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Cómo reducir las emisiones fugitivas en aplicaciones de petróleo y gas

Tecnología OGI

La visualización de los gases de hidrocarburos ayuda a evitar la ventilación a la atmósfera

Por Craig O'Neill, Gerente de Desarrollo de Negocios Estratégicos, FLIR

Las cámaras de imagen térmica de infrarrojos (IR) se han utilizado durante décadas para una variedad de aplicaciones de petróleo y gas, incluidas inspecciones eléctricas / mecánicas, inspecciones de nivel de tanques e incluso exámenes de la integridad de la tubería dentro del equipo de proceso. En los últimos años, se ha desarrollado una nueva tecnología de imágenes de gases ópticos (OGI) que puede "ver" los gases de hidrocarburos y los compuestos orgánicos volátiles (COV) que se ventilan o escapan a la atmósfera. OGI se puede utilizar para cumplir con los requisitos reglamentarios de reducción de emisiones, al tiempo que ayuda a reducir la pérdida de producto, lo que a su vez proporciona un retorno de la inversión positivo. Las cámaras OGI son un gran ahorro de tiempo en comparación con otras tecnologías de inspección y también ofrecen ventajas de seguridad para los operadores. Las principales compañías de energía están utilizando cámaras OGI como el FLIR GF320 para revisar rápidamente miles de componentes e identificar posibles fugas de gas en tiempo real.

Tecnologías para reducir las emisiones fugitivas en aplicaciones de petróleo y gas.

La industria de gas natural de los Estados Unidos en su conjunto emitió 162.4 millones de toneladas métricas CO2 equivalente al metano en 2015. [1] Además de los problemas de cumplimiento de la normativa, esto equivale a la pérdida de producto para los operadores. La industria se enfrenta a la mejor manera de encontrar y reparar las fugas de gas natural en los posibles puntos de escape, incluidas las estaciones de compresores, las plantas de procesamiento, los pozos fracturados hidráulicamente y las líneas de transporte.

Antes del desarrollo de las cámaras OGI, la mayoría de las instalaciones de petróleo y gas utilizaban un analizador de vapores tóxicos (TVA), también conocido como "detector", para analizar los niveles de concentración de gas y cuantificar el gas emitido a la atmósfera. Los TVA son confiables, tienen un costo relativamente bajo y pueden identificar la mayoría de los gases. La desventaja en comparación con una cámara OGI es que el operador debe saber exactamente dónde buscar la falla y tocarla físicamente. En otras palabras, los sniffers son como jugar a la cola en el burro, mientras que las imágenes de gas óptico son el mismo juego, pero sin una venda. Además, OGI es considerablemente más rápido que un rastreador (5-10 veces).

Las imágenes de gas óptico también ofrecen varias ventajas de seguridad en comparación con un TVA tradicional. Permite la detección remota de un gas que potencialmente podría explotar o causar problemas de salud a quienes respiran el gas. Las cámaras OGI permiten a los operadores permanecer a una distancia segura durante las inspecciones. En lugar de pararse en una nube de gas, pueden permanecer en el suelo, apuntar a un punto de 10 o 20 de pies de altura y determinar si hay fugas de gas en la atmósfera.

Mirando más a fondo la imagen del gas óptico

Una cámara de imagen óptica de gas es una versión altamente especializada de una cámara de imagen térmica o IR. Consiste en una lente, un detector, componentes electrónicos que procesan la señal del detector y un visor o pantalla para que el usuario vea la imagen producida por la cámara. [2]

núcleo de imagen de gas óptico

Figura 1. Diseño interno del núcleo óptico de imagen de gas.

Las imágenes de gases ópticos se pueden comparar con mirar a través de una videocámara: el operador ve una columna de gas que saldrá y que de lo contrario sería completamente invisible a simple vista. El penacho de gas parece emanar de un objeto en llamas, casi como humo de un cigarrillo o un cigarro.

Para ver esta columna de gas, una cámara OGI utiliza un método de filtro espectral único que le permite detectar un compuesto de gas en particular. El filtro se monta delante del detector y se enfría junto con él para evitar cualquier intercambio de radiación entre el filtro y el detector. El filtro restringe las longitudes de onda de la radiación que permiten pasar al detector a una banda muy estrecha llamada paso de banda. Esta técnica se llama adaptación espectral. Ver Figura 1.

