Utilisation de l’imagerie optique des gaz pour se conformer aux règlements de l’OOOa : Étude de cas

Les stations de compression de gaz naturel doivent se conformer à la nouvelle réglementation de l’EPA sur l’inspection, connue sous le nom de Quad OA. L’imagerie optique des gaz offre un moyen efficace et rentable de répondre aux exigences.

En juin 2017, de nouvelles réglementations de l’Environmental Protection Agency concernant
la surveillance des stations de compression de gaz naturel est entrée en vigueur. Les règles exigent des vérifications trimestrielles pour détecter les fuites de méthane dans toute station de compression nouvellement construite ou modifiée depuis septembre 2015. Bien que la principale préoccupation de l’EPA soit de réduire les émissions de méthane, un puissant gaz à effet de serre, l’expérience commence à démontrer que des tests réguliers à l’aide de caméras infrarouges (IR) peuvent permettre aux entreprises d’économiser de l’argent et d’améliorer la sécurité des travailleurs.

La nouvelle règle est « Secteur du pétrole et du gaz naturel : Normes d’émission pour les sources neuves, reconstruites et modifiées », que l’EPA identifie comme la sous-partie OOOa à 40 CFR Partie 60, et qui est largement appelée Quad OA. En vertu de la réglementation, les stations de compression ont des options sur la façon d’effectuer la surveillance requise.
Une option est la méthode 21, une technologie plus ancienne qui utilise un « renifleur » pour détecter la présence de gaz d’hydrocarbures et la signaler en parties par million. L’option la plus moderne, et celle désignée par l’EPA comme le « meilleur système de réduction des émissions », est l’imagerie optique des gaz, qui utilise une caméra IR pour voir les panaches de gaz
qui fuit des tuyaux et de l’équipement. L’imagerie optique des gaz utilise un filtrage spectral pour cibler les longueurs d’onde infrarouges absorbées par le gaz, permettant à l’utilisateur de visualiser un gaz autrement invisible.

Une station de compression de gaz naturel possède de nombreux joints et joints qui peuvent être des sources de fuites de gaz

Une meilleure technique

L’imagerie optique des gaz présente certains avantages par rapport à la méthode 21. Plus important encore, il permet aux inspecteurs de voir d’où provient le gaz, de localiser la fuite vers, par exemple, une vanne ou un joint de tuyau, ce qui facilite la recherche et la réparation. La méthode 21 rapporte seulement la concentration de méthane dans l’air à l’endroit où le test est effectué, mais ne peut fournir aucune information sur le débit ou la direction dans laquelle le gaz s’écoule, ce qui rend difficile la recherche de la source de la fuite.

L’autre avantage de l’imagerie optique des gaz est que, étant une méthode visuelle, elle permet à l’inspecteur d’examiner une scène entière à partir d’un point de vue particulier. La méthode 21 exige un contact physique avec chaque source de fuite potentielle, chaque joint de tuyau et chaque joint et valve. Certains d’entre eux ne sont pas facilement accessibles, et toucher chaque pièce d’équipement prend beaucoup de temps. Si l’inspecteur fait un travail approfondi, il peut peut-être vérifier 500 composants en une journée. Si une usine de compresseurs comporte, par exemple, 6 000 composants, un seul technicien aura besoin de travailler 12 jours pour les tester tous. Une caméra d’imagerie optique des gaz, qui s’arrête à divers endroits de l’usine pour examiner une grande zone, pourrait terminer le travail en moins d’une journée.

La caméra ne fournit pas de mesure quantitative de la fuite, bien que la taille d’un panache de gaz donne une idée du volume du gaz. Un opérateur de caméra expérimenté peut fournir une évaluation qualitative de la taille de la fuite (petite, moyenne, grande, très grande) ou même un taux de fuite estimé, fournissant une couche supplémentaire d’informations pour prioriser les réparations de fuites. Mais si un opérateur de station veut y inscrire un numéro, il peut utiliser le renifleur à la source de la fuite repérée par la caméra, obtenant une lecture de pièces par million sans avoir passé autant de temps à rechercher des fuites. Une fois les réparations effectuées, les opérateurs de l’usine peuvent les confirmer
lors d’une autre inspection avec la caméra, ou effectuer un essai de bulles, en plaçant un surfactant sur la zone qui fuit pour voir s’il y a du gaz qui s’échappe provoquant la formation de bulles dans la solution.

