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So reduzieren Sie flüchtige Emissionen in Öl- und Gasanwendungen

OGI-Technologie

Durch die Visualisierung von Kohlenwasserstoffgasen wird ein Ablassen in die Atmosphäre verhindert

Von Craig O'Neill, Strategic Business Development Manager, FLIR

Infrarot-Wärmebildkameras (IR) werden seit Jahrzehnten für eine Vielzahl von Öl- und Gasanwendungen verwendet, einschließlich elektrischer / mechanischer Inspektionen, Inspektionen des Tankfüllstands und sogar Untersuchungen der Rohrintegrität in Prozessanlagen. In den letzten Jahren wurde eine neue Optical Gas Imaging (OGI) -Technologie entwickelt, die Kohlenwasserstoffgase und flüchtige organische Verbindungen (VOCs) "sehen" kann, die in die Atmosphäre entweichen oder ausströmen. OGI können dazu verwendet werden, die gesetzlichen Auflagen zur Emissionsminderung zu erfüllen und gleichzeitig Produktverluste zu reduzieren, was wiederum zu einer positiven Kapitalrendite führt. OGI-Kameras sparen im Vergleich zu anderen Inspektionstechnologien enorm viel Zeit und bieten den Bedienern auch Sicherheitsvorteile. Große Energieunternehmen verwenden OGI-Kameras wie die FLIR GF320, um Tausende von Komponenten schnell zu überprüfen und potenzielle Gaslecks in Echtzeit zu identifizieren.

Technologien zur Reduzierung von diffusen Emissionen in Öl- und Gasanwendungen

Die US-amerikanische Erdgasindustrie emittierte insgesamt 162.4 Millionen Tonnen CO2-Äquivalent Methan in 2015. [1] Zusätzlich zu behördlichen Auflagen stellt dies einen Produktverlust für die Betreiber dar. Die Industrie steht vor der Frage, wie Erdgaslecks an potenziellen Fluchtpunkten wie Verdichterstationen, Verarbeitungsanlagen, hydraulisch gebrochenen Bohrlöchern und entlang von Transportlinien am besten gefunden und behoben werden können.

Vor der Entwicklung von OGI-Kameras verwendeten die meisten Öl- und Gasanlagen einen toxischen Dampfanalysator (TVA), der auch als "Schnüffler" bezeichnet wird, um die Gaskonzentration zu analysieren und in die Atmosphäre abgegebenes Gas zu quantifizieren. TVAs sind zuverlässig, relativ kostengünstig und können die meisten Gase identifizieren. Der Nachteil gegenüber einer OGI-Kamera besteht darin, dass der Bediener genau wissen muss, wo er suchen soll, um den Fehler zu suchen - und ihn physisch zu berühren. Mit anderen Worten, Sniffer sind so, als würden sie den Esel anstecken, während die optische Gasbildgebung dasselbe Spiel ist - aber ohne Augenbinde. Außerdem ist OGI (5-10-Zeiten) erheblich schneller als ein Sniffer.

Die optische Gasbildgebung bietet auch einige Sicherheitsvorteile gegenüber einem herkömmlichen TVA. Es ermöglicht die Fernerkennung eines Gases, das explodieren könnte oder bei den Atemgasen gesundheitliche Probleme verursachen kann. OGI-Kameras ermöglichen es den Bedienern, während der Inspektionen einen Sicherheitsabstand einzuhalten. Anstatt in einer Gaswolke zu stehen, können sie auf dem Boden bleiben, auf einen Punkt 10- oder 20-Fuß hoch zeigen und feststellen, ob Gas in die Atmosphäre gelangt.

Optische Gasbildgebung genauer betrachten

Eine optische Gasbildkamera ist eine hochspezialisierte Version einer IR- oder Wärmebildkamera. Es besteht aus einem Objektiv, einem Detektor, einer Elektronik, die das Signal des Detektors verarbeitet, und einem Sucher oder Bildschirm, damit der Benutzer das von der Kamera erzeugte Bild sehen kann. [2]

Kern für die optische Gasbildgebung

Abbildung 1. Internes Design des optischen Gasabbildungskerns.

