Les dix principales questions : Quantification des fuites de gaz avec les caméras OGI

Les questions fréquentes sur l’imagerie quantitative optique des gaz de FLIR comprennent les effets environnementaux sur le fonctionnement, les préoccupations réglementaires et les améliorations technologiques à l’horizon.

Par Craig R O’Neill, FLIR

Cet article examine les questions et préoccupations courantes concernant l’imagerie optique quantitative des gaz (qOGI). Plus précisément, il répond à dix questions liées à l’utilisation de la plateforme QL320 de FLIR, qui associe une nouvelle technologie, sous la forme d’une tablette plug and play robuste, aux caméras OGI GF320, GFx320 et GF620 existantes de FLIR pour quantifier les fuites d’hydrocarbures gazeux en unités de débit massique, de débit volumétrique de fuite ou de concentration sur la longueur de tracé.

Cet article s’appuie sur l’article précédent de cette série, qui présente les systèmes qOGI, en discutant de leurs fonctionnalités et de leurs avantages par rapport aux technologies concurrentes.

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LA QOGI EST-ELLE ACTUELLEMENT UTILISÉE COMME OUTIL D’APPLICATION DE LA RÉGLEMENTATION ?

Actuellement, aucun facteur réglementaire américain n’existe pour les méthodes qOGI. Alors que les opérateurs de l’industrie s’efforcent d’être des gestionnaires plus responsables des environnements dans lesquels ils opèrent, la méthode qOGI est utilisée pour mener des études sur le terrain et déterminer les émissions à des fins internes, laissant à chaque entreprise la liberté de déterminer les avantages de la qOGI et de les déployer en conséquence.

LA MÉTHODE QOGI A-T-ELLE ÉTÉ VÉRIFIÉE ?

La QOGI est une technologie émergente, en développement depuis 2014, et elle a fait l’objet de tests de validation approfondis, y compris des tests en aveugle avec des taux de libération connus. Voici quelques-uns des résultats de tests accessibles au public :

1. Un test réalisé par l’EPA dans le Research Triangle Park, quantifiant les fuites de méthane et de propane.
2. Un test sur le terrain de pointe de l’industrie pétrolière et gazière comparant la méthode qOGI à l’échantillonneur Bacharach Hi Flow® (BHFS). La méthode QOGI a atteint une précision de +/-30 % sur plusieurs semaines de tests en aveugle comprenant des dizaines de points de test pour différents gaz (y compris le gaz produit), couvrant un large éventail de contextes et de conditions environnementales.
3. Une étude menée par un groupe industriel européen, qui comprend la plupart des compagnies pétrolières opérant en Europe et qui se consacrent à la recherche sur les questions environnementales pertinentes pour l’industrie pétrolière. Cette étude a conclu que la méthode qOGI surpasse de manière significative la méthode 21 de l’organisme américain EPA en termes de précision des résultats.

REMARQUE: Les études menées par le leader de l’industrie pétrolière et gazière et le European Concawe ont été parrainées par l’industrie.

LE FLIR QL320 VOUS DEMANDE DE SÉLECTIONNER UN GAZ À QUANTIFIER. QUE SE PASSE-T-IL SI LE FLUX DE GAZ CONTIENT PLUSIEURS COMPOSÉS ?

Il convient de mentionner que la Méthode 21 approuvée par l’organisme américain EPA partage cette limitation ; là où la méthode qOGI se démarque est dans la manière dont elle traite cette incertitude.

À l’aide d’un détecteur à ionisation de flamme (FID) selon la méthode 21, vous étalonnez généralement l’appareil par rapport à un gaz pur, puis mesurez les flux de processus. La composition du gaz peut modifier considérablement la réponse de la FID mais, généralement, cette erreur est acceptée, même si elle peut introduire une erreur de 200 % ou plus à la méthode 21. La plupart des installations n’étalonnent pas leur FID pour chaque flux de processus spécifique (action corrective) : elles acceptent simplement le numéro de concentration (mesuré comme gaz d’étalonnage pur). La méthode 21 n’offre aucun recours pour ajuster rétroactivement le résultat.

