Sauerstoffmessung in Erdgas

Wie erkennt man Sauerstoffverunreinigungen in Erdgas

Sauerstoff hat viele Eigenschaften.  Er ist lebensnotwendig, wichtig für die Umwelt, unterstützt die Verbrennung und wirkt als Katalysator in vielen industriellen und biologischen Reaktionen und Prozessen.  Doch bei der Verarbeitung und dem Transport von Erdgas gilt Sauerstoff als unerwünschte und potenziell gefährliche Verunreinigung. 

Sauerstoff kann an verschiedenen Stellen in den Erdgastransport gelangen.  Am häufigsten gelangt Sauerstoff in Pipelines und Verteilersysteme durch Lecks in Rohren, Ventilen und anderen Ausrüstungen.  Selbst wenn der Gasdruck in der Pipeline deutlich höher ist als der der äußeren Umgebung, kann Sauerstoff durch ein Leck in den Rohrleitungen eindringen.  Dies liegt an den unterschiedlichen Dampfdrücken zwischen dem Gas in der Leitung und der Umgebungsluft.  So kann z. B. Pipeline-Gas, das unter einem Druck von 1.000 psig steht, einen Sauerstoffgehalt von weniger als 200 ppmV aufweisen; letzterer hat einen Dampfdruck von 10,5 mmHg.  Zum Vergleich: Der Dampfdruck von Sauerstoff in Luft beträgt etwa 157 mmHg.  Dies entspricht einem Differenzdruckverhältnis von fast 15:1, das selbst bei einem entweichenden Gasdruck von 1.000 psig ausreicht, um Sauerstoff zurück in die Leitung zu leiten. 

Sauerstoff kann auch durch fehlerhafte Ausrüstung in das Erdgasverarbeitungs- und -transportnetz gezogen werden, und zwar durch unsachgemäße Spülung nach Abschaltung der Systeme zu Wartungszwecken oder durch Vakuumextraktionsverfahren.  Letztere werden zunehmend eingesetzt, um so viel Erdgas wie möglich aus erschöpften Lagerstätten zu gewinnen, können aber auch über vorhandene Leckstellen oder Verdichtereinlässe übermäßig viel Sauerstoff ansaugen. 

Das Vorhandensein von Sauerstoff im Erdgas kann eine Reihe von Problemen verursachen: 

Sauerstoffmessung in Erdgas: beste Praxis

Angesichts der potenziellen Auswirkungen, die eine Sauerstoffverunreinigung auf die Sicherheit, die Qualität und die Betriebskosten von Erdgassystemen haben kann, ist der Einsatz von hochpräzisen und zuverlässigen Sauerstoffüberwachungsinstrumenten von entscheidender Bedeutung. 

Es gibt eine Reihe von Technologien zum Nachweis und zur Messung von Sauerstoffkonzentrationen in Erdgas.  Dazu gehören Gaschromatographie, coulometrische Sensoren, parametrische Sauerstoffzellen, Fluoreszenzlöschung und galvanische Brennstoffzellen.  Obwohl jeder dieser Sensoren seine Vor- und Nachteile hat, ist eine der besten Lösungen die Verwendung eines spezialisierten Sensors auf der Grundlage einer galvanischen elektrochemischen Zelle, die dann an einen fortschrittlichen Prozessmonitor angeschlossen wird. Zum Beispiel ermöglicht die Kombination unseres Minox-i eigensicheren Sauerstofftransmitters mit unserem neuesten Mehrkanal-Prozessmonitor die einfache Erfassung von Sauerstoffkonzentrationen bis zu 1 ppmV in Erdgas mit schnellen Ansprechzeiten und außergewöhnlich hoher Wiederholbarkeit. 

Das Minox-i verwendet eine stabile, langlebige galvanische elektrochemische Zelle.  Diese besteht aus vier Schichten: einer gasdurchlässigen Membran, einer mit einer hohen Goldkonzentration hergestellten Anode, einem Elektrolyt und einer Kathode auf Bleibasis.  Die gesamte Baugruppe befindet sich mit integrierter Elektronik in einem kompakten Edelstahlgehäuse. 

Der Sensor funktioniert, indem eine Gasprobe über die hochkonzentrierte Goldanode geleitet wird, wo Sauerstoff zu Hydroxyl-Ionen reagiert. Diese diffundieren dann durch die elektrolytische Membran zur Kathode, wo sie zu Bleioxid oxidieren.  Diese Reaktion erzeugt eine Spannung, die direkt proportional zur Sauerstoffkonzentration im Gasgemisch ist.  Die Spannung wird dann von der Systemelektronik verarbeitet, um ein 4...20-mA-Ausgangssignal zu erzeugen, das zur genauen Berechnung des Sauerstoffgehalts in der Probe verwendet werden kann. 

Sauerstoffüberwachung in Echtzeit

Das Ausgangssignal des Minox-i sowie das anderer Prozesssensoren sollte idealerweise einem speziellen Prozessmonitor zugeführt werden, wie dem neuesten Michell Instruments Multi-Channel Process Monitor (MCPM).  Dieses Sechs-Kanal-Gerät verfügt über einen großen Farb-Touchscreen-LCD-Bildschirm, der die Konfiguration und Bedienung erleichtert und eine Echtzeitanzeige mehrerer Prozessparameter ermöglicht.  

Das neue MCPM ermöglicht die Einstellung von Prozessalarmen nach NAMUR 102-Standard, bietet eine vollständige Datenprotokollierung sowie umfassende Anschlussmöglichkeiten, einschließlich RS485 und Ethernet für Modbus TCP/IP.  Durch den Einsatz der beschriebenen Technologie haben Erdgasproduzenten und Transportunternehmen Zugang zu wichtigen Echtzeitdaten, die sicherstellen, dass Prozess- und Verteilungssysteme sicher, effizient und profitabel funktionieren. 

Wir sind die weltweit führenden Experten für spezielle Gas-, Feuchteüberwachungs- und Taupunktmessungen.  Wir verfügen über einen umfangreichen Messbereich, der durch einen unübertroffenen technischen und Kundensupport unterstützt wird.  Wenn Sie mehr erfahren möchten, sprechen Sie noch heute mit einem unserer Anwendungsspezialisten. 

Quellen

U.S. Department of Energy: Office of Scientific and Technical information

Verwandte Informationen

Verwandte Blogs

Kritische Qualitäts-, Sicherheits- und Zuverlässigkeitsmessungen bei Erdgas