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Como reduzir as emissões fugitivas em aplicações de óleo e gás

Tecnologia OGI

A visualização de gases de hidrocarbonetos ajuda a evitar a ventilação na atmosfera

Craig O'Neill, gerente de desenvolvimento de negócios estratégicos da FLIR

As câmeras de imagem térmica infravermelho (IR) têm sido usadas há décadas em diversas aplicações de óleo e gás, incluindo inspeções elétricas / mecânicas, inspeções de nível de tanque e até mesmo exames de integridade de tubulação dentro de equipamentos de processo. Nos últimos anos, foi desenvolvida uma nova tecnologia de imagem de gás ótico (OGI) que pode “ver” gases de hidrocarbonetos e compostos orgânicos voláteis (COVs) que estão vazando ou vazando para a atmosfera. A OGI pode ser usada para atender aos requisitos regulamentares de redução de emissões, ao mesmo tempo em que ajuda a reduzir a perda de produtos, o que, por sua vez, proporciona um retorno positivo sobre o investimento. As câmeras OGI economizam muito tempo em comparação com outras tecnologias de inspeção e também oferecem vantagens de segurança para os operadores. As principais empresas de energia estão usando câmeras OGI como a FLIR GF320 para verificar rapidamente milhares de componentes e identificar potenciais vazamentos de gás em tempo real.

Tecnologias para reduzir emissões fugitivas em aplicações de petróleo e gás

A indústria de gás natural dos EUA como um todo emitiu 162.4 milhões de toneladas métricas de CO2 equivalente de metano em 2015. [1] Além de questões de conformidade regulatória, isso equivale a perda de produto para os operadores. A indústria se depara com a melhor maneira de encontrar e reparar vazamentos de gás natural em possíveis pontos de fuga, incluindo estações de compressão, plantas de processamento, poços fraturados hidraulicamente e ao longo de linhas de transporte.

Antes do desenvolvimento das câmeras OGI, a maioria das instalações de petróleo e gás usava um analisador de vapor tóxico (TVA), também conhecido como "sniffer", para analisar os níveis de concentração de gás e quantificar o gás emitido para a atmosfera. As TVAs são confiáveis, com custo relativamente baixo e podem identificar a maioria dos gases. A desvantagem em comparação com uma câmera OGI é que o operador deve saber exatamente aonde ir para procurar a falha - e tocá-la fisicamente. Em outras palavras, os sniffers são como jogar o rabo no burro, enquanto o imageamento de gás ótico é o mesmo jogo - mas sem uma venda nos olhos. Além disso, o OGI é consideravelmente (5-10 vezes) mais rápido que um sniffer.

A geração de imagens por gás óptico também oferece várias vantagens de segurança em relação a uma TVA tradicional. Ele permite a detecção remota de um gás que poderia explodir ou causar problemas de saúde a quem respira o gás. As câmeras OGI permitem que os operadores permaneçam a uma distância segura durante as inspeções. Em vez de ficar em uma nuvem de gás, eles podem permanecer no solo, apontar para um ponto 10 ou 20 com os pés mais altos e determinar se está vazando gás para a atmosfera.

Olhando mais profundamente para a imagem de gás óptico

Uma câmera de imagem de gás ótico é uma versão altamente especializada de uma câmera de imagem térmica ou IV. Consiste em uma lente, um detector, componentes eletrônicos que processam o sinal do detector e um visor ou tela para o usuário ver a imagem produzida pela câmera. [2]

núcleo de imagem de gás óptico

Figura 1. Projeto interno do núcleo de imagem de gás óptico.

As imagens de gás óptico podem ser comparadas a olhar através de uma filmadora - o operador vê uma nuvem de gás saindo, que de outra forma seria completamente invisível a olho nu. A pluma de gás parece emanar de um objeto em chamas, quase como fumaça de cigarro ou charuto.

Para ver essa nuvem de gás, uma câmera OGI usa um método exclusivo de filtro espectral que permite detectar um determinado composto gasoso. O filtro é montado na frente do detector e resfriado junto com ele para evitar qualquer troca de radiação entre o filtro e o detector. O filtro restringe os comprimentos de onda da radiação que passam pelo detector para uma banda muito estreita chamada banda de passagem. Essa técnica é chamada de adaptação espectral. Vejo Figura 1.

