環境保護署推出的關于天然氣壓縮機站監控的新法規于2017年6月生效。這些法規要求對2015年9月以來新建或改建的壓縮機站進行甲烷泄漏檢測。雖然環境保護署關心的主要問題是減少甲烷(一種烈性溫室氣體)排放,經驗開始表明利用紅外熱像儀執行的常規測試能節省公司成本以及提升安全性。
案例分析
為了衡量實施這些新法規的效果,在壓縮機房執行泄漏探測及維修的承包商Target Emission Services收集了數次檢測的數據。基于發現的結果,光學氣體成像檢測不僅使公司能夠遵從EPA法規,而且能為公司帶來經濟效益。
在2017年四個季度和2018年第一季度期間,Target對5家壓縮機企業位于9個州的104處設施共執行了224次檢測。
每處設施平均有2.4臺壓縮機。每次檢測事件由一名擁有至少1,000小時光學氣體成像經驗的技術人員執行。他們使用了一臺配備銻化銦探測器的FLIR GF320熱像儀,分辨率為320×240像素。熱像儀在高熱靈敏度模式下可增強泄漏探測能力。
從少量到大量泄漏
泄漏的嚴重程度由氣體流速表示。氣流由Hi-flow Sampler而非熱像儀測得。氣體流速小于0.1立方英尺/分鐘(cfm)被視為輕度泄漏,0.1至0.5cfm被視為中度泄漏,大于0.5cfm被視為重度泄漏。
檢測人員共發現1,977處泄漏。其中65%,或者說1,291處泄漏,為輕度泄漏。其中32%,或者說630處泄漏,為中度泄漏。另外3%,或者說56處泄漏,為重度泄漏。發現的最小泄漏僅為0.01cfm,而最大泄漏達7.85cfm。
每cfm逃逸氣體相當于大約每年損失1,600美元,因此7.85cfm意味著每年損失超過12,500美元。
雖然這些數據表明最大的回報來自檢測和修復最大泄漏,但是值得注意的是,按體積計算,大量的小型泄漏大致相當于較小數量的大型泄漏,兩者各自占氣體損失的大約27%,而中型泄漏占45%。
檢測發現每處設施平均有19處泄漏,每次檢測平均發現9次泄漏。每處設施的平均總泄漏率為2.4cfm。
顯著節省成本
經濟效益是顯而易見的。每次檢測的平均監測成本為1,220美元,維修成本為450美元。這就將帶來每年價值1,609美元的氣體成本節省,并且平均維修周期延長至兩年。
為節省的氣體價值的凈現值打10%折扣(一種比較耗費的金錢現值與投資后未來價值的方法)得出每次檢測將產生1,122美元收益。(見表1.)
表1.在2017年和2018年的5個季度期間監測到的平均泄漏數和總泄漏數。
就所有設施而言,每年節省的氣體的總價值超過360,000美元,凈現值超過251,000美元。公司無論是否實現節省,都必須遵從法規要求,因此這大約25萬美元可認為是額外收益。
更高安全性,更低排放量
錢回報不是監測的唯一益處。 另一項益處是更高的安全性。
在所有發現的泄漏中,有22處被認定為具有潛在安全危險。在這22處泄漏中,其中7處具有高風險,3處被視作具有極高風險。如果泄漏引起的高濃度氣體開始接近爆炸下限(即氣體會燃燒的濃度)時,那么該泄漏被認為具有危險性。高濃度構成火災或爆炸危險,因此,在造成問題之前發現這類泄漏極其重要。
而且泄漏也會威脅到人員安全。接近60%的泄漏在設施操作人員或維護人員正在工作的區域被發現。盡管廠方為其設施配備了氣體探測設備,但是卻并未意識到這些泄漏。
最后,檢測到這些泄漏有利于減排。環境保護署希望能發現泄漏,以便減少釋放到大氣中的甲烷量。在這些檢測中發現的甲烷總量相當于每年排放59,000公噸二氧化碳。
隨時間推移而改善
正如所預料的那樣,憑借新項目,最早的檢測通常發現最多泄漏,在隨后的檢測中出現的泄漏更少。前后兩次檢測發現的泄漏數平均下降18%,泄漏率平均下降23%。但是,不同設施之間可能存在顯著差異。兩次檢測之間最大的泄漏次數增長百分比為1,066%,最大的泄漏率增長百分比為3,800%。而在另一種極端情況下,兩次檢測之間最大的泄漏次數減少百分比為90%,最大的泄漏率降低百分比為96.9%。僅有5%的泄漏重復發生。(見圖1.)
圖1.被檢測壓縮設施處的泄漏次數和泄漏率從第一次檢測到第四次檢測通常會減少。
來源:Target Emission Services
大多數增長可歸因于某些設施在檢測之時未運營的事實,這通常發生在一年當中天然氣需求較低的時節。在設備運行和加壓情況下進行的后續檢測自然會發現更高的泄漏率。此外,在設備被拆開或重新組裝之后,也可能出現新的泄漏。如果沒有這些運行狀態變化,先后兩次檢測發現的泄漏數通常會下降。到第4次季度檢查的時候, 某些無法在1個月內解決的特別棘手的問題會被列為“修復延誤”(DOR),并且3%的泄漏屬于此類問題。僅有3%的問題為逾期,這些問題既未得到解決也未被列為DOR。
優勢明顯
總的來說,Target的案例分析發現,使用光學氣體成像技術查找和修復泄漏能消除氣體浪費問題,因而能為公司帶來顯著的經濟效益。附帶效益包括增強工廠和員工的安全性,減少溫室氣體排放。Target發現設施操作人員對所需修復的問題反應積極,重復發生的泄漏數可忽略不計。季度檢測增加了檢測每臺處于全工況運行模式的壓縮機的概率,可以預見,在全工況運行模式下,檢測到的泄漏數最多。簡言之,光學氣體成像技術不僅使壓縮機公司能滿足法規要求,而且能節省公司成本并讓設施更安全。