Le 10 domande principali: Quantificazione delle perdite di gas con termocamere OGI

Le domande più comuni sulla rilevazione ottica quantitativa di gas di FLIR includono effetti ambientali sul funzionamento, problemi normativi e miglioramenti tecnologici all'orizzonte.

Di Craig R O’Neill, FLIR

Questo articolo esamina le domande e le preoccupazioni comuni riguardanti la rilevazione ottica quantitativa di gas (qOGI). Più specificamente, risponde a 10 domande relative all’uso della piattaforma FLIR QL320, che abbina la nuova tecnologia – sotto forma di tablet plug and play robusto - alle termocamere FLIR OGI GF320, GFx320 e GF620 esistenti, per quantificare le perdite di gas di idrocarburi in unità di velocità di perdita di massa, tasso di perdita volumetrica o concentrazione sulla lunghezza del percorso.

L’argomento di questo articolo si basa sul pezzo precedente di questa serie, che introduce i sistemi qOGI, spiegandone la funzionalità e i vantaggi rispetto alle tecnologie concorrenti.

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LA QOGI È ATTUALMENTE UTILIZZATA COME STRUMENTO DI APPLICAZIONE NORMATIVA?

Attualmente, negli Stati Uniti non esiste alcuna norma che disciplini l’utilizzo della qOGI. Mentre gli operatori del settore si sforzano di essere amministratori più responsabili degli ambienti in cui operano, la qOGI viene utilizzata per condurre studi sul campo e determinare le emissioni per scopi interni, lasciando ogni azienda libera di determinare i vantaggi della qOGI e di implementarla di conseguenza.

IL METODO QOGI È STATO VERIFICATO?

La QOGI è una tecnologia emergente, in fase di sviluppo dal 2014, ed è stata sottoposta a test di convalida approfonditi, tra cui test in cieco con tassi di rilascio noti. Alcuni dei risultati dei test disponibili pubblicamente includono:

1. Un test eseguito dall’EPA nel Research Triangle Park, che quantifica le perdite di metano e propano.
2. Un test sul campo leader del settore Oil and Gas che confronta il metodo qOGI con il campionatore ad alto flusso® (BHFS) Bacharach. La QOGI ha raggiunto una precisione pari a circa il 30% nel corso di diverse settimane di test in cieco, comprendenti decine di punti di test su diversi gas (compreso il gas prodotto), che coprono un’ampia gamma di background e condizioni ambientali.
3. Uno studio condotto da un gruppo industriale europeo – che include la maggior parte delle compagnie petrolifere che operano in Europa – dedicate alla ricerca di questioni ambientali pertinenti per l’industria petrolifera. Questo studio ha concluso che la qOGI supera significativamente il metodo EPA 21 statunitense in termini di accuratezza dei risultati.

NOTA: sia il leader del settore petrolifero e del gas che gli studi europei di Concawe sono stati sponsorizzati dal settore.

FLIR QL320 CHIEDE DI SELEZIONARE UN GAS DA QUANTIFICARE. COSA SUCCEDE SE IL FLUSSO DI GAS CONTIENE PIÙ COMPOSTI?

Va detto che il Metodo 21 approvato dall’EPA statunitense condivide questa limitazione; dove la qOGI offre il meglio è nel modo in cui affronta questa incertezza.

Utilizzando un rilevatore a ionizzazione di fiamma (FID) secondo il Metodo 21, si calibra generalmente il dispositivo con un gas puro, quindi si misurano i flussi di processo. La composizione del gas può cambiare significativamente la risposta FID ma, in generale, questo errore è accettato, anche se può introdurre un errore del 200% o più nel Metodo 21. La maggior parte delle strutture non calibra il proprio FID per ogni flusso di processo specifico (un’azione correttiva); accetta semplicemente il numero di concentrazione (misurato come gas di taratura puro). Il Metodo 21 non offre alcuna possibilità di rettificare retroattivamente il risultato.

FLIR QL320 semplifica la rettifica della miscela di gas e aggiunge flessibilità al compito. Inoltre, la rettifica è fondamentale, il che significa che non dipende dallo strumento specifico (come con un FID e un Metodo 21). FLIR QL320 consente agli utenti di regolare la miscela di gas dopo il fatto e la regolazione sarà applicabile a qualsiasi risultato FLIR QL320 applicato a quel flusso di processo, in qualsiasi giorno o condizione ambientale.

FLIR QL320

IN CHE MODO I FATTORI AMBIENTALI INFLUENZERANNO LE MIE MISURAZIONI?

La temperatura delta (ΔT) comprende il fattore maggiore che influisce sull’accuratezza qOGI. Deve esistere un sufficiente differenziale di temperatura tra la temperatura ambiente adiacente al pennacchio di gas e quella di fondo.

Durante l’acquisizione di video con la termocamera OGI montata sul treppiedi, gli utenti di QL320 dovranno garantire il valore ΔT più alto possibile. Sono auspicabili almeno 2°C di differenza di temperatura tra l’aria ambiente vicino alla perdita di gas e la temperatura apparente dello sfondo nell’immagine.

