Uso de imagens ópticas de gás para cumprir as regulamentações OOOOa: Um estudo de caso

As estações de compressão de gás natural devem cumprir as novas regulamentações da EPA sobre inspeção, conhecidos como Quad OA. A imagem óptica de gás oferece uma maneira eficiente e econômica de atender aos requisitos.

Em junho de 2017, entraram em vigor novas regulamentações da Agência de Proteção Ambiental sobre
o monitoramento de estações de compressão de gás natural. As regras exigem verificações trimestrais para vazamentos de metano em qualquer estação de compressão que tenha sido recém-construída ou modificada desde setembro de 2015. Embora a principal preocupação da EPA seja a redução das emissões de metano, um potente gás de efeito estufa, a experiência começa a demonstrar que testes regulares com câmeras infravermelhas (Infrared, IR) podem também economizar dinheiro para as empresas e melhorar a segurança dos trabalhadores.

A nova regra é "Setor de Petróleo e Gás Natural: Padrões de Emissão para Novas, Reconstruídas e Modificadas Fontes,” que a EPA rotula como Subparte OOOOa do 40 CFR Parte 60, e que é amplamente referido como Quad OA. De acordo com a regulamentação, as estações de compressão têm opções sobre como realizar o monitoramento exigido.
Uma das opções é o Método 21, uma tecnologia mais antiga que utiliza um “sniffer” (detector) para identificar a presença de gases hidrocarbônicos e reportá-los em partes por milhão. A opção mais moderna, designada pela EPA como o “melhor sistema de redução de emissões”, é a imagem óptica de gás, que utiliza uma câmera infravermelha (IR) para visualizar plumas de gás
vazando de tubulações e equipamentos. A imagem óptica de gás usa filtragem espectral para direcionar os comprimentos de onda infravermelhos absorvidos pelo gás, permitindo que o usuário visualize o gás invisível.

Uma estação de compressão de gás natural possui muitas juntas e emendas que podem ser fontes de vazamentos de gás

Uma técnica melhor

A imagem óptica de gás apresenta algumas vantagens em relação ao Método 21. O principal benefício é possibilitar que os inspetores identifiquem visualmente a origem do vazamento, como em uma válvula ou conexão de tubulação, tornando mais simples localizar e corrigir o problema. O Método 21 somente indica a concentração de metano no ar no ponto em que o teste é realizado, sem fornecer dados sobre a velocidade ou a direção do fluxo de gás, o que dificulta a identificação da origem do vazamento.

A outra vantagem das imagens ópticas de gás é que, por ser um método visual, permite que o inspetor examine uma cena inteira a partir de um ponto de vista específico. O Método 21 exige contato físico com cada possível fonte de vazamento, incluindo cada emenda de tubulação, junta e válvula. Algumas dessas partes não são facilmente acessíveis, e inspecionar cada equipamento individualmente consome muito tempo. Se o inspetor estiver realizando um trabalho minucioso, ele pode verificar, no máximo, cerca de 500 componentes por dia. Se uma estação de compressão tiver, por exemplo, 6.000 componentes, um único técnico levaria 12 dias para inspecioná-los todos. Uma câmera de imagem óptica de gás, posicionada em diferentes pontos da fábrica para inspecionar áreas amplas, poderia concluir o trabalho em menos de um dia.

A câmera não fornece uma medição quantitativa do vazamento, embora o tamanho de uma pluma de gás forneça uma ideia do volume de gás. Um operador experiente pode fazer uma avaliação qualitativa do tamanho do vazamento (pequeno, médio, grande, muito grande) ou até estimar a taxa de vazamento, oferecendo informações extras para priorizar os reparos necessários. Mas se o operador da estação quiser obter um valor numérico, pode usar o detector na fonte do vazamento identificado pela câmera, obtendo uma leitura em partes por milhão sem precisar gastar tanto tempo procurando por vazamentos. Após os reparos, os operadores da fábrica podem confirmá-los
com outra inspeção utilizando a câmera ou realizar um teste de bolhas, aplicando um surfactante na área com vazamento para verificar se ainda há gás escapando, o que faria a solução formar bolhas.

