盧旺達(dá)的基伍湖被譽為“非洲大湖”之一，在分層深水區(qū)（低于250米）中有大量溶解甲烷（CH4）和二氧化碳（CO2），高達(dá)約20 mmol/l的甲烷濃度足以用于商業(yè)氣體提取和發(fā)電。 ContourGlobal 將在基伍湖上實施了一個發(fā)電計劃，利用基伍湖深水中發(fā)現(xiàn)的高濃度甲烷氣體來發(fā)電，這一項目被稱為KivuWatt項目。

合作背景

KivuWatt項目是世界上第一個漂浮在湖中的天然氣開采平臺，為了安全開采基伍湖的甲烷，天然氣提取設(shè)施位于湖岸13公里處，連接至湖底。項目從350米深處取水，氣體提取過程通過氣體分離器，從壓力35-2bar的載氣水中提取出含有CH4的氣泡，然后在四個洗滌塔中洗滌原始?xì)怏w，最終產(chǎn)生潔凈的高濃度甲烷氣體，通過一條13公里長的半淹沒管道輸送到湖岸邊26兆瓦的發(fā)電廠。發(fā)電廠內(nèi)的大型內(nèi)燃發(fā)電機組將沼氣能量轉(zhuǎn)化為電能，為盧旺達(dá)國家公用電力系統(tǒng)提供必須的電力。二氧化碳則被泵回湖中，以維持湖中微妙的平衡不被破壞。

基伍湖分層深水區(qū)示意圖

項目介紹

為確保輸送到發(fā)電廠的氣體符合內(nèi)燃機對燃?xì)獾馁|(zhì)量要求，盧旺達(dá)KivuWatt項目需要在氣體提取平臺上安裝一個可長期連續(xù)運行的沼氣監(jiān)測系統(tǒng)，用于監(jiān)測來自3個不同工藝點的天然氣氣體質(zhì)量數(shù)據(jù)：原始?xì)怏w，提純后的氣體，以及火炬氣。

為了精準(zhǔn)檢測氣體成分，項目需要直接測量原始?xì)怏w的成分，包括甲烷、二氧化碳、硫化氫、O2和N2。其中，為確保原料氣的質(zhì)量，N2必須直接測量，不能通過計算得出；而且需要實時在線連續(xù)監(jiān)測，確保工藝的正常運轉(zhuǎn)并盡量降低維護(hù)周期和停機檢修帶來的損失，以達(dá)到最佳生產(chǎn)效率。

為實現(xiàn)以上監(jiān)測目的，通過對不同技術(shù)路線和不同供應(yīng)商方案的比較，KivuWatt項目最終采用了四方儀器激光拉曼在線防爆型分析系統(tǒng)，提供高精度、低維護(hù)的實時監(jiān)測。

盧旺達(dá)KivuWatt項目示意圖

激光拉曼光譜氣體分析儀（防爆型）LRGA-6000

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激光拉曼光譜氣體分析儀LRGA-6000基于激光拉曼散射原理，通過對待測氣體的特裝拉曼散射光譜進(jìn)行增強、收集、處理和識別，并對含量進(jìn)行定量計算?？赏瑫r對多種氣體進(jìn)行全量程的在線和實時檢測。

產(chǎn)品特性

1、采用激光拉曼氣體特征指紋技術(shù)，干擾少

2、在線、實時：一臺儀器解決工業(yè)過程氣體全流程監(jiān)測

3、全組分：測量包括CH4、CO2、H2S、N2、O2、H2O在內(nèi)的氣體組分

4、響應(yīng)速度快，樣氣進(jìn)入分析儀后直接顯示測量結(jié)果

5、全量程氣體濃度測量，檢測范圍為（0.01-100）%，調(diào)整時間，也可以測量微量組分

6、具備溫度和壓力自動修正功能，無漂移

7、使用和維護(hù)成本低，無需載氣與耗材

8、可選配集成系統(tǒng)，實時對多個監(jiān)測點的實時循環(huán)監(jiān)測

9、智能化軟件設(shè)計，全觸屏界面，數(shù)據(jù)直觀顯示，可外接PC鍵盤

技術(shù)方案

四方儀器激光拉曼在線防爆分析系統(tǒng)，主要由預(yù)處理單元、控制單元、分析單元三部分組成，專為中低粉塵工作環(huán)境設(shè)計。產(chǎn)品采用PLC程序控制，可以自動完成3個采樣通道之間的切換，實現(xiàn)24小時無人值守操作。極大降低了手動負(fù)載，保證系統(tǒng)的長期穩(wěn)定，實現(xiàn)了準(zhǔn)確、連續(xù)的自動在線運行。

一、預(yù)處理裝置

預(yù)處理裝置通過對進(jìn)氣電磁閥的控制，實現(xiàn)氣體采樣的三通道循環(huán)切換。在氣體凈化提純過程中，采用過濾精度為5um的氣水分離器，將液態(tài)水從樣品氣體中分離出來，同時過濾樣品氣體；初次過濾后的氣體通過半導(dǎo)體冷凝器，去除樣品氣體中可凝固的氣態(tài)水。整個過程用到的過濾器均設(shè)有自動排水裝置，確保系統(tǒng)自動完成正常的取樣與排水過程。最后采用過濾精度為0.1um的精密過濾器，確保樣品氣體滿足分析儀器的使用要求，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和系統(tǒng)的可靠性。

二、控制單元

激光拉曼氣體分析儀通過內(nèi)置IPC上的定制操作軟件實時顯示所有數(shù)據(jù)，并通過MODBUSTCP協(xié)議提供實時數(shù)據(jù)輸出，并為每個氣體組件提供4-20mA的模擬輸出。

三、分析單元

分析單元為四方儀器自主知識產(chǎn)權(quán)的多組分激光拉曼分析儀。它采用激光拉曼氣體特征指紋譜技術(shù)，通過對待測氣體的特征拉曼散射光譜進(jìn)行增強、收集、處理和識別，可對氣體成分進(jìn)行定量計算，實現(xiàn)在線實時對多種類氣體進(jìn)行定性及定量監(jiān)測，保障KivuWatt基伍瓦特項目長期穩(wěn)定的自動在線運行。

方案價值

四方儀器激光拉曼光譜氣體分析儀，不僅可以完成CH4、CO2、H2S等主要組分的監(jiān)測需求，還可以直接精確測量N2濃度，且提供高精度和長壽命的H2S測量，完美解決客戶的痛點。該方案將儀表集成在正壓防爆柜內(nèi)，完全適用于危險場景的使用。經(jīng)過在盧旺達(dá)生物天然氣現(xiàn)場的實際性能驗證以及嚴(yán)格測試評估，四方儀器激光拉曼氣體分析儀被項目評估團(tuán)隊批準(zhǔn)，今后將被優(yōu)先應(yīng)用于該客戶即將投建的其他沼氣發(fā)電廠項目中。

項目現(xiàn)場