Le FLIR QL320 facilite la correction du mélange gazeux et rend la tâche plus flexible. De plus, la correction est fondamentale, ce qui signifie qu’elle ne dépend pas de l’instrument spécifique (comme pour un FID et la méthode 21). Le FLIR QL320 permet aux utilisateurs de s’adapter au mélange gazeux postérieurement, et votre réglage s’appliquera à tout résultat du FLIR QL320 appliqué à ce flux de processus, quel que soit le jour ou les conditions environnementales.

FLIR QL320

COMMENT LES FACTEURS ENVIRONNEMENTAUX AFFECTERONT-ILS MES MESURES ?

La température delta (ΔT) comprend le facteur le plus important affectant une qOGI précise. Il doit exister un différentiel de température suffisant entre la température ambiante adjacente au panache de gaz et l’arrière-plan.

Lors de la capture de vidéos avec la caméra OGI montée sur trépied, les utilisateurs du QL320 devront s’assurer que la ΔT est la plus élevée possible. Vous recherchez une différence de température de 2 °C minimum entre l’air ambiant à proximité de la fuite de gaz et la température apparente de l’arrière-plan dans l’image.

La plupart des conditions de vent ne seront pas préjudiciables à la précision qOGI. En l’absence de vent, la fuite de gaz peut ne pas s’écouler de manière fiable dans une direction donnée, entraînant une « accumulation » du gaz. À l’inverse, les vents violents (p. ex., supérieurs à environ 24,1 km/h) posent des problèmes car le vent éloigne le gaz du point de rejet très rapidement. Cela dit, la plupart des fuites de gaz se situent dans une plage de vitesse du vent acceptable ou se produisent dans un endroit protégé ou partiellement protégé.

Le vent est saisi dans le FLIR QL320 à trois niveaux (Calme, Normal et Élevé). Le résultat est plus cohérent à des vitesses de vent plus élevées (où aucune accumulation de panache gazeux n’a lieu). La précision est comprise entre 30 et 40 %.

L’humidité n’a aucun effet sur la capacité de mesure du système.

QUELLES SONT LES TAILLES MINIMALE ET MAXIMALE DES FUITES POUVANT ÊTRE QUANTIFIÉES CORRECTEMENT À L’AIDE DU FLIR QL320 ?

La taille minimale d’une fuite quantifiable dépend de la ΔT (entre la température ambiante près du gaz et celle à l’arrière-plan), du composé dont vous faites l’imagerie et de la vitesse du vent. Le système FLIR QL320 a démontré sa capacité à quantifier les fuites de propane jusqu’à 100 scc/min et les fuites de méthane jusqu’à 300 scc/min avec une ΔT de 5 °C et une vitesse de vent modérée.

En règle générale, si vous pouvez voir la fuite en mode normal, le système peut très probablement la quantifier. Si vous devez utiliser le mode haute sensibilité pour voir la fuite, le FLIR QL320 peut avoir du mal à la quantifier avec précision.

Pour des taux de fuite maximum, le modèle actuel est étalonné avec du propane de 0,1 l/min à 30 l/min. Nous pourrions l’étendre en toute sécurité à deux ou trois fois la plage étalonnée, ou 100 cc/min jusqu’à 100 l/min (pour le propane). Pour le méthane, nous aurions mis en corrélation les limites entre 300 cc/min et 300 l/min.

Le FLIR QL320 simplifie la visualisation et la mesure des émissions de gaz

QUELLE EST LA DISTANCE MAXIMALE PAR RAPPORT À LA SOURCE DE LA FUITE À LAQUELLE JE PEUX UTILISER DE MANIÈRE RÉPÉTÉE ET PRÉCISE LA MÉTHODE QOGI ?