Étude de cas

Pour mesurer l’effet de la mise en œuvre de ces nouveaux règlements, Target Emission Services, un entrepreneur qui effectue des inspections pour la détection et la réparation des fuites dans les usines de compresseurs, a recueilli des données de plusieurs inspections. D’après ce qu’ils ont découvert, les sondages d’imagerie optique des gaz ont non seulement permis aux entreprises de se conformer aux règles de l’EPA, mais ils ont également montré des avantages économiques pour les entreprises. Au cours des quatre trimestres de 2017 et du premier trimestre de 2018, Target Emission Services a effectué un total de 224 inspections dans 104 installations dans neuf états différents appartenant à cinq entreprises de compresseurs. Il y avait en moyenne 2,4 compresseurs par installation. Chaque événement de surveillance a été effectué par un technicien ayant au moins 1 000 heures d’expérience en imagerie optique des gaz. Ils ont utilisé une caméra FLIR GF320 avec un détecteur d’antimonide d’indium filtré spectralement et une résolution de 320 x 240 pixels. La caméra a été utilisée en mode haute sensibilité pour une détection améliorée des fuites.

Fuites de petites à grandes

La gravité d’une fuite est caractérisée par le débit du gaz. Le débit de gaz n’est pas
mesuré par la caméra, mais par un échantillonneur à haut débit. Un taux inférieur à 0,1 pieds
cubiques par minute (cfm) est considéré comme faible gravité, de 0,1 à 0,5 cfm est moyen,
et supérieure à 0,5 pcm est de gravité élevée. Les inspecteurs ont découvert un total de 1 977
fuites. 65 pourcent d’entre elles, soit 1 291 fuites, étaient de faible gravité. Un autre 32 pourcent, soit 630, était de gravité moyenne. Et 3 pourcent, soit 56 fuites, étaient de haute gravité. Le débit de la plus petite fuite découverte n’était que de 0,01 pi³/min (0,017 m³/h), tandis que celui de la plus grande était de 7,85 pi³/min (13,3 m³/h).

La fuite de chaque m³/h de gaz représente un coût d’environ 1 660 $ par an, ce qui signifie qu’une fuite d’un débit de 13,3 m³/h équivaut à une perte de plus de 12 500 $ en gaz en un an.

Tableau 1. Les fuites moyennes et totales ont été surveillées au cours des cinq trimestres de 2017 et 2018.

Source : Target Emission Services.

Alors que des chiffres comme ceux-ci suggèrent que le meilleur rendement vient de la découverte et
la réparation des fuites les plus importantes, il est important de noter que par volume, le grand nombre
des petites fuites correspondaient à peu près au nombre moindre de grandes fuites, chacune représentant
environ 27 % du gaz perdu, tandis que les fuites moyennes représentaient l’autre 45 %.

Les inspections ont révélé en moyenne 19 fuites par installation, neuf fuites par sondage. Le taux de fuite total moyen par établissement était de 2,4 pi3/min.

Économies notables

Les avantages économiques étaient clairs. Le coût moyen de surveillance par sondage était de
1 220 $ et les coûts de réparation étaient de 450 $. Cela entraîne une économie annuelle de la valeur de l’essence
1 609 $ par année, et la durée de vie moyenne d’une réparation est de deux ans. L’application de la valeur actualisée nette avec un escompte de 10 %, une méthode de comparaison de la valeur actuelle de l’argent dépensé à la valeur qu’elle aurait à l’avenir si elle avait été investie, à la valeur du gaz économisé donne un avantage de 1 122 $ par sondage. (Voir le tableau 1.)

Sur l’ensemble des installations, des économies totales annuelles de gaz d’une valeur de plus de 360 000 dollars ont été réalisées
annuellement, pour une valeur actualisée nette de plus de 251 000 $. Les entreprises devraient
se conformer aux exigences réglementaires, qu’ils aient réalisé ou non des économies,
pour que les quarts de millions de dollars soient considérés comme une prime.

Sécurité accrue, émissions plus faibles

Les rendements monétaires ne sont pas le seul avantage de la surveillance. Une autre est l’amélioration de la sécurité. Parmi toutes les fuites trouvées, 22 ont été identifiées comme des dangers potentiels pour la sécurité. Sept d’entre eux étaient des dangers élevés, et trois étaient considérés comme extrêmes. Les fuites sont considérées comme dangereuses lorsqu’elles entraînent des concentrations élevées de gaz qui commencent à approcher de la limite inférieure d’explosivité, la concentration à laquelle le gaz peut
brûler. Des concentrations élevées peuvent poser un risque d’incendie ou d’explosion, donc la découverte de telles fuites avant qu’elles ne causent un tel problème est extrêmement précieuse.

