Умом, чтобы обнаружить неорганизованных выбросов

В начале следующего года, охране окружающей среды США (EPA, Вашингтон, округ Колумбия, <a target="_blank" href="http://www.epa.gov" <rel="nofollow"> www.epa.gov / >) планирует выпустить поправки регулирования чтобы сделать его проще и дешевле для технологического оборудования для обнаружения утечек. В соответствии с существующими правилами, мониторинг выбросов является трудоемкой задачей, в котором персонала завода использовать секретную отбора проб газов инструменты для проверки утечки из отдельных насосов, клапанов и других компонентов. С другой стороны, новые правила будут предоставлять возможность оптического изображения, используя ручные инфракрасные камеры или аналогичные устройства для получения изображений облачного газа и производственное оборудование, так что источник утечки могут быть более легко идентифицировать .

Поправками регулирования является результатом 10 лет исследований и испытаний, который был начат Американским институтом нефти (API, Вашингтон, округ Колумбия, <A HREF = "http://www.api.org" целевых = "_blank" относительной = "NOFOLLOW"> www.api.org </ A>), а затем распространить и на другие группы, такие как производители оборудования и государственными учреждениями, в сотрудничестве с EPA и Министерством энергетики США (DOE, Вашингтон, округ Колумбия; < HREF = "http://www.doe.gov" целевых = "_blank" относительной = "NOFOLLOW"> www.doe.gov </ A>). Тем не менее, ключевым технологическим фактором является коммерциализация ручные инфракрасные камеры, которые могут дать четкие изображения в противном случае невидимые облака газа.

В настоящее время процедура для обнаружения утечки летучих органических соединений (ЛОС), в химической промышленности процесса определяется в номер Метод ЕРА 21 (M21). Это обычно предполагает ежеквартальный мониторинг отдельных компонентов установки с использованием газоанализатора (так называемый "трафик"), после чего ремонт протекающих компоненты, известные как последовательность LDAR (для обнаружения и устранения утечек). Пороговый уровень или порог утечки для многих компонентов 500 стр / мин - то есть, если чтение через порог, составляющая считается протекать и помечена "протечек".

Согласно изменениям Правил, один порог оптического изображения будет массовый расход 60 г / ч, максимальный интервал между испытаниями двух месяцев. Повышение пороговых уровней будет разрешено, если контроль осуществляется чаще, чем раз в два месяца. Порог, приблизительно эквивалентна что для M21 LDAR, говорит Дэвид Markwordt, экологических инженер Управления ЕРА качества воздуха планирования и нормативов (Research Triangle Park, NC), который возглавлял многолетнюю EPA усилия по разработке поправок.

Оптические изображения не заменит M21 LDAR, но будет альтернативная практика работы, говорит Markwordt Он также отмечает, что в то время как инфракрасный (BR) изображений является единственным коммерчески доступных оптических методов в настоящее время, в других системах, могут быть разрешены, если они отвечают нормативным требованиям.

Smart LDAR

Преимущество оптических изображений, таких как мониторинг ИК выбросов, что позволяет просматривать большую площадь завода для выявления утечек курса быстрее, чем проверка каждого компонента по одному, как это делается под M21. Выгоды, говорят ее сторонники, в том, что это дешевле, чем M21, и это показывает, более крупные утечки, а не только из компонентов обычно контроль, так что повышает безопасность завода.

Стоимость использования M21 LDAR на большом заводе процесс США часто превышает $ 1 млн в год, говорит Джеффри Siegell, координатор вышеупомянутого проекта API и старший научный сотрудник техники с ExxonMobil научно-технической ° (Fairfax, VA; <A HREF = "http://www.exxonmobil.com" целевых = "_blank" относительной = "NOFOLLOW"> www.exxonmobil.com </ A>). Он добавляет, что не только M21 LDAR трудоемких, но большая часть усилий тратится впустую, так как обычно не превышает 1-2% от всех компонентов оказываются течь.

API проект был создан с целью определить более эффективные пути для ограничения выбросов на нефтеперерабатывающих заводах. API рабочей группы проанализировали пять лет утечки данных мониторинга из 7 заводов Калифорнии, показало, что более 92% от управляемых выбросов пришли примерно 0,13% от трубопроводов компонентов. С ДИМИ была разработана концепция Smart LDAR - более быстрое обнаружение и ремонт высокой скорости утечки.