Die optische Gasbildgebung kann mit einem Camcorder verglichen werden - der Bediener sieht eine Gasfahne, die sonst für das bloße Auge unsichtbar wäre. Die Gaswolke scheint aus einem brennenden Objekt zu stammen, fast wie Rauch einer Zigarette oder einer Zigarre.

Um diese Gaswolke zu sehen, verwendet eine OGI-Kamera eine einzigartige Spektralfiltermethode, mit der sie eine bestimmte Gasverbindung erkennen kann. Der Filter wird vor dem Detektor montiert und zusammen mit diesem gekühlt, um jeglichen Strahlungsaustausch zwischen dem Filter und dem Detektor zu verhindern. Der Filter beschränkt die Wellenlängen der Strahlung, die zum Detektor durchgelassen werden können, auf ein sehr schmales Band, das als Bandpass bezeichnet wird. Diese Technik wird als Spektralanpassung bezeichnet. Sehen Abbildung 1.

OGI-Kameras verwenden Quantendetektoren, die eine Kühlung auf tiefkalte Temperaturen (um 70K oder -203 ° C) erfordern. Midwave-Kameras, die Kohlenwasserstoffgase wie Methan detektieren, arbeiten im Allgemeinen im Mikrometerbereich (Mikrometer (μm)) von 3-5 und verwenden einen Indiumantimonid-Detektor (InSb). Langwellenkameras, die Gase wie Schwefelhexafluorid detektieren, neigen dazu, im 8-12-µm-Bereich zu arbeiten und einen Quantenmulden-Infrarot-Fotodetektor (QWIP) zu verwenden.

OGI-Kameras nutzen die absorbierenden Eigenschaften bestimmter Moleküle, um sie in ihrer natürlichen Umgebung zu visualisieren. Die Kamera-Brennebenen-Arrays (FPAs) und die optischen Systeme sind speziell auf sehr enge Spektralbereiche in der Größenordnung von Hunderten von Nanometern abgestimmt und daher äußerst selektiv. Es können nur Gase detektiert werden, die im Infrarotbereich absorbieren und durch einen Schmalbandpassfilter begrenzt werden. Für die Mehrzahl der Gasverbindungen sind die Infrarotabsorptionseigenschaften von der Wellenlänge abhängig.

Zum Beispiel der gelbe Bereich in Abbildung 2 zeigt ein Spektralfilter, das so ausgelegt ist, dass es dem Wellenlängenbereich entspricht, in dem die meiste Hintergrund-Infrarotenergie von Methan absorbiert würde.

Methan

Wenn die Kamera auf eine Szene ohne Gasleck gerichtet ist, emittieren und reflektieren Objekte im Sichtfeld Infrarotstrahlung durch das Objektiv und den Filter der Kamera. Wenn sich zwischen den Objekten und der Kamera eine Gaswolke befindet und dieses Gas Strahlung im Bandpassbereich des Filters absorbiert, wird die Menge der Strahlung, die durch die Wolke zum Detektor gelangt, reduziert. Um die Wolke in Relation zum Hintergrund zu sehen, muss zwischen der Wolke und dem Hintergrund ein strahlender Kontrast bestehen.

Um die Schlüssel für die Sichtbarmachung der Wolke zusammenzufassen, muss das Gas Infrarotstrahlung im Wellenbereich absorbieren, den die Kamera sieht. Die Gaswolke muss einen strahlenden Kontrast zum Hintergrund haben. und die scheinbare Temperatur der Wolke muss sich vom Hintergrund unterscheiden. Darüber hinaus macht Bewegung die Wolke besser sichtbar.