Um estudo de caso

Para avaliar o impacto da implementação dessas novas regulamentações, a Target Emission Services, uma empresa contratada para realizar inspeções de detecção e reparo de vazamentos em estações de compressão, coletou dados de diversas inspeções. Com base nos resultados, as inspeções com imagem óptica de gás não apenas permitiram que as empresas cumprissem as regras da EPA, mas também demonstraram benefícios econômicos para as companhias. Durante os quatro trimestres de 2017 e o primeiro trimestre de 2018, a Target realizou um total de 224 inspeções em 104 instalações localizadas em nove estados diferentes, pertencentes a cinco empresas de compressão. Havia uma média de 2,4 compressores por instalação. Cada evento de monitoramento foi realizado por um técnico com pelo menos 1.000 horas de experiência em imagem óptica de gás. Foi utilizada uma câmera FLIR GF320 com um detector de antimônio de índio filtrado espectralmente e resolução de 320 por 240 pixels. A câmera foi utilizada no modo de alta sensibilidade para melhorar a detecção de vazamentos.

Vazamentos de pequeno a grande porte

A gravidade de um vazamento é determinada pela taxa de fluxo do gás. O fluxo de gás não é
medido pela câmera, mas sim por um amostrador Hi-flow. Uma taxa inferior a 0,1 pés cúbicos
por minuto (cfm) é considerada de baixa gravidade; de 0,1 a 0,5 cfm é média;
e acima de 0,5 cfm é de alta gravidade. Os inspetores identificaram um total de 1.977
vazamentos. Desses, 65%, ou 1.291 vazamentos, foram classificados como de baixa gravidade. Outros 32%, ou 630 vazamentos, foram classificados como de gravidade média. E 3%, ou 56 vazamentos, foram classificados como de alta gravidade. O menor vazamento identificado foi de apenas 0,01 cfm, enquanto o maior alcançou 7,85 cfm.

Cada cfm de vazamento de gás representa o custo de aproximadamente US$ 1.600 por ano, de modo que 7,85 cfm significa a perda de mais de US$ 12.500 de gás em um ano.

Tabela 1. A média e o total de vazamentos monitorados durante os cinco trimestres de 2017 e 2018.

Fonte: Target Emission Services.

Embora esses números sugiram que o maior retorno venha da identificação
e reparo dos maiores vazamentos, é importante observar que, em termos de volume, a grande quantidade
de pequenos vazamentos foi aproximadamente equivalente ao menor número de grandes vazamentos, cada um representando
cerca de 27% do gás perdido, enquanto os vazamentos médios corresponderam aos outros 45%.

As inspeções revelaram uma média de 19 vazamentos por instalação e nove vazamentos por levantamento. A taxa média total de vazamento por instalação foi de 2,4 cfm.

Economias notáveis

Os benefícios econômicos eram evidentes. O custo médio de monitoramento por levantamento foi
de US$ 1.220,00, e os custos de reparo foram de US$ 450,00. Isso resulta em uma economia anual de gás
no valor de US$ 1.609,00, com uma vida útil média de dois anos para cada reparo. Aplicando o valor presente líquido com uma taxa de desconto de 10%, um método para comparar o valor atual do dinheiro gasto com o valor que ele teria no futuro se fosse investido, ao valor do gás economizado, obtém-se um benefício de US$ 1.122,00 por levantamento. (Consulte a Tabela 1.)

Em todas as instalações, a economia total foi superior a US$ 360.000 em gás por ano,
resultando em um valor presente líquido superior a US$ 251.000,00. As empresas teriam que
cumprir os requisitos regulatórios, independentemente de terem obtido ou não uma economia,
de modo que esses 250 mil dólares podem ser considerados um bônus.

Maior segurança, menores emissões

Os retornos financeiros não são o único benefício do monitoramento. Outro benefício é a melhoria na segurança. De todos os vazamentos encontrados, 22 foram identificados como potenciais riscos à segurança. Sete desses foram classificados como de alto risco, e três foram considerados extremos. Os vazamentos são considerados perigosos quando levam a altas concentrações de gás que começam a se aproximar do limite inferior de explosividade, a concentração na qual o gás pode entrar em
combustão. Concentrações elevadas podem representar risco de incêndios ou explosões, tornando extremamente valioso identificar esses vazamentos antes que causem esses problemas.

