使用GFx320本质安全型防爆红外热像仪在易爆环境中测量分离器沙垫层

水力压裂期间，部分过程需要注沙以保持井孔打开。水力压裂后井重新回到线上，其中一些沙子回到表面进入分离器。分离器位于表面，利用来自内部火管的热量将油、气和水分离。气体经抽吸并汇集到销售燃气仪表，最终进入家庭和公司。油和水收集到现场的储罐中，并由油罐车运走。无用的副产物，石蜡和沙，积聚到分离槽或器皿中，并且必须清除，以防止对分离器火管产生不可修复的损坏。如果沙子导致无法兰式分离器的火管毁坏，其中一个选择是更换整个器皿。无法兰式分离器占诺贝尔能源库存的大部分。只有较新的、更昂贵的带法兰式分离器才支持维修或更换火管。

昂贵、危险的故障

诺贝尔能源LDAR经理Doug Hess称：“这些分离器平均$100,000一个，“如果沙子累积并吸附在加热元件上，它最终会使加热元件塌陷，这会导致分离器自身的灾难性故障。这会引发两种后果——都很严重。一种是气体、石油和水泄漏到分离器外面。另一种是引起火灾。”经证实，集沙器和其它过滤机制经证实在将沙子隔离到分离器之外方面收效甚微。如果无法将沙子阻挡在外，那么必须清除。沙和石蜡的温度要低于油、气和水的温度，因此诺贝尔能源的工程师最初揉摸每个容器壁试图感觉温差。这种不可靠的方法导致被沙子损坏的储罐不能被识别和判断失误——毫无必要地请来除沙维护人员。

除沙耗费人力

除去石蜡只需加热分离器并用化学防蜡剂处理，而除沙完全是另一会事儿。除沙需要完全关闭分离器，占用两名工作人员，使用一根自来水软管和另外一个保持运行的真空吸尘车。这是一个耗费人力的过程，并且如果执行的是无必要工作会造成产量和工时损失。为了避免沙子累积造成代价高昂的分离器更换，提高分离器预防性维护项目的效率，诺贝尔能源制定了一种基于本质安全型防爆光学气体红外热像仪FLIR Gfx320的沙子测量方法。

解决方案

诺贝尔能源已将FLIR光学气体红外热像仪用于其泄漏检测和修复（LDAR）计划。他们投资于热像仪，以符合科罗拉多法规7——在排放时通过臭氧前体物控制臭氧和通过石油控制碳氢化合物。利用热像仪检测出超过30,000处泄漏，工程师已经能熟练操作热像仪。最终，该团队意识到这种用于检测不可见的气体泄漏的技术同样可用于推动分离器的预防性维护项目。Hess表示：“我们拥有的这台热像仪采用热成像技术，功能强大，足以检测到分离器厚厚的金属壁后面发生的情况。利用温差（油较热，沙较冷）我们能够确定分离器里面是否有累积成堆的沙子。”

诺贝尔能源的沙子测量方法

仅需数分钟便可收集每个储罐的温度设定值。热图像中的彩虹色调色板显示特定颜色随温度的变化（见图A和图B）。 “高对比彩虹色向我们显示温差，我们的工程师喜欢该系列，”负责制定大部分诺贝尔能源沙子测量方法的工程师Landon Hawkins说道。在每个分离器上，Hawkins首先将两台FLIR GFx320红外热像仪中的其中一台固定到一个单脚架上。他设置好热像仪观测分离器储罐两侧，然后将设置调整为手动模式以创建设定点。分离器中油浴的温度通常徘徊在32℃-37.7℃之间。沙堆寄存器的温度约等于环境温度。因此，如果环境温度为15.5°C，那么油浴和沙堆之间会有-1°C至4.4°C温差。沙子通常位于容器底部，而石蜡一般呈锯齿状且位于容器中间。石蜡会附着在容器侧壁上，而沙子不会。为了跟踪每个分离器，Hawkins创建了一个基于每个分离器序列号的监控程序。当检测到沙堆，分离器被添加到监控程序。当最初水力压裂后大多数沙子喷回，需要密切监控新水力压裂井上的分离器。

本质安全绝对必要

对于监控程序中的分离器，诺贝尔能源比较月度图像以解读沙子累积速度和清理间隔时间。让程序正常发挥作用需要两个关键因素。首先，热像仪必须为本质安全型防爆红外热像仪，由于分离器附近存在火灾危险。本质安全型防爆红外热像仪旨在将能量（电能和热能）控制到非易燃水平，以至于任何短路或故障不会引起火花——易爆环境的一个重要特性。FLIR GFx320本质安全型防爆红外热像仪使Hawkins和他的团队能够靠近每个分离器，捕获多角度视图，避免眩光加热分离器表面。据Hawkins称，“在使用本质安全型防爆红外热像仪之前，我有时仅能拍摄储罐正面视图，因为我需要与紧挨着储罐的分离器保持至少5英尺距离。” 

分离器之间距离如此之近，以至于工程师们需要一台FLIR光学气体成像热像仪来对危险区域进行沙子测量

从航摄像片不难看出，一排排紧邻的分离器限制接近每个容器。Hess表示道：“拥有一台本质安全型防爆红外热像仪之后，执行项目的方式有了很大不同。我们能够进入以前无法接近的角落和缝隙中。”其次，图像必须看起来类似，这意味着需由同一摄像师捕获、操作或巧妙处理图像。“处于趋势分析目的，我们总是试图获得风格类似的图像。通过这种方式，当我们将其与其它图像对比时，就更容易发现差异。如果您让多个人收集读数，那么不同的人有不同的看法，”Hawkins说道。在2017年，Hawkins和接受过关于其方法的专业培训的人员共评估超过7,000个分离器。据Hess所言：“Landon具有娴熟的技巧，他对其它几位人士进行了关于他制定的方法的培训。Landon绝对是整个项目的领军人物。”在分析过的7,000多个分离器中，300个分离器被停机以进行除沙处理。

达到100%精确率

Hawkins和他的团队使用两台FLIR GFx320本质安全型防爆红外热像仪优化诺贝尔能源针对其分离器的预防性维护项目。热像仪使用经验对项目的成功至关重要，Hawkins继续改进他的方法并搜集参考资料以期让其他工程师更易习得他的方法。同时，该监控项目已经获得重大回报，于不到1年内发现300个储罐需要清理，因为这些储罐内的沙堆高度足以威胁脆弱的分离器火管。无从知道如果未经清理，这300个储罐是否会发生故障。尽管使用GFx320监控仅可避免一次故障，这将节约10万美元的分离器更换成本以及浪费的维修团队的工时。沙子就是证明。Hess评价称：“我与执行所有清理工作的维修团队密切合作，他们表示到目前为止我们的工作达到100%精确率。事实上，我们基于该方法发现的每个存在问题的分离器都有明显的积沙。”