10 principais perguntas: Quantificação de vazamento de gás com câmeras OGI

Perguntas comuns sobre imagens ópticas quantitativas de gás da FLIR incluem efeitos ambientais sobre a operação, preocupações regulatórias e futuras melhorias tecnológicas.

Por Craig R O’Neill, FLIR

Este artigo examina questões e preocupações comuns sobre imagens ópticas quantitativas de gás (qOGI). Mais especificamente, o artigo responde a 10 perguntas relacionadas ao uso da plataforma QL320 da FLIR, que combina a nova tecnologia — na forma de um robusto tablet plug and play — com as câmeras GF320, GFx320 e GF620 OGI da FLIR para quantificar vazamentos de gás hidrocarboneto em unidades de taxa de vazamento em massa, taxa de vazamento volumétrico ou concentração ao longo do comprimento do caminho.

O tema deste artigo baseia-se na parte anterior desta série, que apresenta sistemas qOGI, discutindo sua funcionalidade e vantagens em relação às tecnologias concorrentes.

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O QOGI É USADO ATUALMENTE COMO UMA FERRAMENTA DE APLICAÇÃO REGULATÓRIA?

Atualmente, não existe um fator regulador nos EUA para os métodos qOGI. Como os operadores do setor se esforçam para serem administradores mais responsáveis dos ambientes em que operam, qOGI é usado para conduzir estudos de campo e determinar emissões para fins internos, deixando cada empresa livre para determinar os benefícios do qOGI e implantá-lo.

O MÉTODO QOGI FOI APROVADO?

QOGI é uma tecnologia emergente, em desenvolvimento desde 2014, e tem sido submetida a extensos testes de validação, incluindo testes cegos com taxas de liberação conhecidas. Alguns resultados publicados dos testes incluem:

1. Um teste realizado pela EPA em Research Triangle Park, quantificando vazamentos de metano e propano.
2. Um teste de campo, conduzido por um líder do setor de petróleo e gás, comparando o método qOGI com o Bacharach Hi Flow® Sampler (BHFS). QOGI alcançou precisão de +/- 30% ao longo de várias semanas de testes cegos, compreendendo dezenas de pontos de teste com diferentes gases (incluindo gás produzido), abrangendo uma ampla gama de contextos e condições ambientais.
3. Um estudo conduzido por um grupo setorial europeu — que inclui a maioria das empresas petrolíferas que operam na Europa — pesquisou questões ambientais relevantes para o setor petrolífero. Este estudo concluiu que qOGI supera significativamente o Método 21 da EPA dos EUA, em termos de precisão do resultado.

OBSERVAÇÃO: Os estudos do líder no setor de petróleo e da European Concawe foram patrocinados pelo setor.

O FLIR QL320 PEDE QUE VOCÊ SELECIONE UM GÁS PARA QUANTIFICAÇÃO. E SE O FLUXO DE GÁS CONTIVER DIVERSOS COMPOSTOS?

Vale mencionar que o Método 21, aprovado pela EPA dos EUA, compartilha essa limitação; mas o destaque do qOGI está em como ele aborda essa incerteza.

Usando um detector de ionização de chama (Flame Ionization Detector, FID), conforme o Método 21, o dispositivo é normalmente calibrado para um gás puro e, em seguida, mede os fluxos de processo. A composição de gás pode alterar significativamente a resposta do FID, mas, geralmente, esse erro é aceito, embora possa introduzir um erro de 200% ou mais ao Método 21. A maioria das instalações não calibra o FID para cada fluxo de processo (uma ação corretiva); elas simplesmente aceitam o número da concentração (medido como um gás de calibração puro). O Método 21 não oferece recurso para ajustar retroativamente o resultado.

O FLIR QL320 facilita a correção da mistura de gás e adiciona flexibilidade à tarefa. Além disso, a correção é fundamental, o que significa que não depende do instrumento específico (como com um FID e o Método 21). O FLIR QL320 permite que os usuários ajustem a mistura de gás após o fato, e seu ajuste será aplicável a qualquer resultado do FLIR QL320 aplicado a esse fluxo de processo, em qualquer dia ou condições ambientais.

FLIR QL320

COMO OS FATORES AMBIENTAIS AFETARÃO MINHAS MEDIÇÕES?

A temperatura delta (ΔT) compreende o maior fator que afeta a precisão do qOGI. Deve haver um diferencial suficiente entre a temperatura ambiente adjacente à pluma de gás e o contexto.

Ao capturar vídeo com a câmera OGI montada em tripé, os usuários dp QL320 precisarão garantir o maior ΔT possível. No mínimo, a diferença de temperatura entre o ar ambiente próximo ao vazamento de gás e a temperatura aparente do fundo na imagem deve ser de 2 °C.