Os vazamentos também podem representar um risco para o pessoal. Aproximadamente 60% desses
desses vazamentos foram encontrados em áreas onde operadores da instalação ou equipes de manutenção estavam trabalhando. As instalações desconheciam esses vazamentos, apesar de possuírem equipamentos de detecção de gás em seus edifícios.

Por fim, há o benefício relacionado à redução de emissões. A EPA busca identificar vazamentos para reduzir a quantidade de metano liberada na atmosfera. A quantidade total de metano identificada durante essas inspeções foi equivalente a 59.000 toneladas métricas de dióxido de carbono por ano.

Melhoria ao longo do tempo

Como era de se esperar em um programa novo, as primeiras inspeções geralmente identificaram
a maior quantidade de vazamentos, com uma redução nos vazamentos detectados em levantamentos subsequentes. A mudança média
no número de vazamentos entre os levantamentos foi uma redução de 18%, com uma queda média de 23% na taxa de vazamento. No entanto, isso poderia variar bastante entre as instalações. O maior aumento no número de vazamentos entre os levantamentos foi de 1.066%, enquanto o maior aumento na taxa de vazamento foi de 3.800%. No outro extremo, a maior redução no número de vazamentos foi de 90%, enquanto a maior diminuição na taxa de vazamento foi de 96,9%. Somente 5% dos vazamentos voltaram a ocorrer. (Ver a Figura 1)

Figura 1. Tanto o número quanto a taxa de vazamentos geralmente diminuíram da primeira para a quarta inspeção nas instalações de compressão analisadas. Fonte: Target Emission Services.

Grande parte do aumento pode ser atribuída ao fato de que algumas instalações não estavam operando no momento da inspeção, frequentemente devido à menor demanda por gás natural
em determinadas épocas do ano. Uma inspeção subsequente, realizada com os equipamentos
em funcionamento e pressurizados, naturalmente apresentaria uma taxa maior de vazamentos
detectados. Vários novos vazamentos também poderiam surgir após os equipamentos serem desmontados e remontados. Sem essas mudanças no status operacional, os levantamentos geralmente identificaram uma redução nos vazamentos de uma inspeção para a seguinte. Na quarta inspeção trimestral, para as instalações que foram inspecionadas quatro vezes, a taxa de vazamento havia caído para um “estado estável” ou nível de manutenção.

Um aspecto importante da inspeção de vazamentos é o relato e o acompanhamento dos resultados
e das respostas. A Target descobriu que a grande maioria dos vazamentos identificados foi reparada dentro dos 30 dias exigidos pelas regulamentações. Cerca de 10% foram reparados imediatamente após a descoberta; isso muitas vezes envolveu apenas apertar uma conexão. Outros 9% foram reparados em até cinco dias, 21% em até 15 dias e 54% em 16 a 30 dias. Alguns problemas particularmente difíceis de serem resolvidos dentro de um mês podem ser classificados como “atraso no reparo” (Delay of repair, DOR), e 3% dos vazamentos receberam essa designação. Somente 3% estavam em atraso, não foram concluídos nem
classificados como DOR.

Benefícios claros

No geral, o estudo de caso da Target encontrou benefícios econômicos significativos para as empresas ao utilizar a imagem óptica de gás para identificar e reparar vazamentos, eliminando assim o desperdício de gás. Os benefícios auxiliares incluíram aumento da segurança para a fábrica e os trabalhadores, além da redução nas emissões de gases de efeito estufa. A Target constatou que os operadores das instalações foram ágeis na realização dos reparos necessários e que o número de vazamentos que voltaram a ocorrer foi insignificante. As inspeções trimestrais aumentam a probabilidade de encontrar cada compressor em pleno funcionamento, quando se espera o maior número
de vazamentos. Em resumo, a imagem óptica de gás não só permite que as empresas de compressão cumpram os requisitos regulatórios, como também economiza dinheiro e torna suas instalações mais seguras.