Mesure d'oxygène dans le gaz naturel

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

L'oxygène a de nombreuses propriétés. Il est vital pour maintenir la vie, essentiel pour l'environnement, soutient la combustion et agit comme un catalyseur dans de nombreuses réactions et processus industriels et biologiques. Pourtant, lorsqu'il s'agit de traiter et de transporter du gaz naturel, l'oxygène est considéré comme un contaminant indésirable et potentiellement dangereux.

L'oxygène peut entrer dans le train de gaz naturel à différentes étapes. Le plus souvent, l'oxygène pénètre dans les pipelines 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 pipeline est nettement supérieure à celle de l'environnement extérieur, l'oxygène pénétrera toujours par une fuite dans la tuyauterie. Cela est dû aux différentes pressions de vapeur entre le gaz dans le tuyau et l'air ambiant. Par exemple, le gaz de pipeline pressurisé à 1 000 psig peut généralement avoir une teneur en oxygène inférieure à 200 ppmV ; ce dernier aura une pression de vapeur de 10,5 mmHg. En comparaison, la pression de vapeur d'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 s'échappant de 1 000 psig, est suffisant pour provoquer le retour de l'oxygène dans le tuyau.

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

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

Corrosion : l'oxygène peut se combiner à l'humidité pour attaquer les surfaces métalliques ; des recherches menées par une grande entreprise de transport de gaz ont identifié l'oxygène dissous comme «l'un des contaminants les plus corrosifs du gaz naturel».

Sécurité : soit lorsqu'une corrosion excessive entraîne des fuites de gaz, soit lorsque l'oxygène se combine avec d'autres gaz pour augmenter le risque d'explosion.

Réduction de l'efficacité de production : l'oxygène peut dégrader les additifs tels que les amines, qui inhibent leur capacité à éliminer le CO2 et le H2S et affectent les propriétés de certains mercaptans, ce qui réduit l'efficacité de ces odorants.

Conformité contractuelle : la contamination par l'oxygène peut faire en sorte que la qualité du gaz naturel dépasse les spécifications contractuelles, entraînant des pénalités potentielles pour les opérateurs de transport et de fourniture.

Mesure d'oxygène dans le gaz naturel : bonnes pratiques

De toute évidence, étant donné l'impact potentiel que la contamination par l'oxygène peut avoir sur la sécurité, la qualité et les coûts d'exploitation des systèmes de gaz naturel, l'utilisation d'instruments de surveillance de l'oxygène extrêmement précis et fiables est essentielle.

Il existe un certain nombre de technologies utilisées pour détecter et mesurer les concentrations d'oxygène dans le gaz naturel. Ceux-ci incluent la chromatographie en phase gazeuse, les capteurs coulométriques, les cellules à oxygène paramétriques, la trempe de fluorescence et les piles à combustible galvaniques. Bien que chacun 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 multicanal, permet de détecter facilement des concentrations d'oxygène 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 à longue durée de vie. Celui-ci est construit à partir 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 complet 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 hydroxyle. Ceux-ci diffusent ensuite à travers la membrane électrolytique vers la cathode, où ils s'oxydent pour devenir de l'oxyde de plomb. Cette réaction produit une tension 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 4…20 mA, qui peut être utilisé pour calculer avec précision le niveau de trace 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, doit idéalement être envoyé à un moniteur de processus dédié, tel que le dernier moniteur de processus multicanal Michell Instruments (MCPM). Cet instrument à six canaux est doté d'un grand écran LCD couleur tactile, ce qui le rend simple à configurer et à utiliser, et fournit un affichage en temps réel de plusieurs paramètres de processus.

Le nouveau MCPM permet de définir des alarmes de processus standard NAMUR 102, fournit un enregistrement complet des données, ainsi que des options de connexion complètes, y compris 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 le fonctionnement sûr, efficace et rentable des systèmes de traitement et de distribution.

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