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Come ridurre le emissioni fuggitive nelle applicazioni di petrolio e gas

OGI-tecnologia

La visualizzazione dei gas di idrocarburi aiuta a prevenire la dispersione nell'atmosfera

Di Craig O'Neill, Responsabile dello sviluppo aziendale strategico, FLIR

Le termocamere a raggi infrarossi (IR) sono state utilizzate da decenni per una varietà di applicazioni petrolifere e del gas, tra cui ispezioni elettriche / meccaniche, ispezioni a livello di serbatoi e persino ispezioni sull'integrità dei tubi all'interno delle apparecchiature di processo. Negli ultimi anni, è stata sviluppata una nuova tecnologia di imaging ottico dei gas (OGI) che può "vedere" i gas idrocarburici e i composti organici volatili (VOC) che si scaricano o perdono nell'atmosfera. OGI può essere utilizzato per soddisfare i requisiti normativi di riduzione delle emissioni, contribuendo anche a ridurre la perdita di prodotto, che a sua volta fornisce un ritorno positivo sull'investimento. Le telecamere OGI sono un enorme risparmio di tempo rispetto ad altre tecnologie di ispezione e offrono anche vantaggi di sicurezza per gli operatori. Le principali società energetiche utilizzano telecamere OGI come FLIR GF320 per controllare rapidamente migliaia di componenti e identificare potenziali perdite di gas in tempo reale.

Tecnologie per ridurre le emissioni fuggitive nelle applicazioni di petrolio e gas

L'industria statunitense del gas naturale nel suo insieme ha emesso un 162.4 milioni di tonnellate equivalenti di CO2 di metano in 2015. [1] Oltre ai problemi di conformità normativa, ciò equivale a perdita di prodotto per gli operatori. L'industria si trova di fronte a come trovare e riparare al meglio le perdite di gas naturale in potenziali punti di fuga, tra cui stazioni di compressione, impianti di lavorazione, pozzi idraulici fratturati e lungo le linee di trasporto.

Prima dello sviluppo delle telecamere OGI, la maggior parte delle strutture petrolifere e del gas utilizzavano un analizzatore di vapori tossici (TVA), altrimenti noto come "sniffer", per analizzare i livelli di concentrazione del gas e quantificare il gas emesso nell'atmosfera. Le TVA sono affidabili, relativamente a basso costo e in grado di identificare la maggior parte dei gas. Lo svantaggio rispetto a una telecamera OGI è che l'operatore deve sapere esattamente dove andare a cercare l'errore - e toccarlo fisicamente. In altre parole, gli sniffer sono come giocare la coda sull'asino, mentre l'imaging del gas ottico è lo stesso gioco - ma senza benda. Inoltre, OGI è considerevolmente (5-10 volte) più veloce di uno sniffer.

L'imaging del gas ottico offre inoltre numerosi vantaggi in termini di sicurezza rispetto a un TVA tradizionale. Consente il rilevamento remoto di un gas che potrebbe potenzialmente esplodere o causare problemi di salute a chi respira nel gas. Le telecamere OGI consentono agli operatori di rimanere a distanza di sicurezza durante le ispezioni. Piuttosto che stare in una nuvola di gas, possono rimanere a terra, puntare a un punto 10 o 20 piedi alti e determinare se fuoriuscite del gas nell'atmosfera.

Guardando più in profondità all'immagine del gas ottico

Una camera per imaging di gas ottico è una versione altamente specializzata di una termocamera IR o termica. Consiste di un obiettivo, un rivelatore, un'elettronica che elabora il segnale dal rilevatore e un mirino o uno schermo per consentire all'utente di vedere l'immagine prodotta dalla fotocamera. [2]

nucleo di imaging di gas ottico

Figura 1. Design interno del nucleo di imaging ottico dei gas.

L'imaging del gas ottico può essere paragonato a guardare attraverso una videocamera: l'operatore vede un pennacchio di gas che altrimenti sarebbe completamente invisibile a occhio nudo. Il pennacchio di gas sembra emanare da un oggetto in fiamme, quasi come il fumo di una sigaretta o di un sigaro.

Per vedere questo pennacchio di gas, una telecamera OGI utilizza un metodo di filtro spettrale unico che consente di rilevare un particolare composto di gas. Il filtro è montato davanti al rivelatore e raffreddato insieme ad esso per evitare qualsiasi scambio di radiazioni tra il filtro e il rilevatore. Il filtro limita le lunghezze d'onda della radiazione consentita a passare attraverso il rivelatore verso una banda molto stretta chiamata banda passante. Questa tecnica è chiamata adattamento spettrale. Vedere Figura 1.

