Кислород в природном газе - принципы работы промышленных анализаторов кислорода

Содержание

Природный газ — это сложная многокомпонентная смесь. Мы привыкли думать о нем как о метане (CH₄), но в реальности состав «голубого топлива» гораздо богаче. В нем присутствуют этан, пропан, бутан, азот, углекислый газ, сероводород и, в том числе, кислород (O₂).

На первый взгляд, присутствие кислорода в газе кажется нонсенсом: ведь газ добывается из недр, где царит восстановительная среда, а кислород — это окислитель. Однако в газотранспортных системах и на перерабатывающих заводах кислород является не просто «лишним» компонентом, а опаснейшим врагом оборудования.

В этой статье мы подробно разберем физику и химию появления кислорода в магистралях, методы борьбы с ним, а также рассмотрим передовые отечественные решения для контроля его концентрации — анализаторы линейки «АНОКС» от компании НТФ БАКС.

Часть 1. Кислород в газопроводе: Незваный гость

Откуда вообще появляется кислород в природном газе?

В пластовом газе, находящемся под землей, свободного кислорода практически нет. Он появляется там в результате техногенных процессов на этапах добычи, сбора, подготовки и транспортировки. Вот основные пути проникновения O₂ в систему:

1. Вакуумные системы сбора: На поздних стадиях эксплуатации месторождений давление в пласте падает. Для извлечения газа используются компрессоры, работающие на всасывание. Если в трубопроводах на линии всасывания (шлейфах) есть малейшие негерметичности, атмосферный воздух подсасывается внутрь.
2. Ремонтные работы и продувка: При проведении плановых ремонтов участки трубопроводов разгерметизируются. После ремонта трубу продувают газом, но остаточные количества воздуха (а с ним и кислорода) могут смешиваться с основным потоком.
3. Впрыск химических реагентов: Метанол или ингибиторы коррозии/гидратообразования часто закачиваются в трубу из емкостей, контактирующих с атмосферой. Растворенный в реагентах кислород попадает в газовый поток.
4. Системы регенерации гликоля и аминов: На установках осушки и сероочистки абсорбенты (гликоль, амины) циркулируют по кругу. В блоках регенерации они могут контактировать с воздухом (через «дыхание» резервуаров), насыщаясь кислородом, который затем переносится в поток газа в контакторе.

Чем опасен кислород в газе?

Многие ошибочно полагают, что главная опасность кислорода — это взрыв. Безусловно, смесь метана с кислородом взрывоопасна, но в магистральных газопроводах концентрация метана намного выше верхнего предела взрываемости (UEL). Реальные проблемы носят иной характер и стоят компаниям миллиарды рублей ежегодно.

1. Электрохимическая коррозия

Присутствие даже следовых количеств кислорода (на уровне ppm — частей на миллион) в сочетании с влагой (H₂O) и кислыми газами (CO₂, H₂S) запускает мощнейшие коррозионные процессы.

Кислород выступает деполяризатором катодного процесса. В системах, содержащих сероводород и CO₂, кислород ускоряет коррозию в десятки раз. Труба начинает гнить изнутри, появляются питтинги (язвы), которые приводят к сквозным свищам.

2. Деградация химических реагентов (Аминов и Гликолей)

На газоперерабатывающих заводах (ГПЗ) для очистки газа используются амины (МЭА, ДЭА, МДЭА). Кислород вступает в реакцию с аминами, окисляя их.

Образуются термостабильные соли (HSS), которые не регенерируются. Амин теряет свою активность, начинает пениться и сам становится агрессивно коррозионным. Это приводит к необходимости полной замены дорогостоящего реагента.

3. Образование элементарной серы

Если в газе есть сероводород (H₂S), то при контакте с кислородом происходит реакция окисления с выпадением элементарной серы:

`2H₂S + O₂ → 2S↓ + 2H₂O`

Твердая сера — это «смерть» для компрессоров, запорной арматуры и измерительных приборов. Она забивает каналы, оседает на лопатках турбин и вызывает эрозионный износ.

Нужно ли очищать газ от кислорода?

Согласно большинству стандартов (включая СТО Газпром и ряд ГОСТов), содержание кислорода в газе, подаваемом в магистральные газопроводы, строго регламентировано. Обычно допустимый порог составляет не более 1,0% по объему (для некоторых условий), однако для предотвращения коррозии и деградации аминов требования гораздо жестче — менее 10 ppm (0,001%).

Очистка (деоксигенация) производится, если концентрации превышают критические значения. Используются методы каталитического окисления (сжигание кислорода на платиновых/палладиевых катализаторах) или мембранные технологии. Но прежде чем очищать, кислород нужно увидеть и измерить.

Часть 2. Промышленные анализаторы кислорода: Глаза технолога

Обнаружить кислород в потоке природного газа без специального оборудования невозможно. Он бесцветен и не имеет запаха. Для этого используются промышленные газоанализаторы.

Принцип действия современных анализаторов

Для анализа микроконцентраций кислорода в природном газе чаще всего используются две технологии:

1. Электрохимический (гальванический) метод:

Основан на реакции восстановления кислорода на катоде электрохимической ячейки. Молекулы O₂ проходят через газопроницаемую мембрану в электролит. Возникает электрический ток, сила которого прямо пропорциональна парциальному давлению кислорода в смеси.

Преимущества: Высокая чувствительность (до долей ppm), относительно низкая стоимость, простота эксплуатации.