С программой Smart LDAR использовании инфракрасная камера фокусируется на размещение малых населения с высоким уровнем выбросов курса протечки, мне стоимость составляет лишь около половины от M21 LDAR, говорит Дэвид Ферри, президент Surveys утечек, Inc (ранний, TX; <a target="_blank" href="http://www.leaksurveysinc.com" rel="nofollow"> www.leaksurveysinc.com </ A>), которая использует ER камеры для обнаружения утечки для клиентов. "Лицо, использующее злоумышленник может проверить около 500 компонентов в сутки", говорит он, "в то время как один человек с камерой может ИК обследование нескольких тысяч компонентов в день".

Полевые испытания, что по сравнению тепловизионная бок о бок с M21 к выводу, что эти методы достаточно сопоставимые по производительности, с точки зрения предполагаемого годового объема выбросов, утечек они обнаружены. 6-месячный тестовую программу, которая закончилась в октябре, было проведено ExxonMobil химической Ко на Батон-Руж, Луизиана, завод в сотрудничестве с Луизиана кафедра качества окружающей среды (Батон Руж).

Тестирование проводилось на изопропиловый спирт блок, который 3542 беглых компонентов выбросов (как указано EPA), говорит Уэйн Садик, старшие сотрудники экологической инженер с ExxonMobil химической промышленности в Бейтаун, штат Техас. Каждый метод тестирования был использован 3 раза, M21, проводимой в установленном интервалами в три месяца и оптического изображения в два месяца.

Утечки, определенных умирают два метода не являются идентичными, говорит, Садык, потому что тепловизионная не обнаружить небольшие утечки определенных M21, однако она выявить утечки из компонентов, не регулируются в соответствии с M21. Тем не менее, оптических изображений программы привело к увеличению сокращения ежегодных выбросов, за счет более частого мониторинга и выявления утечек из компонентов не currentiy в программе.

Другой важный вывод, говорит он, было то, что команда из четырех человек, взял 160 ч до обследования аппарата осуществляется с помощью процедуры M21, по сравнению с лишь 40 ч для двух человек использованием ИК-камеры.

ИК-технологии

Самые передовые технологии оптических изображений с точки зрения коммерческой доступности "пассивного ИК-изображений", который использует оптические устройства, такие как камеры ИК-порт, чтобы получить изображение облака газа. Каждый газ поглощает инфракрасный свет определенной длины волны, так что он выглядит как "дым" с ИК-монитор, в отличие от окружающего освещения.

Другой метод заключается в "активной визуализации", в котором свет от лазера поглощается облака газа и обратного рассеяния на детектор. Однако, несмотря на активное изображение было в коммерческих целях выявления определенных газов, он все еще разрабатывается для соответствующих wavelengms для мониторинга выбросов органических соединений.

Утечка Surveys 'Ферри был пионером в разработке и использовании пассивных ИК для обнаружения утечек газа oiland линий передачи. Впоследствии он сотрудничал с FLIR Systems (North Billerica, MA; <a target="_blank" href="http://www.flir.com" rel="nofollow"> www.flir.com </ A>) на развитие ручных ИК-камера, которая весит 5 фунтов FLIR предпринимает тепловизоры и ИК-камеры для более чем 50 лет, первоначально для военного применения и в настоящее время для целого ряда применений, от мониторинга теплообразование в электростанции оборудование проверки транспортного средства нагревательные элементы в растениях автомобилестроительной промышленности поиска утечек влажности в жилых домах.

ручной камерой FLIR, который называется GasFindIR, является внешнее сходство с видеокамерой. Он использует спектральный фильтр, который настроен на узкую полосу пропускания около 200 нм между 3 и 4 мкм, мне область, в которой углеводородные газы поглощают тепловую энергию. Изображения, в камере хранятся на ручной записи.

GasFindIR работает от батарей и охлаждается до 77 К с помощью жидкого гелия по замкнутому циклу кулер на питание от крошечных компрессора. Инструмент охлаждается потому что меня детектор более чувствителен к тепловой энергии при низких температурах, Роб сказал Реймер, менеджер по развитию бизнеса для FLIR. Как обычным фотоаппаратом, она может использоваться для принятия общего просмотра или крупным планом. Он имеет стандартный 25-мм объектива (линзы до 100 мм имеются), что дает 22-град. поля зрения.

200-нм полосы пропускания охватывает большинство НПЗ газов, природный газ и ряд нефтехимических газов, говорит Реймер. Минимальная определяемая утечки, изображение получено с расстояния 3 м, с 25-мм объективом и при нулевой скорости ветра колеблется от 0,4 г / ч для бутана и пропана до 8,1 г / ч изопрена (см. таблицу, стр. 9) .

