随着对沼气的兴趣不断增长，人们越来越关注测量沼气流量，这一直是过程测量技术中的一个问题。高水和二氧化碳（CO 2）含量使沼气成为一种苛刻的介质和难以测量的任务，但新一代电磁流量计使沼气测量稳定且易于管理。

沼气能源崛起

    根据美国沼气理事会的数据，美国有大约2,000个生产沼气的地方，还有12,000个生产沼气的地方已经成熟。[1]除了其他环境和经济效益之外，沼气还在美国作为传统燃料的替代品得到推广，因为它可以提高能源安全性并减少温室气体排放。[2]

    作为美国市场可能走向何方的例证，欧洲有超过10,000个运营的沼气池。根据德国沼气eV专业协会的统计，2011年仅在德国就建造了1000多座新的沼气厂。如今，超过7,000个装置的总电力超过3000兆瓦且不断增加。在短短几年内，沼气就达到了德国总能耗的3％左右。

    传统上，这些工厂中的沼气是来自废水处理厂和垃圾填埋场的污泥发酵的产物。如今，其他生物原料如来自养牛和其他农业操作的废物也用于生产沼气。这种气体通常用于热电联产装置，使用燃气发动机直接发电和供热。越来越多的沼气被重新设计为电网质量，以供应给燃气电网。沼气也被用作替代车辆燃料。

测量甲烷含量对成功操作至关重要在

    使用沼气时，了解甲烷（CH 4）含量至关重要。如果沼气具有正确的**低甲烷含量，则只能保证在热电联产装置中平稳有效地运行燃气发动机。因此，工厂操作员必须熟悉所用沼气的成分和数量。

    当向燃气电网运营商输送沼气用于贸易交接应用时尤其如此。由于沼气的甲烷含量可能差异很大，因此工厂操作员依赖于有关沼气的连续可靠信息。但这正是当今许多运营商面临的巨大挑战。通常，可以在生物气设备中进行多次测量，例如在储罐之前和之后。但是，成功掌握测量任务绝非易事。这主要是由于与沼气应用相关的苛刻测量参数。

难以测量的参数

    根据生物原料和工艺，沼气仅含有约50-70％体积的甲烷。剩余部分由30-50体积的CO 2和较少量的氧气（O 2），硫化氢（H 2 S）和氮气（N 2）组成。此外，沼气可以含有高达5-6体积％的游离液态水，因为沼气在发酵过程中被水饱和，然后在冷却并进入发酵罐后进入管道。

    当溶解在水中时，H 2 S在管道中产生腐蚀性溶液。除了高湿度外，在选择测量设备时还必须考虑耐腐蚀性。在沼气测量期间，细菌也可以沉积在流量计中。

    温度范围从略高于环境温度到122°F，压力通常为20-25英寸H 2 O.然而，原则上，工艺条件可以变化很大。例如，当在发酵后直接进行测量时，当新的污泥进料到发酵罐中时可能发生突然的温度下降。此外，测量可能不会导致任何压力损失。根据需要，可以支付用于覆盖尽可能宽的测量范围的测量设备。例如，在废水工业中，大多数沼气厂的管道直径为2“至8”。用于生产沼气的较大地点也可能需要更大的标称尺寸（12“至16”）。

    流量测量技术试图通过各种不同的测量方法满足这些特殊的测量要求，但尚未找到满意的测量任务解决方案。例如，孔板已经证明在概述的压力条件下完全不适合于沼气测量，因为它们会导致压力损失并因此可能显着地干扰该过程。

    对于低流速下的测量，使用涡街流量计的条件又非常有限。热质量流量计仍然是沼气工业中**常用的测量设备，但这些测量仪器也存在相当大的障碍：沼气生产线中的水大大限制了其性能。

    基于它们的设计，电磁流量计一直特别适用于沼气应用，因为它们可确保完全运输而不会损失压力或对流量产生任何负面影响，并且它们可以覆盖很宽的测量范围。然而，在过去，他们不得不处理高含水量。此外，通常存在于沼气流中的高CO 2含量也对测量稳定性具有负面影响，因为CO 2的分子结构可显着降低超声信号的分散。此外，购买这些装置的成本仍然相对较高，这常常使得电磁流量计的使用没有吸引力。

**先进的沼气电磁流量计流量测量

    技术从沼气应用的早期经验，尤其是电磁流量计流量测量技术领域，已经学到了很多测量技术。通过投资，研究和开发，包括 KROHNE Inc.在内的领先测量技术制造商已成功生产出新一代电磁流量计，专门针对沼气应用的高要求，同时保持价格合理。例如，科隆的新型OPTISONIC 7300（如右图所示）为沼气测量提供了一系列新功能，同时保持了成本竞争力。

    该测量仪器根据时间传递差分方法运行，无论气体成分如何，都能确保流量测量具有高度的长期稳定性。该解决方案免维护，不受沉积物的影响。凭借其特殊的信号转换器设计，OPTISONIC 7300还具有更高的信号强度。NACE认可的Grade 29 Titanium传感器可提供出色的抗H 2 S 耐腐蚀性。增强型数字信号处理器（DSP）还可以更好地检测受高CO 2强烈阻尼的小声信号内容。仪表结构还消除了水对测量的任何影响。该设备没有常规重新校准，压力损失或流量范围限制等限制。此外，为了使各种测量具有可比性，可以根据OPTISONIC转换器的温度和压力输入来测量标准体积。

    经验表明，该设备可以执行稳定和准确的沼气测量，正是工厂操作员需要确保其沼气操作的可行性。

    使用OPTISONIC 7300计算甲烷含量

    该测量装置具有甲烷含量的综合计算，如上所述，这对于使用沼气时有效的燃气发动机运行至关重要。所示计算取自实际的废水处理厂应用实例。  

根据下式确定气体的摩尔质量（M）

甲烷含量可由摩尔质量计算，考虑以下因素：

CO 2的摩尔重量（44）甲烷的摩尔重量（16）

水的摩尔重量（18）

气体中的水量取决于温度。对于水饱和的气体，水的量是已知的。

甲烷含量的测量精度为2％（包括温度测量的不确定度为1％）。

新流量计的进步恰逢其时，正如沼气作为能源的日益重要性一直迫切需要可靠的流量测量装置。