La plage de mesure et le champ de vision (FOV) du FLIR QL320 dépendent de l’objectif utilisé. Ces plages sont les suivantes :

• 23 mm (CdV de 24°) : 1,5 à 16,5 m (5 à 54 pi)
• 38 mm (CdV de 14,5°) : 2,4 à 27,4 m (8 à 90 pi)
• 92 mm (CdV de 6°) : 6,1 à 64,0 m (20 à 210 pi)

La distance globale affectera la répétabilité et la précision des résultats de quantification (de façon similaire à la mesure de la température avec une caméra), car il y a moins de pixels à utiliser pour calculer la distance de concentration de la fuite de gaz à une distance plus élevée. Par conséquent, lorsque vous utilisez le FLIR QL320 à une plus grande distance, vous remarquerez que le cercle d’extraction du panache est considérablement plus petit.

QUE SE PASSE-T-IL SI JE TRAVAILLE DANS UNE ZONE DANGEREUSE ET QUE JE NE PEUX PAS CONNECTER MA CAMÉRA AU FLIR QL320 SUR LE TERRAIN ?

Une nouvelle fonctionnalité disponible pour une utilisation avec le FLIR QL320 est le mode Q. Le mode Q a été conçu à l’origine pour être utilisé avec le FLIR GFx320, qui est adapté à une utilisation dans les zones dangereuses de classe 1, division 2 lorsqu’il n’est pas connecté au FLIR QL320. Le mode Q permet d’enregistrer des séquences vidéo des fuites directement sur la carte SD de la caméra, puis de les post-traiter dans le FLIR QL320—, loin de la zone dangereuse.

Il reste avantageux d’utiliser le FLIR QL320 sur le terrain, directement connecté à une caméra, pour plusieurs raisons :

• Savoir immédiatement si vous avez une température de fond suffisante (ΔT)
• Obtenir des chiffres en temps réel sur la gravité d’une fuite et savoir si une action immédiate est nécessaire
• Utilisation des fonctionnalités disponibles sur le FLIR QL320 sur le terrain, notamment la sensibilité manuelle, la limite d’encoche et l’intervalle de temps variable (1 s, 5 s, 60 s), ainsi que la détermination des options d’unité de taux de fuite en temps réel

QUELLES SONT LES LIMITATIONS ACTUELLES DE LA MÉTHODE QOGI ?

La méthode qOGI actuelle est conçue pour les libérations ponctuelles. Les rejets importants et diffus, tels que ceux provenant d’un bassin de rétention ou d’un grand joint de réservoir, peuvent être plus difficiles à quantifier avec cette méthode.

Des taux de fuite et des vitesses de sortie très élevés peuvent être sous-estimés. Des taux de fuite élevés peuvent entraîner la possibilité d’une certaine saturation de l’image, ce qui entraînera une possible sous-estimation du taux de fuite. Pour les vitesses de sortie élevées, il est possible que le panache ne bouge pas suffisamment pour voir l’arrière-plan derrière le panache (nécessaire pour calculer la ΔT).

COMMENT LA MÉTHODE QOGI EST-ELLE AMÉLIORÉE ?

L’industrie de l’imagerie optique des gaz se tourne vers la quantification, et FLIR est à la pointe du développement dans ce domaine émergent. Vous trouverez ci-dessous quelques améliorations récentes et de nouvelles fonctionnalités pour le FLIR QL320 :

1. Superposition de panache de gaz coloré
2. Capacité à mesurer le taux de fuite en termes de concentration sur la longueur de tracé (ppm-m)
3. Possibilité de créer plusieurs « encoches » dans la limite d’extraction du panache
4. Instantané d’image unique avec superposition du taux de fuite
5. Taux de fuite (moyenne mobile) sur la superposition vidéo

Interface FLIR QL320 améliorée

EN QUOI LA CONCENTRATION SUR LA LONGUEUR DE TRACÉ (PPM-M) EST-ELLE DIFFÉRENTE D’UNE CONCENTRATION DE BASE (PPM) OBTENUE AVEC UN RENIFLEUR ?

