专利名称：包括voc浓度分析器和voc收集器的钻孔内气体监测器装置和方法
技术领域：
本发明涉及钻孔内气体监测器(IGM)装置和方法。
背景技术：
由垃圾填埋地和相关场所产生的气体浓度的监测，特别是甲烷和二氧化碳浓度的监测，由于这些气体存在的潜在问题，比如爆炸的风险和作为温室气体的影响，而逐渐成为更常见的立法要求。目前，大多数的垃圾填埋地的气体分析是通过现场采样或通过使用大型昂贵的固定位置监测站来实现。最近，已认识到，气体的产生和迁移响应环境因素比如大气压力和地下水运动，且伴随的现实是，现场采样会通�：雎哉庋谋浠�。从W02007/141512已知提供一种自给式(self-contained) IGM装置，该整装式IGM 装置包括用于测量气体变量的检测器和配置成自动地周期性使用检测器来测量气体变量的控制器。然而，在W02007/141512中所公开的装置和方法并不处理挥发性有机化合物 (VOC)。本发明的优选实施方式的目的是解决、克服或消除现有技术的不足，无论这种现有技术或不足是否在本文中或以其它方式被涉及。发明概述根据本发明，在第一方面，提供钻孔内气体监测器(IGM)装置，其包括VOC浓度分析器和VOC收集器。适合地，VOC浓度分析器配置成提供VOC的非特定的实时浓度。适合地，VOC浓度分析器包括光离子化检测器。适合地，VOC收集器配置成提供按体积计的比浓度。适合地，VOC收集器包括吸附剂材料。 适合地，装置还包括配置成测量大气压力的压力传感器。适合地，装置还包括计时器。适合地，装置包括用于在下游方向上将气体泵送经过VOC浓度分析器和VOC收集器的泵，且装置被配置，由此VOC浓度分析器通过泵将钻孔气体泵送经过VOC浓度分析器和 VOC收集器持续一段泵送周期，而确定在预定时间下的VOC浓度。适合地，装置被配置，由此记录泵送周期、测量时间和在测量时间下的大气压力。适合地，装置包括泵和过滤器，泵用于在下游方向上将气体泵送经过VOC浓度分析器和VOC收集器，过滤器用于从气体入口除去任何微粒或湿气，其中VOC浓度分析器和 VOC收集器位于过滤器的上游。适合地，装置包括用于在下游方向上将气体泵送经过VOC浓度分析器和VOC收集器的泵，且具有包括气体入口、压力传感器和位于泵的上游的第一阀的气体流动路径，其中装置配置，由此在第一阀关闭时，泵激活一段预定周期，且如果在预定周期内，由压力传感器测量到的预定压力没有被超过，则生成泵故障信号。适合地，预定周期是在8秒和12秒之间，且预定压力是lOOmb。适合地，装置包括用于在下游方向上将气体泵送经过VOC浓度分析器和VOC收集器的泵，且具有包括气体入口、位于泵的上游的第一阀、压力传感器和过滤器的气体流动路径，其中装置被配置，由此在第一阀打开时，第一压力传感器读数被获�。帽患せ钜欢卧ざㄖ芷冢诒帽患せ钜欢卧ざㄖ芷诤螅诙沽Υ衅鞫潦换袢。胰绻谝谎沽Υ衅鞫潦偷诙沽Υ衅鞫潦涞牟钪盗看笥谠ざㄖ担蛏晒似鞴收闲藕�。合适地，预定周期是在2秒和6秒之间。适合地,预定值是250mb。适合地，感测时间和泵操作的时间长度被记录。适合地，装置包括气体出口和位于第一阀的下游的第二阀。适合地，装置被配置成具有钻孔侧和大气侧，其中具有通向设备的钻孔侧和通向设备的大气侧的气体出口。适合地，VOC浓度分析器和VOC收集器在气体流动路径中与气体分析器串联。适合地，气体分析器分析烃、二氧化碳、氧和硫化氢中的一种或多种。根据本发明的第二方面，提供钻孔内气体监测器装置的操作方法，该方法包括根据本发明的第一方面的钻孔内气体监测器装置在钻孔中的使用。适合地，通过VOC收集器收集的VOC被定量。适合地，装置包括用于将气体从钻孔泵送经过VOC收集器和VOC分析器的泵，其中感测时间和泵操作的时间长度被记录以确定穿过装置的气体体积。这使得能够确定VOC浓度。