Le telecamere OGI utilizzano rivelatori quantistici che richiedono il raffreddamento a temperature criogeniche (attorno a 70K o -203 ° C). Le telecamere a onde corte che rilevano gas idrocarburici come il metano operano comunemente nella gamma di micrometri 3-5 (μm) e utilizzano un rilevatore di antimonio di indio (InSb). Le telecamere a onda lunga che rilevano gas esafluoruro di zolfo tendono a funzionare nella gamma 8-12 μm e utilizzano un fotorilevatore quantico all'infrarosso (QWIP).

Le telecamere OGI sfruttano la natura assorbente di alcune molecole per visualizzarle nei loro ambienti nativi. Le matrici sul piano focale della fotocamera (FPA) e i sistemi ottici sono sintonizzati in modo specifico su gamme spettrali molto strette, dell'ordine di centinaia di nanometri, e sono quindi ultra-selettivi. Solo i gas assorbenti nella regione dell'infrarosso che sono delimitati da un filtro passa-banda stretto possono essere rilevati. Per la maggior parte dei composti del gas, le caratteristiche di assorbimento degli infrarossi dipendono dalla lunghezza d'onda.

Ad esempio, la regione gialla in Figura 2 mostra un filtro spettrale progettato per corrispondere alla gamma di lunghezze d'onda in cui la maggior parte dell'infrarosso di fondo viene assorbita dal metano.

metano

Se la telecamera è diretta verso una scena senza perdite di gas, gli oggetti nel campo visivo emetteranno e rifletteranno la radiazione infrarossa attraverso l'obiettivo e il filtro della fotocamera. Se tra gli oggetti e la telecamera è presente una nube di gas e il gas assorbe la radiazione nell'intervallo di passaggio della banda del filtro, la quantità di radiazione che passa attraverso la nuvola al rilevatore verrà ridotta. Per vedere la nuvola in relazione allo sfondo, ci deve essere un contrasto radiante tra la nuvola e lo sfondo.

Per riassumere le chiavi per rendere visibile la nuvola - il gas deve assorbire la radiazione infrarossa nella banda che vede la telecamera; la nuvola di gas deve avere un contrasto luminoso con lo sfondo; e la temperatura apparente della nuvola deve essere diversa dallo sfondo. Inoltre, il movimento rende la nuvola più facile da vedere.

Gli standard normativi guidano la tecnologia utilizzata per rilevare il gas emesso nell'atmosfera

Diversi standard normativi influenzano la tecnologia utilizzata per rilevare il gas emesso nell'atmosfera. Lo sniffer rimane il metodo richiesto per alcune normative sull'olio e sul gas, con le fotocamere OGI uno strumento secondario. Per i nuovi standard normativi nel settore petrolifero e del gas degli Stati Uniti, l'OGI è considerato il metodo migliore, con lo sniffer il metodo secondario.

Il Metodo 21 dell'Agenzia per la Protezione Ambientale - Determinazione delle perdite di composti organici volatili, specifica che la tecnologia del gas ottico può essere considerata una pratica di lavoro alternativa (AWP) per il rispetto del Metodo 21. (Lo sniffer era il metodo originariamente specificato e gli operatori devono ancora utilizzare il metodo dello sniffer una volta all'anno).

In 2016, l'EPA ha emesso Quad Oa, abbreviazione di Code of Federal Regulations (CFR) 40, Part 60, Subpart OOOOa. Questi emendamenti ai nuovi standard di prestazione della fonte dell'APE (NSPS) definiscono gli standard di emissione per i composti organici volatili (VOC) e quantificano le necessarie riduzioni delle emissioni. Quad Oa include norme sul metano che richiedono impianti a monte di petrolio e gas per limitare le emissioni; le normative si applicano principalmente ai pad e alle stazioni di compressione. Per Quad Oa, l'imaging del gas ottico è considerato il miglior sistema di riduzione delle emissioni (BSER).

Inoltre, Environment and Climate Change Canada (ECCC) e Alberta Environment and Parks (AEP) hanno recentemente varato nuove normative che richiedono l'ispezione di tutte le apparecchiature con una camera a gas ottico o uno sniffer di 2019.