Les fuites peuvent également poser un danger pour le personnel. Environ 60 pourcent de ces
fuites ont été trouvées dans les zones où les opérateurs de l’installation ou le personnel d’entretien travaillaient. Les installations n’étaient pas au courant de ces fuites, malgré l’équipement de détection de gaz dans leurs bâtiments.

Enfin, il y a l’avantage des émissions. L’EPA veut découvrir des fuites afin de réduire la quantité de méthane libérée dans l’atmosphère. La quantité totale de méthane découverte lors de ces inspections était équivalente à 59 000 tonnes métriques de dioxyde de carbone par année.

Amélioration au fil du temps

Comme on peut s’y attendre avec un nouveau programme, les inspections les plus précoces ont généralement
trouvé le plus grand nombre de fuites, avec moins d’augmentations dans les sondages subséquents. Le changement moyen
dans le nombre de fuites entre les sondages était une baisse de 18 pourcent, avec une baisse moyenne de 23 pourcent pour le taux de fuite. Cela pourrait toutefois varier considérablement d’une installation à l’autre. La plus grande augmentation du nombre de participants entre les sondages était de 1 066 %, et la plus importante augmentation des taux était de 3 800 %. À l’autre extrême, la plus grande diminution du nombre était de 90 % et la plus grande diminution du taux était de 96,9 %. Seulement 5 pourcent des fuites sont réapparues. (Voir Figure 1.)

Figure 1. Le nombre et le taux de fuites ont généralement diminué de la première inspection à la quatrième dans les installations de compression inspectées. Source : Target Emission Services.

Une grande partie de l’augmentation peut être attribuée au fait que certaines installations ne fonctionnaient pas au moment de l’inspection, souvent parce que la demande de gaz naturel
était plus faible en raison de la période de l’année. Une enquête ultérieure où l'équipement
fonctionnait et était sous pression permettrait naturellement de détecter un taux de fuites
plus élevé. Un certain nombre de nouvelles fuites pourraient également apparaître après que l’équipement ait été démonté et réassemblé. Sans ces changements dans l’état opérationnel, les sondages ont généralement révélé une diminution des fuites d’une inspection à l’autre. Au moment de la quatrième inspection trimestrielle, pour les installations qui avaient fait l’objet d’une inspection quatre fois, le taux de fuite avait chuté à un « état stable » ou à un niveau d’entretien.

Un aspect important de l'inspection des fuites est les rapports et le suivi des résultats et
des réponses. Target a découvert que la grande majorité des fuites qu’elle a découvertes ont été réparées dans les 30 jours requis par la réglementation. Un total de 10 pour cent ont été réparés immédiatement après la découverte, ce qui implique souvent simplement le serrage d’une connexion. Un autre 9 pourcent a été réparé en cinq jours, 21 pourcent en 15 jours et 54 pourcent en 16 à 30 jours. Certains problèmes particulièrement délicats qui ne peuvent pas être résolus en un mois peuvent être répertoriés comme un « retard de réparation » (DOR), et 3 pourcent des fuites ont reçu cette désignation. Seulement 3 pourcent étaient en retard, ni terminés ni
listé comme DOR.

Des avantages évidents

Dans l’ensemble, l’étude de cas de Target a révélé des avantages économiques importants pour les entreprises en utilisant l’imagerie optique des gaz pour trouver et réparer les fuites, éliminant ainsi le gaspillage de leur gaz. Les avantages auxiliaires comprenaient une sécurité accrue pour l’usine et les travailleurs et une réduction des émissions de gaz à effet de serre. Target a constaté que les opérateurs de l’installation étaient attentifs aux réparations nécessaires et que le nombre de fuites qui se sont reproduites était négligeable. Les inspections trimestrielles augmentent la probabilité de trouver chaque compresseur en mode de fonctionnement complet, lorsque le plus grand nombre de fuites
serait attendu. En bref, l’imagerie optique des gaz permet non seulement aux entreprises de compresseurs de répondre aux exigences réglementaires, mais elle leur permet également d’économiser de l’argent et de rendre leurs installations plus sécuritaires.