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Solución Picarro para la Gestión de Activos de Gas Natural

Introducción

La Solución Picarro es una combinación de hardware, software y análisis de datos. Los sistemas Picarro, que van montados en vehículos, realizan múltiples recorridos o patrullajes a través de una infraestructura de gas natural, recolectando datos de las columnas de metano y enviándolos a la nube de Picarro, donde múltiples algoritmos de análisis transforman esos datos en resultados procesables para una serie de aplicaciones de gestión de activos, que van desde la inspección de fugas hasta el reemplazo de tuberías y la reducción de riesgos operativos.

Descripción General de la Solución Picarro

La Solución Picarro identifica las trazas características de las fugas de gas natural mediante el análisis de las columnas de metano a medida que se propagan por la atmósfera y se cruzan con la trayectoria del vehículo. El sistema también mide las condiciones atmosféricas y meteorológicas y utiliza algoritmos para identificar el origen y el grado de peligro de la indicación de fuga de gas natural al tiempo que elimina virtualmente las indicaciones provocadas por otras fuentes de metano que no son de gas natural.

La característica más poderosa de la solución Picarro es su capacidad para combinar información de múltiples sesiones de medición en una región, aprovechando las diferentes condiciones atmosféricas (dirección del viento, velocidad del viento, estabilidad atmosférica), para producir resultados de inspecciones agregados durante un cierto período de tiempo. Esta capacidad única aumenta la cobertura del territorio con sucesivas pasadas del vehículo y permite generar estadísticas sobre la ubicación y el riesgo asociado a cada indicación de fuga. Es posible generar reportes, informes y otras salidas de datos a partir del procesamiento específico de estos, lo que permite hacer aplicaciones o casos de estudio determinados como: estudio de fugas, pronóstico o estimaciones, reducción de emisiones específicas, gestión de riesgos, etc.

Figura 1. Descripción General de la Solución Picarro

Hardware del Sistema Picarro

El Sistema Móvil para Detección de Fugas de gas natural de Picarro hace recorridos a los largo de una red de gas natural, recopilando datos de metano, viento, elementos atmosféricos y GPS que luego son procesados por los algoritmos especializados para detectar y localizar fugas y luego calcular las tasas específicas de emisión de metano. El hardware Picarro consta de los siguientes elementos (mostrados en la Figura 1) que forman una solución completamente integrada montada en un vehículo:

  • Un analizador de gases con sensibilidad de partes por mil millones basado en Espectroscopia de Anillo de Cavidad (Cavity Ring-Down Spectroscopy – CRDS, por sus siglas en Inglés) que mide la composición del gas atmosférico y otros trazadores como el etano.
  • Un anemómetro montado en un mástil para detectar la velocidad, dirección y variabilidad del viento.
    Dos antenas en el techo del vehículo, una para la conectividad inalámbrica 4G y otra para determinar el posicionamiento GPS del vehículo a una distancia menor de un metro.
  • Un enrutador inalámbrico 4G que permite la conexión a Internet y la transmisión de datos desde y hacia la nube de Picarro y conexión WiFi a la computadora tipo tablet del vehículo.
  • Una computadora tipo tablet que permite el funcionamiento y visualización del sistema y los datos.
  • Un módulo de apoyo al sistema que contiene bombas, un receptor GPS,  varias fuentes de poder y un equipo para manejo del gas.
  • Un sistema de entrada de gas montado en la parte delantera del vehículo.

El aire se recoge continuamente en la parte delantera del vehículo y se dirige al analizador de gases a través de un sistema de tuberías. Todo el sistema y los accesorios están conectados directamente a la batería del vehículo. El sistema se puede instalar en casi cualquier vehículo.