Regulierungsstandards sind Richtlinien für die Erkennung von in die Atmosphäre ausgestoßenem Gas

Verschiedene Regulierungsstandards beeinflussen, welche Technologie zur Erfassung von in die Atmosphäre ausgestoßenem Gas verwendet wird. Der Schnüffler bleibt für einige Öl- und Gasbestimmungen die erforderliche Methode, wobei OGI-Kameras ein sekundäres Werkzeug sind. Für neuere Regulierungsstandards in der US-amerikanischen Öl- und Gasindustrie gilt OGI als die beste Methode, die Sekundärmethode Sniffer.

Die 21-Methode (Environmental Protection Agency, Environmental Protection Agency) - Bestimmung der Undichtigkeit flüchtiger organischer Verbindungen - legt fest, dass die optische Gastechnologie als alternative Arbeitspraxis (AWP) für die Einhaltung der Methode 21 betrachtet werden kann. (Der Sniffer war die ursprünglich angegebene Methode, und die Bediener müssen die Sniffer-Methode noch einmal pro Jahr verwenden.)

In 2016 hat die EPA Quad Oa, kurz für Code of Federal Regulations (CFR) 40, Teil 60, Subpart OOOOa, herausgegeben. Diese Änderungen an den New Source Performance Standards (NSPS) der EPA definieren Emissionsstandards für flüchtige organische Verbindungen (VOC) und quantifizieren die notwendigen Emissionsreduktionen. Quad Oa enthält Methanvorschriften, die vorgeschriebene Öl- und Gasanlagen zur Begrenzung der Emissionen erfordern. Die Vorschriften gelten hauptsächlich für Well-Pads und Kompressionsstationen. Für Quad Oa gilt die optische Gasbildgebung als das beste Emissionsminderungssystem (BSER).

Darüber hinaus haben Environment and Climate Change Canada (ECCC) und Alberta Environment and Parks (AEP) kürzlich neue Vorschriften erlassen, die eine Inspektion aller Geräte entweder mit einer optischen Gaskamera oder einem Schnüffler von 2019 erfordern.

Andere Länder auf der ganzen Welt werden in den kommenden Jahren voraussichtlich ähnliche Bestimmungen wie diese proaktiven Regelungen zur Emissionskontrolle und Methanreduzierung in Nordamerika umsetzen.

Neue OGI-Technologie, ideal für Öl- und Gasanwendungen

Vorsehung PhotonikIn den letzten Jahren ist eine neue Technologie auf den Markt gekommen, um den Bedarf an OGI für Öl- und Gasanwendungen zu decken. So arbeitet der FLIR GF320 beispielsweise mit Providence Photonics QL320 zusammen, um den Benutzern die Möglichkeit zu geben, die Emissionen zu reduzieren und gleichzeitig die Vorteile in Litern pro Minute oder in Gramm pro Stunde zu messen. Dies ist eine nützliche Information für alle, die eine ökonomische Begründung für eine optische Gasabbildung suchen Programm. Es kann nicht nur verwendet werden, um Emissionen zu stoppen und die Wirksamkeit des Lecksuchprogramms zu quantifizieren, es kann auch zur Quantifizierung und Priorisierung von Reparaturen verwendet werden. Eingebettete GPS-Daten helfen dem Bediener, den genauen Ort von Fehlern und Undichtigkeiten zu ermitteln, um die Reparatur zu beschleunigen.

Eine weitere innovative Technologie von FLIR ist die GFx320, eine OGI-Kamera, die unabhängig als eigensicher für Zone 2 und Klasse 1 zertifiziert wurde. Div 2-Umgebungen. Diese eigensichere Kennzeichnung bedeutet, dass Vermessungsingenieure sicher in kritischen Sicherheitszonen und an gefährlichen Orten arbeiten können.

Darüber hinaus kann der FLIR Optical Gas Imager auch als Teil der typischen elektrischen / mechanischen Inspektionsaufgaben der IR-Kamera zur Temperaturmessung verwendet werden, so dass die Kameras tatsächlich eine zweifache Funktionalität bieten.