Las cámaras OGI utilizan detectores cuánticos que requieren enfriamiento a temperaturas criogénicas (alrededor de 70K o -203 ° C). Las cámaras de onda media que detectan gases de hidrocarburos, como el metano, generalmente operan en el rango del micrómetro 3-5 (μm) y utilizan un detector de antimonio de indio (InSb). Las cámaras de onda larga que detectan gases como el hexafluoruro de azufre tienden a funcionar en el rango de 8-12 μm y utilizan un fotodetector infrarrojo de pozo cuántico (QWIP).

Las cámaras OGI aprovechan la naturaleza absorbente de ciertas moléculas para visualizarlas en sus entornos nativos. Los conjuntos de plano focal de la cámara (FPA) y los sistemas ópticos están específicamente sintonizados a rangos espectrales muy estrechos, del orden de cientos de nanómetros, y por lo tanto son ultra-selectivos. Solo se pueden detectar los gases absorbentes en la región infrarroja que están delimitados por un filtro de paso de banda estrecha. Para la mayoría de los compuestos de gas, las características de absorción de infrarrojos dependen de la longitud de onda.

Por ejemplo, la región amarilla en Figura 2 muestra un filtro espectral diseñado para corresponder con el rango de longitud de onda en el que la mayor parte de la energía infrarroja de fondo sería absorbida por el metano.

metano

Si la cámara se dirige a una escena sin una fuga de gas, los objetos en el campo de visión emitirán y reflejarán la radiación infrarroja a través de la lente y el filtro de la cámara. Si existe una nube de gas entre los objetos y la cámara y ese gas absorbe la radiación en el rango de paso de banda del filtro, la cantidad de radiación que pasa a través de la nube al detector se reducirá. Para ver la nube en relación con el fondo, debe haber un contraste radiante entre la nube y el fondo.

Para resumir las claves para hacer que la nube sea visible, el gas debe absorber la radiación infrarroja en la banda de ondas que ve la cámara; la nube de gas debe tener un contraste radiante con el fondo; y la temperatura aparente de la nube debe ser diferente a la del fondo. Además, el movimiento hace que la nube sea más fácil de ver.

Los estándares normativos guían la tecnología utilizada para detectar el gas emitido a la atmósfera.

Varios estándares regulatorios afectan la tecnología que se utiliza para detectar el gas emitido a la atmósfera. El rastreador sigue siendo el método requerido para algunas regulaciones de petróleo y gas, con las cámaras OGI como una herramienta secundaria. Para los nuevos estándares regulatorios en la industria de petróleo y gas de EE. UU., OGI se considera el mejor método, y el método secundario es el detector.

El Método 21 de la Agencia de Protección Ambiental - Determinación de Fugas de Compuestos Orgánicos Volátiles, especifica que la tecnología de gas óptico puede considerarse una práctica de trabajo alternativa (AWP) para cumplir con el Método 21. (El sniffer fue el método originalmente especificado, y los operadores aún deben usar el método sniffer una vez al año).

En 2016, la EPA emitió Quad Oa, abreviatura de Código de Regulaciones Federales (CFR) 40, Parte 60, Subparte OOOOa. Estas enmiendas a los Estándares de rendimiento de nueva fuente (NSPS) de la EPA definen estándares de emisión para compuestos orgánicos volátiles (COV) y cuantifican las reducciones de emisiones necesarias. Quad Oa incluye regulaciones de metano que requieren instalaciones de petróleo y gas aguas arriba para limitar las emisiones; Las regulaciones se aplican principalmente a los pozos y estaciones de compresión. Para Quad Oa, las imágenes de gas óptico se consideran el mejor sistema de reducción de emisiones (BSER).

Además, Environment and Climate Change Canada (ECCC) y Alberta Environment and Parks (AEP) han lanzado recientemente nuevas regulaciones que requerirán la inspección de todos los equipos con una cámara de gas óptica o un detector de 2019.

Es probable que otros países alrededor del mundo implementen regulaciones similares a estas regulaciones proactivas de control de emisiones en Norteamérica y de reducción de metano en los próximos años.

