Comprensión de la cuantificación de la detección óptica de gases

La detección óptica de gases cuantitativa ofrece a los operadores de la industria del gas y el petróleo una herramienta para mejorar la seguridad de los trabajadores, una mayor gestión ambiental y un funcionamiento más rentable.

Por Craig R O’Neill, FLIR

Una tecnología relativamente nueva, la detección óptica de gases cuantitativa (qOGI), está demostrando rápidamente ser una alternativa viable a los analizadores de vapores tóxicos y los muestreadores Bacharach Hi Flow® como herramienta para que los operadores de la industria del petróleo y el gas natural cuantifiquen las fugas de gas.Este artículo describe la qOGI, cómo funciona, sus aplicaciones y el equipo necesario para su uso. El artículo también detalla cómo la qOGI se compara con tecnologías alternativas de cuantificación de fugas.

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¿QUÉ ES LA DETECCIÓN ÓPTICA DE GASES CUANTITATIVA?

La detección óptica de gases cuantitativa es la capacidad de utilizar la detección óptica de gases (específicamente, OGI de hidrocarburo refrigerado) combinada con una solución algorítmica, para cuantificar las fugas de gases invisibles a simple vista.

Son fugas que normalmente se pueden visualizar en la cámara OGI. Históricamente, las cámaras OGI se han limitado a análisis cualitativos, para indicar que se está produciendo una fuga, pero ofrecen pocos datos sobre el volumen de la fuga. Ahora, al combinar una cámara OGI existente con una solución qOGI, puede visualizar y cuantificar dichas fugas en unidades de tasas de fugas volumétricas y de masa, así como la concentración sobre la longitud de trayectoria (ppm-m).

QOGI EN COMPARACIÓN CON TECNOLOGÍAS ALTERNATIVAS

En términos de capacidad, ni un analizador de vapor tóxico (TVA, comúnmente denominado “olfateador”) ni un muestreador de alto flujo® Bacharach (BHFS) pueden cuantificar una variedad de fugas de gases en la tasa de fugas de masa y la tasa de fugas volumétricas, así como la longitud de la trayectoria de concentración. Un TVA ofrece análisis de concentración, pero no medición del flujo. Un BHFS es capaz de medir tanto el flujo como la concentración.

Tanto los dispositivos TVA como los BHFS pueden generar diferentes interpretaciones de la misma fuga, dependiendo de dónde y cuándo se realice el muestreo de la fuga, así como de cómo se coloque el dispositivo. Esta deficiencia es el resultado de la funcionalidad de estos dispositivos: proporcionan una instantánea de fuga en el tiempo, mientras que un sistema qOGI proporciona una tasa de fuga promedio continua a lo largo del tiempo.

Además, los dispositivos TVA y BHFS tienen una capacidad limitada para cuantificar ciertos gases que pueden encontrar los inspectores. Un sistema qOGI tiene la capacidad de identificar y cuantificar más de 400 compuestos químicos. Además, dado que un sistema qOGI analiza información de una fuente de cámara OGI grabada, el usuario tiene pruebas visuales que le ayudan a confirmar el análisis del sistema. Ninguna otra tecnología ofrece tanta seguridad.

Sin embargo, la seguridad del inspector podría ser la mayor ventaja de qOGI. Considere la naturaleza de los dispositivos TVA y BHFS aplicados a dispositivos difíciles de monitorizar
Dispositivos (DTM): posibles fuentes de fugas ubicadas a una distancia suficiente del medidor para plantear desafíos a su cuantificación.

En el mejor de los casos, se pueden montar andamios, con la esperanza de que su construcción no sea demasiado costosa ni consuma mucho tiempo. Luego, un inspector, equipado con un arnés de seguridad y con todo el equipo de protección personal adecuado, debe escalar peligrosamente cerca o, en algunos casos, dentro de la columna de escape de gas en un intento por cuantificar la fuga.

En otros casos, la posible fuga puede ser completamente inaccesible para un inspector por motivos de seguridad o falta de espacio operativo.

Incluso cuando se descubre (o se sospecha) una fuga en un lugar más accesible, un sistema qOGI proporciona una facilidad de uso superior. Un TVA requiere una calibración frecuente utilizando un kit de calibración de campo y funciona solo “en el momento”.

Por su parte, un BHFS requiere mucho trabajo para el uso y mantenimiento. Su uso requiere que el inspector selle la fuga lo mejor que pueda, con una mezcla de cinta y plástico, para permitir la lectura más precisa posible. Aunque estos dispositivos son capaces de ofrecer una alta precisión, deben calibrarse semanalmente, así como verificarse diariamente.

También se debe tener en cuenta cómo afectan las condiciones ambientales a estos dispositivos. Aunque la lectura de un TVA puede verse afectada por la humedad, la temperatura y los contaminantes, el viento puede tener el efecto más dramático, ya que la tecnología podría pasar por alto una fuga (Fig. 1); las limitaciones ambientales de un BHFS dependen de su sensor particular; las lecturas de un sistema qOGI pueden verse afectadas por la temperatura (que se analiza a continuación) y la velocidad del viento, que se tienen en cuenta en los parámetros de entrada de la tablet.

Figura 1: Efecto perjudicial del viento en las mediciones del analizador de vapores tóxicos (TVA)

¿CÓMO FUNCIONA QOGI?

La capacidad de cuantificar el tamaño de la fuga sin estar cerca de la columna de gas es el mayor diferenciador entre qOGI y las tecnologías de la competencia, así como la mayor ventaja de qOGI. Cuando se utilizan cámaras OGI a distancia, tres factores permiten que la cámara visualice el gas (Fig. 2).

