CN105452840A - 混合气体采样系统 - Google Patents

Abstract

一种用于在转移过程期间从低温碳氢化合物液体收集周期性混合和/或非混合气化气体样本的采样系统，包括：1)到气体分析器的直接样本通道，用于立即、实时的气化气体分析；2)高速环路通道，用于为随后的分析直接收集新鲜气化气体样本；和3)混合采样通道，混合采样通道包括加压样本积聚器，用于在转移处理期间收集选定体积的多个周期性获得的样本，以生成气化气体的混合样本。

Description

混合气体采样系统

本PCT国际申请要求2014年3月12日提出的美国申请14/205,526和2013年3月15日提出的美国临时申请61/794,240为优先权。

技术领域

本发明涉及收集混合气体样本用于分析，尤其涉及在低温气体已经被汤普森(Thompson)的US7,484,404中描述的那种系统调节后的混合样本收集，该系统归申请人所有并且已作为玛氏唐(Mustang)采样系统出售。更具体地，这种混合采样系统是对气体样本调节气化器的补充，用来收集液化天然气和/或天然气液体的经调节的气化样本。

背景技术

液化天然气采样由标准ISO8943和GIIGNLLNG监管转移手册管理。欧洲和世界的其他区域存在额外需求，例如对转移的LNG成分，尤其来自油轮卸下的LNG成分进行混合采样。该标准要求混合采样在船卸货期间被收集。采样的气体流被转移到用于存储和比较的小圆筒样本容器，以进行连续在线均值分析。

在液化天然气船运车辆的运转移过程期间，期望获得精确的采样来审计卸下的LNG的能量成分。这可通过使用已知技术实现，例如对脱离的汽化流的周期性直接采样和/或混合采样。直接采样可通过例如气体色谱仪等合适的分析器立即进行分析，仅通过推断已选择的堆积数据精确描绘整个转移过程期间从该车辆卸下的LNG成分。另外，人工直接采样可以在例如1/4、1/2和3/4的船货物转移时立即进行。自动的混合采样被用来在转移过程期间以选定的周期性间隔获取特定的汽化LNG体积。但是，典型的混合样本成分的分析仅可以在转移过程完成后使用。

用于LNG的传统混合采样技术典型地采用圆顶或浮动式活塞系统的形式。圆顶系统是基于囊状物的并需要液体(典型地，水)将采集圆顶与周围环境隔离并维持所采集的样本上的压力。由此提取的混合样本随后从圆顶被转移到样本筒，用于分析和/或存储用于随后的定性分析。由于圆顶系统依靠液体/水，因此水密封的失效将污染混合样本。

浮动式活塞采样器比圆顶采样器结构更简单，且避免引入水/液体作为密封方法，而依靠机械密封。相应地，浮动式活塞系统使其他的周围气体(例如,氧气)引入混合天然气样本最小化。但是，浮动式活塞系统包括若干可移动部件和密封件，并且需要动力源对活塞施压。不仅这些可移动部件由于泄漏等而引入样本污染源，而且众所周知这种系统施加较高的压力以在循环期间排空样本腔室。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种在转移过程期间用于调节气化气体的新型样本系统和方法。