Nueva tecnología OGI ideal para aplicaciones de petróleo y gas

fotónica de providenciaEn los últimos años, una nueva tecnología ha llegado al mercado para satisfacer la necesidad de OGI para aplicaciones de petróleo y gas. Por ejemplo, FLIR GF320 trabaja con Providence Photonics QL320 para brindar a los usuarios la capacidad de reducir las emisiones y cuantificar los beneficios en litros por minuto, o gramos por hora emitidos: información útil para aquellos que buscan una justificación económica para una imagen de gas óptico programa. No solo se puede usar para detener las emisiones y cuantificar la efectividad del programa de detección de fugas, sino que también se puede usar para cuantificar y priorizar las reparaciones. Los datos GPS integrados ayudan a los operadores a identificar la ubicación precisa de las fallas y fugas, para reparaciones más rápidas.

Otra tecnología innovadora de FLIR es la GFx320, una cámara OGI que ha sido certificada independientemente como intrínsecamente segura para Zone 2 y Class 1; Div entornos 2. Esta designación de seguridad intrínseca significa que los topógrafos pueden trabajar con confianza dentro de zonas de seguridad críticas y ubicaciones peligrosas.

Además, el generador de imágenes de gas óptico FLIR también se puede usar para medir la temperatura como parte de las tareas de inspección eléctrica / mecánica más típicas de las cámaras IR, por lo que las cámaras realmente ofrecen funcionalidad de doble propósito.

Las imágenes de gas óptico reducen los costos y mejoran la seguridad para las principales compañías de petróleo y gas

Las imágenes de gas óptico se han utilizado para cumplir con las regulaciones al tiempo que ahorran dinero y mejoran la seguridad del operador. Un ejemplo es Jonah Energy, con sede en Wyoming, que comenzó a utilizar la tecnología de generación de imágenes de gas óptico en 2005 para encontrar emisiones fugitivas en sus instalaciones de producción. [3] La compañía inspecciona las instalaciones de 150 todos los meses e inspecciona los pozos de 1,700 dentro de un año. Jonah usa una cámara infrarroja FLIR GF320 para la detección de metano y VOC, que proporciona confirmación visual de fugas tan pequeñas como 0.8 gramos / hora.

Jonah Energy descubrió que la principal ventaja de FLIR GF320 es su capacidad para escanear grandes áreas y visualizar columnas de gas en tiempo real. Esto ayuda a los inspectores a identificar la fuente de las emisiones fugitivas y comenzar el proceso de reparación de inmediato, lo que hace que las inspecciones de OGI sean más eficientes que las encuestas del Método 21. De hecho, durante un estudio de campo realizado para la ciudad de Fort Worth, TX, los topógrafos determinaron que escanear con cámaras infrarrojas era al menos nueve veces más rápido que realizar escaneos del Método 21 en el mismo equipo del sitio.

La velocidad de las exploraciones OGI facilita que los productores de petróleo y gas inspeccionen los equipos con mayor frecuencia. La EPA señala que las inspecciones y reparaciones más frecuentes pueden reducir significativamente las emisiones fugitivas de metano y COV. Por ejemplo, las encuestas trimestrales pueden reducir las emisiones en un porcentaje de 80, mientras que las inspecciones y reparaciones semestrales de monitoreo pueden reducir las emisiones en un porcentaje de 60.

Desde 2010, Jonah ha reducido las emisiones fugitivas en un porcentaje de 75. También redujo el tiempo de reparación de las horas de 705 a 106, redujo los costos de mano de obra de $ 58,369 a $ 7,500 y redujo las pérdidas de gas de $ 348,000 a $ 20,500. Las emisiones en toneladas pasaron de 351 a 31.

Jonah Energy dice que su programa mensual de Detección y Reparación de Fugas (LDAR, por sus siglas en inglés) que utiliza la tecnología OGI ha sido efectivo y consistentemente rentable. Sus ahorros de gas acumulados superaron los $ 5 millones en los últimos seis años, lo que cubrió con creces los costos generales del programa.