La maggior parte delle condizioni di vento non danneggia la precisione qOGI. In assenza di vento, il gas che fuoriesce potrebbe non fluire in modo affidabile in una direzione, con conseguente “accumulo” di gas. Al contrario, venti elevati (ad es. superiori a circa 24 km/h) creano difficoltà perché il vento allontana il gas dal punto di rilascio molto rapidamente. Detto questo, la maggior parte delle fughe di gas ricadrà entro un intervallo di velocità del vento accettabile o si verificherà in un luogo schermato o parzialmente schermato.

Il vento viene immesso nella FLIR QL320 a tre livelli (Calm, Normal e High). Il risultato è più costante a velocità del vento più elevate (dove non avviene alcun accumulo di pennacchi di gas). La precisione è compresa tra il 30% e il 40%.

L’umidità non ha alcun effetto sulla capacità di misurazione del sistema.

QUALI SONO LE PERDITE MINIME E MASSIME QUANTIFICABILI CON SUCCESSO CON FLIR QL320?

La dimensione minima di una perdita quantificabile è una funzione del ΔT (tra la temperatura ambiente vicino al gas e allo sfondo), il composto che si sta rilevando e la velocità del vento. Il sistema FLIR QL320 ha dimostrato la capacità di quantificare le perdite di propano fino a 100 scc/min e le perdite di metano fino a 300 scc/min con un valore ΔT di 5°C e una velocità del vento moderata.

Una buona regola generale è che se si vede la perdita in modalità normale, il sistema è in grado di quantificarla. Se è necessario utilizzare la modalità ad alta sensibilità per vedere la perdita, FLIR QL320 potrebbe avere difficoltà a quantificarla accuratamente.

Per la massima velocità di perdita, il modello corrente è calibrato con propano da 0,1 l/min a 30 l/min. È stato possibile estendere in modo sicuro questo valore a 2 o 3 volte l’intervallo calibrato o 100 cc/min fino a 100 l/min (per il propano). Per il metano, avremmo correlato i limiti da 300 cc/min a 300 l/min.

FLIR QL320 semplifica la visualizzazione e la misurazione delle emissioni di gas

QUAL È LA DISTANZA MASSIMA DALLA FONTE DELLA PERDITA DOVE POSSO UTILIZZARE RIPETUTAMENTE E ACCURATAMENTE IL METODO QOGI?

La portata e il campo visivo (FOV) della FLIR QL320 dipendono dall’obiettivo utilizzato. Questi intervalli sono:

• 23 mm (FOV a 24 gradi)
• 38 mm (14,5 gradi FOV)
• 92 mm (FOV a 6 gradi)

La distanza complessiva influenzerà la ripetibilità e l’accuratezza dei risultati di quantificazione (simile alla misurazione della temperatura con una termocamera), poiché ci sono meno pixel da utilizzare per calcolare la lunghezza della concentrazione della perdita di gas da una distanza maggiore. Di conseguenza, quando si utilizza FLIR QL320 a una distanza maggiore, si noterà che il cerchio di estrazione del pennacchio è notevolmente più piccolo.

COSA SUCCEDE SE STO OPERANDO IN UNA ZONA PERICOLOSA E NON POSSO COLLEGARE LA MIA TERMOCAMERA A FLIR QL320 SUL CAMPO?

Una nuova funzione disponibile per l’uso con FLIR QL320 è la modalità Quantificazione (Q-Mode). La modalità Q-Mode è stata originariamente progettata per l’uso con FLIR GFx320, che è classificata per l’uso in aree pericolose di Classe 1, Divisione 2, quando non collegata alla FLIR QL320. Q-Mode consente di salvare le sequenze video delle perdite direttamente sulla scheda SD della termocamera e post-elaborate nella FLIR QL320 — lontano dall’area pericolosa.

Resta vantaggioso utilizzare FLIR QL320 sul campo, collegata direttamente a una termocamera, per diversi motivi:

• Sapere immediatamente se si ha una temperatura di background sufficiente (ΔT)
• Ottenere numeri in tempo reale sulla gravità di una perdita e sapere se è necessario un intervento immediato
• Utilizzo delle funzioni disponibili su FLIR QL320 sul campo, tra cui sensibilità manuale, limite di tacca e intervallo di tempo variabile (1 sec; 5 sec; 60 sec), nonché determinazione in tempo reale delle opzioni dell’unità di tasso di perdita

QUALI LIMITAZIONI ESISTONO ATTUALMENTE CON IL METODO QOGI?

L’attuale metodo qOGI è progettato per il rilascio di punti. Rilasci grandi e diffusi, come quelli provenienti da uno stagno o da una grande guarnizione del serbatoio, possono essere più difficili da quantificare con questo metodo.

Tassi di perdita molto elevati e velocità di uscita molto elevate possono essere sottovalutati. Elevati tassi di perdita possono comportare la possibilità di una certa saturazione nell’immagine, che tende a sottostimare il tasso di perdita. Per alte velocità di uscita è possibile che il pennacchio non si muova abbastanza da vedere lo sfondo dietro questi (necessario per calcolare ΔT).