现在将仅通过示例的方式同时参考以下附图来描述本发明；附图中图I是具有根据本发明的钻孔内气体监测器的钻孔位置的示意性图示。图2是根据本发明的钻孔内气体监测器装置的示意性剖视正视图。图3是图示出根据本发明的钻孔内气体监测器装置的操作方法的示意性流程图。优选实施方式的描述参考附图的图1，显示了在由垃圾填埋区所构成的地面中的钻孔2。钻孔2由衬套 4支撑，多个侧孔6位于衬套4中以允许采样。参考附图的图2，显示了包括罩10的钻孔内气体监测器(IGM)装置8。罩10包括用于接收IGM装置8的内孔12。罩10包括用于与衬套4上的相应的内螺纹(未显示)啮合的外螺纹14。选择性地，罩可作为外壳的部分而制成。密封件16被设置用于在没有可利用的合适的螺纹为罩10所使用时将IGM装置8安装到钻孔中。IGM装置8由主体部分17构成，主体部分是满足环境等级IP-68即基本上防水的自给式单元。IGM装置8包括顶部30和外管32。在该实施方式中，管32的外径约为40mm， 允许其被插入到一般的钻孔衬套中。在本发明的该实施方式中，管32的长度是800_，但可更小。IGM装置8还包括被连接到第一入口阀38的气体入口 36，该气体入口通向挥发性有机化合物(“V0C”)检测器40，检测器40连接至VOC收集器42，VOC收集器42连接至用于从进入气体中除去任何过量的湿气和/或微粒的水分和微粒过滤器44。过滤器44连接至第一压力传感器46，第一压力传感器46连接至泵48，泵48连接至包括多个气体分析器的气体检测器50，在该实例中的多个气体分析器是H2S和CO传感器52、CO2传感器52、CH4 传感器56和O2传感器58。检测器连接至第二阀60，第二阀60连接至返回到钻孔的回流管路(第一出口)62并且分支连接至第三阀64，第三阀64连接至第二压力传感器66，从第二压力传感器66延伸有第二出口 68，这次通向大气。合适的过滤器44是直线式(in-line)的微�：褪似鳎热缈纱佑⒐鞫倏笕腔屎蟠蟮�(Queensway)的Sovereign House的岩土工程技术仪器(Geotechnical Instruments)获得的过滤器。VOC检测器40检测一定范围的VOC的存在和浓度，但并不区分各种V0C。合适的 VOC采样器40是光离子化检测器。VOC收集器42是吸附剂且吸附(即，吸纳(adsorb)或吸收(absorb))从其经过的V0C。合适的VOC采样器40可以是其中具有多个小吸附剂球的 GORESorb (商标)管。可在检测器50中测量任意合适的气体变量，分析器通常用于监测烃(尤其是甲烷)浓度、二氧化碳浓度、氧浓度、一氧化碳浓度和硫化氢浓度。IGM装置8还包括电池(电池组)72与用于控制装置8的操作的组合式控制器和存储器70，使装置8的操作是自给式的，即不依赖于与外部源的数据通信或来自外部源的动力。控制器70包括计时器。排气管74被设置成从钻孔端部到出口 76穿过通向大气的顶部30 (装置的大气端)而贯穿装置8。为排气管64提供排气管阀78以控制其是否与大气相通。还显示了水分检测器80，其检测在设备中的液态水的存在或邻近，且基于这样的检测将信号传输到控制器70。使用电导传感器以确定液态水的存在。另外，水位检测器(未显示)可连接至IGM装置的底部，且在使用中被悬挂在底部的下面进入钻孔。如配线的压力变换器(wired pressure transducer)可被使用的那样。顶部30包括允许与远程设备和单元激活进行数据通讯的连接器82。此外，压力传感器可连接到这里，用于监测钻孔的水位。将IGM装置8安装在钻孔2中，其中钻孔2位于通过罩10提供不透气密封的钻孔衬垫内。随着时间的推移，气体将在钻孔2中聚集。IGM装置8特别是通过控制器70的编程而被配置成自动地且周期性地检测来自钻孔的气体样品。现在将描述进行这种测试所采用的过程。首先(步骤100)，进行泵的测试。在第一阀38关闭时，启动泵48且第一压力传感器46在10秒内必须读出lOObm，否则会通过控制器70产生故障警告，因为泵48可能已经出现故障。其次(步骤102)，进行过滤器的测试。在第一阀38打开4秒后，第一压力传感器 46读取压力读数BH。然后，泵48运行一段预定周期且第一传压力感器46读取另一个压力读数BHP。如果BHP-BH > 250mb，则会通过控制器70产生故障警告，因为过滤器44可能已
经堵塞。任何故障警告作为从装置下载的数据的部分而显著地呈现。打开第一阀38和第二阀60 (步骤104)且激活泵48 (步骤106)以将气体从钻孔