2. Оптический (лазерный) метод:

Используется перестраиваемая диодная лазерная спектроскопия (TDLAS) или методы тушения флуоресценции.

Преимущества: Отсутствие контакта сенсора с агрессивной средой, мгновенный отклик.

Зачем нужны эти приборы?

• Коммерческий учет: Качество газа влияет на его цену.
• Защита оборудования: Автоматика перекроет задвижки, если концентрация O₂ скакнет вверх, спасая аминовую установку от отравления.
• Безопасность: Контроль герметичности оборудования.

Часть 3. Решения от НТФ БАКС: Импортозамещение высокого уровня

На российском рынке одним из лидеров в разработке газоаналитического оборудования является Научно-техническая фирма «БАКС» (НТФ БАКС). Компания, базирующаяся в Самаре, уже более 30 лет создает приборы, которые успешно замещают продукцию таких гигантов, как Siemens, ABB или Ametek.

В контексте измерения кислорода особого внимания заслуживает линейка анализаторов и преобразователей «АНОКС». Эти приборы разработаны специально для жестких условий эксплуатации в нефтегазовой отрасли РФ, они внесены в Госреестр средств измерений и имеют сертификаты взрывозащиты.

Рассмотрим подробнее каждое изделие из линейки.

Стационарный газоанализатор «АНОКС»

Если базовая модель — это универсал, то стационарная версия «АНОКС» — это «рабочая лошадка», созданная для непрерывного круглосуточного мониторинга в автоматическом режиме. Такой прибор устанавливается в операторных, блок-боксах или аналитических шкафах.

Технические преимущества:

• Многоканальность: Возможность подключения нескольких датчиков или работа в составе сложных измерительных комплексов.
• Сигнализация:Программируемые пороги срабатывания («Предупреждение», «Авария»). Если кислород превысит норму, прибор подаст сигнал оператору или отправит команду на отсечной клапан.
• Выходные сигналы: Полный набор промышленных интерфейсов (4-20 мА, RS-232/485 с протоколом Modbus RTU). Это позволяет легко «подружить» анализатор с любой системой SCADA.
• Термостабилизация: Важно для точности измерений в условиях перепада температур. 

Стационарный «АНОКС» незаменим на узлах коммерческого учета газа (УУГ) и на выходах установок низкотемпературной сепарации.

Заказать стационарный анализатор кислорода АНОКС

Преобразователь измерительный кислорода «АНОКС» (Anoks Transmitter)

Это устройство представляет собой компактное решение класса «полевой КИП». В отличие от шкафных анализаторов, преобразователь «АНОКС» может монтироваться в непосредственной близости к точке отбора пробы, что минимизирует транспортное запаздывание (время, которое газ идет от трубы до датчика).

Почему это важно для промышленности:

• Взрывозащита: Прибор выполнен в корпусе с видом взрывозащиты «Взрывонепроницаемая оболочка» (Exd). Это позволяет устанавливать его прямо во взрывоопасных зонах (зоны 1 и 2), где присутствует риск загазованности.
• Компактность: «Все в одном» — сенсор и электроника находятся в едином прочном корпусе.
• Простота монтажа: Не требует сложных систем пробоподготовки (в простых случаях), легко врезается в байпасную линию.
• Унифицированный сигнал: Выдает стандартный токовый сигнал 4-20 мА, который понятен любому контроллеру.

Преобразователи «АНОКС» часто используются для мониторинга инертных сред при продувке трубопроводов (контроль отсутствия кислорода) и в системах безопасности факельных установок.

Заказать анализатор кислорода трансмиттер АНОКС

Портативный газоанализатор «АНОКС»

Не всегда есть возможность установить стационарный прибор. Для оперативных проверок, обхода трасс, пусконаладочных работ и экологического контроля инженеры используют переносную версию.

Особенности портативного «АНОКС»: (серия П)

• Мобильность: Легкий, компактный, работает от встроенного аккумулятора.
• Быстродействие: Позволяет получить результат прямо «в поле» за считанные минуты. Не нужно отбирать пробу в баллон и везти её в лабораторию (где она может изменить состав по дороге).
• Удобство: Яркий дисплей, интуитивное меню, прочный корпус, защищенный от пыли и влаги.
• Встроенный насос: (в зависимости от комплектации) позволяет принудительно закачивать пробу из трубопровода низкого давления или емкости.

Портативный «АНОКС» — обязательный инструмент в арсенале служб КИПиА, экологов и технологов газотранспортных предприятий. Он позволяет быстро найти место подсоса воздуха («свища») на вакуумных линиях.

Заказать переносной анализатор кислорода АНОКС

Заключение

Кислород в природном газе — это скрытая угроза, игнорирование которой ведет к колоссальным убыткам от коррозии и поломки оборудования. В современных реалиях, когда требования к качеству энергоносителей растут, а экономическая эффективность выходит на первый план, точный контроль примесей становится обязательным.

Оборудование НТФ БАКС — анализаторы серии «АНОКС» — представляет собой зрелое, надежное и технически совершенное решение этой задачи. Будь то стационарный пост контроля качества на магистральном газопроводе, локальный взрывозащищенный трансмиттер на установке подготовки или портативный прибор в руках обходчика — у БАКС есть нужный инструмент.

Выбирая отечественные анализаторы «АНОКС», предприятия не только выполняют программу импортозамещения, но и получают оборудование, изначально спроектированное с учетом специфики российской газовой отрасли: надежное, ремонтопригодное и точное.