As câmeras OGI usam detectores quânticos que requerem temperaturas de resfriamento a criogênicas (em torno de 70K ou -203 ° C). As câmeras de meia onda que detectam gases de hidrocarbonetos, como o metano, geralmente operam na faixa do micrômetro 3-5 (μm) e usam um detector de antimoneto de índio (InSb). As câmeras de ondas longas que detectam gases, como o hexafluoreto de enxofre, tendem a operar na faixa 8-12 μm e usam um fotodetector infravermelho de poços quânticos (QWIP).

As câmeras OGI aproveitam a natureza absorvente de certas moléculas para visualizá-las em seus ambientes nativos. As matrizes de plano focal da câmera (FPAs) e os sistemas ópticos são especificamente sintonizados em faixas espectrais muito estreitas, na ordem de centenas de nanômetros, e são, portanto, ultra-seletivas. Somente gases absorventes na região do infravermelho que são delimitados por um filtro de passagem de banda estreita podem ser detectados. Para a maioria dos compostos gasosos, as características de absorção no infravermelho são dependentes do comprimento de onda.

Por exemplo, a região amarela em Figura 2 mostra um filtro espectral projetado para corresponder à faixa de comprimento de onda onde a maior parte da energia infravermelha de fundo seria absorvida pelo metano.

metano

Se a câmera for direcionada para uma cena sem vazamento de gás, objetos no campo de visão irão emitir e refletir a radiação infravermelha através da lente e filtro da câmera. Se existir uma nuvem de gás entre os objetos e a câmera e esse gás absorver a radiação na faixa de passagem de banda do filtro, a quantidade de radiação que passa pela nuvem até o detector será reduzida. Para ver a nuvem em relação ao fundo, deve haver um contraste radiante entre a nuvem e o fundo.

Para resumir as chaves para tornar a nuvem visível - o gás deve absorver radiação infravermelha na faixa de onda que a câmera vê; a nuvem de gás deve ter um contraste radiante com o fundo; e a temperatura aparente da nuvem deve ser diferente do plano de fundo. Além disso, o movimento torna a nuvem mais fácil de ver.

Normas normativas orientam a tecnologia usada para detectar o gás emitido para a atmosfera

Vários padrões regulatórios afetam qual tecnologia é usada para detectar o gás emitido para a atmosfera. O farejador continua sendo o método necessário para algumas regulamentações de petróleo e gás, com as câmeras OGI sendo uma ferramenta secundária. Para padrões regulatórios mais novos na indústria de petróleo e gás dos EUA, o OGI é considerado o melhor método, com o farejador como método secundário.

O Método 21 da Agência de Proteção Ambiental - Determinação de Vazamentos Compostos Orgânicos Voláteis, especifica que a tecnologia de gás ótico pode ser considerada uma prática de trabalho alternativa (AWP) para conformidade com o Método 21. (O sniffer era o método originalmente especificado e os operadores ainda devem usar o método sniffer uma vez por ano.)

Em 2016, a EPA emitiu o programa Quad Oa, abreviatura de Código de Regulamentações Federais (CFR) 40, Parte 60, Subpart OOOOa. Essas emendas aos Padrões de Desempenho de Novas Fontes (NSPS) da EPA definem padrões de emissão para compostos orgânicos voláteis (VOCs) e quantificam as reduções de emissões necessárias. O OA Quad inclui regulamentos de metano que exigem instalações de petróleo e gás a montante para limitar as emissões; os regulamentos aplicam-se principalmente a poços e estações de compressão. Para o Quad Oa, a imagem de gás ótico é considerada o melhor sistema de redução de emissões (BSER).

Além disso, o Environment and Climate Change Canada (ECCC) e o Alberta Environment and Parks (AEP) lançaram recentemente novos regulamentos que exigirão a inspeção de todos os equipamentos com uma câmera de gás ótico ou um farejador da 2019.

Outros países ao redor do mundo provavelmente implementarão regulamentações semelhantes a esses regulamentos pró-ativos de controle de emissões e redução de metano nos próximos anos.