6泵送穿过上述的气体流动路径，以保证传感器具有来自钻孔的最新的气体样品。VOC检测器 40和VOC收集器42位于过滤器44的前面，否则过滤器44将从气体流动中除去V0C。通过 VOC收集器所收集的VOC可通过除去VOC收集器并使VOC洗脱到仪器比如气相色谱仪中而被定量。VOC浓度的测量(步骤108)是通过VOC检测器40进行的。通过过滤器44除去湿气和微粒。然后，钻孔气体穿过检测器50，在检测器50处钻孔气体通过气体分析器57、54、56 和58来分析(步骤110)。同时发生的气体压力测量(步骤112)是通过第一压力传感器38进行的，且参考的大气压力的测量是通过第二压力传感器66进行的。记录感测时间和泵操作的时间长度 (步骤114)。根据经验测量或通过计算，可确定在泵48运行时每单位时间穿过装置8的气体体积。因此，可确定在任意给定的测试周期中穿过装置的气体体积是多少。该数据储存在控制器/存储器70中。然后，通过VOC收集器所收集的VOC的量可除以穿过收集器的气体体积而得到VOC浓度的测量值。然后，关闭第一阀38和第二阀60 (步骤116)。来自钻孔的气体通过装置的钻孔端部而循环返回到钻孔。通过气体分析器52、54、56和58，进行气体变量的测量。可监测任何合适的变量， 包括特定气体的存在或缺乏、气体浓度水平、气体压力、气体中的湿气含量等中的一种或多种。来自气体变量测量的数据储存在控制器/存储器70中。重新设置控制器70中的计时器，使得可进行随后的定期测量。储存在控制器/存储器70中的数据可经由连接器82或通过无线传输从硬连线连接中下载。这种连接还可用于编程控制器70，以根据所需来操作装置8。例如，还可设置变量比如采样的频率，无论采样是定期的还是不定期的、是否应定期排放至大气等等。以上述为基础，如果水分检测器80在装置中检测到水分的存在，则湿气检测信号被发送至能够采取适当步骤(比如关闭装置8、传输警告信号、点亮警告灯等等)的控制器 70中。这可保护装置8不受损害且避免读取污染的读数。因为气体在钻孔中聚集一段时间，因此使钻孔与大气相通以减少那里的压力是有利的，而且还通过允许钻孔与大气平衡而为有效地重新开始采样操作提供机会。因此，可重新设置用于任意监测的基线且可进行一段时间的气体变量的变化分析。装置8可配置成周期性地或根据指令使钻孔通风到大气。因此，提供便携式的自给式IGM装置，其可便利地部署在钻孔中以读取钻孔中的气体变量的定期数据读数。具体地，本发明的优选的实施方式使得能够监测VOC。VOC检测器和VOC控制器一起与穿过装置的气体体积的确定的组合使得计算能够通过钻孔中的特定VOC的绝对浓度及绝对浓度在一段时间内是如何变化的来实现。通过时间标记的结果，VOC在一段时间内的变化可被监测，使得例如能够与其它的时间-变量现象比如大气压力或气候条件相比较。将注意力引向与相关于本申请的本说明书一起提交或先于本说明书提交的并且与本说明书一起对于公众检阅是开放的所有出版物和文件，且所有这些出版物和文件的内容通过引用的方式并入本文。本说明书(包括任何附加的权利要求、摘要和附图)中所公开的所有特征和/或这样公开的任何方法或过程的所有步骤可以以任意的组合合并，除了其中至少一些这样的特征和/或步骤相互排斥的组合之外。除非明确地另有说明，否则在本说明书(包括任何附加的权利要求、摘要和附图) 中所公开的每一个特征可被达到相同的、相等的或类似的目的的选择性特征代替。因此，除非明确地另有说明，否则所公开的每一个特征只是通用的一系列等价特征或类似特征的一个实例。本发明不限于上文的实施方式的细节。本发明延伸至本说明书(包括任何附加的权利要求、摘要和附图)中所公开的特征中的任意一个新颖的特征或任意新颖的组合，或延伸至这样公开的任何方法或过程的任意一个新颖的方法或过程或任意新颖的组合。
权利要求
1.一种钻孔内气体监测器(IGM)装置，其包括VOC浓度分析器和VOC收集器。
2.如权利要求I所述的钻孔内气体监测器(IGM)装置，其中所述VOC浓度分析器配置成提供VOC的非特定的实时浓度。
3.如权利要求I或权利要求2所述的钻孔内气体监测器(IGM)装置，其中所述VOC浓度分析器包括光离子化检测器。
4.如上述权利要求中任一项所述的钻孔内气体监测器(IGM)装置，其中所述VOC收集器配置成提供按体积计的比浓度。
5.如上述权利要求中任一项所述的钻孔内气体监测器(IGM)装置，其中所述VOC收集器包括吸附剂材料。
6.如上述权利要求中任一项所述的钻孔内气体监测器(IGM)装置，其中所述装置还包括配置成测量大气压力的压力传感器。
