US Envionment Protection Agency (EPA) förbjuder naturgasdrivna pumpar

Alla inom olje- och gasindustrin visste att det skulle komma. Slutet på "gratis" energi, att använda naturgasens tryck för att driva pumpar för glykolgasdehydrering och allmän vätsketransport. För det är faktiskt allt annat än gratis. Kostnaderna inkluderar förlorade intäkter från försäljning av gas och utsläpp av farliga luftföroreningar och växthusgaser.

En ny EPA-regel, publicerad den 2 december 2023, som omfattar nya och befintliga olje- och gasverksamheter, kräver användning av nollutsläppspumpar istället för naturgasdrivna pumpar, med mycket få undantag. Den begränsar också annan naturgasdriven utrustning, begränsar flyktiga utsläpp och kräver minskad fackling av associerad gas. Se EPA:s metanförordning på https://www.epa.gov/controlling-air-pollution-oil-and-natural-gas-operations/epas-final-rule-oil-and-natural-gas för mer information.

Hur gasdrivna pumpar fungerar och påverkan

I stort sett alla naturgasdrivna pumpar är kolvpumpar med positivt deplacement. De drivs av tryckskillnaden mellan gasledningstrycket och atmosfärstrycket. På utloppsslaget flyttar naturgas med högt tryck en kolv eller ett membran för att driva ut vätska på andra sidan, och på sugslaget släpps naturgasen ut i atmosfären.

Resultatet är att metan, en kraftfull växthusgas som är trettio gånger mer kraftfull än CO2, tillsammans med andra föroreningar som CO2, NOx, SO2, H2S och BTEX antingen släpps ut i atmosfären eller skickas till en fackla och bokstavligen går upp i rök. Detta är farligt för operatörerna, och när det multipliceras med uppskattningsvis 40.000 dehydratiseringsanläggningar bara i USA, för befolkningen i stort.

En viktig tillämpning för naturgasdrivna pumpar har varit vätsketorkande dehydratisering av naturgas, som tar bort vatten från gasen för att förhindra korrosion och hydratbildning som kan täppa till gasledningar. I den här processen pumpas mager (med lite eller inget vatten) trietylenglykol (TEG) in i ett kontakttorn fullt med naturgas vid ledningstryck på upp till 1500 PSI, där den absorberar vatten och ånga som finns i gasen. Den rika (vattenhaltiga) glykolen flödar sedan till en återkokare där vattnet förångas och den heta glykolen pumpas sedan tillbaka till kontakttornet i en sluten slinga. Gasdrivna glykolpumpar, även kända som "energiutbytespumpar" eller "pneumatiska pumpar", var det enda sättet att åstadkomma denna uttorkningsprocess innan elektricitet var allmänt tillgänglig på borrplatserna. Dessa pumpar släpper ut sin förbrukade drivgas och denna gas ventileras eller facklas sedan ut i atmosfären (se diagrammet nedan).

Att naturgas släpps ut i den rika TEG:en är precis vad EPA förbjuder.

Ett annat problem med dessa pumpar lyfts fram i EPA-publikationen från 2006 "Replacing Gas-Assisted Glycol Pumps with Electric Pumps", när de försökte få användarna att frivilligt byta. "Dessutom placerar gasassisterade pumpar högtrycksvåt TEG mittemot lågtrycks torr TEG på fyra ställen med ringar på de två kolvarna och "O-ringar" på den centrala kolvans anslutningsstång som skiljer dem åt. När kolvringarna blir slitna, räfflade eller O-ringarna slits, läcker rik TEG förbi och förorenar den magra TEG. Denna förorening minskar dehydratorens förmåga att absorbera vatten och minskar systemets effektivitet. Till slut blir föroreningen så stor att gasen inte längre uppfyller specifikationerna för rörledningar (vanligen 4 till 7 lb vatten per MMcf). Så lite som 0,5 procent förorening av den magra TEG-strömmen kan fördubbla den cirkulationshastighet som krävs för att bibehålla samma effektiva vattenavlägsnande. I vissa fall kan operatörerna övercirkulera TEG när dehydratorn förlorar effektivitet, vilket i sin tur kan leda till ännu större utsläpp."

