EDITIE 33, SEPTEMBER 2017

Betrouwbaar meten van THT

in aardgas met plug & play

mobiel micro-GC systeem

De laboratoria van DNV GL in Groningen lopen wereldwijd voorop in het ontwikkelen van nieuwe analysemethoden en testmethodieken voor de gasindustrie. Die worden gebruikt voor onder meer het bepalen van de gaskwaliteit, het kalibreren van flowmeters en verbrandingsonderzoek. Dit jaar is een nieuwe methode ontwikkeld om de concentratie van de geurstof THT in aardgas direct in het distributienetwerk te kunnen meten.

Aardgas is van nature kleur- en reukloos, waardoor het voor de mens niet te detecteren is. En dat is gevaarlijk, omdat aardgas vanaf bepaalde concentraties in de lucht explosief is. Om ervoor te zorgen dat in geval van lekkages aardgas in de lucht waargenomen kan worden door mensen, zijn gasleveranciers verplicht om een geurstof aan het aardgas toe te voegen. In Nederland gaat het daarbij om THT, tetrahydrothiofeen, dat bij een normconcentratie van 18 mg/m3 door 99% van de bevolking te ruiken is. Dit komt bij juist doseren van de geurstof overeen met 20% van de onderste explosiegrens voor aardgas in lucht. De LEL (‘lower explosion limit’) voor aardgas is 5%, dus bij een concentratie van 1% aardgas in lucht kan je al een ‘gaslucht’ ruiken.

Het doseren van THT is een precies werkje, dat er door de komst van allerlei lage-flow gasstromen niet gemakkelijker op is geworden. “Die 18 mg/m3 komt overeen met ongeveer 5 ppm, zeg maar een druppeltje THT per twee kubieke meter gas. Bij het injecteren bij lage flows kan dat zomaar slechts een kwart druppeltje per uur betekenen, en dat is lastig te regelen. De wetgever ziet ook in dat je dan snel te veel hebt, en heeft de maximale toetsingsgrens opgerekt, naar 40 mg/m3, waar de ondergrens op 10 mg/m3 is vastgesteld. Maar onze klanten -de gasleveranciers- willen natuurlijk zo dicht mogelijk bij de normwaarde van 18 mg/m3 zitten; alles wat ze teveel doseren is feitelijk niet nodig, en brengt ook nog eens extra kosten met zich mee”, vertelt Henk Top, senior specialist ‘Gas Testing & Analysis’ bij DNV GL in Groningen.

De door Da Vinci Laboratory Solutions geleverde Agilent 490 Micro GC staat aan de basis van dit door DNV GL ontwikkelde plug & play mobiel micro-GC systeem om sneller, betrouwbaarder en nauwkeuriger dan ooit de geurstof THT in aardgas ter plekke in het distributienetwerk te bepalen. Dit is in nauwe samenwerking gebeurd met fabrikant en leverancier, wat onder meer naar voren komt in het al eerder kunnen gebruiken van de ‘Mobile’ functionaliteit, die pas in het najaar van 2017 wordt gelanceerd. Hiermee kunnen gebruikers met een IPad of smart phone via WiFi inloggen op het apparaat en het apparaat bedienen.

 

Beter meten

Om het doseerproces nauwkeurig te regelen en te controleren of de juiste hoeveelheid wordt geïnjecteerd, is het essentieel om een betrouwbaar en nauwkeurig beeld te hebben van het THT-gehalte in de leidingen achter de doseerinstallatie. En dat het liefst zo snel mogelijk. “Dat was tot aan de introductie van ons nieuwe meetsysteem, begin dit jaar, feitelijk alleen mogelijk voor gespecialiseerde meettechnici als de onzen, maar niet laagdrempelig beschikbaar voor routinematig gebruik door field engineers van onze klanten”, stelt Henk Top.

 

Henk Top, senior specialist ‘Gas Testing & Analysis’ bij
de DNV GL Oil & Gas laboratoria in Groningen,
maakt regelmatig gebruik van deze faciliteiten om
zelf gasstandaarden te maken.

Daarvoor heeft hij de volgende uitleg: “Het doseren vindt plaats op basis van de gasflow die langskomt. Klanten maten daarbij niet continu de concentratie. Ze deden dat op periodieke basis, door op vaste plekken van het gasleidingennetwerk, doorgaans dichtbij de afleverpunten, monsters te nemen voor laboratoriumanalyse of daar controlemetingen uit te voeren. Die controlemetingen vonden plaats met behulp van handapparaten op basis van kleurbuisjes of elektrochemische cellen. Dat zijn eenvoudige, goedkope methoden, die echter een aantal nadelen hebben. Zo is de nauwkeurigheid met betrouwbaarheidsintervallen van zo’n 20% niet bijster groot. Bovendien zijn deze methoden gevoelig voor interferentie door andere componenten in de gassamenstelling. Bedenk dat je het bij aardgas hebt over een verzameling van wel 200 verschillende componenten. Als meerdere van die componenten een interactie geven op zo’n meetapparaat, dan kun je vals-positieve metingen krijgen. Zeker met wisselende gassamenstellingen moet je steeds goed bedenken: wat ik meet, is dat ook goed?”