7.如上述权利要求中任一项所述的钻孔内气体监测器(IGM)装置，其中所述装置还包括计时器。
8.如上述权利要求中任一项所述的钻孔内气体监测器(IGM)装置，其中所述装置包括用于在下游方向上将气体泵送经过所述VOC浓度分析器和所述VOC收集器的泵，且所述装置被配置，由此所述VOC浓度分析器通过所述泵将钻孔气体泵送经过所述VOC浓度分析器和所述VOC收集器持续一段泵送周期，而确定在预定时间下的VOC浓度。
9.如权利要求8所述的钻孔内气体监测器(IGM)装置，其中所述装置被配置，由此所述泵送周期、测量时间和在所述测量时间下的大气压力被记录。
10.如权利要求1-7所述的钻孔内气体监测器(IGM)装置，其中所述装置包括泵和过滤器，所述泵用于在下游方向上将气体泵送经过所述VOC浓度分析器和所述VOC收集器，所述过滤器用于从气体入口除去任何微粒或湿气，其中所述VOC浓度分析器和所述VOC收集器位于所述过滤器的上游。
11.如权利要求1-7所述的钻孔内气体监测器(IGM)装置，其中所述装置包括用于在下游方向上将气体泵送经过所述VOC浓度分析器和所述VOC收集器的泵，且具有包括气体入口、压力传感器和位于所述泵的上游的第一阀的气体流动路径，其中所述装置被配置，由此在所述第一阀关闭时，所述泵被激活一段预定周期，且如果在所述预定周期内，由所述压力传感器测量到的预定压力没有被超过，则生成泵故障信号。
12.如权利要求11所述的钻孔内气体监测器(IGM)装置，其中所述预定周期是在8秒和12秒之间，且所述预定压力是lOOmb。
13.如权利要求1-7所述的钻孔内气体监测器(IGM)装置，其中所述装置包括用于在下游方向上将气体泵送经过所述VOC浓度分析器和所述VOC收集器的泵，且具有包括气体入口、压力传感器、过滤器和位于所述泵的上游的第一阀的气体流动路径，其中所述装置被配置，由此在所述第一阀打开时，第一压力传感器读数被获�。霰帽患せ钜欢卧ざㄖ芷冢� 在所述泵被激活一段预定周期后，第二压力传感器读数被获�。胰绻龅谝谎沽Υ衅鞫潦退龅诙沽Υ衅鞫潦涞牟钪盗看笥谠ざㄖ担蛏晒似鞴收闲藕�。
14.如权利要求13所述的钻孔内气体监测器(IGM)装置，其中所述预定周期是在2秒和6秒之间。
15.如权利要求13或权利要求14所述的钻孔内气体监测器(IGM)装置，其中所述预定值是250mb。
16.如权利要求8-15所述的钻孔内气体监测器(IGM)装置，其中感测时间和所述泵操作的时间长度被记录。
17.如权利要求11-15所述的钻孔内气体监测器(IGM)装置，其中所述装置包括气体出口和位于所述第一阀的下游的第二阀。
18.如上述权利要求中任一项所述的钻孔内气体监测器(IGM)装置，其中所述装置被配置成具有钻孔侧和大气侧，其中具有通向所述设备的所述钻孔侧和通向所述设备的所述大气侧的气体出口。
19.如上述权利要求中任一项所述的钻孔内气体监测器(IGM)装置，其中所述VOC浓度分析器和所述VOC收集器在气体流动路径中与气体分析器串联。
20.如权利要求19所述的钻孔内气体监测器(IGM)装置，其中所述气体分析器分析烃、 二氧化碳、氧和硫化氢中的一种或多种。
21.一种钻孔内气体监测器装置的操作方法，该方法包括根据权利要求1-20中任一项所述的钻孔内气体监测器装置的使用。
22.如权利要求21所述的钻孔内气体监测器装置的操作方法，其中通过所述VOC收集器收集的VOC被定量。
23.如权利要求21或权利要求22所述的钻孔内气体监测器装置的操作方法，其中所述装置包括用于将气体从钻孔泵送经过所述VOC收集器和所述VOC分析器的泵，其中感测时间和所述泵操作的时间长度被记录以确定穿过所述装置的气体体积，该体积使得能够确定 VOC浓度。
全文摘要
钻孔内气体监测器装置和方法。一种包括VOC浓度分析器和VOC收集器的钻孔内气体监测器(IGM)装置。
文档编号G01N33/00GK102597766SQ201080048277
公开日2012年7月18日 申请日期2010年8月3日 优先权日2009年9月1日
发明者史蒂夫·鲍尔特 申请人:因特莱西斯有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