Die optische Gasbildgebung reduziert die Kosten und verbessert die Sicherheit für große Öl- und Gasunternehmen

Optische Gasbildgebung wurde verwendet, um die Vorschriften einzuhalten, Geld zu sparen und die Bedienersicherheit zu verbessern. Ein Beispiel ist Jonah Energy aus Wyoming, das in 2005 die Anwendung der optischen Gasbildgebungstechnologie einsetzte, um flüchtige Emissionen in seinen Produktionsanlagen zu ermitteln. [3] Das Unternehmen inspiziert jeden Monat 150-Anlagen und inspiziert die 1,700-Bohrungen innerhalb eines Jahres. Jonah verwendet eine FLIR GF320-Infrarotkamera für die Erkennung von Methan und VOC und bietet visuelle Bestätigung von Lecks bis zu einer Größe von 0.8 / Stunde.

Jonah Energy hat festgestellt, dass der Hauptvorteil des FLIR GF320 darin besteht, große Bereiche zu scannen und Gasfahnen in Echtzeit zu visualisieren. Dies hilft Inspektoren, die Quelle diffuser Emissionen zu identifizieren und sofort mit dem Reparaturprozess zu beginnen, wodurch die OGI-Inspektionen effizienter sind als die Method 21-Umfragen. In einer Feldstudie für die Stadt Fort Worth, TX, stellten Vermessungsingenieure fest, dass das Scannen mit Infrarotkameras mindestens neunmal schneller war als das Durchführen von Method 21-Scans auf demselben Standortgerät.

Die Geschwindigkeit der OGI-Scans erleichtert es Öl- und Gasproduzenten, Geräte häufiger zu überwachen. Die EPA stellt fest, dass häufigere Inspektionen und Reparaturen die flüchtigen Methan- und VOC-Emissionen erheblich reduzieren können. Beispielsweise können vierteljährliche Umfragen die Emissionen um 80 Prozent senken, während halbjährliche Überwachungserhebungen und Reparaturen die Emissionen um 60 Prozent reduzieren können.

Seit 2010 hat Jonah die diffusen Emissionen um 75 Prozent reduziert. Außerdem wurde die Reparaturzeit von 705 auf 106 reduziert, die Arbeitskosten von $ 58,369 auf $ 7,500 gesenkt und die Gasverluste von $ 348,000 auf $ 20,500 reduziert. Die Emissionen in Tonnen gingen von 351 nach 31.

Jonah Energy sagt, dass das monatliche Leak Detection and Repair (LDAR) -Programm mit OGI-Technologie sowohl effektiv als auch durchgehend rentabel ist. Ihre kumulierten Gaseinsparungen übertrafen in den letzten sechs Jahren 5 Millionen, was die Gesamtkosten des Programms mehr als deckte.

Ein weiteres Beispiel ist ConocoPhillips, das eine Pilotstudie zur optischen Lecksuche und -messung in 22-CPC-Anlagen durchführte, um Best-Management-Praktiken für die Verwaltung flüchtiger Emissionen zu testen. Die Ergebnisse der Studie wurden verwendet, um die Vorteile des Einsatzes der OGI-Technologie im Rahmen des Plans für flüchtige Emissionen für den kanadischen Betrieb des Unternehmens zu bewerten. [4]

Die Studie identifizierte 144-Leckkomponenten, die zusammen etwa $ 358,000 im Produktverlust betrugen. Das verlorene Produkt führte zu Methan-Lecks, die jährlich mehr als 21,000 Tonnen Kohlendioxidäquivalent (CO2e) zu den Treibhausgasemissionen beitragen. Die Studie schätzte, dass 92 Prozent der Quellen wirtschaftlich repariert werden könnten, was zu Nettoeinsparungen von mehr als 2 Millionen US-Dollar führt. [3]