本发明的另一目的是克服上文提及的与现有技术的传统结构相关的问题。

本发明的另一目的是提供一种克服现由的样本收集技术的公认问题的手段。

本发明的进一步目的是在为任意特定转移操作的采样技术选择和执行的定制中提供更大灵活性。

本发明的另一目的是选择性地提供一致的新鲜气体和混合气体采样封存(sequestration)，用于分析。

本发明的另一目的是提供一种具有最小移动部件的方便的、整体的混合气体采样系统。

这些和其他的目的通过一种设备实现，该设备在转移过程期间在低温液态碳氢化合物源气化并调节成气态后捕获周期性气体样本，该设备的特征在于至少具有第一气化样本输入线和第二气化样本输入线，第一气化样本输入线和第二气化样本输入线中的每个至少包含第一直接馈送线、第二高速环线和第三积聚器馈送线；第一气化样本输入线和第二气化样本输入线中的每个的第一直接馈送线直接连接到气体分析器，用于在线、实时、周期性地分析非混合气体样本；每个高速环线连接到高速回路，高速回路具有压力调整器、高压泵、多个电磁控制阀和通向高温废气系统的旁路出口，多个电磁控制阀用于以特定处理间隔控制存储新鲜气体样本的多个非混合样本筒的填充；每个积聚器线路包括至少一个电磁控制阀，积聚器线路用于在选定时间间隔将选定体积的气体样本传递到压力调整器、电磁控制阀和用于接收多个选定体积的周期性气体样本以生成混合气体样本的气体积聚器、以及用于维持气体积聚器中足够的压力以防止气体样本的露滴掉落的高压泵、气体积聚器的阀控制出口；和多个样本获取筒，当源处理完成后，多个样本获取筒用于从气体积聚器接收混合样本。

其他目的通过一种系统实现，用于选定采样低温液化碳氢化合物源，其中液化碳氢化合物已经在转移过程期间通过气化器被气化和调节，其特征在于具有：壳体；控制器，控制器用于控制容纳在壳体内的气体采样操作；气化气体口，气化气体口提供：第一气体流馈送线、第二气体流馈送线和第三气体流馈送线，适于在选定的时间接收选定体积的气化气体样本；气体分析器，气体分析器连接到第一气体流馈送线；和高速环路，高速环路连接到第二馈送线；多个可移除的样本筒，样本筒连接到高速环路，用于在选定时间直接从气化器收集非混合新鲜样本；积聚器，积聚器连接到第三气体流，用于接收选定体积的气体，以生成气化气体的混合样本；泵，泵与积聚器关联，以维持一定水平的积聚器压力，从而防止气化气体的露滴掉落；多个可移除的样本获取筒，样本获取筒用于从积聚器接收混合气化气体样本；残留气体移除阵列配置，用于在低温液化碳氢化合物的转移处理后从系统移除残留气体。

还有另外的目的通过一种方法实现，该方法使用气体样本系统从低温液化碳氢化合物液体采集气化气体，其特征在于具有以下步骤：从连接到低温液化碳氢化合物源的气化器中，在第一选定间隔，获得选定体积的第一气化气体样本；将选定体积的第一气化气体样本传递到第一样本获取筒；在足够防止露滴掉落的压力下，将第二选定体积的第一气化气体样本利用泵抽送到混合样本积聚器罐；在与第一选定间隔不同的选定间隔，获得选定体积的第二气体样本；将第一选择体积的气化的第二气体样本传递到第二样本获取筒；在足够防止露滴掉落的压力下，将第二选定体积的气化的第二气体样本利用泵抽送到混合样本积聚器罐，以获得混合气体样本；将混合气体样本传递到用于从积聚器罐接收混合气化样本的多个可移除的混合样本收集筒中选定的一个；移除混合样本筒中选定的一个；和移除至少第一样本获取筒。

本发明的采样系统被设计成在样本调节系统已经将液体样本转变成气体后从一个以上的输入气体流获取定时样本，并向相关的气体色谱仪或其他的分析器提供用于即刻分析的直接馈送、用于处理期间以选定时间间隔提供用于随后分析的新鲜样本和在整个样本聚集过程中提供代表整个气体成分的用于随后分析的混合样本。也就是说，例如，在船或集装箱的装载或卸载完成后，混合样本在积聚器中，采样装置被关闭。大致具有500cc体积的相关的样本筒然后从积聚器被填充。在样本筒被填充后，积聚器中的残余气体被排除，且系统通过使用气体净化、抽真空等被清洁。

为了控制由本发明执行的各种处理，使用常驻的可编程逻辑控制器(PLC)是优选的。PLC控制混合样本泵和气体线路阀的顺序操作和定时，以执行所期望的增值采样。此外，当多余的或多个气体流和泵被使用时，本发明考虑它们全部被馈送进入系统的普通积聚器。

