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Comment réduire les émissions fugitives dans les applications pétrolières et gazières

Technologie OGI

Visualiser les gaz d'hydrocarbures aide à prévenir les rejets dans l'atmosphère

Par Craig O'Neill, responsable du développement stratégique des entreprises, FLIR

Les caméras infrarouges (IR) sont utilisées depuis des décennies pour diverses applications pétrolières et gazières, notamment les inspections électriques / mécaniques, les inspections de niveau de cuve et même les examens de l’intégrité des tuyaux dans les équipements de processus. Ces dernières années, une nouvelle technologie d’imagerie optique des gaz (OGI) a été mise au point, qui permet de «voir» les gaz d’hydrocarbures et les composés organiques volatils (COV) qui se déchargent ou se répandent dans l’atmosphère. OGI peut être utilisé pour répondre aux exigences réglementaires en matière de réduction des émissions, tout en aidant également à réduire les pertes de produits, ce qui génère un retour sur investissement positif. Les caméras OGI sont un gain de temps considérable par rapport aux autres technologies d'inspection et offrent également des avantages en matière de sécurité pour les opérateurs. Les grandes entreprises énergétiques utilisent des caméras OGI telles que la FLIR GF320 pour contrôler rapidement des milliers de composants et identifier les fuites de gaz potentielles en temps réel.

Technologies de réduction des émissions fugitives dans les applications pétrolières et gazières

L'industrie américaine du gaz naturel dans son ensemble a émis 162.4 millions de tonnes métriques d'équivalent CO2 de méthane dans 2015. [1] En plus des problèmes de conformité réglementaire, cela équivaut à une perte de produit pour les opérateurs. L'industrie est confrontée à la meilleure façon de rechercher et de réparer les fuites de gaz naturel aux points de fuite potentiels, notamment les stations de compression, les usines de traitement, les puits fracturés hydrauliquement et le long des lignes de transport.

Avant le développement des caméras OGI, la plupart des installations pétrolières et gazières utilisaient un analyseur de vapeurs toxiques, également appelé «renifleur», pour analyser les niveaux de concentration de gaz et quantifier les gaz émis dans l'atmosphère. Les TVA sont fiables, d'un coût relativement faible et peuvent identifier la plupart des gaz. L'inconvénient, comparé à une caméra OGI, est que l'opérateur doit savoir exactement où aller pour rechercher le défaut - et le toucher physiquement. En d'autres termes, les renifleurs sont comme jouer à la queue de l'âne, alors que l'imagerie des gaz optiques est le même jeu - mais sans bandeau. De plus, OGI est considérablement plus rapide (fois 5-10) qu'un renifleur.

L'imagerie optique des gaz offre également plusieurs avantages en termes de sécurité par rapport à un système TVA traditionnel. Il permet la détection à distance d'un gaz pouvant potentiellement exploser ou causer des problèmes de santé aux personnes le respirant. Les caméras OGI permettent aux opérateurs de rester à une distance de sécurité lors des inspections. Plutôt que de rester dans un nuage de gaz, ils peuvent rester au sol, indiquer un point 10 ou 20 à la hauteur et déterminer s’il s’agit d’une fuite de gaz dans l’atmosphère.

Approfondissement de l'imagerie optique des gaz

Une caméra d'imagerie optique à gaz est une version hautement spécialisée d'une caméra infrarouge ou thermique. Il se compose d'une lentille, d'un détecteur, d'une électronique qui traite le signal du détecteur et d'un viseur ou d'un écran permettant à l'utilisateur de voir l'image produite par la caméra. [2]

coeur d'imagerie de gaz optique

Figure 1. Conception interne du noyau d'imagerie de gaz optique.

L'imagerie optique de gaz peut être comparée à l'observation à travers un caméscope - l'opérateur voit un panache de gaz se propager qui serait autrement totalement invisible à l'œil nu. Le panache de gaz semble provenir d’un objet en feu, presque de la fumée d’une cigarette ou d’un cigare.

Pour voir ce panache de gaz, une caméra OGI utilise une méthode de filtrage spectral unique qui lui permet de détecter un composé gazeux particulier. Le filtre est monté devant le détecteur et refroidi avec ce dernier pour empêcher tout échange de rayonnement entre le filtre et le détecteur. Le filtre limite les longueurs d'onde du rayonnement autorisé au détecteur à une bande très étroite appelée bande passante. Cette technique s'appelle adaptation spectrale. Voir Figure 1.