A maioria das condições de vento não será prejudicial à precisão do qOGI. Se não houver vento, o vazamento de gás pode não fluir de forma confiável em uma direção, levando ao “acúmulo” do gás. Por outro lado, ventos fortes (por exemplo, acima de 24 km/h) criam desafios porque o vento afasta o gás do ponto de liberação com rapidez. Dito isso, a maioria dos vazamentos de gás estará dentro de uma faixa aceitável de velocidade do vento ou ocorrerá em um local parcial ou totalmente blindado.

Há três níveis para inserir a intensidade do vento no FLIR QL320 (Calmo, Normal e Alto). O resultado é mais consistente em intensidades de vento mais altas (onde não ocorre o agrupamento de pluma de gás). A precisão está entre 30% e 40%.

A umidade não tem efeito sobre a capacidade de medição do sistema.

QUAIS SÃO OS TAMANHOS MÍNIMO E MÁXIMO DOS VAZAMENTOS QUE PODEM SER QUANTIFICADOS COM SUCESSO COM O FLIR QL320?

O tamanho mínimo de um vazamento que pode ser quantificado é uma função do ΔT (entre a temperatura ambiente perto do gás e a do contexto), do composto do qual você está gerando a imagem e da velocidade do vento. O sistema QL320 da FLIR comprovou a capacidade de quantificar vazamentos de propano de até 100 scc/min, e vazamentos de metano de até 300 scc/min, com ΔT de 5 °C e velocidade moderada do vento.

Uma boa regra geral: se você puder ver o vazamento no modo normal, o sistema provavelmente poderá quantificá-lo. Se você precisar usar o modo de alta sensibilidade para ver o vazamento, o FLIR QL320 pode ter dificuldades para quantificá-lo com precisão.

Para taxas máximas de vazamento, o modelo atual é calibrado com propano de 0,1 l/min a 30 l/min. Poderíamos ampliar a calibração com segurança até 2x ou 3x da faixa calibrada, ou 100 cc/min até 100 l/min (para propano). Para metano, teríamos limites correlacionados a 300 cc/min a 300 l/min.

FLIR QL320 simplifica a visualização e medição das emissões de gases

ATÉ QUE DISTÂNCIA MÁXIMA DA FONTE DE VAZAMENTO POSSO USAR O MÉTODO QOGI DE FORMA REPETIDA E PRECISA?

O alcance e o campo de visão (FOV) do FLIR QL320 dependem da lente usada. Essas faixas são:

• 23 mm (FOV de 24 graus): 1,25 a 16,4 m (5 a 54 pés)
• 38 mm (FOV de 14,5 graus): 2,4 a 27,4 m (8 a 90 pés)
• 92 mm (FOV de 6 graus): 6 a 64 m (20 a 210 pés)

A distância total afetará a repetibilidade e a precisão dos resultados de quantificação (semelhante à medição de temperatura com uma câmera), pois haverá menos pixels para calcular o comprimento da concentração do vazamento de gás a partir de uma distância maior. Assim, ao usar o FLIR QL320 a uma distância maior, você perceberá que o círculo de extração de pluma é consideravelmente menor.

E SE EU OPERAR EM UM LOCAL PERIGOSO E NÃO PUDER CONECTAR MINHA CÂMERA AO FLIR QL320 NO CAMPO?

Um novo recurso disponível para uso com o FLIR QL320 é o Q-Mode. O Q-Mode foi originalmente criado para uso com o FLIR GFx320, classificado para uso em áreas de risco de Classe 1, Divisão 2, quando não conectada à FLIR QL320. O Q-Mode permite que sequências de vídeo de vazamentos sejam salvas diretamente no cartão SD da câmera e, posteriormente, pós-processadas no FLIR QL320, longe de locais perigosos.

Permanece vantajoso usar o FLIR QL320 em campo, conectado diretamente a uma câmera, por vários motivos:

• Saber imediatamente se você tem temperatura de contexto suficiente (ΔT)
• Obter números em tempo real sobre a gravidade de um vazamento e saber se é necessária ação imediata
• Utilizar recursos disponíveis no FLIR QL320 em campo, incluindo Manual Sensitivity (Sensibilidade manual), Notch Boundary (Limite de junção) e Variable Time Interval (Intervalo de Tempo Variável; 1 s; 5 s; 60 s), além de determinar as opções de unidade de taxa de vazamento em tempo real

QUAIS SÃO AS LIMITAÇÕES DO MÉTODO QOGI, ATUALMENTE?

O método atual qOGI foi criado para liberações de pontos. Com esse método, pode ser mais difícil quantificar liberações grandes e difusas, como as de um tanque de retenção ou uma vedação grande do tanque.

Taxas de vazamento muito grandes e velocidades de saída muito altas podem ser subestimadas. Altas taxas de vazamento podem incorrer na possibilidade de alguma saturação na imagem, o que tende a subestimar a taxa de vazamento. Para velocidades de saída altas, é possível que a pluma não se mova o suficiente para ver o fundo atrás dela (necessário para calcular ΔT).

