Medição precisa da umidade no gás natural

Apesar do impulso em direção às energias renováveis, o gás natural ainda é um combustível urgentemente necessário para aplicações industriais e de geração de energia e para o abastecimento privado nos próximos anos. Para reduzir a participação dos combustíveis fósseis, a injeção de hidrogênio e biometano nas redes de distribuição está sendo atualmente está sendo aumentada. Para compensar a demanda flutuante, as empresas de energia armazenam gás natural em campos de petróleo e gás esgotados ou em cavernas de sal, entre outros lugares. No entanto, isso o satura de umidade e ele precisa ser seco antes de ser adequado para ser alimentado nas redes.

Conteúdo de umidade no gás natural

O teor de umidade excessivamente alto no gás natural, quando alimentado em dutos de transporte a jusante, promove a formação de hidratos, o que pode levar ao entupimento do tubulação e danos aos compressores. Além disso, a especificação contratual para o teor máximo de umidade, imposta pelo operador do sistema de transmissão, deve ser atendida. O controle preciso da concentração de umidade por meio de medições precisas é, portanto, essencial para uma operação segura e eficiente.  

Se, por exemplo, a medição mostrar um valor impreciso e muito alto, isso pode significar a realização de processos de desidratação desnecessários ou, o que é pior, uma paralisação. Uma subestimação da medição, por outro lado, leva a uma desidratação insuficiente, com as consequências mencionadas acima para a tubulação e os compressores. Várias tecnologias estão disponíveis para as empresas de energia medirem a umidade. Elas incluem sensores capacitivos e de impedância, espelhos resfriados, analisadores de microbalança de cristal de quartzo (QCM) e espectrômetros de absorção de laser de diodo sintonizável (TDLAS) - cada um com vantagens e desvantagens em termos de precisão, velocidade e custo.  

Contaminação por glicol

O método mais comum e econômico de remover a água do gás natural é usar o glicol como dessecante líquido em um processo de absorção ou contator de glicol. Essa abordagem está bem estabelecida, mas também traz riscos, pois o glicol pode ser forçado a sair da parte superior da coluna junto com o fluxo seco de gás natural, devido às velocidades excessivamente altas do gás. O glicol, no entanto, tem uma alta constante dielétrica e, portanto, será detectado por qualquer sensor de umidade a jusante com sensores capacitivos de óxido metálico/impedância, o que pode causar a perda de umidade. óxido metálico capacitivo/impedância, fazendo com que eles forneçam leituras imprecisas. 

Em comparação, os espectrômetros de absorção a laser de diodo sintonizável (TDLAS) funcionam independentemente da contaminação por glicol. Com esse método de medição sem contato, a concentração ou densidade do gás ou dos componentes do gás a serem examinados é determinada a partir de uma absorção medida. Portanto, os analisadores TDLAS existentes parecem, à primeira vista, oferecer uma boa solução para determinar o teor de umidade. No entanto, o gás natural é uma mistura gasosa de uma ampla variedade de hidrocarbonetos, desde alifáticos leves de cadeia curta (compostos não aromáticos) até moléculas pesadas de cadeia longa, moléculas pesadas de cadeia longa. Essas composições muito diferentes do gás natural podem não apenas distorcer as medições mas também afetar os limites de detecção e a precisão.

Normalmente, tenta-se amortecer os efeitos dessas interações calibrando o analisador para a composição do gás utilizado. No entanto, isso nem sempre funciona como desejado com os componentes do gás natural, que muitas vezes sofrem fortes flutuações, e, portanto, leva a erros que estão fora das especificações de desempenho dos fabricantes. especificações de desempenho dos fabricantes. Por exemplo, um limite de desempenho TDLAS especificado de ±4 ppm sugere a chamada banda de confiança de cerca de 2 °C de ponto de orvalho. Na realidade, esse desvio pode ser de até 20 ppmV e pode ocorrer em qualquer ponto de medição em que a composição do gás natural seja alterada. Exemplos típicos são os gasodutos de longa distância gasodutos de longa distância alimentados por várias fontes de gás e, possivelmente, também a jusante de uma injeção de gás combustível, como no caso do biometano. O impacto geral é enorme, pois o erro adicional erro adicional aumenta a faixa de confiança para cerca de 14 °C de ponto de orvalho.

Medir a umidade com uma precisão de 1ppmv

Uma solução para o problema é prometida por um analisador de próxima geração que, além de ser impermeável a impurezas, compensa automaticamente as variações na composição do gás por meio de algoritmos especiais de espectroscopia. O OptiPEAK TDL600 da Michell da Michell é capaz de determinar o teor de umidade no gás natural com uma precisão de 1ppmV (<100 ppmV ), mesmo na presença de componentes ácidos, como dióxido de carbono e sulfeto de hidrogênio sulfeto de hidrogênio, além de níveis variáveis de hidrogênio. A tecnologia sem contato requer manutenção mínima, mesmo em aplicações exigentes, como alterações nas concentrações de metano ou gás ácido. O analisador também é totalmente certificado para áreas de risco e oferece desempenho de medição, estabilidade e sensibilidade de detecção líderes na categoria.

A alta precisão é particularmente relevante porque, além do aumento da alimentação de biometano, a alimentação de hidrogênio também está sendo aumentada para reduzir a participação de combustíveis fósseis no fornecimento de gás natural. Nas redes de transmissão dos países da UE, estão planejados aumentos de até 20% na alimentação de H2, a ser produzido por eletrólise de água proveniente do excedente de energia solar e eólica. Foi demonstrado que o aumento dos níveis de hidrogênio não afeta a precisão da medição do OptiPEAK TDL600 da Michell Isso é confirmado por testes independentes realizados pela DBI Gas- und Umwelttechnik em Leipzig, Alemanha. Até mesmo a adição de 10 mol% de H2 ao gás natural não mostrou nenhum efeito negativo sobre a precisão e o desempenho geral da medição do analisador. 

Conclusão

O O OptiPEAK TDL600 da Michell permite que o teor de umidade em composições reais de gás natural seja determinado com uma precisão de ±1ppm_V - muito mais preciso do que analisadores TDLAS comparáveis. Isso protege contra custos de processo desnecessários devido à secagem excessiva e paradas devido a medições excessivamente pessimistas.  

Autor: Rolf Kolass