Uso de imágenes en las fugas de gas para cumplir con las normativas OOOOa: Un caso práctico

Las estaciones de compresores de gas natural deben cumplir con las nuevas normativas de la EPA en materia de inspección, conocidas como Quad OA. La generación de imágenes de gas constituye un medio eficiente y rentable de cumplir con dichos requisitos.

En junio de 2017 entraron en vigor las nuevas normativas de la Agencia de Protección Ambiental
en materia de supervisión de compresores de gas natural. Dichas normas exigen comprobaciones trimestrales para detectar fugas de metano en cualquier estación de compresión de nueva construcción o modificada desde septiembre de 2015. Aunque la principal preocupación de la EPA es reducir las emisiones de metano, un potente gas de efecto invernadero, la experiencia está empezando a demostrar que la puesta en marcha de pruebas regulares con cámaras infrarrojas (IR) pueden ahorrar dinero a las empresas y mejorar también la seguridad de los trabajadores.

La nueva regla es “Sectores petrolíferos y de gas natural: Estándares de emisiones para fuentes nuevas, reacondicionadas y modificadas”, que la EPA etiqueta como Subparte OOOOa a 40 CFR Parte 60, y que se denomina genéricamente como Quad OA. En virtud de esa normativa, las estaciones de compresores tienen varias opciones para llevar a cabo la supervisión exigida.
Una opción es el método 21, una tecnología más antigua que utiliza un “olfateador” para detectar la presencia hidrocarburos gaseosos y notificarla en partes por millón. La opción más moderna, y la designada por la EPA como el “mejor sistema de reducción de emisiones”, es la captura óptica de imágenes de gas, que utiliza una cámara de infrarrojos para ver las columnas de gas
producidas en las fugas de tuberías y equipos. La captura óptica de imágenes de gas utiliza un filtrado espectral adaptado a las longitudes de onda infrarrojas que absorbe el gas, lo que permite al usuario visualizar el gas, de otro modo, sería invisible.

Una estación con compresores de gas natural suele incorporar muchas juntas que pueden ser fuentes de fugas de gas.

Una mejor técnica

La captura óptica de imágenes de gas presenta algunas ventajas con respecto al método 21. Y lo que es más importante, permite a los inspectores ver de dónde procede el gas, localizar la fuga, por ejemplo, en una válvula o una junta de tubería, lo que facilita su localización y reparación. El método 21 solo informa de la concentración de metano en el aire en el lugar donde se realiza la prueba, pero no puede proporcionar ninguna información sobre la velocidad o la dirección en la que fluye el gas, lo que dificulta la localización de la fuente de la fuga.

Otra de las ventajas de la captura óptica de imágenes de gas es que, al ser un método visual, permite al inspector examinar la totalidad de la escena desde un determinado punto de vista. El método 21 requiere el contacto físico con cada fuente potencial de fugas, cada junta de tubería y junta y válvula. Algunos de ellos no son fácilmente accesibles, y tocar cada pieza del equipo requiere mucho tiempo. Si el inspector es capaz de llevar a cabo un trabajo minucioso, quizás pueda comprobar 500 componentes en un día. Si una planta de compresores está compuesta, por ejemplo, por 6000 componentes, un solo técnico tardaría 12 días en probarlos todos. Una cámara destinada a la captura óptica de imágenes de gas, que se detiene en distintos puntos de una planta para inspeccionar una amplia zona, podría terminar el trabajo en menos de un día.

La cámara no proporciona una medición cuantitativa de la fuga, aunque el tamaño de una columna de gas proporciona una idea de su volumen. Un operador de cámara experimentado puede proporcionar una evaluación cualitativa del volumen de la fuga (pequeño, mediano, grande o muy grande), e incluso una estimación del índice de fuga, proporcionando una capa adicional de información para priorizar las reparaciones correspondientes. Pero si un operario de la estación quiere ponerle cifras, puede recurrir al olfateador en la fuente de la fuga identificada por la cámara, obteniendo una lectura en partes por millón sin haber tenido que pasar mucho tiempo buscándola. Una vez realizadas las reparaciones, los operarios de la planta podrán confirmar el resultado
con otra inspección de la cámara, o realizando una prueba de burbujas, colocando un tensioactivo en la zona que presenta fugas para ver si hay algún escape de gas que haga burbujear la solución.