本发明的系统没有仅依靠体积测量，还有助于基于样本积聚的离散的、已知的时间间隔控制周期性采样。也就是说，通过依靠样本积聚而不是单独的样本气体流，填充样本筒的连续采样处理基于其对样本收集的技术方法而提供更精确的结果。本发明考虑采样系统，其功能是获得样本，同时使用静态结构(没有移动部件)维持相对低压，从而使泄漏和污染的风险最小化。此外，本发明的使用实质上减少焦耳汤普森(Joule-Thompson)冷却和伴随的碳氢化合物露滴掉落的风险，该碳氢化合物露滴掉落可能会逆向影响分析样本的精确度。

为了明确的目的，本文使用的“连接”包括物理的，无论是直接的或间接的固定或可调节安装，例如，混合采样系统被连接到气化器，高速环线被连接到样本获取筒和旁路。因此，除非另有规定，“连接”是包括任意的可操作功能性连接。

本文使用的“转移处理”意思是传统意识中包含将低温液体从一个地方移动到另一个地方的处理，也包含从或到任何大型低温液化天然气容器，例如船、轨道车或货车。

本文使用的“实质上”，“一般地”以及其他的程度用词是相关修饰语，目的是表明由此修饰的特征可允许的变化。其并不是局限于被修饰的绝对值或特征中，相反，其拥有比其对立方更多的物理或功能性特性，并且优选地，接近或近似这样的物理或功能性特征。

在接下来的描述中，参照附图进行介绍，其通过对本发明可被实行的特定实施例进行图示的方式被展示。接下来显示的实施例将被足够详细地描述，以使本领域的技术人员能够实施本发明。应该理解的是，可以使用其他的实施例，以及基于目前已知的结构和/或功能的等同物进行的结构变化都不脱离本发明的范围。

附图说明

图1是根据本发明实施例的混合样本系统的摄影图；

图2是图1的实施例的示意图；

图3是本发明的实施例的多重流，多样本收集的示意图；

图4是本发明的实施例的示意图，其具有当转移过程完成时用于从系统移除残留气体的无囊(bladderless)积聚器和真空元件。

具体实施方式

图1所示的实施例包括混合采样系统10，其容纳在壳体11中。系统10通过在一段时间内获取小尺寸样本以提供代表性气体成分样本。系统10包括可编程逻辑控制器(PLC)12，其连接到远程通信设备，用于控制阀、螺线管和用于系统操作以及监听系统状态的指示灯。除了控制器12之外，采样系统10的壳体11容纳样本泵14、多个可移除的积聚器获取样本筒16(图示系统中使用四个筒)、多个新鲜样本筒18，每个新鲜样本筒18在转移处理期间以特定的间隔(例如，1/3负载转移，1/2负载转移和2/3负载转移)接收各自的气体样本。获取筒16通过适当的管道连接到积聚器20，用于连通混合样本。积聚器20在防止露滴(dewpoint)掉落而维持的条件(压力和温度)下以预定的时间间隔(即，1秒)接收特定的少量(例如0.5cc)的多个样本。类似地，当将混合气体从样本积聚器20馈送到各自的获取样本筒时，相关的泵必须维持气体的压力，以防止露滴掉落。为了维持系统稳定性，室11的内部包括电壳体加热器22，用于将温度维持在升高的水平。

操作时，根据本发明的混合采样系统每秒获取新鲜的0.5cc样本，存储在积聚器20中，并转移到相关的获取筒16，紧接着结束该转移操作。混合样本然后能够被移除并转移到实验室或分析器处，用于随后的分析。

本发明在结束卸载或转移处理时进行残留取样气体的移除，用于为下一次的处理操作重置该系统。图2示意了基于从罐24馈送到该系统中的氮气的气体净化子系统。净化操作可以是完全自动的或半手动的(当已命令PLC打开用于净化的系统的阀时，氮气调节器被手动地打开)。

