Las 10 preguntas principales: Cuantificación de fugas de gas con cámaras OGI

Las preguntas más frecuentes sobre la detección óptica de gases cuantitativa de FLIR incluyen los efectos medioambientales sobre el funcionamiento, los asuntos normativos y las mejoras tecnológicas en el horizonte.

Por Craig R O’Neill, FLIR

Este artículo examina las preguntas y preocupaciones comunes en torno a la detección óptica de gases cuantitativa (qOGI). Más concretamente, responde a 10 preguntas relacionadas con el uso de la plataforma QL320 de FLIR, que combina nueva tecnología, en forma de tablet plug and play resistente, con las cámaras OGI GF320, GFx320 y GF620 existentes de FLIR para cuantificar fugas de hidrocarburos en unidades de tasa de fugas de masa, tasa de fugas volumétricas o concentración en la longitud de la trayectoria.

El tema de este artículo se basa en el artículo anterior de esta serie, que presenta los sistemas qOGI, analizando su funcionalidad y ventajas en comparación con las tecnologías de la competencia.

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¿SE UTILIZA QOGI ACTUALMENTE COMO HERRAMIENTA DE CUMPLIMIENTO NORMATIVO?

Actualmente, no existe ningún factor regulador de EE. UU. para los métodos qOGI. A medida que los operadores de la industria se esfuerzan por ser administradores más responsables de los entornos en los que operan, qOGI se utiliza para realizar estudios de campo y determinar las emisiones con fines internos, para que cada empresa pueda determinar libremente las ventajas de qOGI y para implementarlas en consecuencia.

¿SE HA VERIFICADO EL MÉTODO QOGI?

QOGI es una tecnología emergente, en desarrollo desde 2014, y ha sido sometida a amplias pruebas de validación, incluidas pruebas ciegas con tasas de liberación conocidas. Algunos de los resultados de las pruebas disponibles públicamente incluyen:

1. Una prueba realizada por la EPA en Research Triangle Park, cuantificando las fugas de metano y propano.
2. Una prueba de campo líder en la industria del petróleo y el gas que compara el método qOGI con el muestreador Bacharach Hi Flow® (BHFS). QOGI logró una precisión de +/- 30 por ciento durante varias semanas de pruebas ciegas que comprenden docenas de puntos de prueba en diferentes gases (incluido el gas producido), para abarcar una amplia gama de fondos y condiciones ambientales.
3. Un estudio realizado por un grupo de la industria europea, que incluye a la mayoría de las empresas petroleras que operan en Europa, dedicadas a investigar cuestiones medioambientales relevantes para la industria petrolera. Este estudio concluyó que qOGI supera significativamente al Método 21 de la EPA estadounidense en términos de exactitud de los resultados.

NOTA: Tanto el líder de la industria del petróleo y el gas como los estudios europeos de Concawe fueron patrocinados por la industria.

EL QL320 DE FLIR LE PIDE QUE SELECCIONE UN GAS PARA CUANTIFICAR. ¿QUÉ SUCEDE SI LA CORRIENTE DE GAS CONTIENE VARIOS COMPUESTOS?

Cabe mencionar que el Método 21 aprobado por la EPA de EE. UU. comparte esta limitación; donde destaca qOGI es en cómo aborda esta incertidumbre.

Con un detector de ionización de llama (FID) en el Método 21, normalmente se calibra el dispositivo a un gas puro y luego se miden las corrientes del proceso. La composición del gas puede cambiar significativamente la respuesta FID pero, generalmente, este error se acepta, aunque puede introducir un error del 200 por ciento o más en el Método 21. La mayoría de las instalaciones no calibran su FID para cada flujo de proceso específico (una acción correctiva); simplemente aceptan el número de concentración (medido como gas de calibración puro). El Método 21 no ofrece ningún recurso para ajustar retroactivamente el resultado.

El QL320 de FLIR facilita la corrección de la mezcla de gases y añade flexibilidad a la tarea. Además, la corrección es fundamental, lo que significa que no depende del instrumento específico (como con un FID y el Método 21). El QL320 de FLIR permite a los usuarios ajustar la mezcla de gas después del hecho, y su ajuste será aplicable a cualquier resultado del QL320 de FLIR aplicado a esa corriente de proceso, en cualquier día determinado o condiciones ambientales.

QL320 de FLIR

¿CÓMO AFECTARÁN LOS FACTORES AMBIENTALES A MIS MEDICIONES?

La temperatura delta (ΔT) es el factor más importante que afecta a la qOGI exacta. Debe existir suficiente diferencia de temperatura entre la temperatura ambiente adyacente a la columna de gas y el fondo.

Al capturar vídeo con la cámara OGI montada en trípode, los usuarios del QL320 deberán garantizar la máxima ΔT posible. Como mínimo, se buscan 2°C de diferencia de temperatura entre el aire ambiente cerca de la fuga de gas y la temperatura aparente del fondo en la imagen.

