Misura dell'ossigeno nel gas naturale

Impianto petrolchimico

Come identificare la contaminazione da ossigeno nel gas naturale

L'ossigeno ha molte proprietà.  È vitale per sostenere la vita, essenziale per l'ambiente, supporta la combustione e funge da catalizzatore in molte reazioni e processi industriali e biologici.  Tuttavia, quando si tratta di trattare e trasportare il gas naturale, l'ossigeno è considerato un contaminante indesiderato e potenzialmente pericoloso. 

L'ossigeno può entrare nel treno del gas naturale in varie fasi.  Il più delle volte, l'ossigeno entra nelle condutture e nei sistemi di distribuzione attraverso perdite in tubi, valvole e altre apparecchiature.  Vale la pena notare che, anche se la pressione del gas nelle condutture è significativamente più alta di quella dell'ambiente esterno, l'ossigeno può comunque entrare attraverso una perdita nelle tubature.  Ciò è dovuto alla diversa pressione di vapore tra il gas contenuto nel tubo e l'aria circostante.  Ad esempio, il gas delle condutture pressurizzato a 1.000 psig può avere un contenuto di ossigeno inferiore a 200 ppmV; quest'ultimo ha una pressione di vapore di 10,5 mmHg.  A titolo di confronto, la pressione di vapore dell'ossigeno nell'aria è di circa 157 mmHg.  Ciò rappresenta un rapporto di pressione differenziale di quasi 15:1 che, anche con una pressione di fuga del gas di 1.000 psig, è sufficiente a provocare il ritorno dell'ossigeno nel tubo. 

L'ossigeno può essere aspirato nella rete di trattamento e trasporto del gas naturale anche da apparecchiature difettose, a causa di un errato spurgo dopo che i sistemi sono stati spenti per la manutenzione o di processi di estrazione sotto vuoto.  Questi ultimi sono sempre più utilizzati per estrarre quanto più gas naturale possibile da giacimenti esauriti, ma possono anche aspirare ossigeno in eccesso attraverso i punti di perdita esistenti o le entrate dei compressori. 

La presenza di ossigeno nel gas naturale può creare una serie di problemi: 

  • Corrosione: l'ossigeno può combinarsi con l'umidità per attaccare le superfici metalliche; una ricerca condotta da un'importante società di trasporto del gas ha identificato l'ossigeno disciolto come "uno dei contaminanti più corrosivi nel gas naturale". come "uno dei contaminanti più corrosivi del gas naturale". 

  • Sicurezza: sia nel caso in cui l'eccessiva corrosione provochi perdite di gas, sia nel caso in cui l'ossigeno si combini con altri gas per aumentare il rischio di esplosione. 

  • Riduzione dell'efficienza produttiva: l'ossigeno può degradare additivi come le ammine, inibendo la loro capacità di rimuovere CO2 e H2S e influenzare le proprietà di alcuni mercaptani, riducendo l'efficacia di questi odoranti. 

  • Conformità contrattuale: la contaminazione da ossigeno può far sì che la qualità del gas naturale superi le specifiche contrattuali, portando a potenziali penali per gli operatori di trasporto e fornitura. 
  • Misurazione dell'ossigeno nel gas naturale: le migliori pratiche

    Considerato il potenziale impatto che la contaminazione da ossigeno può avere sulla sicurezza, sulla qualità e sui costi operativi dei sistemi di gas naturale, l'uso di strumenti di monitoraggio dell'ossigeno altamente accurati e affidabili è fondamentale. 

    Esistono diverse tecnologie utilizzate per rilevare e misurare le concentrazioni di ossigeno nel gas naturale.  Queste includono la gascromatografia, i sensori coulometrici, le celle parametriche per l'ossigeno, il quenching a fluorescenza e le celle a combustibile galvaniche.  Sebbene ognuna di esse presenti vantaggi e svantaggi, una delle soluzioni migliori è l'utilizzo di un sensore specializzato basato su una cella elettrochimica galvanica che viene poi collegata a un monitor di processo avanzato. Ad esempio, la combinazione del nostro trasmettitore di ossigeno a sicurezza intrinseca Minox-i, unito al nostro più recente monitor di processo multicanale, consente di rilevare facilmente concentrazioni di ossigeno fino a 1 ppmV nel gas naturale con tempi di risposta rapidi e livelli di ripetibilità eccezionalmente elevati. 

    Il Minox-i utilizza una cella elettrochimica galvanica stabile e di lunga durata.  Questa è costituita da quattro strati: una membrana permeabile ai gas, un anodo prodotto con un'alta concentrazione di oro, un elettrolita e un catodo a base di piombo.  L'insieme completo è contenuto con l'elettronica di bordo in un alloggiamento compatto in acciaio inossidabile. 

    Il sensore funziona facendo passare un campione di gas sull'anodo d'oro ad alta concentrazione, dove l'ossigeno reagisce formando ioni idrossile. Questi si diffondono poi attraverso la membrana elettrolitica fino al catodo, dove si ossidano diventando ossido di piombo.  Questa reazione produce una tensione che è direttamente proporzionale alla concentrazione di ossigeno nella miscela di gas.  La tensione viene quindi elaborata dall'elettronica del sistema per fornire un segnale di uscita a 4...20 mA, che può essere utilizzato per calcolare con precisione il livello di ossigeno in tracce nel campione. 

    Monitoraggio dell'ossigeno in tempo reale

    Il segnale di uscita del Minox-i, così come quello di altri sensori di processo, dovrebbe idealmente essere inviato a un monitor di processo dedicato, come il più recente Michell Instruments Multi-Channel Process Monitor (MCPM).  Questo strumento a sei canali è dotato di un ampio schermo LCD a colori touch-screen, che ne semplifica la configurazione e l'uso e fornisce una visualizzazione in tempo reale di più parametri di processo.  

    Il nuovo MCPM consente di impostare gli allarmi di processo standard NAMUR 102, offre una registrazione completa dei dati e opzioni di connessione complete, tra cui RS485 ed Ethernet per Modbus TCP/IP.  Utilizzando la tecnologia sopra descritta, i produttori di gas naturale e gli operatori del trasporto hanno accesso a dati vitali in tempo reale che garantiscono il funzionamento sicuro, efficiente e redditizio dei sistemi di processo e di distribuzione. 

    Siamo i maggiori esperti mondiali di gas specializzati, monitoraggio dell'umidità e misurazione del punto di rugiada.  Disponiamo di un'ampia gamma di prodotti, supportati da un'impareggiabile assistenza tecnica e al cliente.  Per saperne di più, parlate con uno dei nostri specialisti delle applicazioni oggi stesso.

    Fonti

    Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti: Ufficio di informazione scientifica e tecnica

    Informazioni correlate

    Gas Naturale

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