Un caso práctico

Para medir el efecto que produce la implementación de estas nuevas normativas, Target Emission Services, un contratista que realiza inspecciones para la detección y reparación de fugas en plantas de compresores, recopiló datos de varias inspecciones. Según sus conclusiones, los estudios de captura óptica de imágenes de gas no solo permitían a las empresas cumplir con la normativa EPA, sino que también les reportaban beneficios económicos. En los cuatro trimestres de 2017 y el primer trimestre de 2018, Target realizó un total de 224 inspecciones en 104 instalaciones de cinco empresas de compresores en nueve estados. La media era de 2,4 compresores por instalación. Cada control fue realizado por un técnico con al menos 1.000 horas de experiencia en la obtención de imágenes ópticas de gases. Se utilizó una cámara FLIR GF320 con un detector de antimoniuro de indio con filtro espectral y una resolución de 320 por 240 píxeles. La cámara se utilizó en modo de alta sensibilidad para mejorar la detección de fugas.

Fugas de pequeñas a grandes

La gravedad de una fuga se caracteriza por el caudal de gas. La cámara no mide
el caudal de gas, lo mide un muestreador Hi-Flow. Un caudal inferior a 2,8 l/min
(0,1 pies cúbicos por minuto, cfm) se considera de baja gravedad, de 2,8 a 14,2 l/min (0,1 a 0,5 cfm) correspondería a gravedad media,
y más de 14,2 l/min (0,5 cfm) sería de alta gravedad. Los inspectores descubrieron un total de 1977
fugas. De ese total, 1291 fugas (65 %) fueron poco graves. Otro 32 por ciento (630) fueron de gravedad media. Y un 3 % (56 fugas) fueron fugas muy graves. La fuga más pequeña detectada fue solo de 0,28 l/min (0,01 cfm), mientras que la de más importancia fue de 222,3 l/min (7,85 cfm).

Cada cfm de gas fugado se traduce en un coste de unos 1600 USD al año, por lo que esos 7,85 cfm suponen una pérdida de más de 12 500 USD de gas al año.

Tabla 1. Valores promedio y total de fugas monitorizadas durante cinco trimestres de 2017 y 2018.

Fuente: Target Emission Services.

Si bien estas cifras sugieren que la mayor rentabilidad procede de encontrar y
reparar las fugas más grandes, es importante tener en cuenta que, por volumen, la mayor cifra
de fugas pequeñas era aproximadamente igual al número menor de fugas grandes, cada una de las cuales representaba
alrededor del 27 por ciento del gas perdido, mientras que las fugas de gravedad media constituían el otro 45 por ciento.

Las inspecciones detectaron una media de 19 fugas por instalación, nueve fugas por sondeo. El índice medio total de fugas por instalación fue de 68 l/min (2,4 cfm).

Ahorros notables

Los beneficios económicos eran claros. El coste medio de supervisión por estudio fue de
1220 USD y los costes de reparación fueron de 450 USD. Esto genera un ahorro anual de gas de
1609 USD por año, y la vida útil media de una reparación es de dos años. Aplicando el valor actual neto con un descuento del 10% -método que compara el valor actual del dinero gastado con el valor que tendría en el futuro si se invirtiera- al valor del gas ahorrado se obtiene un beneficio de 1.122 dólares por estudio. (Consultar Tabla 1).

El ahorro total anual de gas en todas las instalaciones fue de más de 360 000 USD,
por un valor actual neto de más de 251 000 USD. Las empresas tendrían que
cumplir los requisitos normativos, tanto si consiguieran ahorros como si no,
para que los 250 000 USD se considerara una bonificación.

Mayor seguridad, menores emisiones

La rentabilidad monetaria no es el único beneficio de la supervisión. Otra es la mejora de la seguridad. De todas las fugas encontradas, 22 fueron identificadas como posibles peligros para la seguridad. Siete de ellas constituían un alto riesgo y tres se consideraron de riesgo extremo. Las fugas se consideran peligrosas cuando dan lugar a concentraciones elevadas de gas que empiezan a acercarse al límite inferior de explosividad, la concentración a la que el gas puede
entrar en combustión. Las concentraciones elevadas pueden suponer un riesgo de incendio o explosión, por lo que descubrir estas fugas antes de que causen un problema de este tipo es extremadamente valioso.