Le QL320 donne une mesure de la concentration sous forme de « concentration sur la longueur du tracé » ou de « parties par million (ppm) » sur la longueur de tracé d’un mètre. Cette longueur de tracé supposerait que la fuite a une profondeur d’un mètre. En termes d’axe X, Y, Z, la longueur de tracé du « compteur » est l’axe « Z » (profondeur) du panache et NON les axes « X » ou « Y » (horizontal ou vertical). Par définition, la mesure supposerait que la fuite observée est d’un mètre de profondeur (à partir de la fuite initiale, immédiatement à partir de la caméra).

Si la profondeur est connue (ou peut être estimée), la moyenne en ppm sur la profondeur peut être calculée en divisant la valeur ppm-m par la profondeur. Par exemple, si le QL320 donne une mesure de 1 000 ppm-m et que la profondeur du panache est estimée à 10 cm (0,1 m ou ~ 4 po), la concentration moyenne dans le panache de gaz d’une profondeur de 10 cm est de 10 000 ppm (1 000 ppm-m/0,1 m).

Un renifleur ou un autre dispositif qui prend des mesures en ppm d’un échantillon de molécules d’air en un seul point, et ne nécessite donc pas de mesure de la longueur du tracé. Les dispositifs TVA sont également limités dans la mesure où ils ne peuvent mesurer une fuite que si l’appareil est dirigé directement vers la fuite, ce qui est plus difficile, car cette technologie ne permet pas de visualiser une fuite de gaz.

CONCLUSIONS

L’imagerie quantitative optique des gaz est efficace, précise et pratique. Ses avantages ne font que croître et sa capacité technologique s’améliore continuellement. En plus de ses avantages évidents en matière de sécurité par rapport aux méthodes alternatives de quantification des gaz, la méthode qOGI permet d’assurer la rentabilité des caméras OGI existantes et place les opérateurs pétroliers et gaziers à la pointe de la conscience environnementale dans les communautés où ils opèrent.

La plateforme FLIR QL320 permet la qOGI à la fois sur le terrain et, potentiellement, après un balayage (capacité post-processus) avec la fonctionnalité Q-Mode et la tablette.

À PROPOS DE L’AUTEUR

Craig R O’Neill travaille pour FLIR depuis plus de 17 ans et s’est activement impliqué sur le marché de l’OGI depuis l’introduction des imageurs de gaz optiques commerciaux en juin 2005. Actuellement, il est responsable à l’échelle mondiale du secteur d’activité de l’imagerie optique du gaz et de la stratégie des solutions FLIR dans l’industrie pétrolière et gazière. À ce poste, il est le lien entre les clients, les parties prenantes du secteur, les partenaires stratégiques et de nombreux aspects verticalement intégrés de la division FLIR Instruments, notamment les ventes, le marketing, l’ingénierie et la gestion des produits. Son objectif est d’assurer l’alignement de FLIR pour fournir des solutions de détection qui répondent aux besoins de l’industrie pétrolière et gazière.

À PROPOS DE FLIR SYSTEMS, INC.

Fondée en 1978 et basée à Wilsonville dans l’Oregon, FLIR Systems est un leader de la fabrication de systèmes de capteurs qui améliorent la manière dont les situations sont perçues et appréhendées et contribuent ainsi à sauver des vies, augmenter la productivité et protéger l’environnement. Avec près de 3 500 collaborateurs, l’objectif de FLIR est de devenir le « sixième sens du monde » en tirant profit de l’imagerie thermique et des technologies annexes pour fournir des solutions innovantes et intelligentes de sécurité et de surveillance, de contrôle des conditions et de l’environnement, de loisirs de plein air, de traitement de l’image, de navigation et de détection avancée des menaces. Pour plus d’informations, rendez-vous sur www.flir.com et suivez @flir.

Pour plus d’informations sur l’imagerie optique des gaz, veuillez consulter le site : www.FLIR.com/ogi