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

Las preguntas más frecuentes sobre la detección óptica de gas cuantitativa de FLIR incluyen los efectos ambientales sobre la operación, las preocupaciones normativas y las mejoras tecnológicas en el horizonte.

Por Craig R O’Neill, FLIR

Este artículo examina las preguntas y preocupaciones frecuentes en torno a la detección óptica de gas cuantitativa (Quantitative Optical Gas Imaging, qOGI). Más concretamente, responde a 10 preguntas relacionadas con el uso de la plataforma QL320 de FLIR, que combina nueva tecnología, en forma de tableta lista para usarse resistente, con las cámaras de imágenes ópticas de gas (Optical Gas Imaging, OGI) GF320, GFx320 y GF620 existentes de FLIR para cuantificar fugas de gas de hidrocarburo en unidades de tasa de fugas de masa, tasa de fugas volumétricas o concentración en una longitud de la trayectoria.

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

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¿SE UTILIZA LA QOGI ACTUALMENTE COMO HERRAMIENTA DE CUMPLIMIENTO NORMATIVO?

Actualmente, no existe ninguna exigencia normativa en EE. UU. de los métodos de qOGI. A medida que los operadores de la industria se esfuerzan por ser administradores más responsables de los entornos en los que operan, la qOGI se utiliza para realizar estudios de campo y determinar las emisiones para fines internos, dejando a cada empresa libre para determinar los beneficios de la qOGI e implementarla en consecuencia.

¿SE HA PROBADO EL MÉTODO DE QOGI?

La qOGI es una tecnología emergente, en desarrollo desde 2014, y se ha sometido a amplias pruebas de validación, incluidas pruebas a ciego con tasas de liberación conocidas. Algunos de los resultados de las pruebas disponibles públicamente incluyen lo siguiente:

1. Una prueba realizada por la Agencia de Protección Ambiental (Environmental Protection Agency, EPA) en Research Triangle Park, que cuantifica las fugas de metano y propano.
2. Una prueba de campo líder en la industria del petróleo y del gas que compara el método de qOGI con el muestreador Bacharach Hi Flow® (BHFS). La qOGI logró una precisión del +/- 30 % durante varias semanas de pruebas a ciego que comprenden docenas de puntos de prueba con diferentes gases (incluido el gas producido) y abarcan una amplia gama de fondos y condiciones ambientales.
3. En un estudio realizado por un grupo de la industria europea, que incluye a la mayoría de las empresas petroleras que operan en Europa, se dedicó a investigar cuestiones ambientales relevantes para la industria petrolera. En este estudio, se concluyó que la qOGI supera significativamente al Método 21 de la EPA de EE. UU. en términos de exactitud de los resultados.

NOTA: La industria patrocinó los estudios de la entidad Conservación de Aire y Agua Limpios en Europa (CONservation of Clean Air and Water in Europe, Concawe), líder del sector del petróleo y del gas.

FLIR QL320 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 se destaca qOGI es la forma en la cual aborda esta incertidumbre.

Usando un detector de ionización de llama (Flame Ionization Detector, FID) de acuerdo con el Método 21, se calibra el dispositivo como gas puro normalmente y, luego, se miden las corrientes del proceso. La composición del gas puede cambiar de manera significativa la respuesta del FID, pero, por lo general, este error se acepta, aunque puede introducir un error del 200 % o más según el Método 21. La mayoría de las instalaciones no calibran su FID para cada flujo de proceso específico (una acción correctiva); solo aceptan la cifra de concentración (medida como gas de calibración puro). El Método 21 no ofrece ningún recurso para ajustar el resultado de manera retroactiva.

FLIR QL320 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). FLIR QL320 permite a los usuarios ajustar la mezcla de gas posteriormente, y su ajuste se podrá destinar a cualquier resultado de FLIR QL320 aplicado a ese flujo de proceso, en cualquier día o condición ambiental.

FLIR QL320

¿CÓMO AFECTARÁN LOS FACTORES AMBIENTALES MIS MEDICIONES?

La temperatura delta (ΔT) es el factor más importante que afecta a las qOGI exactas. 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 de 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 de la qOGI. Si no hay viento presente, es posible que las fugas de gas no fluyan de forma confiable en una dirección, lo que provocaría la “acumulación” del gas. Por el contrario, los vientos fuertes (p. ej., más de alrededor de 15 mph) plantean desafíos porque el viento se lleva el gas del punto de liberación rápidamente. Dicho esto, la mayoría de las fugas de gas estarán dentro de un rango aceptable de velocidad del viento o se producirán en una ubicación protegida o parcialmente protegida.

El viento se introduce en el FLIR QL320 en tres niveles (calmo, normal y alto). El resultado es más congruente en velocidades de viento más altas (donde no se produce acumulación de columna de gas). La precisión está entre el 30 y el 40 %.

