讀數(shù)被獲取，且如果所述第一壓力傳感器讀數(shù)和所述第二壓力傳感器讀數(shù)之間的差值量大于預(yù)定值，則生成過濾器故障信號。
14.如權(quán)利要求13所述的鉆孔內(nèi)氣體監(jiān)測器(IGM)裝置，其中所述預(yù)定周期是在2秒和6秒之間。
15.如權(quán)利要求13或權(quán)利要求14所述的鉆孔內(nèi)氣體監(jiān)測器(IGM)裝置，其中所述預(yù)定值是250mb。
16.如權(quán)利要求8-15所述的鉆孔內(nèi)氣體監(jiān)測器(IGM)裝置，其中感測時間和所述泵操作的時間長度被記錄。
17.如權(quán)利要求11-15所述的鉆孔內(nèi)氣體監(jiān)測器(IGM)裝置，其中所述裝置包括氣體出口和位于所述第一閥的下游的第二閥。
18.如上述權(quán)利要求中任一項所述的鉆孔內(nèi)氣體監(jiān)測器(IGM)裝置，其中所述裝置被配置成具有鉆孔側(cè)和大氣側(cè)，其中具有通向所述設(shè)備的所述鉆孔側(cè)和通向所述設(shè)備的所述大氣側(cè)的氣體出口。
19.如上述權(quán)利要求中任一項所述的鉆孔內(nèi)氣體監(jiān)測器(IGM)裝置，其中所述VOC濃度分析器和所述VOC收集器在氣體流動路徑中與氣體分析器串聯(lián)。
20.如權(quán)利要求19所述的鉆孔內(nèi)氣體監(jiān)測器(IGM)裝置，其中所述氣體分析器分析烴、 二氧化碳、氧和硫化氫中的一種或多種。
21.一種鉆孔內(nèi)氣體監(jiān)測器裝置的操作方法，該方法包括根據(jù)權(quán)利要求1-20中任一項所述的鉆孔內(nèi)氣體監(jiān)測器裝置的使用。
22.如權(quán)利要求21所述的鉆孔內(nèi)氣體監(jiān)測器裝置的操作方法，其中通過所述VOC收集器收集的VOC被定量。
23.如權(quán)利要求21或權(quán)利要求22所述的鉆孔內(nèi)氣體監(jiān)測器裝置的操作方法，其中所述裝置包括用于將氣體從鉆孔泵送經(jīng)過所述VOC收集器和所述VOC分析器的泵，其中感測時間和所述泵操作的時間長度被記錄以確定穿過所述裝置的氣體體積，該體積使得能夠確定 VOC濃度。
全文摘要
鉆孔內(nèi)氣體監(jiān)測器裝置和方法。一種包括VOC濃度分析器和VOC收集器的鉆孔內(nèi)氣體監(jiān)測器(IGM)裝置。
文檔編號G01N33/00GK102597766SQ201080048277
公開日2012年7月18日 申請日期2010年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月1日
發(fā)明者史蒂夫·鮑爾特 申請人:因特萊西斯有限公司