Otro ejemplo es ConocoPhillips, que realizó un estudio piloto de detección y medición de fugas ópticas en las instalaciones de 22 CPC para probar las mejores prácticas de gestión para la gestión de emisiones fugitivas. Los hallazgos del estudio se utilizaron para evaluar los beneficios de usar la tecnología OGI como parte del plan de gestión de emisiones fugitivas para las operaciones canadienses de la compañía. [4]

El estudio identificó componentes con fugas de 144, que en conjunto sumaron alrededor de $ 358,000 en producto perdido. El producto perdido dio lugar a fugas de metano que contribuyen más que 21,000 toneladas por año de equivalente de dióxido de carbono (CO2e) a las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI). El estudio estimó que el porcentaje de 92 de las fuentes podría repararse económicamente, lo que generaría un ahorro neto actual de más de $ 2 millones. [3]

Inspectair, un proveedor internacional líder en tecnología y soluciones de inspección visual remota especializada, confía en la cámara óptica de imagen de gas GF320 de FLIR para las inspecciones de mantenimiento y detección de fugas de hidrocarburos en las plantas de producción de hidrocarburos o para la inspección de cualquier material que utilice hidrocarburos como combustible. Ellos encuentran que la cámara GF320 puede escanear un área más amplia mucho más rápidamente y monitorear áreas que son difíciles de alcanzar con herramientas de medición de contacto

cámara de imagen de gas

"Hemos estado usando ciertas herramientas de medición de contacto como detectores láser o rastreadores de fugas", dice Inspectair's Cailean Forrester. “Pero el problema es que tienes que ir directo al objeto, lo que no siempre es seguro o incluso posible. En otras palabras, este enfoque es limitado y no muy preciso. Sin embargo, con una cámara de imagen óptica de gas como la GF320, puede mantener una distancia segura y aún detectar fugas de gas con gran precisión ".

Ron Lucier, un instructor en el Centro de Entrenamiento Infrarrojo en Nashua, NH, menciona la importancia de poder revisar las columnas de gas desde una distancia segura. "El metano y otros hidrocarburos no solo son inflamables, sino que en altas concentraciones pueden causar asfixia", explica Lucier. “Con los 'olfateadores' de TVA, sabes que el gas está ahí, pero no sabes cuánto. Los usuarios de OGI pueden ver de inmediato el tamaño de la columna de gas, algo que es imposible de hacer con un detector de gas ".

Producto innovador que identifica y detiene las emisiones de gases fugitivos.

En abril 2018, FLIR recibió el Premio a la Innovación Tecnológica por su cámara GF320 en los Premios al Liderazgo de Metano de Gas y Petróleo, otorgado en el Foro Mundial del Metano en Toronto, Canadá. [5] El premio fue otorgado por el Centro para la Política de Aire Limpio, Equipo de Trabajo Aéreo, Defensa Ambiental de Canadá, Fondo de Defensa Ambiental y el Instituto Pembina.

Según el Instituto Pembina, "FLIR fue seleccionado por sus soluciones de detección innovadoras, incluidas cámaras portátiles rentables que pueden ser utilizadas por la industria para identificar y detener las emisiones fugitivas, protegiendo así el medio ambiente y ahorrando dinero". También afirmaron que las organizaciones "han usé esta tecnología para identificar la fuente y la magnitud de las emisiones e informar el desarrollo de políticas ".

Referencias

  1. Inventario de emisiones y sumideros de gases de efecto invernadero en los Estados Unidos, Informe completo de 2018, recuperado 6 / 14 / 18, pág. 191 (Energía 3-77)
  2. La ciencia detrás de la imagen óptica de gas - www.flirmedia.com/MMC/THG/Brochures/OGI_012/OGI_012_US.pdf, recuperado 6 / 11 / 18.
  3. La generación de imágenes de gas óptico ahorra dinero y recursos para Jonah Energy, www.flirmedia.com/MMC/THG/Brochures/OGI_014/OGI_014_US.pdf , recuperado 6 / 11 / 18.
  4. T. Trefiak, ConocoPhillips, estudio piloto de OGI: detección y medición de fugas, 2006, www.docplayer.net/17797465-Pilot-study-optical-leak-detection-measurement-report-completed-by-terence-trefiak.html
  5. Líderes globales de reducción de metano honrados en Canadá, www.pembina.org/media-release/global-methane-reduction-leaders-honoured-canada, recuperado 6 / 11 / 18.

Sistemas comerciales FLIR

Diseñamos, fabricamos y comercializamos cámaras infrarrojas de imágenes térmicas

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