La humedad no afecta la capacidad de medición del sistema.

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

El tamaño mínimo de una fuga que se puede cuantificar es una función de la ΔT (entre la temperatura ambiente cerca del gas y el fondo), del compuesto del que genera imágenes 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 es, 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, FLIR QL320 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 con 300 cc/min y 300 l/min.

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

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

El alcance y el campo de visión de FLIR QL320 dependen del lente que se utilice. Estos rangos son los siguientes:

• 23 mm (campo de visión de 24 grados): de 5 a 54 pies.
• 38 mm (campo de visión de 14-5 grados): de 8 a 90 pies.
• 92 mm (campo de visión de 6 grados): de 20 a 210 pies.

La distancia total afectará la repetibilidad y precisión de los resultados de cuantificación (de manera similar a la medición de temperatura con una cámara), dado 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 FLIR QL320 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 A FLIR QL320 EN EL CAMPO?

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

Sigue siendo ventajoso utilizar FLIR QL320 en el campo, conectada directamente a una cámara, por varios motivos:

• Saber de inmediato si tiene una temperatura de fondo suficiente (ΔT).
• Obtener cifras en tiempo real sobre la gravedad de la fuga y saber si se requiere una acción inmediata.
• Utilizar funciones disponibles en FLIR QL320 en el campo, como sensibilidad manual, límite de muesca e 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 DE QOGI?

El método actual de qOGI está diseñado para puntos de liberación. Las liberaciones grandes y difusas, como las de un estanque 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 la posibilidad de 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 (lo cual es necesario para calcular ΔT).

¿CÓMO SE ESTÁ MEJORANDO EL MÉTODO DE QOGI?

La industria de las imágenes ópticas de gas se dirige hacia la cuantificación, y FLIR lidera el desarrollo en este campo emergente. A continuación, se muestran algunas mejoras recientes y nuevas características para FLIR QL320:

1. Superposición de columna de gas coloreada
2. Capacidad para medir la tasa de fuga en una concentración en longitud de la trayectoria (ppm-m)
3. Capacidad para crear varias “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 video

La interfaz de FLIR QL320 mejorada

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

QL320 brinda una lectura de concentración como una “concentración sobre una 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 en ppm en toda la profundidad dividiendo el valor de ppm-m por la profundidad. Por ejemplo, si QL320 da una lectura de 1000 ppm-m y se estima que la profundidad de la columna es de 10 cm (0,1 m o ~ 4 in), 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 detector u otro dispositivo que presenta 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 analizadores de vapores tóxicos (Toxic Vapor Analizer, 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, dado que esta tecnología no visualiza una fuga de gas.

CONCLUSIÓN

La detección óptica de gas cuantitativa es eficaz, precisa y práctica. Sus méritos cada vez son mayores y su capacidad tecnológica mejora continuamente. Además de sus evidentes beneficios de seguridad respecto de los métodos alternativos de cuantificación de gas, la qOGI ofrece rentabilidad como complemento de las cámaras de OGI existentes y posiciona a los operadores de petróleo y gas a la vanguardia de la conciencia ambiental en las comunidades donde operan.

La plataforma de FLIR QL320 permite contar con qOGI en el campo y posiblemente después de un escaneo (capacidad posterior al proceso) con la función del modo Q y la combinación con tableta.

SOBRE EL AUTOR

Craig R O’Neill ha trabajado para FLIR durante más de 17 años y ha participado de manera activa en el mercado de OGI desde la introducción de las cámaras de detección óptica de gas comerciales en junio de 2005. En la actualidad, tiene la responsabilidad global de la línea de negocio de imágenes ópticas de gas y la estrategia de las soluciones de FLIR en la industria del petróleo y del gas. En esta función, es el vínculo entre clientes, partes interesadas del sector, socios estratégicos y muchos aspectos integrados verticalmente de la División de Instrumentos de FLIR, incluidas ventas, mercadotecnia, ingeniería y gestión de productos. Su objetivo es garantizar la alineación de FLIR para ofrecer soluciones de detección que satisfagan las necesidades de la industria del petróleo y del gas.

ACERCA DE FLIR SYSTEMS INC.

Fundada en 1978 y con sede en Wilsonville, Oregón, FLIR Systems es un fabricante líder mundial de sistemas de sensores que mejoran la percepción y brindan mayor información, ayudando a salvar vidas, mejorar la productividad y proteger el medioambiente. Gracias sus casi 3500 empleados, la visión de FLIR es ser “el sexto sentido del mundo” aprovechando la termografía y las tecnologías adyacentes para proporcionar soluciones innovadoras e inteligentes para la seguridad y la vigilancia, el monitoreo del entorno y de las condiciones, la recreación al aire libre, la visión artificial, la navegación y la detección avanzada de amenazas. Para obtener más información, visite www.flir.com o síganos en @flir.

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