COME VIENE MIGLIORATO IL METODO QOGI?

Il settore della rilevazione ottica di gas si sta dirigendo verso la quantificazione e FLIR sta guidando lo sviluppo in questo campo emergente. Di seguito sono riportati alcuni recenti miglioramenti e nuove funzionalità per FLIR QL320:

1. Rivestimento colorato per pennacchi di gas
2. Capacità di misurare il tasso di perdita in concentrazione sulla lunghezza del percorso (ppm-m)
3. Possibilità di creare più “tacche” nel limite di estrazione del pennacchio
4. Istantanea ad immagine singola con sovrapposizione del tasso di perdita
5. Tasso di perdita (media mobile) sulla sovrapposizione video

La migliore interfaccia FLIR QL320

IN CHE MODO LA CONCENTRAZIONE SULLA LETTURA DELLA LUNGHEZZA DEL PERCORSO (PPM-M) È DIVERSA DA UNA LETTURA DELLA CONCENTRAZIONE DI BASE (PPM) CHE SI RICEVE DA UNO SNIFFER?

La QL320 fornisce la lettura della concentrazione come “concentrazione sulla lunghezza del percorso” o “parti per milione (ppm)” sulla lunghezza del percorso di un metro. Questa lunghezza del percorso presumerebbe che la perdita abbia una profondità di un metro. In termini di asse X, Y, Z, la lunghezza del percorso del “metro” è l’asse “Z” (profondità) del pennacchio e NON gli assi “X” o “Y” (orizzontale o verticale). Per definizione, la lettura presumerebbe che la perdita osservata sia di un metro di profondità (dalla perdita iniziale, immediatamente lontano dalla termocamera).

Se la profondità è nota (o può essere stimata), è possibile calcolare il ppm medio attraverso la profondità dividendo il valore ppm-m per la profondità. Ad esempio, se la QL320 fornisce una lettura di 1.000 ppm-m e si stima che la profondità del pennacchio sia di 10 cm, la concentrazione media nel pennacchio di gas profondo 10 cm è di 10.000 ppm (1.000 ppm-m/0,1 m).

Uno sniffer o un altro dispositivo che presentano i dati in ppm prendono la lettura da un campione di molecole d’aria in un singolo punto e quindi non richiedono una lettura della lunghezza del percorso. I dispositivi TVA sono anche limitati in quanto possono misurare una perdita solo se il dispositivo è puntato direttamente nella perdita, il che è più difficile, poiché questa tecnologia non visualizza una perdita di gas.

CONCLUSIONI

La rilevazione ottica quantitativa di gas è efficace, accurata e conveniente. I suoi vantaggi sono in crescita e le sue capacità tecnologiche sono in continuo miglioramento. Oltre ai suoi evidenti vantaggi in termini di sicurezza rispetto ai metodi alternativi di quantificazione del gas, la qOGI offre un rapporto costo-efficacia come componente aggiuntivo alle termocamere OGI esistenti e posiziona gli operatori del settore petrolifero e del gas all’avanguardia nella consapevolezza ambientale nelle comunità in cui operano.

La piattaforma FLIR QL320 consente di utilizzare l’qOGI sia sul campo che, potenzialmente, dopo una scansione (capacità post-elaborazione) con la funzione Q-Mode e la combinazione di tablet.

INFORMAZIONI SULL’AUTORE

Craig R O’Neill lavora per FLIR da oltre 17 anni ed è stato attivamente coinvolto nel mercato OGI sin dall’introduzione degli Optical Gas Imager commerciali nel giugno 2005. Attualmente è responsabile a livello globale del ramo d’azienda Optical Gas Imaging e della strategia per le soluzioni FLIR nel settore petrolifero e del gas. In questo ruolo, è il pezzo di collegamento tra clienti, stakeholder del settore, partner strategici e molti aspetti verticalmente integrati della divisione FLIR Instruments, tra cui vendite, marketing, ingegneria e gestione dei prodotti. Il suo obiettivo è garantire l’allineamento di FLIR per fornire soluzioni di rilevamento che soddisfino le esigenze del settore petrolifero e del gas.

INFORMAZIONI SU FLIR SYSTEMS, INC.

Fondata nel 1978 e con sede a Wilsonville, Oregon, FLIR Systems è il leader mondiale nella produzione di sistemi basati su sensori che migliorano la conoscenza ed il livello di consapevolezza, contribuendo a salvare vite umane, a migliorare la produttività ed a proteggere l'ambiente. I suoi 3.500 dipendenti condividono e alimentano la visione FLIR “Worlds Sixth Sense (Il sesto senso del mondo)” sfruttando l’imaging termico e le tecnologie complementari per fornire soluzioni innovative e intelligenti per la sicurezza e la sorveglianza, il monitoraggio ambientale e delle condizioni, le attività ricreative all’aperto, la machine vision, la navigazione e la rilevazione avanzata di minacce. Per maggiori informazioni, visitate www.flir.com e seguiteci su @flir.

Per ulteriori informazioni sulla rilevazione ottica di gas, visitare il sito www.FLIR.com/ogi