La mayoría de las condiciones del viento no serán perjudiciales para la precisión del qOGI. Si no hay viento, es posible que las fugas de gas no fluyan de forma fiable en una dirección, lo que provocaría la “acumulación” del gas. Por el contrario, los vientos fuertes (p. ej., más de aproximadamente 15 MPH) crean dificultades porque el viento aleja el gas del punto de liberación muy rápidamente. Dicho esto, la mayoría de las fugas de gas estarán dentro de un rango aceptable de velocidad del viento u ocurrirán en una ubicación protegida o parcialmente protegida.

El viento se introduce en el QL320 de FLIR en tres niveles (Calmado, Normal y Alto). El resultado es más coherente en velocidades de viento más altas (donde no se produce acumulación de columna de gas). La precisión está entre el 30 y el 40 por ciento.

La humedad no afecta a la capacidad de medición del sistema.

¿CUÁLES SON LAS FUGAS DE TAMAÑO MÍNIMO Y MÁXIMO QUE SE PUEDEN CUANTIFICAR SATISFACTORIAMENTE CON EL QL320 DE FLIR?

El tamaño mínimo de una fuga que se puede cuantificar está en función de la ΔT (entre la temperatura ambiente cerca del gas y el fondo), del compuesto que se está generando y de la velocidad del viento. El sistema QL320 de FLIR ha demostrado la capacidad de cuantificar fugas de propano de hasta 100 scc/min y fugas de metano de hasta 300 scc/min con una ΔT de 5°C y una velocidad moderada del viento.

Una buena regla general: si puede ver la fuga en modo normal, lo más probable es que el sistema pueda cuantificarla. Si debe utilizar el modo de alta sensibilidad para ver la fuga, el QL320 de FLIR puede tener dificultades para cuantificarla con precisión.

Para tasas de fuga máximas, el modelo actual se calibra con propano de 0,1 l/min a 30 l/min. Podríamos ampliar esto de forma segura a 2 o 3 veces el rango calibrado, o 100 cc/min hasta 100 l/min (para propano). En el caso del metano, habríamos correlacionado los límites entre 300 cc/min y 300 l/min.

El QL320 de FLIR simplifica la visualización y la medición de emisiones de gases.

¿CUÁL ES LA DISTANCIA MÁXIMA DESDE LA FUENTE DE LA FUGA A LA QUE PUEDO UTILIZAR DE FORMA REPETIDA Y CON PRECISIÓN EL MÉTODO QOGI?

El alcance y el campo de visión (FOV) del QL320 de FLIR dependen del objetivo que se utilice. Estos rangos son:

• 23 mm (FOV de 24 grados): de 5 a 54 pies
• 38 mm (FOV de 14,5 grados): de 8 a 90 pies
• 92 mm (FOV de 6 grados): de 20 a 210 pies

La distancia total afectará a la repetibilidad y precisión de los resultados de cuantificación (similar a la medición de temperatura con una cámara), ya que hay menos píxeles que utilizar al calcular la longitud de concentración de la fuga de gas desde una distancia mayor. En consecuencia, cuando utilice el QL320 de FLIR a una distancia mayor, notará que el círculo de extracción de la columna es considerablemente más pequeño.

¿QUÉ SUCEDE SI ESTOY OPERANDO EN UNA UBICACIÓN PELIGROSA Y NO PUEDO SUJETAR MI CÁMARA AL QL320 DE FLIR SOBRE EL TERRENO?

Una nueva función disponible para su uso con el QL320 de FLIR es el modo Q (Q-Mode). El modo Q se diseñó originalmente para su uso con el GFx320 de FLIR, que está clasificado para su uso en ubicaciones peligrosas de clase 1, división 2 cuando no está sujeta al QL320 de FLIR. El modo Q permite guardar secuencias de vídeo de fugas directamente en la tarjeta SD de la cámara y después procesarlas posteriormente en el QL320 de FLIR, lejos de la ubicación peligrosa.

Sigue siendo ventajoso utilizar el QL320 de FLIR sobre el terreno, conectado directamente a una cámara, por varias razones:

• Saber inmediatamente si tiene una temperatura de fondo suficiente (ΔT)
• Obtener cifras en tiempo real sobre la gravedad de una fuga y saber si se requiere una acción inmediata
• Utilizar las funciones disponibles en el QL320 de FLIR sobre el terreno, como la sensibilidad manual, el límite de muesca y el intervalo de tiempo variable (1 segundo, 5 segundos, 60 segundos), así como la determinación de opciones de unidades de tasa de fuga en tiempo real

¿QUÉ LIMITACIONES EXISTEN ACTUALMENTE CON EL MÉTODO QOGI?

El método qOGI actual está diseñado para liberar puntos. Las liberaciones grandes y difusas, como las de un estanque de retención o un sello de tanque grande, pueden ser más difíciles de cuantificar con este método.

