L'Agence américaine pour la protection de l'environnement (EPA) interdit les pompes fonctionnant au gaz naturel

Tout le monde dans l'industrie du pétrole et du gaz savait que cela allait arriver. La fin de l'énergie "gratuite", de l'utilisation de la pression du gaz naturel pour faire fonctionner des pompes destinées à la déshydratation du gaz glycol et au transfert général de liquides. Car en réalité, c'est tout sauf gratuit. Les coûts comprennent la perte de revenus des ventes de gaz et le rejet de polluants atmosphériques dangereux et de gaz à effet de serre.

Une nouvelle règle de l'EPA, publiée le 2 décembre 2023, couvrant les opérations pétrolières et gazières nouvelles et existantes, exige l'utilisation de pompes à zéro émission au lieu de pompes fonctionnant au gaz naturel, à quelques exceptions près. Elle restreint également les autres équipements fonctionnant au gaz naturel, limite les émissions fugitives et appelle à une réduction du brûlage à la torche des gaz associés. Pour plus de détails, consultez le règlement de l'EPA sur le méthane à l'adresse https://www.epa.gov/controlling-air-pollution-oil-and-natural-gas-operations/epas-final-rule-oil-and-natural-gas.

Fonctionnement et impact des pompes à gaz

Pratiquement toutes les pompes alimentées au gaz naturel sont des pompes volumétriques à mouvement alternatif. Elles fonctionnent sur la base de la différence de pression entre la pression de la conduite de gaz et la pression atmosphérique. Lors de la course de refoulement, le gaz naturel à haute pression déplace un piston ou un diaphragme pour expulser le liquide de l'autre côté, puis lors de la course d'aspiration, le gaz naturel est libéré dans l'atmosphère.

Le résultat est que le méthane, un puissant gaz à effet de serre trente fois plus puissant que le CO2, ainsi que d'autres contaminants comme le CO2, le NOx, le SO2, le H2S et les BTEX sont soit évacués dans l'atmosphère, soit envoyés vers une torchère et littéralement envoyés en fumée. Cette situation est dangereuse pour les opérateurs et, lorsqu'elle est multipliée par les 40 000 usines de déshydratation estimées rien qu'aux États-Unis, pour l'ensemble de la population.

L'une des principales applications des pompes fonctionnant au gaz naturel est la déshydratation par dessiccation liquide du gaz naturel, qui élimine l'eau du gaz afin d'éviter la corrosion et la formation d'hydrates susceptibles d'obstruer les conduites de gaz. Dans ce processus, du triéthylène glycol (TEG) pauvre (avec peu ou pas d'eau) est pompé dans une tour de contact remplie de gaz naturel à des pressions pouvant atteindre 1 500 PSI, où il absorbe l'eau et la vapeur entraînées dans le gaz. Ce glycol riche (chargé d'eau) s'écoule ensuite vers un rebouilleur où l'eau est vaporisée, et le glycol chaud est ensuite pompé à nouveau dans la tour de contact en boucle fermée. Les pompes à glycol entraînées par le gaz, également connues sous le nom de pompes "à échange d'énergie" ou "pneumatiques", étaient le seul moyen d'accomplir ce processus de déshydratation avant que l'électricité ne soit couramment disponible sur les sites de forage. Ces pompes évacuent leur gaz d'entraînement, qui est ensuite évacué ou brûlé dans l'atmosphère (voir le diagramme ci-dessous).

Ce rejet de gaz naturel dans le TEG riche est précisément ce que l'EPA interdit.

Un autre problème lié à ces pompes est souligné dans la publication de l'EPA de 2006 intitulée "Replacing Gas-Assisted Glycol Pumps with Electric Pumps" (Remplacement des pompes à glycol assistées par gaz par des pompes électriques), alors que l'agence tentait d'inciter les utilisateurs à changer volontairement de système. "En outre, les pompes à gaz placent le TEG humide à haute pression en face du TEG sec à basse pression en quatre endroits, avec des anneaux sur les deux pistons et des "joints toriques" sur la bielle du piston central qui les sépare. Lorsque les anneaux des pistons sont usés, rainurés ou que les joints toriques s'usent, le TEG riche s'échappe et contamine le TEG pauvre. Cette contamination diminue la capacité du déshydrateur à absorber l'eau et réduit l'efficacité du système. Finalement, la contamination devient suffisante pour empêcher le gaz de répondre aux spécifications du gazoduc (généralement de 4 à 7 livres d'eau par million de pieds cubes). Une contamination de seulement 0,5 % du flux de TEG pauvre peut doubler le taux de circulation nécessaire pour maintenir la même efficacité d'élimination de l'eau. Dans certains cas, les opérateurs peuvent faire circuler le TEG de manière excessive lorsque le déshydrateur perd de son efficacité, ce qui, à son tour, peut entraîner des émissions encore plus importantes.