Dessa energiutbytespumpar förbrukar mellan 1,7 scf och 8,3 scf försäljningsgas per gallon flöde av mager glykol, vilket innebär att en enda pump kan förbruka hundratals dollar per dag. Det motsvarar hundratusentals dollar per år i förlust av försäljningsgas!

Lösningen: Pumpar med nollutsläpp

Alternativet, eller på EPA-språk BSER (Best System of Emission Reduction), är att använda nollutsläppspumpar, som vanligtvis är elmotordrivna roterande deplacementspumpar i stället för gasdrivna kolvpumpar. Roterande pumpar klarar ännu högre tryck än gasdrivna pumpar, erbjuder ett bredare utbud av flödeshastigheter och eliminerar den pulsation som är vanlig för kolvpumpar.

Motordrivna roterande deplacementspumpar som Vikings GB-410 Series™ och GB-414 Series™ eliminerar praktiskt taget alla negativa egenskaper som förknippas med gasdrivna pumpar för glykoldehydrering, samtidigt som de klarar alla utmaningar i denna applikation, inklusive högt tryck, hög temperatur, varierande viskositet, slipmedel och fjärrstyrning 24/7. Med tusentals framgångsrika installationer på alla större gasfält erbjuder dessa pumpar kapacitet från 9,5 till 485 l/min (2,5 till 128 GPM) vid ett differenstryck på upp till 103 bar (1500 PSI). Den unika konstruktionen förhindrar låsning på grund av termisk chock vid start, vilket är ett vanligt fel för andra roterande pumpar, vars kugghjul kan expandera snabbare än pumphuset när de träffas av varm vätska. När det händer kommer de snurrande kugghjulen i kontakt med pumphuset, pumphuvudet och/eller konsolen, vilket leder till att pumpen förstörs.

Viking TEG-pumpar är klassade till 176 °C (350 °F) och kan klara upp till 225⁰ termisk differens utan kontakt, vilket förenklar uppstartsrutinerna för dehydratisering som annars skulle kräva långsam uppvärmning av pumpen under lågt tryck genom en bypass. Denna kapacitet dokumenteras i den här videon:

Ytterligare tillämpningar: Överföring av naturgasvätska till lagring

En annan vanlig gasdriven pumpapplikation är överföring av naturgasvätskor (NGL) till lager eller från lager till tankbil. Vätskeöverföringen sker ofta med luftdrivna dubbelmembranpumpar (AODD) som har anpassats för att drivas med naturgas i stället för tryckluft. För dessa pumpar måste den inkommande naturgasen filtreras och reduceras till cirka 7 bar (100 PSI), vilket också är det maximala utloppstrycket för dessa pumpar. AODD-pumpar släpper ut betydande volymer av drivande naturgas direkt till atmosfären.

Viking Pump erbjuder motordrivna alternativ här, inklusive roterande PD-pumpar med invändig kugghjul, utvändig kugghjul och lamellpumpar som har skonsam sugning och lågt NPSHr (Net Positive Suction Head Required) för att minimera flashing på flyktigt gaskondensat, men som ändå har högre flödes- och tryckkapacitet än AODD-pumpar.

Som alla Viking-pumpar är flödet direkt proportionellt mot varvtalet, oberoende av det utvecklade trycket, vilket ger enkel flödesreglering. Du kan välja mellan mekaniska tätningar eller tätningsfria magnetiska drivenheter.

Världen förändras och naturgasdrivna pumpar är som dinosaurier på gränsen till utrotning. När de nya EPA-reglerna mot dem träder i kraft måste operatörerna börja konvertera till utsläppsfria pumpar tillsammans med alla andra förändringar av utrustning och verksamhet som krävs. Viking Pumps energiteam och deras auktoriserade distributörer är experter på dessa applikationer och hjälper dig gärna att göra de nödvändiga konverteringarna till utsläppsfri pumpning.