Mesure de l'oxygène dans le gaz naturel

Comment identifier la contamination par l'oxygène dans le gaz naturel

L'oxygène possède de nombreuses propriétés.  Il est indispensable au maintien de la vie, essentiel à l'environnement, favorise la combustion et sert de catalyseur dans de nombreuses réactions et processus industriels et biologiques.  Pourtant, lorsqu'il s'agit de traiter et de transporter le gaz naturel, l'oxygène est considéré comme un contaminant indésirable et potentiellement dangereux. 

L'oxygène peut pénétrer dans le train de gaz naturel à différents stades.  Le plus souvent, l'oxygène pénètre dans les gazoducs et les systèmes de distribution par des fuites dans les tuyaux, les vannes et d'autres équipements.  Il convient de noter que même si la pression du gaz dans le gazoduc est nettement supérieure à celle de l'environnement extérieur, l'oxygène s'infiltrera toujours par une fuite dans la tuyauterie.  Cela est dû à la différence de pression de vapeur entre le gaz dans la canalisation et l'air ambiant.  Par exemple, un gaz de canalisation pressurisé à 1 000 psig peut avoir une teneur en oxygène inférieure à 200 ppmV ; ce dernier aura une pression de vapeur de 10,5 mmHg.  À titre de comparaison, la pression de vapeur de l'oxygène dans l'air est d'environ 157 mmHg.  Cela représente un rapport de pression différentielle de près de 15:1, ce qui, même avec une pression de gaz de fuite de 1 000 psig, est suffisant pour provoquer le retour de l'oxygène dans la conduite. 

L'oxygène peut également être introduit dans le réseau de traitement et de transport du gaz naturel par des équipements défectueux, en raison d'une purge incorrecte après l'arrêt des systèmes pour des raisons de maintenance ou de processus d'extraction sous vide.  Ces derniers sont de plus en plus utilisés pour extraire autant de gaz naturel que possible des réservoirs épuisés, mais ils peuvent également aspirer une quantité excessive d'oxygène par les points de fuite existants ou les entrées des compresseurs. 

La présence d'oxygène dans le gaz naturel peut poser un certain nombre de problèmes : 

Mesure de l'oxygène dans le gaz naturel : les meilleures pratiques

Étant donné l'impact potentiel de la contamination par l'oxygène sur la sécurité, la qualité et le coût d'exploitation des systèmes de gaz naturel, l'utilisation d'instruments de surveillance de l'oxygène très précis et fiables est cruciale. 

Un certain nombre de technologies sont utilisées pour détecter et mesurer les concentrations d'oxygène dans le gaz naturel.  Il s'agit notamment de la chromatographie en phase gazeuse, des capteurs coulométriques, des cellules à oxygène paramétriques, de la trempe par fluorescence et des piles à combustible galvaniques.  Bien que chacune ait ses avantages et ses inconvénients, l'une des meilleures solutions consiste à utiliser un capteur spécialisé basé sur une cellule électrochimique galvanique qui est ensuite connectée à un moniteur de processus avancé. Par exemple, la combinaison de notre transmetteur d'oxygène à sécurité intrinsèque Minox-i, associée à notre dernier moniteur de processus multicanaux, permet de détecter facilement des concentrations d'oxygène allant jusqu'à 1 ppmV dans le gaz naturel, avec des temps de réponse rapides et des niveaux de répétabilité exceptionnellement élevés. 

Le Minox-i utilise une cellule électrochimique galvanique stable et de longue durée.  Celle-ci est constituée de quatre couches : une membrane perméable aux gaz, une anode fabriquée avec une forte concentration d'or, un électrolyte et une cathode à base de plomb.  L'ensemble est contenu avec l'électronique embarquée dans un boîtier compact en acier inoxydable. 

Le capteur fonctionne en faisant passer un échantillon de gaz sur l'anode en or à haute concentration, où l'oxygène réagit pour former des ions hydroxyles. Ceux-ci se diffusent ensuite à travers la membrane électrolytique jusqu'à la cathode, où ils s'oxydent pour devenir de l'oxyde de plomb.  Cette réaction produit une tension qui est directement proportionnelle à la concentration d'oxygène dans le mélange gazeux.  La tension est ensuite traitée par l'électronique du système pour donner un signal de sortie de 4...20 mA, qui peut être utilisé pour calculer avec précision le niveau de traces d'oxygène dans l'échantillon. 

Surveillance de l'oxygène en temps réel

Le signal de sortie du Minox-i, ainsi que celui d'autres capteurs de processus, devrait idéalement être transmis à un moniteur de processus dédié, tel que le dernier Michell Instruments Multi-Channel Process Monitor (MCPM).  Cet instrument à six canaux est doté d'un grand écran tactile LCD en couleur, ce qui facilite sa configuration et son utilisation, et permet d'afficher en temps réel de multiples paramètres de processus.  

Le nouveau MCPM permet de définir des alarmes de processus conformes à la norme NAMUR 102, fournit un enregistrement complet des données, ainsi que des options de connexion complètes, notamment RS485 et Ethernet pour Modbus TCP/IP.  En utilisant la technologie décrite ci-dessus, les producteurs de gaz naturel et les opérateurs de transport ont accès à des données vitales en temps réel qui garantiront que les systèmes de traitement et de distribution fonctionnent de manière sûre, efficace et rentable. 

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Sources

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

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