Figura 2. Hardware del Sistema Picarro

Metodología y Protocolo de Recopilación de Datos

Picarro fue pionero en el concepto de Detección Avanzada de Fugas que utiliza el viento para llevar columnas de metano a la plataforma de detección de metano y atmosférica instalada en vehículos. La metodología de recopilación de datos de Picarro se basa en la capacidad del sistema para detectar emisiones de metano a corta distancia y también a cientos de metros del vehículo cuando el punto de emisión de metano está a barlovento del vehículo. El alcance del área de cobertura o Campo de Visión (FOVTM, por sus siglas en Inglés) de Picarro se calcula en cada punto a lo largo de la ruta del vehículo para proporcionar un registro documentado de la cobertura del sondeo. De esta manera, tanto la red como los servicios pueden ser monitoreados de manera efectiva. Si se detecta metano, el sistema calcula un marcador de indicación del Área de Búsqueda de Indicación de Fugas (LISATM), por sus siglas en Ingles) cuya ubicación y huella están determinadas por la dirección y variabilidad del viento. Los marcadores LISA indican posibles ubicaciones de fugas que podrían requerir una mayor investigación a pie para localizar cada fuga detectada. Este concepto patentado se muestra en la Figura 2 a continuación.

Figura 3. Técnica Avanzada de Detección de Fugas de Picarro

Picarro recomienda un protocolo de “tres recorridos” que prescribe que cada calle a lo largo de la cual se ubiquen los activos de gas se conduzca dos veces (una pasada a cada lado de la calle) y que esto se repita tres veces en al menos dos noches diferentes (de modo que se completen dos o cuatro recorridos en una noche) entre el atardecer y el amanecer. Esto da como resultado seis pasos por calle a lo largo de las secciones definidas. Los datos se toman por la noche para maximizar la detectabilidad de la columna de metano y minimizar el ruido de medición debido a la mayor turbulencia atmosférica que está presente durante el día. La inspección nocturna también evita el tráfico que perturba las columnas de emisiones.

El motivo de múltiples pasadas durante varias noches es recopilar datos en una variedad de condiciones de viento (múltiples direcciones del viento) para lograr una alta cobertura de campo de visión de los activos de gas. Varias pasadas también aseguran que la tasa de detección de fugas sea >95% ya que la detección de una sola pasada para una fuga dada es generalmente solo 25-35% y la probabilidad de detección escala como la probabilidad de eventos independientes, alcanzando >95% para fugas dentro del Campo de Visión.

Hay características de las columnas de metano que mide el sistema (tamaño, emisiones, concentración, contenido de etano, etc.) que permiten que el Análisis de Clasificación de Riesgo y Cuantificación de Emisiones de Picarro prediga las ubicaciones, las tasas de flujo y el riesgo relativo de las indicaciones de fugas (es decir, si una indicación es probable que se origine en una fuga peligrosa o no).

Los datos se pueden recopilar de manera que permitan su uso en un estudio de fugas, mediante el cual se producen indicaciones de fugas para las investigaciones de seguimiento. Para aplicaciones distintas al estudio de fugas (como el reemplazo de tuberías o el mapeo de emisiones), los datos se pueden tomar de manera que no se produzca indicaciones de fugas, sino que agregue espacialmente los datos de emisiones de metano para producir "mapas de calor" regionales (ver Figura 3) o emisiones agregadas, o información de densidad de fugas prevista a lo largo de segmentos de tubería completos. En este modo, las indicaciones de fugas individuales no se calculan ni se muestran.

El Análisis de Cuantificación de Emisiones de Picarro calcula las tasas de emisión (flujo) de las columnas de metano medidas de la siguiente manera. Después de que se realicen varias pasadas en un área de interés donde la trayectoria del vehículo se cruza con las columnas de metano varias veces, los análisis hacen una predicción de las tasas de emisión multiplicando directamente el perfil de concentración de viento cruzado medido por la velocidad del viento recibida. Estimaciones precisas de emisiones se pueden lograr a través de una combinación de resolución espacial mejorada del perfil de concentración, mediciones y modelos precisos del gradiente de velocidad del viento vertical instantáneo, y el promedio de múltiples transectos de la columna a favor del viento de la fuga de gas. El tiempo de respuesta rápido (4 Hz) del analizador de gas metano de Picarro proporciona una alta resolución espacial en la dirección del viento cruzado. Esto produce un mapa de concentración de alta resolución sin pérdida de contenido de información espacial.