Nova tecnologia OGI ideal para aplicações de petróleo e gás

providência fotônicaNos últimos anos, novas tecnologias surgiram no mercado para atender a necessidade de OGI para aplicações de petróleo e gás. Por exemplo, a FLIR GF320 trabalha com o Providence Photonics QL320 para fornecer aos usuários a capacidade de reduzir as emissões e quantificar os benefícios em termos de litros por minuto ou gramas por hora emitidos - informações úteis para quem procura uma justificativa econômica para uma imagem de gás ótico programa. Não só pode ser usado para parar emissões e quantificar a eficácia do programa de detecção de vazamentos, mas também pode ser usado para quantificar e priorizar reparos. Dados de GPS embarcados ajudam os operadores a identificar a localização precisa de falhas e vazamentos, para reparos mais rápidos.

Outra tecnologia inovadora da FLIR é a GFx320, uma câmera OGI que foi certificada independentemente como Intrinsecamente Segura para a Zona 2 e Classe 1; Ambientes Div 2. Essa designação Intrinsecamente Segura significa que os avaliadores podem trabalhar com segurança dentro de zonas críticas de segurança e locais perigosos.

Além disso, o imageador de gás óptico FLIR também pode ser usado para medir a temperatura como parte das tarefas de inspeção elétrica / mecânica da câmera IR mais típicas, de modo que as câmeras realmente oferecem funcionalidade de dupla finalidade.

Imagem de gás ótico reduz custos e melhora a segurança para grandes empresas de petróleo e gás

As imagens de gás óptico foram usadas para cumprir os regulamentos, economizando dinheiro e melhorando a segurança do operador. Um exemplo é a Jonah Energy, sediada em Wyoming, que começou a usar tecnologia de imagem de gás ótico na 2005 para encontrar emissões fugitivas em suas instalações de produção. [3] A empresa inspeciona as instalações da 150 todos os meses e inspeciona os poços 1,700 dentro de um ano. Jonah usa uma câmera infravermelha FLIR GF320 para detecção de metano e VOC, fornecendo uma confirmação visual de vazamentos tão pequenos quanto 0.8 gramas / hora.

A Jonah Energy descobriu que a principal vantagem do FLIR GF320 é a capacidade de escanear grandes áreas e visualizar plumas de gás em tempo real. Isso ajuda os inspetores a identificar a fonte das emissões fugitivas e iniciar o processo de reparo imediatamente, tornando as inspeções OGI mais eficientes do que as pesquisas do Método 21. De fato, durante um estudo de campo conduzido para a cidade de Fort Worth, TX, os pesquisadores determinaram que a varredura com câmeras de infravermelho era pelo menos nove vezes mais rápida do que a varredura do método 21 no mesmo equipamento.

A velocidade das varreduras OGI torna mais fácil para os produtores de petróleo e gás inspecionar equipamentos com mais frequência. A EPA observa que inspeções e reparos mais frequentes podem reduzir significativamente as emissões evasivas de metano e VOC. Por exemplo, as pesquisas trimestrais podem reduzir as emissões em 80 por cento, enquanto as pesquisas e reparos semestrais de monitoramento podem reduzir as emissões em 60 por cento.

Desde a 2010, Jonah reduziu as emissões fugitivas em 75 por cento. Também reduziu o tempo de reparo das horas 705 para 106, reduziu os custos de mão de obra de $ 58,369 para $ 7,500 e reduziu suas perdas de gás de $ 348,000 para $ 20,500. Emissões em toneladas passaram de 351 para 31.

A Jonah Energy diz que seu programa mensal de detecção e reparo de vazamentos (LDAR, Leaking Detection and Repair) usando a tecnologia OGI tem sido eficaz e consistentemente lucrativo. Suas economias cumulativas de gás excederam US $ 5 milhões nos últimos seis anos, o que mais do que cobriu os custos totais do programa.

