斯坦福大学(Stanford)和法国电力公司(EDF)的研究发现,前景看好的移动技术能够迅速发现甲烷泄漏

在卡车、无人机和飞机上,10项快速、廉价地发现天然气泄漏的有前景的技术在移动监测挑战中展开了竞争。移动监测挑战是对井场移动天然气泄漏探测器的首次独立评估。这项比赛的组织者——斯坦福大学天然气项目和环境保护基金——在9月10日由加州大学出版社Elementa发表的一项研究中描述了结果。

在科罗拉多州的测试现场,一架无人机在移动监控挑战中探测甲烷泄漏。(图片来源:肖恩·博格斯/环境保护基金)

尽管被称为“挑战”,但组织者无意宣布获胜者,因为这些技术专注于泄漏检测的不同方面,比如泄漏的确切位置或大小。虽然这些技术还在开发中,但总体来说,他们都发现天然气泄漏得相当好。

这项研究考察的是在气田的生产设备中发现的泄漏,而不是在城市管道中发现的地下泄漏。

天然气生产、加工和运输过程中的泄漏将甲烷(天然气的主要成分)排放到大气中。作为一种温室气体,甲烷的效力是二氧化碳的36倍。2016年,美国环境保护署(U.S. Environmental Protection Agency)采取行动,减少天然气行业的甲烷排放,这推动了更快、更便宜的检测技术的发展。然而,上个月下旬,美国环保署采取行动,取消了这些甲烷排放规定。

该研究的资深作者、能源工程副教授亚当·勃兰特(Adam Brandt)说,“这些技术通常能有效地检测泄漏,可以作为第一道防线。”“天然气系统运营商通常会想用传统的光学天然气成像系统来确认泄漏,但这些移动技术通常会很快告诉你在哪里可以找到泄漏。”

使用传统成像系统的两名工作人员每天可以访问4到6个井台。所有的移动技术都比这快得多,尽管它们的速度相差很大。基于飞机的系统比卡车工作得更快,卡车比无人机更快。由于工人的时间是检测成本的很大一部分,加快检测速度可以让石油和天然气公司在花费更少的钱的同时发现更多的泄漏。

结果

作为移动监控挑战的一部分,去年有九家公司和一个大学研究团队参加了在科罗拉多州柯林斯堡和加利福尼亚州萨克拉门托附近的受控测试设施的测试。所有技术都能有效地检测泄漏。在9次检测中,有8次的正确率为75%。(有一种技术没有足够的飞行数据纳入研究总结。)九个系统中有五个检测到90%或更多的泄漏,包括每小时1立方英尺的微小气体排放。

然而,大多数被测试的系统都需要提高它们量化泄漏规模的能力。此外,检测泄漏精确位置的技术也各不相同,尽管这通常是经过设计的。

例如,一家初创公司基于无人机的系统检测到100%的泄漏,没有出现误报。此外,在84%的时间里,它准确地识别出了设备的泄漏部分,而不仅仅是井垫。然而,当量化泄漏的规模时,系统的估计相对接近,只有36%的时间。对于其他8个系统,采用同样的相对严格的测量方法,量化精度在18%到53%之间。

勃兰特说:“这只是证明这些技术能够在与现有方法相当的水平上帮助减少排放的第一步。”“测试是在2018年春季进行的,我相信,自那以后,这些技术中的大部分——如果不是全部的话——都得到了改进。”

然而,进一步的进展可能面临危险。

美国环保署最近宣布,要取消有关甲烷的规定,这不仅对环境有害,而且会使石油和天然气行业失去这些创新技术公司能够创造的高薪本地就业机会。这项研究的主要作者Arvind Ravikumar说。Ravikumar在项目进行时是斯坦福大学的博士后学者,现在是哈里斯堡科学大学的助理教授技术。

研究人员说,这样的评估可以帮助监管机构更好地理解这些系统,并为合规目的的大规模采用提供可能的途径。

不同用途的设计

移动监控的挑战并不是一场面对面的竞争,因为测试的技术旨在完成不同的任务。

Ravikumar说:“没有一种技术可以满足天然气供应链泄漏检测和定量的所有要求。”“大规模部署的关键是将每种技术的强度(如速度、精度和成本)与正确的泄漏检测应用程序相匹配。适用于复杂处理设施的技术可能不适用于长距离传输管道。”

一些参与者的系统只关注于识别来自一组设备的泄漏,例如,这些设备可能包括井口、分离器和油箱。在这种情况下,操作人员将使用光学气体成像系统或类似的技术,在开始修复之前确定具体的泄漏源。

同样,测试的两项技术旨在快速发现大泄漏,而不是全部泄漏。天然气生产和加工过程中一半以上的甲烷损失来自于5%的泄漏。找到并修复这些“超级排放者”对减少甲烷排放至关重要。

即使没有严格的规定,天然气公司也可以自愿减少排放。廉价的探测器与光学气体成像系统的集中使用相结合,可以通过减少公司产品的损失来弥补自身的损失。在世界上天然气价格高于北美的部分地区尤其如此。

亚当·勃兰特也是斯坦福大学Precourt能源研究所的高级研究员。这篇来自斯坦福大学的论文的共同作者是博士生Sindhu Sreedhara和Jingfan Wang,校友Jacob Englander和Daniel Roda-Stuart。科罗拉多州立大学的共同作者是研究科学家克莱·贝尔和高级研究员丹尼尔·齐默尔。环境保护基金的联合作者包括科学家大卫·里昂、高级经理伊莎贝尔·莫斯塔德和高级主管本·拉特纳。

这项研究由斯坦福大学天然气计划和环境保护基金资助。

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新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.stanford.edu/2019/09/10/new-ways-find-natural-gas-leaks-quickly/

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