Messung des Kohlenwasserstoff-Taupunkts in magerem Erdgas

Warum den Taupunkt von Kohlenwasserstoffen messen?

Der Kohlenwasserstoff-Taupunkt (HCDP) ist eine wichtige Messung im Erdgas, um die Gasqualität und sichere Betriebsbedingungen zu gewährleisten und die Effizienz der Aufbereitungs- und Verteilungssysteme zu erhalten.

Der manchmal auch als "Kohlenwasserstoff-Flüssigkeitstropfen" bezeichnete HCDP gibt die Temperatur an, bei der das Erdgas von der reinen Gasphase in die Mischphase übergeht und sich Kohlenwasserstoffkondensate zu bilden beginnen. Dieser Parameter wird sowohl vom Druck als auch von der Zusammensetzung beeinflusst, so dass ein höherer Anteil an schwereren Kohlenwasserstoffen im Gasgemisch den HCDP-Wert erhöht. Jede Gaszusammensetzung hat ihre eigene, einzigartige HCDP-Temperatur- und Druckbeziehung, die als Taulinienkurve auf einer Phasenhülle dargestellt werden kann (siehe unten). Das Cricondentherm ist das höchste HCDP für diese Zusammensetzung bei Druck x. Wenn bei der Erdgasverarbeitung das Cricondentherm unter der minimalen Betriebstemperatur der Pipeline gehalten wird, ist der Gasstrom frei von allen flüssigen HC-Anteilen, unabhängig von Druckänderungen.

Abbildung 1: Typischer Erdgas-Phasenumschlag

Wenn diese schwereren Kohlenwasserstoffkomponenten zu irgendeinem Zeitpunkt des Prozesses zu Flüssigkeiten kondensieren, können sie mehrere Probleme verursachen: 

All dies kann enorme finanzielle Auswirkungen haben, von Produktions-/Verteilungsausfällen bis hin zu Anlagenausfällen.

Was ist mageres Erdgas?

Erdgas wird als mager bezeichnet, wenn es hauptsächlich aus Methan oder Ethan besteht und nicht die normalen Konzentrationen an schwereren Kohlenwasserstoffen enthält, die in reichem Erdgas zu finden sind. Aus diesem Grund hat es einen niedrigeren Brennwert und einen deutlich geringeren HCDP.

Ein niedriger HCDP verringert das Risiko der Bildung von Kohlenwasserstoffflüssigkeiten im System, aber der HCDP kann bei Prozessstörungen ansteigen, so dass die Messung immer noch eine wichtige Voraussetzung ist.

Abbildung 2: Typische Mager-Erdgas-Phasenhülle

Warum ist eine HCDP-Messung in magerem Erdgas schwierig?

Das wichtigste Instrument zur Messung von HCDP ist der Taupunktspiegel. Das Gerät funktioniert, indem es die Temperatur des Spiegels reduziert, bis sich Kohlenwasserstoffflüssigkeiten auf ihm zu bilden beginnen. Der HCDP wird entweder visuell durch einen geschulten Bediener oder durch eine automatisierte Optik wie den PST-Michell Condumax II bestimmt.

Die Messung eines sehr niedrigen HCDP stellt eine einzigartige Herausforderung dar: die Spiegeltemperatur niedrig genug zu bekommen. Wenn das Gerät seine maximale Kühlkapazität erreicht, ohne dass sich Kohlenwasserstoffkondensation auf dem Spiegel bildet, ist es unmöglich, eine Messung durchzuführen.

Die PST-Lösung

Der Condumax II hat eine maximale Spiegeltemperaturabsenkung von ca. 55°C, aber es gibt eine Messmöglichkeit. Es ist wichtig, die HCDP zu überwachen, falls der Prozess in einen Fehlerzustand gerät und schwerere Kohlenwasserstoffe in der Zusammensetzung auftreten, so dass der Condumax II nur als Alarmgerät verwendet werden kann.

Unter normalen Bedingungen, wenn die Messphase eingeleitet wird, wird die Spiegeltemperatur auf die minimale Kühltemperatur gesenkt, ohne dass der Auslösepunkt erreicht wird. Die Meldung "HCdp unterhalb der Kühlgrenze" wird angezeigt und zeigt an, dass sich das Gas im Normalzustand befindet. Durch die Einstellung einer Mindestkühlgrenze für die Spiegeltemperatur wird die Peltier-Wärmepumpe nicht bei jedem Messzyklus ausgelastet, wodurch ihre Lebensdauer verlängert wird.

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Autor: James Coveney, Technischer Support-Ingenieur