Om die matrixeffecten te vermijden ben je in het geval van de aardgasanalyse gebonden aan een GC-techniek, die immers zorgt voor een scheiding van de componenten alvorens die aan te bieden aan een detector. “Toen eind jaren negentig de eerste micro-GC op de markt kwam, hebben we daarmee een methode ontwikkeld om THT te meten in gassen. Als er een nieuwe injectieinstallatie werd geplaatst in Nederland, dan gingen wij met een micro-GC kijken of die goed injecteerde. Hierbij plaatsten we de micro-GC op een stroomafwaarts gelegen punt en keken we gedurende twee weken of het goed ging. Indien dat het geval was, volstond het om periodiek met een handapparaat te controleren. Omdat ook voor die periodieke metingen een grotere betrouwbaarheid is gewenst, hebben we hiervoor nu een speciale, mobiele meetopstelling ontwikkeld met een micro-GC, in dit geval de Agilent 490 Micro GC, geleverd door Da Vinci Laboratory Solutions.”

 

Oplossing op maat

Bij de ontwikkeling van de speciale, mobiele meetopstelling stond voorop dat engineers zonder veel analytische expertise de micro-GC adequaat moesten kunnen bedienen. “Je hebt voor deze techniek meer analytisch inzicht nodig dan bij een handapparaat, waarbij insteken in de monsterstroom en afl ezen van de waarde volstaat. In het geval van de micro-GC moet je het chromatogram goed kunnen beoordelen, kunnen zien of je wel de goede piek te pakken hebt. Dat hebben we ondervangen door technici op te leiden en ze ook een praktijkexamen te laten afl eggen, zodat ze begrijpen wat ze doen, het instrument kunnen bedienen en ook analysesoftware en methodes op de laptop kunnen zetten”, vertelt Henk Top. Daarnaast zijn er enkele slimme tools ontwikkeld, waardoor foutief gebruik nagenoeg is uitgesloten. “Je hebt bijvoorbeeld te maken met verschillende gasdrukken in de netten: 40 bar, 8 bar of zelfs 50 mbar. Je moet dan wel iets hebben om in al die gevallen een representatief monster aan te kunnen bieden. We hebben hiervoor een monsternamesysteem op een haspel gemaakt met een geïntegreerde reduceer (om de druk naar beneden te brengen) en twee aansluitingen: eentje voor hoge druk (> 1 bar) en eentje voor lage druk. De aansluiting voor de hoge druk heeft een andere snelverbinding dan die voor lage druk, zodat je nooit een verkeerde aansluiting kunt maken.”

“Je hebt voor de micro-GC meer analytisch inzicht nodig
dan bijeen handapparaat, waarbij insteken in de
monsterstroom en af lezen van de waarde volstaat.”

Een andere slimmigheid is dat de reduceer dichtbij het meetpunt wordt gebracht, en niet bij de GC zelf. Dat hangt samen met de soms wel 25 meter lange leiding die nodig is tussen meetpunt en de micro-GC in de meetwagen. “Je hebt vaak te maken met explosiegevaarlijk gebied, waar je niet zomaar een busje met draaiende motor (om de stroomvoorziening voor de meetapparatuur in stand te houden) kunt neerzetten. En je kunt ook niet altijd dichtbij het meetpunt komen. Een lange leiding met hoge druk levert echter lange looptijden op.

Waar veel labwerk is overgenomen door veld-GC’s,
worden de GC’s op het lab vooral gebruikt voor
‘root cause analysis’ en voor compliance analyses
 in geval van storingen van de apparatuur in het veld.

Dit vergroot de kans dat componenten worden geabsorbeerd in leidingen, waardoor je verkeerde metingen krijgt. Door directe drukreductie op de plek waar je het monster neemt, en dan het monster heel snel (10 seconden bij 25 meter) bij de GC af te leveren, krijg je een representatief monster.”

 

Compleet en compact

Om de micro-GC zijn werk goed te laten doen moesten verschillende ondersteunende faciliteiten worden aangepast. Zo heeft de GC draaggas nodig, in dit geval helium, dat commercieel verkrijgbaar is in flessen van minimaal 10 liter. Dat is een beetje groot voor de beperkte ruimte die in de meetwagen beschikbaar is. Henk Top heeft daarom gezocht wat er aan cilinders beschikbaar is, en vond er één van 2 liter. Die worden door DNV GL zelf gevuld met helium. De compacte constructie voor de micro-GC is mogelijk gemaakt door deze kleinere cilinder. In die constructie is ook een 0,5 liter cilinder opgenomen met een kalibratiestandaard. Die is nodig voor het periodiek valideren van de micro-GC. Deze cilinder is speciaal behandeld tegen zwavelcomponenten, omdat die de neiging hebben om in het geval van onbehandeld staal of rvs te plakken, in de wand te kruipen om er nooit meer uit te komen, zeker op niveaus van 5 ppm. Aangezien THT ook een zwavelcomponent is, moet je dus iets aan de passivering van deze cilinders doen om de juistheid van je meting te kunnen garanderen. Uit laboratoriumtesten blijkt dat met deze opzet het kalibratiemonster zeker een maand stabiel blijft. Tenslotte is in samenwerking met Da Vinci Laboratory Solutions ook de bekabeling vereenvoudigd.