COMO O MÉTODO QOGI É APRIMORADO?

O setor de imagens ópticas de gás está caminhando para a quantificação, e a FLIR está liderando o desenvolvimento neste campo emergente. Abaixo estão alguns aprimoramentos recentes e novos recursos para o FLIR QL320:

1. Sobreposição colorida de pluma de gás
2. Capacidade de medir a taxa de vazamento na concentração ao longo do caminho (ppm-m)
3. Capacidade de criar vários “níveis” no limite de extração de pluma
4. Instantâneo de imagem única, com sobreposição de taxa de vazamento
5. Taxa de vazamento (média de rolagem) na sobreposição de vídeo

A interface aprimorada do FLIR QL320

COMO A LEITURA DA CONCENTRAÇÃO SOBRE O COMPRIMENTO DO CAMINHO (PPM-M) É DIFERENTE DA LEITURA DE CONCENTRAÇÃO BÁSICA (PPM) OBTIDA DE UM DETECTOR?

O QL320 fornece leitura de concentração como “concentração ao longo do comprimento do caminho” ou “partes por milhão (ppm)” ao longo do comprimento do caminho de um metro. Esse comprimento de caminho assumiria que o vazamento tem a profundidade de um metro. Em termos de eixos X, Y, Z, o comprimento do caminho de “metro” é o eixo “Z” (profundidade) da pluma e NÃO os eixos “X” ou “Y” (horizontal ou vertical). Por definição, a leitura assumiria que o vazamento visto tem um metro de profundidade (a partir do vazamento inicial, diretamente da câmera).

Se a profundidade for conhecida (ou puder ser estimada), a média de ppm na profundidade pode ser calculada dividindo-se o valor de ppm-m pela profundidade. Por exemplo, se o QL320 fornecer uma leitura de 1.000  ppm-m e a profundidade da pluma for estimada em 10 cm (0,1 m ou ~ 4 pol), a concentração média na pluma de gás profunda de 10 cm é de 10.000 ppm (1.000 ppm-m/0,1 m).

Um detector ou outro dispositivo que apresenta dados em ppm faz a leitura de uma amostra de moléculas de ar em um único ponto e, portanto, não requer uma leitura de comprimento de caminho. Os dispositivos TVA também são limitados, pois podem medir um vazamento somente se o dispositivo estiver apontado diretamente para o vazamento, o que é mais desafiador, pois essa tecnologia não visualiza um vazamento de gás.

CONCLUSÕES

A geração quantitativa de imagens ópticas de gás é eficaz, precisa e conveniente. Seus méritos estão crescendo e sua capacidade tecnológica melhora continuamente. Além de seus óbvios benefícios de segurança, em relação aos métodos alternativos de quantificação de gás, qOGI oferece economia como um complemento às câmeras OGI existentes e posiciona os operadores de petróleo e gás na vanguarda da consciência ambiental nas comunidades onde operam.

A plataforma FLIR QL320 permite qOGI em campo e, potencialmente, após uma varredura (funcionalidade pós-processo) com a combinação do recurso Q-Mode e o tablet.

SOBRE O AUTOR

Craig R O’Neill trabalha para a FLIR há mais de 17 anos e está ativamente envolvido no mercado de OGI desde a introdução de geradores de imagens ópticas de gás comerciais, em junho de 2005. Atualmente, ele tem responsabilidade global pela linha de negócios de Imagens Ópticas de Gás e pela estratégia das soluções da FLIR no setor de petróleo e gás. Nessa função, ele é a peça de ligação entre clientes, partes interessadas do setor, parceiros estratégicos e muitos aspectos verticalmente integrados da divisão da FLIR Instruments, incluindo vendas, marketing, engenharia e gestão de produtos. Seu objetivo é garantir o alinhamento da FLIR para fornecer soluções de detecção que atendam às necessidades dos setores de petróleo e gás.

SOBRE A FLIR SYSTEMS, INC.

Fundada em 1978 e com sede em Wilsonville, Oregon, a FLIR Systems é fabricante líder mundial de sistemas sensores que aumentam a percepção e elevam a conscientização, ajudando a salvar vidas, melhorar a produtividade e proteger o meio ambiente. Por meio de seus quase 3.500 funcionários, a visão da FLIR é ser “The World’s Sixth Sense”, aproveitando as tecnologias de imagens térmicas e adjacentes para fornecer soluções inovadoras e inteligentes para a segurança e vigilância, monitoramento de condições ambientais, recreação ao ar livre, visão de máquina, navegação e detecção avançada de ameaças. Para obter mais informações, acesse www.flir.com e siga a @flir.

Para obter mais informações sobre a geração de imagens ópticas de gás, acesse: www.FLIR.com/ogi