Outro exemplo é a ConocoPhillips, que realizou um estudo piloto de detecção e medição de vazamento óptico nas instalações do 22 CPC para testar as melhores práticas de gerenciamento para o gerenciamento de emissões fugitivas. Os resultados do estudo foram usados ​​para avaliar os benefícios do uso da tecnologia OGI como parte do plano de gerenciamento de emissões fugitivas para as operações canadenses da empresa. [4]

O estudo identificou componentes vazando 144, que coletivamente chegaram a cerca de US $ 358,000 em produtos perdidos. O produto perdido resultou em vazamentos de metano contribuindo com mais de 21,000 toneladas por ano de equivalente de dióxido de carbono (CO2e) para as emissões de gases de efeito estufa (GEE). O estudo estimou que 92 por cento das fontes poderia ser reparado economicamente, resultando em economias presentes líquidas de mais de US $ 2 milhões. [3]

A Inspectair, fornecedora líder internacional de tecnologia e soluções especializadas de inspeção visual remota, conta com a câmera de imagem de gás ótico FLIR GF320 para inspeções de manutenção e detecção de vazamento de hidrocarbonetos em plantas de produção de hidrocarbonetos ou para inspeção de qualquer material que utilize hidrocarboneto como combustível. Eles acham que a câmera GF320 pode escanear uma área mais ampla com muito mais rapidez e monitorar áreas de difícil acesso com ferramentas de medição de contato

câmera de imagem de gás

"Temos usado certas ferramentas de medição de contato, como detectores de laser ou farejadores de vazamentos", diz Cailean Forrester da Inspectair. “Mas o problema é que você precisa ir até o objeto, o que nem sempre é seguro ou até mesmo possível. Em outras palavras, essa abordagem é limitada e não muito precisa. Com uma câmera de imagem de gás ótico como a GF320, no entanto, você pode manter uma distância segura e ainda detectar vazamentos de gás com grande precisão. ”

Ron Lucier, um instrutor do Centro de Treinamento de Infravermelho em Nashua, NH, cita a importância de poder verificar se há plumas de gás a uma distância segura. “O metano e outros hidrocarbonetos não são apenas inflamáveis, mas em altas concentrações podem causar asfixia”, explica Lucier. “Com o gás da TVA 'sniffers' você sabe que o gás está lá, mas você não sabe o quanto. Os usuários da OGI podem ver imediatamente o tamanho da pluma de gás - algo que é impossível fazer com um farejador de gás ”.

Produto inovador identifica e impede a emissão de gases fugitivos

Em abril 2018, a FLIR recebeu o Prêmio de Inovação Tecnológica por sua câmera GF320 nos Prêmios de Liderança em Metano de Petróleo e Gás, concedido pelo Global Methane Forum em Toronto, Canadá. [5] O prêmio foi dado pelo Centro de Política de Ar Limpo, Limpo Força-Tarefa Aérea, Environmental Defense Canada, Fundo de Defesa Ambiental e Instituto Pembina.

Segundo o Instituto Pembina, “a FLIR foi selecionada por suas soluções inovadoras de sensoriamento, incluindo câmeras portáteis econômicas que podem ser usadas pela indústria para identificar e deter emissões fugitivas, protegendo o meio ambiente e economizando dinheiro”. Eles também afirmaram que as organizações “têm usaram esta tecnologia para identificar a fonte e a magnitude das emissões e informar o desenvolvimento de políticas. ”

caso

  1. Inventário de Emissões e Sumidouros de Gases de Efeito Estufa dos EUA, Relatório Completo 2018, recuperado 6 / 14 / 18, pg 191 (Energia 3-77)
  2. A ciência por trás da imagem de gás ótico - www.flirmedia.com/MMC/THG/Brochures/OGI_012/OGI_012_US.pdf, recuperado 6 / 11 / 18.
  3. Imagens de gás óptico economizam dinheiro e recursos para a Jonah Energy, www.flirmedia.com/MMC/THG/Brochures/OGI_014/OGI_014_US.pdf , recuperado 6 / 11 / 18.
  4. T. Trefiak, ConocoPhillips, Estudo Piloto OGI: Detecção e Medição de Vazamento, 2006, www.docplayer.net/17797465-Pilot-study-optical-leak-detection-measurement-report-completed-by-terence-trefiak.html
  5. Líderes globais de redução de metano honrados no Canadá, www.pembina.org/media-release/global-methane-reduction-leaders-honoured-canada, recuperado 6 / 11 / 18.

FLIR Commercial Systems

Nós projetamos, fabricamos e comercializamos câmeras infravermelhas de imagens térmicas

Assinatura: associação de ouro

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