FLIR также предлагает две другие камеры - одна для обнаружения окиси углерода и 1 для гексафторида серы. Последние, называемые GasFindIR LW (для длинноволновой ИК), используется электрическая утилиты для контроля за утечками из выключателей, а также может обнаружить 17 других газов, которые поглощают ИК в той же длины волны, говорит Реймер.

Компания предложила GasFindIR на коммерческой основе использования химических компаний процесс, так как летом 2005 года и в настоящее время утверждает, что лидер в использовании тепловидения для обнаружения утечек в технологических установок, с более чем 100 камер продал (коробка, стр. 10) . Утечка Surveys несколько камер, которые он использует для обнаружения утечек из технологических установок по всему миру. Утечка Surveys также камеры, установленные на вертолетах для проверки трубопроводов.

Пока главным конкурентом компании FLIR является газа Imaging Technology (ЖКТ; Buellton, Калифорния; <a target="_blank" href="http://www.gitint.com" <rel="nofollow"> www.gitint.com / >), который предлагает портативный прибор ИК-порт. Michele Hinnrichs, президент объясняет, что меня устройство визуализации спектрометра, а не ИК-камеры. Документ, названный Sherlock, эволюционировали от работы головной компанией в ЖКТ, Тихоокеанский Advanced Technology (PAT), который был разработан детектор для химического и биологического оружия для меня Департамент США по обороне и парниковых газов детектор для энергетики. PAT строго научных исследований и разработок компании примерно до 2 лет назад, когда формируется желудочно-кишечного тракта с целью коммерциализации ИК-системы для промышленного использования.

Sherlock, на батарейках устройство, выглядит камера, весит около 15 фунтов, а дома-спектрометр, хранения видеозаписей и компьютер, который анализирует утечки газа. Оператор смотрит в монитор на приборной утварь сцены, пока утечка газа, не наблюдается. Он или она нажимает кнопку, чтобы записать видео утечки.

На углеводородное сырье, объектив настроен на обнаружение газов в wavelengm середине волны ИК около 3,4 мкм, с разрешением 30 нм. Прибор имеет запатентованный оптической системой, которая рассеивает свет вдоль оптической оси спектрометра для анализа.

PAT делает три версии Шерлока: один для обнаружения утечек газа беглых углеводородов; 1 для мониторинга парниковых газов в факелах и дымовых газах, и один для газа гексафторида серы. "Мы можем обнаружить газов до нескольких граммов в час, в зависимости от ветровых условий", говорит Hinnrichs.

Критики технологии визуализации ИК, что, хотя его чувствительность значительно ниже запланированных порог EPA о 60 г / ч, он просто обнаруживает утечки и не количественной оценки выбросов. спектрометр визуализации PAT является исключением, говорит Hinnrichs. В случае выбросов парниковых газов, Шерлок может предоставить данные о количестве и видах многих газовых смесей, таких как угарный газ, диоксид углерода, оксиды азота, метан, говорит она. Такой подробный анализ не представляется возможным, поскольку для ЛОС спектров углеводородов очень похожи, добавляет она, но система может количественно определить общую смесь.

Проведение анализа программного обеспечения, которое компания поставляет для установки на компьютере клиента. Работа с видео-изображения облака газа, которые, как правило, темные, программное обеспечение цвета облаков и вычисляет концентрацию в любой пиксел изображения газа. Интенсивность цвета указывает на плотность газа, говорит Hinnrichs ", и, поместив курсор на пиксель, цифровая индикация концентрации выводится на монитор в граммах на кубический сантиметр или массе на объем".

Hinnrichs надеется проверить количественного потенциала системы в тестах эгидой охране окружающей среды и промышленности, которые будут проводиться в Научно-исследовательском комплексе ВР в Naperville, IL, начинающиеся в январе или феврале 2008 года. Мероприятие организовано в соответствии с природоохранным технологиям EPA по контролю (ETV), которая находится в ведении Battelle Memorial Institute (Колумбус, Огайо; <A HREF = "http://www.battelle.org" целевых = "_blank" относительной = " NOFOLLOW "> www.battelle.org </ A>).