Figura 4. Mapa de emisiones de metano que muestra regiones de altas emisiones en lugar de indicaciones de fugas individuales

Plataforma de Análisis de datos, Visualización y Reportes

Picarro proporciona a los clientes acceso en tiempo real a servicios de visualización y generación de informes de inspección de fugas a través de una plataforma basada en la nube. Los clientes tienen acceso remoto a la plataforma que proporciona funcionalidades de generación de informes, salidas en varios formatos y herramientas de visualización de datos.

La Solución Picarro puede combinar datos de varios vehículos en un repositorio de datos central, que llamamos Lago de Datos, donde esos datos se pueden analizar y transformar, produciendo informes personalizados sobre indicaciones de fugas y emisiones de metano en toda la infraestructura de una empresa.

El sistema permite la comunicación bidireccional con los sistemas GIS/ERP de la empresa de distribución de gas para que las inspecciones y las investigaciones de indicación de fugas puedan programarse y asignarse, y para que los resultados de las investigaciones se puedan recopilar y gestionar de manera centralizada, permitiendo la toma de decisiones relacionadas con reparaciones y reemplazos de segmentos de tuberías, monitoreos del sistema de distribución, y el gerenciamiento de riesgos. Esta conectividad también permite que los datos se compartan con varios departamentos para múltiples propósitos más allá de la inspección de fugas, como es el caso del Plan de Gestión de la Integridad.

El paquete de software Picarro también incluye Mobile View, que permite visualizar las indicaciones de fugas en un dispositivo móvil para hacer la investigación de seguimiento en el campo. Esto impulsa la eficiencia, ya que permite la conectividad bidireccional en tiempo real para el personal de campo. Mobile View mejora el proceso de confirmación de la indicación de fugas al permitir que se registren los detalles de estas y que sus ubicaciones se etiqueten con coordenadas GPS. Las empresas que distribuyen gas pueden optar por compartir datos de fugas previas con Picarro, lo que ayuda a que los algoritmos de aprendizaje automático predictivo de Picarro sean más precisos.

Figura 5. Visualización en dispositivos móviles – Mobile View

Comparación con los Métodos y Equipos de Inspección Tradicionales

El Sistema Picarro toma datos de metano a una escala y velocidad que no son posibles con la instrumentación tradicional, eliminando el sesgo humano y el error del operador asociados con estos métodos heredados. Se ha demostrado en más de 60 estudios de campo que la Solución Picarro identifica de forma consistente un promedio de tres veces mas fugas peligrosas que los equipos y métodos de inspección tradicionales.

Figura 6. Comparación de Solución de Inspección Tradicional Vs Solución Picarro (Distancia y Sensibilidad)

En comparación con el equipo tradicional de inspección de fugas, el hardware de Picarro es 1000 veces más sensible, y tiene la capacidad de detectar metano y etano a más de una parte por mil millones (ppb). Los sistemas tradicionales generalmente tienen una sensibilidad de metano de solo 1 parte por millón (ppm) y no usan etano para eliminar indicaciones de fugas falsas positivas de fuentes de metano biogénico (alcantarillado, etc.) como lo hace el Sistema Picarro. 

Figura 7. Dilución típica de la columna de metano en la distancia

El sistema puede tomar datos a velocidades de vehículos superiores a 70 km/h y en condiciones de lluvia y nieve. El hecho de que el sistema use el viento para su operación, le permite detectar fugas sin tener que pasar directamente sobre la tubería de gas, y los análisis pueden clasificar las columnas de metano de acuerdo con su peligro potencial, tasa de emisión, y probabilidad de emanar de una fuente aérea o subterránea.

Figura 8. Desempeño típico de Soluciones de Detección de Fugas tradicionales

Figura 9. Desempeño de Solucione de Detección de Fugas Picarro

Para mas información visite https://energy.picarro.com/

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