Se pueden subestimar tasas de fuga muy grandes y velocidades de salida muy altas. Las tasas de fuga elevadas pueden provocar cierta saturación en la imagen, lo que tenderá a subestimar la tasa de fuga. Para velocidades de salida altas, es posible que la columna no se mueva lo suficiente como para ver el fondo detrás de la columna (necesario para calcular la ΔT).

¿CÓMO SE ESTÁ MEJORANDO EL MÉTODO QOGI?

La industria de la detección óptica de gases está orientada a la cuantificación, y FLIR lidera el desarrollo en este campo emergente. A continuación se muestran algunas mejoras recientes y nuevas características para el QL320 de FLIR:

1. Superposición de columna de gas coloreado
2. Capacidad para medir la tasa de fuga en concentración sobre la longitud de la trayectoria (ppm-m)
3. Capacidad para crear múltiples “muescas” en el límite de extracción de columna
4. Instantánea de imagen única con superposición de tasa de fuga
5. Velocidad de fuga (promedio continuo) en la superposición de vídeo

La interfaz QL320 de FLIR mejorada

¿EN QUÉ SE DIFERENCIA LA LECTURA DE CONCENTRACIÓN EN LA LONGITUD DE TRAYECTORIA (PPM-M) DE UNA LECTURA DE CONCENTRACIÓN BÁSICA (PPM) QUE OBTIENE DE UN OLFATEADOR?

El QL320 proporciona lectura de concentración como una “concentración sobre la longitud de trayectoria” o “partes por millón (ppm)” sobre la longitud de trayectoria de un metro. Esta longitud de trayectoria supone que la fuga tiene una profundidad de un metro. En términos de eje X, Y, Z, la longitud de trayectoria del “medidor” es el eje “Z” (profundidad) de la columna y NO los ejes “X” o “Y” (horizontal o vertical). Por definición, la lectura asumiría que la fuga observada es de un metro de profundidad (desde la fuga inicial, directamente desde la cámara).

Si se conoce (o podría estimarse) la profundidad, se puede calcular el promedio de ppm en la profundidad dividiendo el valor de ppm-m por la profundidad. Por ejemplo, si el QL320 ofrece una lectura de 1000 ppm-m y se estima que la profundidad de la columna es de 10 cm (0,1 m o ~ 4 pulg.), la concentración promedio en la columna de gas de 10 cm de profundidad es de 10 000 ppm (1000 ppm-m/0,1 m).

Un olfateador u otro dispositivo que presente datos en ppm toma la lectura de una muestra de moléculas de aire en un solo punto y, por lo tanto, no requiere una lectura de longitud de trayectoria. Los dispositivos TVA también están limitados en el sentido de que pueden medir una fuga solo si el dispositivo apunta directamente hacia la fuga, lo que es más difícil, ya que esta tecnología no visualiza una fuga de gas.

CONCLUSIONES

La detección óptica de gases cuantitativa es eficaz, precisa y práctica. Sus ventajas están aumentando y su capacidad tecnológica mejora continuamente. Además de sus evidentes ventajas de seguridad sobre los métodos alternativos de cuantificación de gas, qOGI ofrece rentabilidad como complemento a las cámaras OGI existentes y posiciona a los operadores de petróleo y gas para que estén a la vanguardia de la conciencia ambiental en las comunidades donde operan.

La plataforma QL320 de FLIR permite qOGI tanto sobre el terreno como, potencialmente, después de un escaneo (capacidad posterior al proceso) con la función de modo Q y la combinación de tableta.

SOBRE EL AUTOR

Craig R O’Neill ha trabajado para FLIR durante más de 17 años y ha participado activamente en el mercado OGI desde la introducción de los detectores ópticos de gases comerciales en junio de 2005. En la actualidad, tiene la responsabilidad global de la línea de negocio de la Detección óptica de gases y la estrategia de las soluciones de FLIR en la industria del petróleo y el gas. En este puesto, es el vínculo entre clientes, partes interesadas del sector, socios estratégicos y muchos aspectos integrados verticalmente de la división FLIR Instruments, incluidas ventas, marketing, ingeniería y gestión de productos. Su objetivo es garantizar la alineación de FLIR para proporcionar soluciones de detección que satisfagan las necesidades de la industria del petróleo y el gas.

ACERCA DE FLIR SYSTEMS, INC.

Fundada en 1978 y con la sede central en Wilsonville, Oregón, FLIR Systems es un líder mundial en la fabricación de sistemas de sensores que mejoran la percepción y elevan el conocimiento situacional, lo que ayuda a salvar vidas, mejora la productividad y protege el medio ambiente. A través de sus casi 3500 empleados, la visión de FLIR es ser “El sexto sentido del mundo” sacando partido a la termografía y las tecnologías adyacentes a fin de ofrecer soluciones innovadoras e inteligentes para la seguridad y la vigilancia, la supervisión medioambiental y de condiciones, el ocio al aire libre, la visión artificial, la navegación y la detección avanzada de amenazas. Para obtener más información, visite www.flir.com y siga a @flir.

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