Altri paesi in tutto il mondo sono probabilmente in grado di attuare normative simili a queste proattive normative sul controllo delle emissioni del Nord America e sulla riduzione del metano negli anni a venire.

Nuova tecnologia OGI ideale per applicazioni di petrolio e gas

fotonica di provvidenzaNegli ultimi anni, sono arrivate sul mercato nuove tecnologie per soddisfare l'esigenza di OGI per le applicazioni di petrolio e gas. Ad esempio, FLIR GF320 funziona con la Providence Photonics QL320 per offrire agli utenti la possibilità di ridurre le emissioni e quantificare i benefici in termini di litri al minuto o grammi all'ora emessi - informazioni utili per coloro che cercano una giustificazione economica per un'immagine di gas ottico programma. Non solo può essere utilizzato per arrestare le emissioni e quantificare l'efficacia del programma di rilevamento perdite, ma può anche essere utilizzato per quantificare e dare priorità alle riparazioni. I dati GPS incorporati aiutano gli operatori a identificare la posizione precisa di guasti e perdite, per riparazioni più rapide.

Un'altra tecnologia innovativa di FLIR è GFx320, una fotocamera OGI che è stata certificata indipendentemente come Intrinsically Safe per Zone 2 e Class 1; Ambienti Div 2. Questa designazione intrinsecamente sicura significa che i topografi possono lavorare con sicurezza all'interno di zone di sicurezza critiche e luoghi pericolosi.

Inoltre, la termocamera a gas ottico FLIR può essere utilizzata anche per misurare la temperatura come parte delle più tipiche attività di ispezione elettrica / meccanica della telecamera IR, pertanto le telecamere offrono funzionalità a doppio scopo.

L'imaging del gas ottico riduce i costi e migliora la sicurezza per le principali compagnie petrolifere e del gas

L'imaging del gas ottico è stato utilizzato per rispettare le normative, risparmiando denaro e migliorando la sicurezza dell'operatore. Un esempio è Jonah Energy, con sede in Wyoming, che ha iniziato a utilizzare la tecnologia di imaging ottico a gas in 2005 per trovare le emissioni fuggitive nei suoi impianti di produzione. [3] L'azienda ispeziona le strutture 150 ogni mese e ispeziona i pozzi 1,700 entro un anno. Jonah utilizza una termocamera ad infrarossi FLIR GF320 per il rilevamento di metano e VOC, fornendo una conferma visiva di perdite di appena un grammo di 0.8 / ora.

Jonah Energy ha scoperto che il vantaggio principale di FLIR GF320 è la sua capacità di scansionare ampie aree e visualizzare i pennacchi di gas in tempo reale. Ciò aiuta gli ispettori a individuare la fonte delle emissioni fuggitive e ad avviare immediatamente il processo di riparazione, rendendo le ispezioni OGI più efficienti rispetto ai sondaggi Method 21. Infatti, durante uno studio sul campo condotto per la città di Fort Worth, TX, i topografi hanno stabilito che la scansione con le telecamere a infrarossi era almeno nove volte più veloce rispetto alle scansioni Method 21 sulla stessa apparecchiatura del sito.

La velocità delle scansioni OGI rende più facile per i produttori di petrolio e gas ispezionare le attrezzature più spesso. L'EPA rileva che ispezioni e riparazioni più frequenti possono ridurre significativamente le emissioni di metano e di COV. Ad esempio, le indagini trimestrali possono ridurre le emissioni di 80 per cento, mentre le indagini e le riparazioni semestrali di monitoraggio possono ridurre le emissioni in percentuale di 60.

Da quando 2010, Jonah ha ridotto le emissioni fuggitive di 75 per cento. Ha inoltre ridotto i tempi di riparazione dalle ore 705 a 106, ridotto i costi di manodopera da $ 58,369 a $ 7,500 e ha ridotto le perdite di gas da $ 348,000 a $ 20,500. Le emissioni in tonnellate sono passate da 351 a 31.

Jonah Energy afferma che il loro programma mensile di rilevamento e riparazione delle perdite (LDAR) che utilizza la tecnologia OGI è stato efficace e costantemente redditizio. I loro risparmi di gas cumulativi hanno superato $ 5 milioni negli ultimi sei anni, che hanno ampiamente coperto i costi complessivi del programma.