Les caméras OGI utilisent des détecteurs quantiques nécessitant un refroidissement à des températures cryogéniques (autour de 70K ou -203 ° C). Les caméras à ondes moyennes qui détectent les gaz d'hydrocarbures tels que le méthane fonctionnent généralement dans la gamme des micromètres 3-5 (µm) et utilisent un détecteur à l'antimoniure d'indium (InSb). Les caméras à ondes longues qui détectent des gaz tels que l'hexafluorure de soufre ont tendance à fonctionner dans la gamme 8-12 μm et utilisent un photodétecteur à infrarouge à puits quantiques (QWIP).

Les caméras OGI tirent parti de la nature absorbante de certaines molécules pour les visualiser dans leur environnement d'origine. Les matrices de plans focaux (FPA) et les systèmes optiques de la caméra sont spécifiquement adaptés à des plages spectrales très étroites, de l'ordre de plusieurs centaines de nanomètres, et sont donc ultra-sélectifs. Seuls les gaz absorbants dans la région infrarouge délimités par un filtre passe-bande étroit peuvent être détectés. Pour la majorité des composés gazeux, les caractéristiques d'absorption infrarouge dépendent de la longueur d'onde.

Par exemple, la région jaune de Figure 2 montre un filtre spectral conçu pour correspondre à la plage de longueurs d'onde où la plus grande partie de l'énergie infrarouge de fond serait absorbée par le méthane.

méthane

Si la caméra est dirigée vers une scène ne présentant pas de fuite de gaz, les objets se trouvant dans le champ de vision émettront et réfléchiront le rayonnement infrarouge à travers l'objectif et le filtre de la caméra. Si un nuage de gaz existe entre les objets et la caméra et que ce gaz absorbe le rayonnement dans la plage de bande passante du filtre, la quantité de rayonnement traversant le nuage jusqu'au détecteur sera réduite. Pour voir le nuage par rapport à l'arrière-plan, il doit exister un contraste lumineux entre le nuage et l'arrière-plan.

Pour résumer les éléments clés permettant de rendre le nuage visible - le gaz doit absorber le rayonnement infrarouge dans la bande de fréquences visible par la caméra; le nuage de gaz doit avoir un contraste radieux avec l'arrière-plan; et la température apparente du nuage doit être différente de celle du fond. De plus, le mouvement rend le nuage plus facile à voir.

Norme réglementaire régissant la technologie utilisée pour détecter les gaz émis dans l'atmosphère

Plusieurs normes réglementaires affectent la technologie utilisée pour détecter les gaz émis dans l'atmosphère. Le renifleur reste la méthode requise pour certaines réglementations pétrolières et gazières, les caméras OGI étant un outil secondaire. Pour les nouvelles normes réglementaires de l'industrie pétrolière et gazière américaine, l'OGI est considéré comme la meilleure méthode, le renifleur étant la méthode secondaire.

La méthode 21 - Détermination des fuites de composés organiques volatils de la Environmental Protection Agency, précise que la technologie des gaz optiques peut être considérée comme une méthode de travail alternative pour se conformer à la méthode 21. (Le renifleur était la méthode spécifiée à l'origine et les opérateurs doivent toujours utiliser la méthode du renifleur une fois par an.)

Dans 2016, l’EPA a publié Quad Oa, abréviation de Code of Federal Regulations (CFR) 40, partie 60, sous-partie OOOOa. Ces amendements aux normes de performance des sources nouvelles (NSPS) de l'EPA définissent des normes d'émission pour les composés organiques volatils (COV) et quantifient les réductions d'émissions nécessaires. Quad Oa comprend des réglementations sur le méthane qui exigent que les installations pétrolières et gazières en amont limitent les émissions; les réglementations s'appliquent principalement aux plateformes de puits et aux stations de compression. Pour Quad Oa, l’imagerie optique de gaz est considérée comme le meilleur système de réduction des émissions (BSER).

De plus, Environnement et Changement climatique Canada (ECCC) et Alberta Environment and Parks (AEP) ont récemment adopté un nouveau règlement exigeant l'inspection de tout l'équipement équipé d'une caméra à gaz optique ou d'un renifleur 2019.

D'autres pays dans le monde sont susceptibles de mettre en œuvre des réglementations similaires à ces réglementations proactives nord-américaines sur le contrôle des émissions et la réduction du méthane dans les années à venir.