Целью испытаний является оценка имеющихся в продаже Smart LDAR оборудования, говорит Джеффри Майерс, главный научный сотрудник с Баттел. Лабораторная работа будет сопровождаться полевых испытаний на веб-узлам в регионе Мексиканского залива. Все испытания, в настоящее время соавторстве с Американский совет химической промышленности (АКК; Arlington, VA; <a target="_blank" href="http://www.americanchemistry.com" rel="nofollow"> www.americanchemistry. ком </ A>) и Техас совета химической промышленности (Austin, TX).

Среди компаний, которые планируют продемонстрировать свои технологии на Нейпервилл являются электрофизики корпорации (Фэрфилд, NJ; <a target="_blank" href="http://www.electrophysics.com" rel="nofollow"> www.electrophysics. ком </ A>) и Telops, Inc (Квебек, Канада; <a target="_blank" href="http://www.telops.com" <rel="nofollow"> www.telops.com / >). Оба предлагают промышленных версий систем пассивной ИК, что в настоящее время используются для военных целей.

Электрофизики обеспечивает semiportable камера, которая выполняет газа обнаружения дифференциального поглощения инфракрасных изображений. Отличительной особенностью системы является то, что он может быть сконфигурирован для нескольких длин волн полос в целях выявления и изображений самых разнообразных утечек одновременно, говорит Кристофер Alicandro, директор по продажам.

"Включает в себя камеру детектора ультра-высокой чувствительности ИК и непрерывно вращающимся колесом фильтр, который содержит несколько фильтров", говорит он. "Данный фильтр договоренности, в сочетании с дифференциальной изображений, позволяет нескольким газы обнаружены, основываясь на их спектрального поглощения". Он добавляет, что оператор может перенастроить набор фильтров, а в поле, чтобы ознакомиться с другими неорганизованных выбросов.

Telops имеет сложную "гиперспектральных" система, которая называется FIRST, которая покрывает весь диапазон 3-5 мкм, тем самым обнаруживая все газы в этом спектре. Штативами оборудование весит 29 кг (64 фунтов). ПЕРВЫЙ включает интерферометра, что позволяет захватить нескольких спектральных изображений одновременно, объясняет Винсент Фарли, менеджер по развитию бизнеса. Изображения хранятся на жестком диске, люди переводятся на отдельный, портативный компьютер, который позволяет пользователю либо просматривать изображения, определенной длины волны или, чтобы увидеть полный спектр.

В настоящее время Telops занимается разработкой программного обеспечения, что позволит блок признать газов их инфракрасном диапазоне поглощения, как они будут получены. "Наша цель", говорит Фарли, "является для создания видео, которые можно воспроизводить в режиме реального времени".

Системы, которая будет следить за утечки постоянно, с помощью нескольких камер ИК установлены в фиксированных местах вокруг завода, был предложен Провиденс технического и экологического Group LLC (Baton Rouge, LA; <A HREF = "http://www. Провиденс-eng.com "целевых =" _blank "относительной =" NOFOLLOW "> www.providence-eng.com </ A>). Каждая камера будет контролироваться шагового двигателя, что бы изменить направление обзора камеры зрения перерывами для покрытия части растений.

Провиденс разработала программное обеспечение для распознавания шлейф, который постоянно обрабатывает и анализирует изображения, снятые с помощью камеры, говорит Yousheng Цзэн, управляющий партнер компании. Когда большая утечка, программное обеспечение обнаруживает это и сигнал посылается сообщение техник через мобильный телефон или пейджер. Техник, то идет туда, где утечка можно посмотреть на видео дисплее.

Преимущества в том, что метод позволяет свести к минимуму выбросы, обнаруживая большой утечки оперативно, и, поскольку мониторинг непрерывно, утечки порог может быть установлен на, скажем, 200 г / ч, говорит Цзэн. Высокий порог позволит каждому ИК-камеры для обнаружения утечек на больших расстояниях и охватывают большую площадь, так что относительно небольшое число камер будет нужно - он оценивает 9:55 камеры для типичных НПЗ.

Цзэн проектов, что стоимость будет не более, чем для системы Smart LDAR с проверками каждые два месяца. Провиденс совместно с нефтяной компанией с целью тестирования системы в процессе установки.

Лазерная изображений

Активный тепловизионной системы, с использованием лазеров, были в стадии разработки несколько лет, но никто не имеется в продаже до сих пор. Это несколько иронично, потому что на основе лазерных принтеров, разработанных на Sandia National Laboratories (Ливермор, Калифорния; <a target="_blank" href="http://www.sandia.gov" rel="nofollow"> www.sandia. пра </ A>) и бывший Лазерная Imaging Systems (Пунта Горда, FL) были протестированы в соответствии лет назад API программы. Их успех помог концепции Smart LDAR, говорит Томас Калп, уважаемым членом технического персонала Сандиа.