“Voor de voeding van de GC hadden we in eerste instantie een omvormer gedacht van de 12 V accuspanning naar 220 V, maar uiteindelijk bleek dat we ook weer van 220 V naar 12 V moesten gaan. Dus is het handiger om een directe 12 V-aansluiting te maken. Aanvankelijk hadden we daar een dikke, stugge kabel voor, maar omdat je de meetopstelling in een beperkte ruimte wil onderbrengen, hebben we daarvoor een meer flexibele kabel voor gebruikt”, aldus Henk Top.

 

Plug & play meten

Het in het veld betrouwbaar meten van de THT-concentratie in aardgas is met de mobiele micro-GC oplossing eenvoudig en snel uit te voeren. “Op weg naar de meetlokatie kan de GC al mooi op temperatuur komen. Eenmaal op de meetplek aangekomen, is het een kwestie van het aansluiten van de haspel op het meetpunt en je kunt met meten beginnen. Dat gaat ook nog eens heel snel. Een meting duurt twee minuten. Als je vijf metingen hebt, die ook nog eens binnen de toetsingsgrenzen vallen, dan heb je een statistisch verantwoorde waarde, en kan je op weg naar de volgende plek.”

 

Da Vinci Laboratory Solutions

www.davinci-ls.com

 

DNV GL

www.dnvgl.nl

 

Gas Testing & Analysis bij DNV GL Oil & Gas

Tot 2009 maakten de laboratoria van DNV GL in Groningen deel uit van Gasunie als Gasunie Engineering & Technology. In dat jaar zijn ze ingelijfd door Kema, dat op zijn beurt in 2012 werd overgenomen door Det Norske Veritas (DNV). Een jaar later ontstond uit een fusie met Germanischer Lloyd het huidige DNV GL, een wereldwijd toonaangevende leverancier van onafhankelijke diensten op het gebied van risicobeheersing, technische advisering en inspectie. Naast Oil & Gas bestaat DNV GL uit de onderdelen Maritiem (classificaties voor schepen en offshore-installaties), Energie en Business Assurances. DNV GL heeft 300 vestigingen in meer dan 100 landen. Er werken in totaal zo’n 13.500 mensen. In Nederland zijn dat er ongeveer 900, waarvan 90 in Groningen.

Naast het analytische laboratorium is in Groningen het Multiphase Flow laboratorium te vinden, waarin multifasen flowmeters voor olie en gas getest en gekalibreerd kunnen worden. Uniek is een multi-phase flow loop met een compressor die tot 40 bar kan leveren. Hiermee kan een mengsel van aardgas, water en olie onder hoge druk worden rondgepompt, zodat multi-phase flowmeters en scheidingsapparatuur onder vergelijkbare omstandigheden als in het veld kunnen worden getest en gekalibreerd. Iets wat voor alle grote olie- en gasmaatschappijen van over de hele wereld gebeurt, omdat de flowmeter het economische overdrachtspunt is. In het analytisch laboratorium vindt een gevarieerd scala aan werkzaamheden plaats. Zo maakt het lab zelf gevalideerde gasstandaarden aan de hand van een gravimetrische bereiding.

Veel analysewerk vindt plaats in het teken van meterologische conformiteit voor de verrekening van het gas, vanaf de put tot aan thuis, op basis van zowel kwantitatieve als kwalitatieve parameters. Belangrijk hierbij is dat DNV GL hierin een onafhankelijke partij is. Steeds meer analysewerk vindt plaats in het teken van ‘root cause analysis’, waarbij voor klanten de oorzaak van bepaalde storingen wordt achterhaald. Een voorbeeld is zwavelafzetting op een drukregelaar. Door te bepalen hoeveel zwavel er in bepaalde processtromen zit, kan worden achterhaald of in een bepaalde gasstroom te veel zwavelcomponenten zitten. Ook is er veel aandacht voor R&D en innovatie, niet alleen voor nieuwe meetapparatuur, maar ook op het gebied van methodeontwikkeling. Zo wordt momenteel gewerkt aan een techniek om online de samenstelling en kwaliteit van LNG, dat met name voor kleinschalige toepassingen zoals gasmotoren enorm in opkomst is, te meten. Dat is complex, want je moet de vloeistof in één keer zien te verdampen om een representatief monster voor je samenstellingsanalyse te krijgen.

In dit kader is ook de door DNV GL ontwikkelde PKI, de ‘propane knock index methaannummer calculator’, vermeldenswaardig, die alle methoden voor gasanalyse integreert en als zodanig als onafhankelijke, betrouwbare methode kan worden gehanteerd voor het vaststellen van het methaangetal van gasvormige brandstoffen. De PKI is daarbij ook een voorbeeld van het streven van DNV GL om de markt vooruit te helpen door het maken van zogenaamde ‘recommended practices’, die soms wel tien jaar vooruit lopen op de komst van internationale normen.

KENNISPLATFORM VOOR LABORATORIA