Figura 2: Factores que afectan a la imagen de gas en una cámara OGI

Absorción IR — α(λ) — En primer lugar, el gas que se va a detectar debe tener un pico de absorción IR que se superponga con la ventana espectral de la cámara OGI. Los factores de respuesta (RF) se han desarrollado para casi 400 compuestos; estos RF, indicativos de las longitudes de onda a las que diferentes gases absorben energía, permiten al usuario evaluar si un compuesto químico puede ser capturado por una cámara IR específica. También se pueden utilizar para ajustar los resultados de un método qOGI, lo que permite aplicar una única calibración con un solo gas a la medición de varios gases.
El RF también especificará la sensibilidad de un compuesto específico en comparación con el producto químico de referencia. Por ejemplo, el RF para propano es 1. Si un valor de RF para otro compuesto es 0,3, significa que el compuesto tiene el 30 por ciento de la sensibilidad del propano. Si un producto químico tiene un RF inferior a 0,1, es probable que el producto químico no sea visible por las cámaras OGI en las mismas condiciones que el producto químico de referencia.

Temperatura delta (ΔT) Debe existir suficiente diferencial de temperatura entre la columna de gas y el fondo. Una ΔT más alta dará lugar a una columna más visible en la pantalla de la cámara OGI. Para qOGI, una ΔT alta significa una mayor relación señal/ruido, lo que crea mejores datos de medición.

Los usuarios de QOGI deberán ver la fuga en varios ángulos para garantizar la mayor 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 en el fondo de la imagen. Por lo general, ΔT debe considerarse el factor más importante para obtener una lectura precisa.

Imagen de una fuga de gas que muestra los efectos de Delta T a medida que el gas pasa de un fondo caliente (la pared) a un fondo que está a temperatura ambiente (la valla)

Presencia de gas (ɠ) Debe haber gas presente en la imagen que sea superior al límite mínimo de detección del sistema.

Dado que debe haber suficiente gas presente en una escena para tomar una imagen, la función de qOGI es normalizar el efecto de los otros dos factores [α(λ) y ΔT] para permitir la cuantificación del gas presente. Esta medición será coherente en diferentes condiciones de medición (p. ej., la misma lectura producirá el mismo resultado incluso cuando ΔT sea diferente debido a diferentes condiciones de medición).

QOGI puede producir dos tipos de resultados:

1. longitud de trayectoria de concentración, expresada como ppm-m a nivel de píxel, y
2. tasa de fuga volumétrica o de masa (p. ej., gramos/h o litros/min).

Figura 3: Ejemplos de propano con longitudes de trayectoria de concentración variables

La tasa de fuga volumétrica o de masa requiere un proceso algorítmico adicional para agregar las mediciones del nivel de píxeles en el efecto de la fuga en su conjunto. El algoritmo también tiene en cuenta la distancia y la condición del viento que afectan a la medición de la tasa de fuga volumétrica o de masa.

Una solución qOGI ofrece dos modos de funcionamiento: uso en tiempo real y funcionamiento en modo Q.

Sobre el terreno (uso en tiempo real), solo tiene que conectar una tablet resistente, que contenga el software que cuantifica el gas que se está capturando, directamente en su cámara OGI de FLIR (GF320, GFx320 o GF620) y comenzará inmediatamente a cuantificar la vista en vivo de la fuga.

Cámara de detección óptica de gases GFx320 de FLIR

En el modo Q, puede almacenar el vídeo en la cámara para su uso posterior. A continuación, puede descargar los archivos en la tablet, lo que le permite cuantificar las fugas después del hecho.

La propia tablet incluye tecnología estándar, diseñada y fabricada para su uso con cámaras OGI de FLIR (un cable USB conecta los dispositivos durante el uso sobre el terreno y la tarjeta SD de la cámara se puede retirar para el funcionamiento en modo Q) y no requiere calibración periódica. Por lo tanto, es fácil implementar qOGI para los usuarios de cámaras OGI existentes.

Además, la tablet no está sujeta al mismo deterioro de los componentes experimentados por los sistemas TVA y BHFS expuestos regularmente a gases tóxicos. Aunque los componentes de repuesto para los TVA pueden estar disponibles fácilmente, los dispositivos BHFS no se han fabricado desde 2016.

Por último, tenga en cuenta que como qOGI permite a los usuarios visualizar fugas como parte del proceso de cuantificación, el movimiento puede ser perjudicial para su rendimiento (como con cualquier cámara). Por lo tanto, los usuarios deben estabilizar la cámara mediante un trípode.

CONCLUSIONES

Dado que qOGI es una tecnología nueva, no existe ningún factor regulador de EE. UU. para su uso, pero sus ventajas como herramienta para fines internos son claras. De hecho,
un líder en la industria del petróleo y el gas ha probado la tecnología a fin de explorar su viabilidad para cuantificar todo, desde solicitudes de ICR ascendentes y emisiones de tanques hasta componentes LDAR de DTM (descendentes) y monitoreo de mantenimiento/fiabilidad.
Además de sus evidentes ventajas de seguridad en comparación con los métodos alternativos de cuantificación de gas, qOGI ha pasado por rigurosas pruebas de terceros de CONCAWE3 y ha demostrado ser más fácil, rápido y preciso que tecnologías como un TVA. QOGI también es rentable como complemento de las cámaras OGI existentes y posiciona a los operadores de petróleo y gas para que estén en la vanguardia de la conciencia ambiental en las comunidades donde operan.

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.

Recursos

1. http://docs.wixstatic.com/ugd/5922b2_fa557e034d654f54865a63902fb93d6e.pdf

2. http://docs.wixstatic.com/ugd/5922b2_0b8501e272274446a9aceda959ff5565.pdf

3. https://www.concawe.eu/wp-content/uploads/2017/01/rpt_17-2.pdf

Para obtener más información sobre la detección óptica de gases, visite www.FLIR.com/ogi