Nouvelle technologie OGI idéale pour les applications pétrolières et gazières

photonique de providenceAu cours des dernières années, de nouvelles technologies sont apparues sur le marché pour répondre au besoin de OGI pour les applications pétrolières et gazières. Par exemple, le FLIR GF320 fonctionne avec le QL320 de Providence Photonics pour donner aux utilisateurs la possibilité de réduire les émissions tout en quantifiant les avantages en termes de litres par minute ou de grammes par heure émis - informations utiles pour ceux qui recherchent une justification économique à une imagerie de gaz optique. programme. Il peut non seulement être utilisé pour arrêter les émissions et quantifier l'efficacité du programme de détection des fuites, mais également pour quantifier et hiérarchiser les réparations. Les données GPS intégrées aident les opérateurs à localiser avec précision les défauts et les fuites pour des réparations plus rapides.

Une autre technologie innovante de FLIR est la GFx320, une caméra OGI certifiée de manière indépendante comme à sécurité intrinsèque pour la zone 2 et la classe 1; Environnements Div 2. Cette désignation de sécurité intrinsèque signifie que les géomètres peuvent travailler en toute confiance dans les zones de sécurité critiques et les zones dangereuses.

En outre, l’imageur de gaz optique FLIR peut également être utilisé pour mesurer la température dans le cadre des tâches d’inspection électrique / mécanique plus classiques des caméras infrarouges. Les caméras offrent donc une fonctionnalité à double usage.

L'imagerie optique de gaz réduit les coûts et améliore la sécurité pour les grandes entreprises pétrolières et gazières

L'imagerie optique de gaz a été utilisée pour se conformer à la réglementation tout en réalisant des économies et en améliorant la sécurité de l'opérateur. Jonah Energy, basé au Wyoming, a commencé à utiliser la technologie d'imagerie optique du gaz dans 2005 pour détecter les émissions fugitives sur ses installations de production. [3] La société inspecte les installations 150 tous les mois et inspecte les puits 1,700 en l'espace d'un an. Jonah utilise une caméra infrarouge FLIR GF320 pour la détection du méthane et des COV, fournissant une confirmation visuelle des fuites aussi petites que 0.8 grammes / heure.

Jonah Energy a constaté que le principal avantage du FLIR GF320 est sa capacité à numériser de grandes zones et à visualiser les panaches de gaz en temps réel. Cela aide les inspecteurs à localiser la source des émissions fugitives et à commencer le processus de réparation immédiatement, ce qui rend les inspections OGI plus efficaces que les enquêtes de la méthode 21. En fait, lors d'une étude sur le terrain réalisée pour la ville de Fort Worth, au Texas, des enquêteurs ont déterminé que la numérisation avec des caméras infrarouges était au moins neuf fois plus rapide que celle effectuée par la méthode 21 sur le même équipement de site.

La rapidité des analyses OGI permet aux producteurs de pétrole et de gaz de contrôler plus souvent les équipements. L'EPA note que des inspections et des réparations plus fréquentes peuvent réduire considérablement les émissions fugitives de méthane et de COV. Par exemple, les enquêtes trimestrielles peuvent réduire les émissions de 80%, tandis que les enquêtes de suivi semestrielles et les réparations effectuées peuvent réduire les émissions de 60%.

Depuis 2010, Jonah a réduit ses émissions fugitives de 75%. Il a également réduit le temps de réparation de quelques heures 705 à 106, réduit les coûts de main-d'œuvre de 58,369 $ à 7,500 $ et a réduit ses pertes de gaz de 348,000 $ à 20,500 $. Les émissions en tonnes sont passées de 351 à 31.

Jonah Energy affirme que son programme mensuel de détection et de réparation de fuites (LDAR) utilisant la technologie OGI a été à la fois efficace et rentable. Leurs économies d'essence cumulées ont dépassé le million de dollars 5 au cours des six dernières années, ce qui a largement compensé les coûts globaux du programme.