Las fugas también pueden suponer un peligro para el personal. Aproximadamente el 60 por ciento
fueron fugas detectadas en zonas donde desarrollaban su labor los operarios de las instalaciones o el personal de mantenimiento. Las plantas desconocían esas fugas, a pesar de tener equipos de detección de gas en sus edificios.

Por último, está el beneficio de las emisiones. La EPA quiere descubrir las fugas para reducir la cantidad de metano que se libera a la atmósfera. La cantidad total de metano descubierta durante estas inspecciones equivalía a 59.000 toneladas métricas de dióxido de carbono al año.

Mejora con el tiempo

Como era de esperar en un programa nuevo, las primeras inspecciones encontraron generalmente
la mayor cantidad de fugas, con menos incidencias en estudios posteriores. La variación media
del recuento de fugas entre distintos estudios mostró una reducción del 18 %, con una caída media del 23 % en el índice de fugas. Sin embargo, esto podría variar ampliamente entre instalaciones. El mayor aumento entre estudios fue del 1066 por ciento y el mayor aumento en el índice de fugas fue del 3800 por ciento. En el otro extremo, el mayor descenso del recuento fue del 90 % y el mayor descenso de la tasa fue del 96,9 %. Solo el 5 por ciento de las fugas se repitieron. (Consultar la figura 1).

Figura 1. Tanto el número como el índice de fugas disminuyeron en general desde la primera inspección hasta la cuarta en las plantas de compresores examinadas. Fuente: Target Emission Services.

Gran parte del aumento puede atribuirse al hecho de que algunas plantas no estaban funcionando en el momento de la inspección, a menudo porque la demanda de gas natural
era menor debido a la época del año. Un estudio posterior en el que los equipos
estuvieran en funcionamiento y presurizados tendría naturalmente un mayor índice de fugas
por encontrar. También podrían aparecer nuevas fugas después de que los equipos se hubieran desmontado y vuelto a montar. Sin esos cambios en el estado de funcionamiento, los estudios detectaron en general una disminución de las fugas de una inspección a otra. En la cuarta inspección trimestral (para aquellas instalaciones que habían sido inspeccionadas cuatro veces), el índice de fugas había caído a un “nivel estable” o nivel de mantenimiento.

Un aspecto importante de la inspección de fugas es la notificación, el seguimiento de los resultados y
las respuestas. Target descubrió que la gran mayoría de las fugas encontradas se repararon en los 30 días exigidos por las normativas. Un 10% se repararon inmediatamente después de descubrirlas, lo que a menudo supuso simplemente apretar una conexión. Otro 9 por ciento se reparó en cinco días, el 21 por ciento en 15 días y el 54 por ciento en 16 a 30 días. Algunos problemas especialmente complicados que no pueden solucionarse en el plazo de un mes pueden catalogarse como “retraso de reparación” (DOR, por sus siglas en inglés), y el 3 por ciento de las fugas detectadas fueron de este tipo. Solo el 3 % llevaban retraso, no se habían completado ni
estaban calificadas como DOR.

Beneficios claros

En general, el caso práctico que llevó a cabo Target identificó importantes beneficios económicos para las empresas al utilizar la captura óptica de imágenes de gas en la localización y reparación de fugas, eliminando así el desperdicio de gas. Otros beneficios son una mayor seguridad para la planta y los trabajadores, además de una reducción en las emisiones de gases de efecto invernadero. Target descubrió que los operarios de las instalaciones eran receptivos a la necesidad de efectuar las reparaciones necesarias y que el número de fugas que reaparecían era insignificante. Las inspecciones trimestrales aumentan la probabilidad de encontrar cada compresor en pleno funcionamiento,
cuando cabría esperar el mayor número de fugas. En resumen, la captura óptica de imágenes de gas no solo permite a las empresas cumplir con los requisitos normativos, sino que también les ahorra dinero y hace que sus instalaciones sean más seguras.