Inspectair, ein international führender Anbieter von speziellen visuellen Inspektionstechnologien und -lösungen, setzt die optische Gas-Imaging-Kamera FLIR GF320 sowohl für Wartungsinspektionen als auch für die Erkennung von Kohlenwasserstoff-Lecks in Kohlenwasserstoffproduktionsanlagen oder für die Inspektion von Materialien ein, die Kohlenwasserstoff als Kraftstoff verwenden. Sie stellen fest, dass die GF320-Kamera viel schneller einen größeren Bereich scannen kann und Bereiche überwacht, die mit Kontaktmesswerkzeugen nur schwer zu erreichen sind

Gasbildkamera

„Wir haben bestimmte Kontaktmesswerkzeuge wie Laserdetektoren oder Leckschnüffler verwendet“, sagt Cailean Forrester von Inspectair. „Aber das Problem ist, dass man direkt zum Objekt gehen muss, was nicht immer sicher oder sogar möglich ist. Mit anderen Worten, dieser Ansatz ist begrenzt und nicht sehr präzise. Mit einer optischen Gas-Imaging-Kamera wie der GF320 können Sie jedoch einen Sicherheitsabstand einhalten und dennoch Gaslecks mit großer Präzision erkennen. “

Ron Lucier, ein Ausbilder im Infrared Training Center in Nashua, NH, weist darauf hin, dass es wichtig sei, Gasfahnen aus sicherer Entfernung überprüfen zu können. „Methan und andere Kohlenwasserstoffe sind nicht nur brennbar, sondern können in hohen Konzentrationen zum Ersticken führen“, erklärt Lucier. „Mit TVA-Gas-Schnüfflern wissen Sie, dass das Gas da ist, aber Sie wissen nicht, wie viel. OGI-Benutzer können sofort die Größe der Gaswolke erkennen - etwas, das mit einem Gasschnüffler nicht möglich ist. “

Innovatives Produkt identifiziert und stoppt diffuse Gasemissionen

Im April wurde 2018, FLIR, der Technology Innovation Award für seine GF320-Kamera bei den Oil and Gas Methane Leadership Awards verliehen, die vom Global Methane Forum in Toronto, Kanada, vergeben wurden. [5] Die Auszeichnung wurde vom Center for Clean Air Policy, Clean, verliehen Air Task Force, Environmental Defence Canada, Environmental Defense Fund und das Pembina Institute.

Laut dem Pembina-Institut „wurde FLIR für seine innovativen Messlösungen ausgewählt, darunter kostengünstige Handkameras, mit denen die Industrie flüchtige Emissionen erkennen und stoppen und so die Umwelt schützen und Geld sparen kann.“ Sie erklärten außerdem, dass Organisationen „haben nutzte diese Technologie, um die Quelle und das Ausmaß der Emissionen zu ermitteln und die Politikentwicklung zu informieren. "

Referenzen

  1. Bestandsaufnahme der Treibhausgasemissionen und -senken in den USA, 2018 Vollständiger Bericht, 6 / 14 / 18 abgerufen, pg 191 (Energy 3-77)
  2. Die Wissenschaft hinter der optischen Gasbildgebung - www.flirmedia.com/MMC/THG/Brochures/OGI_012/OGI_012_DE.pdf, 6 / 11 / 18 abgerufen.
  3. Jonas Energy erspart optisches Gas-Imaging Geld und Ressourcen, www.flirmedia.com/MMC/THG/Brochures/OGI_014/OGI_014_DE.pdf , 6 / 11 / 18 abgerufen.
  4. T. Trefiak, ConocoPhillips, OGI-Pilotstudie: Lecksuche und -messung, 2006, www.docplayer.net/17797465-Pilot-study-optical-leak-detection-measurement-report-completed-by-terence-trefiak.html
  5. Führende Führer der weltweiten Methanreduktion in Kanada geehrt www.pembina.org/media-release/global-methane-reduction-leaders-honoured-canada, 6 / 11 / 18 abgerufen.

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