ConocoPhillips, qui a mené une étude pilote de détection et de mesure des fuites optiques dans les installations 22 CPC, a également été utilisé pour tester les meilleures pratiques de gestion en matière de gestion des émissions fugitives. Les résultats de l'étude ont été utilisés pour évaluer les avantages de l'utilisation de la technologie OGI dans le cadre du plan de gestion des émissions fugitives pour les opérations canadiennes de la société. [4]

L'étude a identifié des composants 144 présentant des fuites, ce qui représente globalement environ X $ 358,000 en produit perdu. Le produit perdu a entraîné des fuites de méthane, contribuant pour plus de 21,000 tonnes par an d'équivalent en dioxyde de carbone (CO2e) aux émissions de gaz à effet de serre (GES). L'étude a estimé que 92 pour cent des sources pourraient être réparées de manière économique, entraînant des économies nettes actuelles de plus de millions de dollars 2. [3]

Inspectair, un fournisseur international de premier plan de solutions et de solutions techniques d’inspection visuelle à distance, s’appuie sur la caméra d’imagerie de gaz optique FLIR GF320 pour les inspections de maintenance et la détection de fuites d’hydrocarbures dans les usines de production d’hydrocarbures ou pour l’inspection de matériaux utilisant des hydrocarbures comme combustible. Ils constatent que la caméra GF320 peut numériser une zone plus large beaucoup plus rapidement et surveiller les zones difficiles à atteindre avec des outils de mesure de contact.

caméra d'imagerie de gaz

«Nous avons utilisé certains outils de mesure des contacts, tels que des détecteurs laser ou des détecteurs de fuites», explique Cailean Forrester d'Inspectair. «Mais le problème est que vous devez aller directement à l'objet, ce qui n'est pas toujours sûr ni possible. En d'autres termes, cette approche est limitée et peu précise. Avec une caméra d'imagerie optique à gaz telle que la GF320, vous pouvez toutefois garder une distance de sécurité tout en détectant les fuites de gaz avec une grande précision. ”

Ron Lucier, instructeur au centre de formation infrarouge de Nashua, dans le New Hampshire, souligne l’importance de pouvoir contrôler les panaches de gaz à une distance de sécurité. «Le méthane et les autres hydrocarbures sont non seulement inflammables, mais peuvent provoquer l'asphyxie à des concentrations élevées», explique Lucier. «Avec les« renifleurs »de TVA, vous savez que l’essence est là, mais vous ne savez pas combien. Les utilisateurs d'OGI peuvent immédiatement voir la taille du panache de gaz - une chose impossible à faire avec un renifleur de gaz. "

Un produit innovant identifie et arrête les émissions de gaz fugitifs

En avril, 2018, FLIR, a reçu le prix de l’innovation technologique pour sa caméra GF320 lors de la cérémonie du «Leadership and Methane Methane Leadership», décernée lors du Global Methane Forum, à Toronto, au Canada. [5] Le prix a été remis par le Center for Clean Air Policy, Clean Groupe de travail aérien, Défense environnementale Canada, Fonds de défense environnementale et l'Institut Pembina.

Selon l'Institut Pembina, «FLIR a été sélectionnée pour ses solutions de détection innovantes, notamment des caméras portables peu coûteuses, qui peuvent être utilisées par l'industrie pour identifier et arrêter les émissions fugitives, protégeant ainsi l'environnement et permettant d'économiser de l'argent." a utilisé cette technologie pour identifier la source et l'ampleur des émissions et informer l'élaboration des politiques. "

Les références

  1. Inventaire des émissions et des puits de gaz à effet de serre des États-Unis, Rapport complet 2018, récupéré 6 / 14 / 18, pg 191 (énergie 3-77)
  2. La science derrière l’imagerie optique de gaz - www.flirmedia.com/MMC/THG/Brochures/OGI_012/OGI_012_US.pdf, récupéré 6 / 11 / 18.
  3. L’imagerie optique du gaz permet d’économiser de l’argent et des ressources pour Jonah Energy, www.flirmedia.com/MMC/THG/Brochures/OGI_014/OGI_014_US.pdf , récupéré 6 / 11 / 18.
  4. T. Trefiak, ConocoPhillips, Étude pilote OGI: Détection et mesure des fuites, 2006, www.docplayer.net/17797465-Pilot-study-optical-leak-detection-measurement-report-completed-by-terence-trefiak.html
  5. Les leaders mondiaux de la réduction du méthane honorés au Canada, www.pembina.org/media-release/global-methane-reduction-leaders-honoured-canada, récupéré 6 / 11 / 18.

FLIR Commercial Systems

Nous concevons, fabriquons et caméras infrarouges marché de l'imagerie thermique

Signature: Adhésion Gold

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