转到图3所示的实施例，其显示了用于多个同步输入的多路径、多汽化器脱离系统。本实施例也提供高速回路24，其提供可选择的馈送线，用于从汽化器直接到一个或多个选择的收集筒的气化气体，和/或从与积聚器20关联的气体泵14溢出的气化气体。这种特定的布置通过允许任一收集筒组用于非混合采样以及为BOG(气化气体)收集器/集管(header)系统的馈送线28通气，向系统的用户提供最大的灵活性。

用于重置系统的另一选择如图4所示，其中真空生成单元26与系统一起布置，并且通过PLC12激活，该另一选择使所有的阀都打开，以生成负的系统压力并将残留气体移动到合适的出口，例如BOG集管28，或使用上文提到的来自罐23的正压力净化气体，例如氦气，将残留气体推出至通气口等。一旦被移除，系统已被有效地重置且为下一次采样操作做好准备。

工业实用性

本发明的采样系统在将LNG从运输车辆和特定地跨洋LNG油轮转移中是有用的。该系统被设计用于在从多个输入气体流从液体到气体转换后从样本调节系统中获取气化的样本，将样本馈送到分析器，控制周期性样本和从该转移操作中收集的混合采样。来自不同输入的收集的各个气体样本在转移操作结束时进行比较，并且选择的样本被存储用于后续的能量审计或讨论。

本发明已在上述说明书中被公开。本领域技术人员应该理解，可以想到属于本发明的本发明的许多修改和实施例，具有上文描述和相关附图中展示的教导益处。因此，应该理解的是，本发明不局限于本文公开的特定实施例，且本发明的许多修改和其他实施例被确定包括在本发明的范围中。此外，尽管本文使用了特定术语，但是它们仅用于一般性和描述用，而不是为了达到限制描述发明的目的。

Claims (20)

1.一种在转移过程期间在低温液态碳氢化合物源气化并调节成气态后捕获周期性气体样本的设备，其特征在于，至少具有第一气化样本输入线和第二气化样本输入线，第一气化样本输入线和第二气化样本输入线中的每个至少包含第一直接馈送线、第二高速环线和第三积聚器馈送线；

所述第一气化样本输入线和所述第二气化样本输入线中的每个的所述第一直接馈送线直接连接到气体分析器，用于在线、实时、周期性地分析非混合气体样本；

每个所述高速环线连接到高速回路，所述高速回路具有压力调整器、高压泵、多个电磁控制阀和通向高温废气系统的旁路出口，所述多个电磁控制阀用于以特定处理间隔控制存储新鲜气体样本的多个非混合样本筒的填充；

每个所述积聚器线路包括至少一个电磁控制阀，所述积聚器线路用于在选定时间间隔将选定体积的气体样本传递到压力调整器、电磁控制阀和用于接收多个选定体积的周期性气体样本以生成混合气体样本的气体积聚器、以及用于维持所述气体积聚器中足够的压力以防止所述气体样本的露滴掉落的高压泵、所述气体积聚器的阀控制出口；和

多个样本获取筒，当源处理完成后，所述多个样本获取筒用于从所述气体积聚器接收混合样本。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步具有用于控制所述电磁阀、流动操作、高速环新鲜非混合样本收集时间和积聚器混合气体样本保留的控制单元。

3.如权利要求1-2中任一项所述的设备，其特征在于，具有连接到所述气体积聚器的第三气化气体样本输入线和第二重复积聚器线，用于从来自所述源的多个输入同时采样。

4.如权利要求1-3中任一项所述的设备，其特征在于，具有残留气体移除系统，所述残留气体移除系统跟随处理采样操作完成。

5.如权利要求1-4中任一项所述的设备，其特征在于，所述残留气体移除系统是气体净化系统，且其中所述高温废气系统包含高温废气集管。

6.如权利要求1-4中任一项所述的设备，其特征在于，所述残留气体移除系统包括排空方法。

7.如权利要求1-6中任一项所述的设备，其特征在于进一步具有容纳室，所述容纳室包括加热器和过压通气口。

8.如权利要求1-7中任一项所述的设备，其特征在于，进一步具有分离的分析器室，所述分析器室连接到所述容纳室或在所述容纳室内部，限定用于容纳至少一个气体分析器的容纳室。