Ces pompes d'échange d'énergie consomment entre 1,7 scf et 8,3 scf de gaz de vente par gallon de glycol pauvre, ce qui signifie qu'une seule pompe peut consommer des centaines de dollars par jour. Cela représente des centaines de milliers de dollars par an en perte de gaz de vente !

La solution : Pompes à zéro émission

L'alternative, ou en langage EPA, le BSER (Best System of Emission Reduction) est l'utilisation de pompes à zéro émission, qui sont généralement des pompes volumétriques rotatives entraînées par un moteur électrique plutôt que des pompes à piston entraînées par le gaz. Les pompes rotatives sont capables d'atteindre des pressions encore plus élevées que les pompes à gaz, offrent une plus large gamme de débits et éliminent les pulsations communes aux pompes à mouvement alternatif.

Les pompes volumétriques rotatives motorisées comme les GB-410 Series™ et GB-414 Series™ de Viking éliminent pratiquement tous les points négatifs associés aux pompes à gaz pour la déshydratation du glycol, tout en surmontant tous les défis de cette application, notamment la haute pression, la haute température, la viscosité variable, les abrasifs et les opérations à distance 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7. Avec des milliers d'installations réussies dans les principales zones gazières, ces pompes offrent des capacités de 2,5 à 128 GPM (9,5 à 485 lpm) à une pression différentielle allant jusqu'à 103 bar (1500 PSI). Leur conception unique permet d'éviter le blocage dû à un choc thermique au démarrage, un mode de défaillance courant pour les autres pompes rotatives, dont les engrenages peuvent se dilater plus rapidement que le corps lorsqu'ils sont soumis à un fluide chaud. Dans ce cas, les engrenages en rotation entrent en contact avec le corps, la tête et/ou le support, ce qui entraîne le grippage et la destruction de la pompe.

Les pompes TEG de Viking ont une température nominale de 350⁰F (176⁰C) et peuvent supporter un différentiel thermique de 225⁰ sans contact, ce qui simplifie les routines de démarrage des déshydrateurs qui nécessiteraient autrement de réchauffer lentement la pompe à basse pression par l'intermédiaire d'une dérivation. Cette capacité est documentée dans cette vidéo : 

Autres applications : Transfert de liquides de gaz naturel vers le stockage

Une autre application courante des pompes à gaz est le transfert de liquides de gaz naturel (LGN) vers le stockage ou du stockage au camion-citerne. Les opérations de transfert de liquides sont souvent effectuées à l'aide de pompes pneumatiques à double membrane (AODD) qui ont été adaptées pour fonctionner au gaz naturel plutôt qu'à l'air comprimé. Pour ces pompes, le gaz naturel d'entrée doit être filtré et réduit à environ 7 bars (100 PSI), ce qui correspond également à la pression de refoulement maximale de ces pompes. Les pompes AODD rejettent d'importants volumes de gaz naturel directement dans l'atmosphère.

Viking Pump propose ici des alternatives motorisées, notamment des pompes rotatives à engrenage interne, à engrenage externe et à palettes qui ont une aspiration douce et une faible hauteur d'aspiration positive nette requise (NPSHr) afin de minimiser le clignotement des condensats de gaz volatils, tout en ayant des capacités de débit et de pression supérieures à celles des pompes AODD.

Comme toutes les pompes Viking, le débit est directement proportionnel à la vitesse, quelle que soit la pression développée, ce qui facilite le contrôle du débit. Elles offrent le choix entre des garnitures mécaniques et des entraînements magnétiques sans garniture.

Le monde change et les pompes fonctionnant au gaz naturel sont comme des dinosaures en voie d'extinction. Avec l'entrée en vigueur des nouvelles règles de l'EPA à leur encontre, les opérateurs doivent commencer à se convertir à des pompes à zéro émission en même temps que tous les autres changements requis au niveau de l'équipement et des opérations. L'équipe énergie de Viking Pump et ses distributeurs agréés sont des experts dans ces applications et seront heureux de vous aider à effectuer les conversions nécessaires au pompage sans émission.