Un altro esempio è ConocoPhillips, che ha eseguito uno studio pilota di rilevamento e misurazione delle perdite ottiche presso le strutture CPC 22 per testare le migliori pratiche di gestione per la gestione delle emissioni fuggitive. I risultati dello studio sono stati utilizzati per valutare i benefici dell'utilizzo della tecnologia OGI come parte del piano di gestione delle emissioni fuggitive per le operazioni canadesi della società. [4]

Lo studio ha identificato i componenti che perdono 144, che complessivamente ammontavano a circa $ 358,000 in prodotti persi. Il prodotto perduto ha prodotto perdite di metano che hanno contribuito a più di 21,000 tonnellate all'anno di emissioni equivalenti di anidride carbonica (CO2e) a gas serra (GHG). Lo studio ha stimato che la percentuale di 92 delle fonti potrebbe essere riparata economicamente, con un conseguente risparmio netto di oltre $ 2 milioni. [3]

Inspectair, uno dei principali fornitori internazionali di tecnologie e soluzioni di ispezione visiva remota specializzate, si affida alla termocamera a gas FLIR GF320 per ispezioni di manutenzione e rilevamento perdite di idrocarburi negli impianti di produzione di idrocarburi o per l'ispezione di qualsiasi materiale che utilizza idrocarburi come combustibile. Scoprono che la fotocamera GF320 può scansionare un'area più ampia molto più rapidamente e monitorare le aree difficili da raggiungere con gli strumenti di misurazione dei contatti

macchina fotografica di imaging del gas

"Abbiamo utilizzato alcuni strumenti di misurazione dei contatti come rilevatori laser o sniffer", afferma Cailean Forrester di Inspectair. "Ma il problema è che devi andare dritto fino all'oggetto, che non è sempre sicuro o addirittura possibile. In altre parole, questo approccio è limitato e non molto preciso. Con una fotocamera a gas ottico come GF320, tuttavia, è possibile mantenere una distanza di sicurezza e rilevare ancora perdite di gas con grande precisione. "

Ron Lucier, un istruttore presso l'Infrared Training Center di Nashua, NH, cita l'importanza di poter controllare i depositi di gas da una distanza di sicurezza. "Il metano e altri idrocarburi non sono solo infiammabili, ma in alte concentrazioni possono causare asfissia", spiega Lucier. "Con gli sniffer di gas TVA sai che il gas è lì, ma non sai quanto. Gli utenti OGI possono immediatamente vedere le dimensioni del pennacchio di gas - qualcosa che è impossibile fare con uno sniffer gas ".

Il prodotto innovativo identifica e blocca le emissioni di gas fuggitive

Ad aprile 2018, FLIR ha ricevuto il Technology Innovation Award per la sua fotocamera GF320 ai Oil and Gas Methane Leadership Awards, assegnati al Global Methane Forum di Toronto, in Canada. [5] Il premio è stato assegnato dal Center for Clean Air Policy, Clean Air Task Force, Environmental Defense Canada, Fondo per la difesa ambientale e l'Istituto Pembina.

Secondo l'Istituto Pembina, "FLIR è stata selezionata per le sue innovative soluzioni di rilevamento tra cui telecamere portatili economiche che possono essere utilizzate dall'industria per identificare e bloccare le emissioni fuggitive, proteggendo così l'ambiente e risparmiando denaro." Hanno anche affermato che le organizzazioni "hanno ha utilizzato questa tecnologia per identificare la fonte e l'entità delle emissioni e informare lo sviluppo delle politiche ".

Referenze

  1. Inventario delle emissioni e dei pozzi di gas serra statunitensi, 2018 Complete Report, recuperato 6 / 14 / 18, pg 191 (Energia 3-77)
  2. The Science Behind Optical Gas Imaging - www.flirmedia.com/MMC/THG/Brochures/OGI_012/OGI_012_US.pdf, recuperato 6 / 11 / 18.
  3. Imaging gas ottico: risparmia denaro e risorse per Jonah Energy, www.flirmedia.com/MMC/THG/Brochures/OGI_014/OGI_014_US.pdf , recuperato 6 / 11 / 18.
  4. T. Trefiak, ConocoPhillips, studio pilota OGI: rilevamento e misura delle perdite, 2006, www.docplayer.net/17797465-Pilot-study-optical-leak-detection-measurement-report-completed-by-terence-trefiak.html
  5. Leader globali per la riduzione del metano onorati in Canada, www.pembina.org/media-release/global-methane-reduction-leaders-honoured-canada, recuperato 6 / 11 / 18.

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