天然气中氧的测量

如何识别天然气中氧污染

氧有很多特性。它对维持生命很重要，是环境必不可少的因素，支持燃烧，在很多工业、生物反应和过程中起催化剂作用。然而，对于处理和输送天然气来说，氧被认为是一种不需要的潜在危险污染物。

氧气可以在不同阶段进入天然气过程中。最常见的情况是，氧气会通过管道、阀门和其他设备中的泄漏进入管道和配送系统。值得注意的是，即使管道气体压力明显高于外部环境的压力，氧气仍然会通过管道中的泄漏进入。这是由于管道中的气体和周围空气之间的蒸汽压力不同。例如，加压至1000 psig的管道气体中的氧含量通常低于200 ppmV；后者的蒸汽压为10.5mmHg。相比之下，空气中氧的蒸汽压约为157mmHg。这表示压差比接近15:1，即使在1000psig有逸出的气体压力下，也足以使氧气流回管道。

由于系统因维护或真空提取过程而关闭后不正确的吹扫，氧也可能被故障设备吸入天然气处理和输送网络。真空提取越来越多地被用于从枯竭的储层中提取尽可能多的天然气，但也可能通过现有的泄漏点或压缩机进气口吸入过量的氧气。

天然气中氧气的存在会产生许多问题：

腐蚀：氧会与水分结合，侵蚀金属表面；一家大型天然气输送公司进行的研究表明，溶解氧是“天然气中腐蚀性更强的污染物之一”

安全：过度腐蚀会导致气体泄漏，或氧气与其他气体结合，这些会增加爆炸风险

生产效率降低：氧气会降解胺等添加剂，这会抑制去除CO2和H2S的能力，并影响一些硫醇的特性，从而降低这些加臭剂的有效性

燃烧效率降低：用于发电的天然气燃烧过程中氧气的存在会对气体的热值产生不利影响，并导致过多的寄生加热损耗

合同合规性：氧气污染可能导致天然气质量超过合同规范，从而可能会对输送和供应运营商造成处罚

天然气中的氧气测量：典型实践

显然，考虑到氧气污染可能对天然气系统的安全、质量和运营成本产生的潜在影响，使用高度准确和可靠的氧监测仪至关重要。

有许多技术用于检测和测量天然气中的氧浓度。这些技术包括气相色谱仪、库仑传感器、氧电池、荧光猝灭和电化学。尽管每种技术都有其优缺点，其中比较好的解决方案之一是使用基于电化学原电池的专用传感器，然后将其连接到高级过程监测器。例如，Minox-i本安氧变送器 与多通道过程监测仪相结合，可以快速响应和高重复性地轻松检测天然气中低至1ppmV的氧浓度。

Minox-i使用稳定、长寿命的电化学原电池。它由四层组成：透气膜、高浓度金制成的阳极、电解质和铅基阴极。整个组件与电路板电子元件一起置于紧凑的不锈钢外壳。

该传感器的工作原理是将样气通过高浓度金阳极，氧气在阳极反应形成氢氧根离子。然后，这些物质通过电解质膜扩散到阴极，在那里氧化成为氧化铅。这种反应产生的电压与气体混合物中的氧浓度成正比。然后，系统电子元件对电压进行处理，产生4…20mA的输出信号，其可用于精确地计算样气中的微量氧水平。

实时氧监测

Minox-i的输出信号以及其他过程传感器的输出信号理想情况下应反馈到专用的过程监测仪，如密析尔多通道过程监测仪（MCPM）。这种六通道仪器具有一个大的彩色触摸屏LCD，使其易于配置和使用，并提供多个过程参数的实时显示。

Michell MCPM允许设置NAMUR 102标准过程报警，提供完整的数据记录，以及全面的连接选项，包括RS485和用于Modbus TCP/IP的以太网。

通过使用上述技术，天然气厂商和运输商可以访问重要的实时数据，以确保过程和配送系统安全、高效。