L'Agenzia per la protezione dell'ambiente (EPA) degli Stati Uniti vieta le pompe alimentate a gas naturale

Tutti nell'industria del petrolio e del gas sapevano che sarebbe arrivata. La fine dell'energia 'gratuita', utilizzando la pressione del gas naturale per azionare le pompe per la disidratazione del gas glicole e il trasferimento generale di liquidi. Perché in realtà è tutt'altro che gratuita. I costi includono la perdita dei ricavi delle vendite di gas e il rilascio di inquinanti atmosferici pericolosi e di gas a effetto serra.

Una nuova norma dell'EPA, pubblicata il 2 dicembre 2023, che riguarda le attività petrolifere e del gas nuove ed esistenti, richiede l'utilizzo di pompe a emissioni zero al posto di quelle alimentate a gas naturale, con pochissime eccezioni. Inoltre, limita altre apparecchiature alimentate a gas naturale, limita le emissioni fuggitive e richiede una riduzione del gas associato in torcia. Per maggiori dettagli, consulti il regolamento sul metano dell'EPA all'indirizzo https://www.epa.gov/controlling-air-pollution-oil-and-natural-gas-operations/epas-final-rule-oil-and-natural-gas.

Come funzionano le pompe a gas e l'impatto

Praticamente tutte le pompe alimentate a gas naturale sono pompe volumetriche alternate. Funzionano grazie al differenziale di pressione tra la pressione della linea del gas e la pressione atmosferica. Nella corsa di mandata, il gas naturale ad alta pressione muove un pistone o un diaframma per espellere il liquido dall'altra parte, quindi nella corsa di aspirazione il gas naturale viene rilasciato nell'atmosfera.

Il risultato è che il metano, un potente gas a effetto serra trenta volte più potente della CO2, insieme ad altri contaminanti come CO2, NOx, SO2, H2S e BTEX, vengono espulsi nell'atmosfera o inviati a una torcia e letteralmente mandati in fumo. Questo è pericoloso per gli operatori e, se moltiplicato per i 40.000 impianti di disidratazione stimati solo negli Stati Uniti, per la popolazione in generale.

Un'applicazione chiave per le pompe alimentate a gas naturale è stata la disidratazione con essiccante liquido del gas naturale, che elimina l'acqua dal gas per prevenire la corrosione e la formazione di idrati che possono ostruire le linee del gas. In questo processo, il trietilenglicole (TEG) magro (con poca o nessuna acqua) viene pompato in una torre di contatto piena di gas naturale a pressioni di linea fino a 1500 PSI, dove assorbe l'acqua e il vapore presenti nel gas. Questo glicole ricco (carico d'acqua) fluisce poi verso un ribollitore dove l'acqua viene vaporizzata, e il glicole caldo viene poi pompato di nuovo nella torre di contatto in un ciclo chiuso. Le pompe per glicole alimentate a gas, note anche come pompe "a scambio di energia" o "pneumatiche", erano l'unico modo per realizzare questo processo di disidratazione prima che l'elettricità fosse comunemente disponibile nei siti dei pozzi. Queste pompe scaricano il gas di propulsione esaurito, che viene poi espulso o bruciato nell'atmosfera (diagramma seguente).

Il rilascio di gas naturale nel ricco TEG è proprio quello che l'EPA sta vietando.

Un altro problema di queste pompe è evidenziato nella pubblicazione dell'EPA del 2006 "Replacing Gas-Assisted Glycol Pumps with Electric Pumps", quando si cercava di convincere gli utenti a cambiare volontariamente. "Inoltre, le pompe a gas collocano il TEG umido ad alta pressione in contrapposizione al TEG secco a bassa pressione in quattro punti, con anelli sui due pistoni e "O-ring" sulla biella centrale del pistone che li separa. Quando le fasce dei pistoni si consumano, si scanalano o gli O-ring si usurano, il TEG ricco fuoriesce, contaminando il TEG magro. Questa contaminazione diminuisce la capacità del disidratatore di assorbire l'acqua e riduce l'efficienza del sistema. Alla fine, la contaminazione diventa sufficiente per impedire al gas di soddisfare le specifiche del gasdotto (in genere da 4 a 7 libbre di acqua per MMcf). Anche solo lo 0,5% di contaminazione del flusso di TEG magro può raddoppiare il tasso di circolazione richiesto per mantenere la stessa rimozione efficace dell'acqua. In alcuni casi, gli operatori possono far circolare eccessivamente il TEG, mentre il disidratatore perde efficienza, il che a sua volta può portare a emissioni ancora maggiori".