Лазерные системы на базе использовать технику, называемую обратного / поглощения газа изображения (баги), в котором длина волны лазера сильно поглощается целевой газа и отражается обратно в детектор с твердой поверхностью (например, установка оборудования) за газового облака. Блок Сандиа испытания в рамках программы API был неодимом YAG лазер witii преобразователя частоты, так что она работала на 3 мкм для обнаружения алканов (Калп отмечает, что лазер работает YAG естественно около 1,06 мкм). Оригинальные системы ван монтажа, но Сандиа впоследствии развился плечо монтажа версия, с рюкзаком за аккумулятор и блок питания.

Преимущество использования лазера, что результирующее изображение будет постоянно ответ на газовый шлейф, говорит Калп. В отличие от изображения обнаружен пассивным ИК-камеры может меняться в зависимости от относительной температуры облака газа и его окрестностей, или количество солнечного света. С другой стороны, говорит он, на основе лазера системы является более сложным и интерес уменьшился в концепции, когда пассивный ИК-камеры стали коммерческими. В тот момент, Сандиа завершили проект, но Калп говорит технологии по-прежнему доступен для принятия промышленности.

Лазерная система, которая обнаруживает и записывает утечек метана, но не дает изображение, в настоящее время продаются Хит Консультанты инк (г. Хьюстон, штат Техас; <A HREF = "http://www.heathus.com" целевых = "_blank" относительной = "NOFOLLOW"> www.heathus.com </ A>). Вместо этого, когда лазерный луч транзит утечки шлейфа, инструмент звучит звуковой сигнал и отображает концентрацию газа на буквенно-цифровой жидкокристаллический дисплей. Хит лицензию на технологию от физических наук Инк (PSI, Andover, MA; <a target="_blank" href="http://www.psicorp.com" <rel="nofollow"> www.psicorp.com / >), R

Детектора метана используется настраиваемый лазерный диод, который работает в ближней ИК-порт. Лазерного луча, отраженного от поверхности далеких и memane в пути луча поглощает часть мощности лазера, так что возвращение сигнал ослабляется поглощения метана, говорит Микки Фриш, менеджер PSI для промышленных датчиков. "Сумма ослабления говорит нам, сколько метана, есть, говорит он.

Лазерный луч непрерывно модулированных между длиной волны поглощения и без поглощения волны, при этом последняя обеспечения последовательного опорный сигнал для ослабленного сигнала. Это дает инструмент для обнаружения метана с чувствительностью 5 стр / мин-м, говорит Фриш, смысл датчик может обнаружить метан шлейф с 5-стр / мин концентрация и 1-м шириной, или 50-стр / мин концентрации и 0,1 м шириной. Узкая ширина линии лазерного менее 0,1 нм "делает сенсор очень избирательно для метана," говорит он.

PSI создала действующий прототип аналогичной системы для обнаружения углеводородов. Он использует лазер, который работает в средней инфракрасной более широкая полоса пропускания (около 100 нм), где различные углеводороды абсорбируют, говорит Фриш. Он добавляет, что портативный блок поле "на пару лет."

Портативный инструмент, который использует два полупроводниковых лазеров для обнаружения выбросов ЛОС - один для поглощения газов и otiier качестве справки - в настоящее время разрабатывается Спектральный Инк (Остин, штат Техас.; <A HREF = "http://www.spectralcorp. ком "целевых =" _blank "относительной =" NOFOLLOW "> www.spectralcorp.com </ A>). Количество газа, обнаружены рассчитывается от разницы между 2 отраженных сигналов и отображаются на экран в частях на миллион, говорит Роберт Стокса, президента.

Преимущество в использовании полупроводниковых лазеров в том, что они очень маленькие, говорит Стокса, в то время как другие лазеры, которые работают у меня 3-4-мкм диапазона (для обнаружения VOC) достаточно велик и тяжел. Кроме того, полупроводниковые лазеры работают в близких к комнатной температуре, поэтому они не требуют охлаждения. Он ожидает, чтобы опытный образец доступна в течение года.

Спектральный также разрабатывает двуокиси углерода на основе лазерных детекторов, которые будут настроены на длинноволновые ИК 10-11 мкм для определения гексафторида серы. Коммерческой единицей является ожидается, будут доступны в июне следующего года.

Джеральд Паркинсона,

Ответственный редактор