用于气体泄漏监测的光学技术不是什么新鲜事，激光吸收和红外成像相机都已应用于这一领域。但是技术进步和小型化为行业提高干预的有效性提供了更多的选择。
除了显而易见的环境效益外，还有一个明显的经济动机：美国国家资源保护委员会认为，国内石油和天然气公司产生的甲烷中有多达3％-相当于约20亿美元-被泄露到环境中，众所周知，它是气候变化的主要贡献者。
Acutect开发的甲烷检测系统激光吸收
最近的一项创新是由美国公司Acutect开发的甲烷检测系统，随后由印第安纳州的SENSITTechnologies进行商业化，制造和部署。“Gas-TracFPL”（定点激光）系统使用开路可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）来检测甲烷和含甲烷的气体。根据应用，它采用单激光或双激光收发器组件，并包括一个监测风向和速度的天气系统。它能够在长达英尺的路径上检测0-10,ppm-m的范围，整个系统由太阳能电池板和内置电池供电。覆盖在站点地图上的实时数据还通过计算机，智能手机或平板电脑将检测数据传输给用户。根据SENSIT销售和营销副总裁ScottKranstuber的说法，Gas-TracFPL在加利福尼亚州的一家主要公用事业公司连续使用了一年多，用于持续监控关键的调节站和储气库。“
到目前为止，他们拥有的三套系统取得了优异的成绩，”Kranstuber说。“他们对系统的易用性和便携性印象深刻，FPL也正在接受其他几家天然气公司的评估。”Kranstuber指出，总部位于美国的环境保护基金帮助推动了上游石油和天然气行业的几家公司对Gas-TracFPL的第三方测试-他称之为“优异成绩”。在他看来，Gas-TracFPL是一种出色的工具，用于连续监测可能发生逸散性甲烷排放的场所，如钻井，储存设施，压缩机站和其他天然气基础设施。“Gas-TracFPL在准确性，分辨率和响应时间方面都优于手动或定期监测设施，而且从长远来看也更加经济，”他说。
监管不确定性
但最近的事件产生了影响。“监管和政治环境的不确定性，无论是在联邦还是州一级，已经减缓和延迟了推行这种技术用于环境监测的进展，”Kranstuber说，“一旦法规得到更明确的规定和执行，FPL和其他技术将得到更大的部署，客户将享受规模经济的好处。”在其他地方，总部位于科罗拉多州的Quanta3公司已经建立了一个不同的激光系统，该系统还利用敏感的吸收光谱来监测甲烷。它采用近红外波长区域，采用专有的光学采样单元来增强吸收信号并最大限度地降低噪声。正如公司创始人兼首席执行官DirkRichter所解释的那样，在实验室测试中观察到的精度高于10ppbv（体积百万分之一），实验室测试，而20-30ppbv代表了户外环境中更典型的数字。自动太阳能Quanta3系统设计用于在各种天气条件下运行。集成风速计可跟踪风速和风向，并允许传感器从几百英尺的距离对三角形排放源进行三角测量。该公司拥有令人印象深刻的客户名单，与Statoil和壳牌公司合作，分别于年1月和6月在生产现场测试和操作其甲烷传感器。这些装置安装在德克萨斯州EagleFord的井垫上，靠近加拿大艾伯塔省的RockyMountainHouse。“自安装以来，这两款导向传感器均无需维护，德克萨斯州的单位也在HurricaneHarvey中幸免于难，确认传感器技术坚固耐用，”Richter说。
监测软件界面10万美元：神奇的价格点
首席执行官还表示，这种光学系统比石油和天然气行业通常使用的现有光学气体成像（OGI）技术灵敏度高几个数量级。除了发现和评估泄漏和排放率之外，它还可以区分允许的排放–例如气动阀和排气储罐–与实际泄漏，并能够确定排放的位置。“这可以近乎实时地向运营商提供有关任何表现不佳设备的信息，因此他们可以在需要时部署他们的员工，并使用合适的工具和备件发送给他们，”他说。“操作员还可以更加深入地了解在设备上执行的维护质量，并获得即时反馈，以确保正确执行维修或升级。此外，来自我们传感器的实时信息提供了一个安全功能，并且可以提醒现场工作人员在现场不同位置存在高浓度甲烷气体时寻求庇护。
现场施工团队根据Richter的说法，传感器技术现已准备好进行商业化–待监管部门批准–石油和天然气生产商将从各种方式受益，包括固定和手持系统的部署，以及无人机上的车载装置和卡车。“除了石油和天然气之外，我们的传感性能还可以进一步提高，并扩展到其他对健康相关监测应用特别感兴趣的气体上，如室内空气质量和城市空气质量监测，”首席执行官补充说。“随着成本的降低，现有应用将开始使用这些传感器。目前，高性能光谱仪的成本高达数万美元。当成本远低于1万美元时，魔术就会发生，“他预测道。
自主运行
另一个出现的系统是由科罗拉多大学博尔德分校（UCB）的团队建造的远程开路激光单元，并根据美国能源部的ARPA-E监测计划开发。正如UCB团队的GregRieker所解释的那样，我们的想法是，通过长距离超过1公里的激光发射，并且在整个°方向上，用户可以使用单个自主仪器监测大面积的甲烷排放。该技术本身基于频率梳排列，其发射数十万个离散波长的光-因此可以同时测量许多不同的分子。
UCB的开路激光监测系统根据产生的吸收模式，科罗拉多团队能够非常精确地确定沿激光路径检测到的每种气体的浓度-并将十亿分之一灵敏度的甲烷水平测量与风如何通过气体传输气体的模拟结合起来。该组合允许UCB团队对每个痕量气源的位置和大小进行三角测量。“该系统相对于当前泄漏检测方法的最大优势在于可以连续自动运行，目前的方法依赖于现场操作员来检查各个设备，”Rieker说。根据UCB研究员CarolineAlden的说法，该系统已经在几个不同的地点部署，用于测试控制泄漏-她表示该团队还在两个活跃的石油和天然气地点部署了排放监测系统。
现场测试和启动活动
到目前为止，测试使团队能够确认他们能够在受控环境中检测，归因和量化泄漏，在他们知道没有当地石油和天然气运营干扰的地方。去年秋天，在柯林斯堡的METEC测试设施中，还进行了一系列严格的单盲现场测试，该团队能够检测到已被“探测”的各种退役天然气生产设施中的17个泄漏中的17个有排放。“我们能够将大多数泄漏定位在5米以内，并将其量化到20％以内-这些是非常小的泄漏，降至每小时约3标准立方英尺，”Alden指出。“所有这一切都来自超过一公里之外的有利位置。光谱仪光束来自一个偏远的位置，这证明了我们能够覆盖大片区域并从相当远的地方发现小的泄漏。“Rieker表示，UCB团队现已成立了一家公司LongPathTechnologies，该公司将构建商业部署系统。
“该公司已纳入我们最近的几项融资提案，并开始与工业合作伙伴合作，”他补充说，已经有四名合作伙伴到来-两名当地人在科罗拉多州，一名在加拿大，另一名在加利福尼亚。Rieker总结道：“我们认为该技术最合适的市场是石油和天然气行业的存储和生产部门，但随着我们继续努力并与其他潜在客户交流，我们对其他客户持开放态度。部门也是如此。”