9.如权利要求1-8中任一项所述的设备，其特征在于，所述分析器是气体色谱仪，且进一步包括所述分析器室中的加热器和标准化气体站。

10.如权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步具有：至少一个流动控制器，所述至少一个流动控制器布置在所述高速环线中；和第二流动控制器，所述第二流动控制器布置在所述积聚器线中，用于将所述气体样本转移到所述高速环线。

11.如权利要求1-10中任一项所述的设备，其特征在于，进一步具有至少第一、第二和第三止回阀，用于分别防止所述高压泵和气体积聚器之间的回流，所述积聚器线和所述高速环线之间的回流，以及所述样本获取筒和所述高温废气系统之间的回流。

12.如权利要求1-11中任一项所述的设备，其特征在于，进一步具有用于控制所述电磁阀、流动操作和样本引入所述积聚器的控制单元。

13.如权利要求1-12中任一项所述的设备，其特征在于，具有三个非混合样本筒，用于存储在过去1/3、1/2和2/3的处理间隔时获得的新鲜非混合样本。

14.如权利要求1-13中任一项所述的设备，其特征在于，具有四个可移除的、接收混合样本的获取筒。

15.一种用于选定采样低温液化碳氢化合物源的系统，其中液化碳氢化合物已经在转移过程期间通过气化器被气化和调节，其特征在于，具有：壳体；

控制器，所述控制器用于控制容纳在所述壳体内的气体采样操作；

气化气体口，所述气化气体口提供：第一气体流馈送线、第二气体流馈送线和第三气体流馈送线，适于在选定的时间接收选定体积的气化气体样本；气体分析器，所述气体分析器连接到所述第一气体流馈送线；和高速环路，所述高速环路连接到所述第二馈送线；

多个可移除的样本筒，所述样本筒连接到所述高速环路，用于在选定时间直接从所述气化器收集非混合新鲜样本；

积聚器，所述积聚器连接到所述第三气体流，用于接收选定体积的气体，以生成气化气体的混合样本；

至少一个泵，所述泵与所述积聚器关联，以建立一定水平的积聚器压力，从而防止气化气体的露滴掉落；

多个可移除的样本获取筒，所述样本获取筒用于从所述积聚器接收混合气化气体样本；

残留气体移除阵列配置，用于在低温液化碳氢化合物的转移处理后从系统移除残留气体。

16.如权利要求15所述的系统，其特征在于，进一步具有冗余气化气体口，所述冗余气化气体口连接到所述积聚器。

17.一种使用气体样本系统从低温液化碳氢化合物液体采集气化气体的方法，其特征在于，具有以下步骤：

从连接到低温液化碳氢化合物源的气化器中，在第一选定间隔，获得选定体积的第一气化气体样本；

将选定体积的所述第一气化气体样本传递到第一样本获取筒；

在足够防止露滴掉落的压力下，将第二选定体积的所述第一气化气体样本利用泵抽送到混合样本积聚器罐；

在与所述第一选定间隔不同的选定间隔，获得选定体积的第二气体样本；

将第一选择体积的气化的所述第二气体样本传递到第二样本获取筒；

在足够防止露滴掉落的压力下，将第二选定体积的气化的所述第二气体样本利用泵抽送到所述混合样本积聚器罐，以获得混合气体样本；

将所述混合气体样本传递到用于从所述积聚器罐接收混合气化样本的多个可移除的混合样本收集筒中选定的一个；

移除所述混合样本筒中选定的所述一个；和

移除至少所述第一样本获取筒。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，进一步具有以下步骤：在移除所述混合样本筒和所述样本获取筒之后，从气体样本系统中移除残留气体。

19.如权利要求17-18中任一项所述的方法，其特征在于，进一步具有以下步骤：在移除所述混合样本筒和所述样本获取筒之后，净化气体样本系统中的残留气体。

20.如权利要求17-19中任一项所述的方法，其特征在于，进一步具有以下步骤：分析移除的所述混合样本筒和所述样本获取筒的成分。