Queste pompe a scambio energetico consumano tra 1,7 scf e 8,3 scf di gas di vendita per ogni gallone di flusso di glicole magro, il che significa che una singola pompa potrebbe consumare centinaia di dollari al giorno. Ciò equivale a centinaia di migliaia di dollari all'anno di perdita di gas di vendita!

La soluzione: Pompe a emissioni zero

L'alternativa, o in gergo EPA, il BSER (Best System of Emission Reduction) è l'uso di pompe a emissioni zero, che sono in genere pompe volumetriche rotative azionate da motori elettrici, anziché pompe alternative azionate a gas. Le pompe rotative sono in grado di raggiungere pressioni ancora più elevate rispetto alle pompe a gas, offrono una gamma più ampia di portate ed eliminano le pulsazioni comuni alle pompe alternate.

Le pompe volumetriche rotative motorizzate, come la Serie GB-410™ e la Serie GB-414™ di Viking, eliminano praticamente tutti gli aspetti negativi associati alle pompe a gas per la disidratazione del glicole, superando al contempo tutte le sfide di questa applicazione, tra cui l'alta pressione, l'alta temperatura, la viscosità variabile, gli abrasivi e le operazioni remote 24 ore su 24, 7 giorni su 7. Con migliaia di installazioni di successo in tutti i principali giacimenti di gas, queste pompe offrono capacità da 2,5 a 128 GPM (da 9,5 a 485 lpm) con una pressione differenziale fino a 1500 PSI (103 bar). Il loro design unico aiuta a prevenire il blocco da shock termico all'avvio, una modalità comune di guasto per altre pompe rotative, i cui ingranaggi possono espandersi più velocemente dell'involucro quando vengono colpiti da un fluido caldo. Quando ciò accade, gli ingranaggi rotanti entrano in contatto con l'involucro, la testa e/o la staffa, incrinandosi e distruggendo la pompa.

Le pompe Viking TEG hanno una temperatura nominale di 350⁰F (176⁰C) e possono sopportare un differenziale termico fino a 225⁰ senza contatto, semplificando le routine di avvio del disidratatore che altrimenti richiederebbero il riscaldamento lento della pompa a bassa pressione attraverso un bypass. Questa capacità è documentata in questo video: 

Altre applicazioni: Trasferimento di gas naturale liquido allo stoccaggio

Un'altra applicazione comune delle pompe a gas è il trasferimento di liquidi di gas naturale (NGL) allo stoccaggio o dallo stoccaggio all'autocisterna. Le operazioni di trasferimento dei liquidi sono spesso effettuate con pompe a doppia membrana azionate ad aria (AODD) che sono state adattate per funzionare con il gas naturale anziché con l'aria compressa. Per queste pompe, il gas naturale in ingresso deve essere filtrato e ridotto a circa 100 PSI (7 bar), che è anche la pressione massima di scarico per queste pompe. Le pompe AODD scaricano volumi significativi di gas naturale in entrata direttamente nell'atmosfera.

Viking Pump offre alternative motorizzate, tra cui le pompe rotative a ingranaggi interni PD, a ingranaggi esterni e a palette, che hanno un'aspirazione delicata e una bassa prevalenza di aspirazione positiva netta richiesta (NPSHr) per ridurre al minimo l'infiammabilità del condensato di gas volatile, ma hanno capacità di portata e pressione superiori rispetto alle AODD.

Come tutte le pompe Viking, la portata è direttamente proporzionale alla velocità, a prescindere dalla pressione sviluppata, per un facile controllo della portata. Offrono la scelta di tenute meccaniche o di azionamenti magnetici senza tenuta.

Il mondo sta cambiando e le pompe a gas naturale sono come dinosauri sull'orlo dell'estinzione. Con l'entrata in vigore delle nuove norme EPA contro di esse, gli operatori devono iniziare la conversione alle pompe a emissioni zero, insieme a tutte le altre modifiche alle attrezzature e alle operazioni richieste. L'Energy Team di Viking Pump e i suoi Distributori Autorizzati sono esperti in queste applicazioni e saranno lieti di assisterla nella conversione necessaria al pompaggio a emissioni zero.