分体式真空绝热低温液化天然气进样装置的制作方法

本发明涉及一种真空绝热液化天然气进样装置，具体涉及一种性能好、安全、可靠性高，具有保冷机械探头与汽化器分开的天然气进样装置。

背景技术：

随着化学工业的发展，化学工业越来越向技术密集型方向发展；尤其化工生产中对技术、环保的要求越来越高；其中分析技术要求也随着技术的发展要求越来越严格。在生产中分析结果对工业生产的作用越来越大，其对生产的指导作用越发明显，有时对生产装置的运行起到至关重要的作用。人们对环境问题的日益关注，清洁能源的利用日益显著。液化天然气(liquefiednaturalgas缩写lng，以下以lng代表)作为一种清洁、高效的能源越来越受到青睐，很多国家都将lng列为首选燃料，lng在能源供应中的比例迅速增加。lng正以每年约12％速度的高速增长，成为全球增长最迅猛的能源行业之一。近年来全球lng的生产和贸易日趋活跃，lng已成为稀缺清洁资源，正在成为世界油气工业新的热点。无论是lng还是cng(压缩天然气compressednaturalgas简称cng)在贸易交接过程中都是基于组分和热值。因此准确的分析lng显得尤其重要。

天然气整个分析过程中，采样精确与否至关重要，lng组分分析结果是液化天然气组分及单位热值的关键参数，分析结果的准确与否直接影响液化天然气的生产质量及液化天然气贸易中交接计量数量及质量判定，所以在液化天然气生产及贸易中取得有代表性的样品是液化天然气生产及贸易中极其重要的步骤。由于液化天然气在储运过程中温度约为-162℃，保冷措施如果不当极易导致lng吸热产生部分气化现象，这样轻组分(甲烷、氮气)、重烃(乙烷、丙烷等)气化先后顺序不一，会导致钢瓶中取样组分不均匀。因此要获取能代表管道内lng真实组分存在很大的难度，而要克服这个难题就必须保持lng过冷状态不发生气化。

现有技术的lng进样系统是一种探头-汽化器一体式进样系统，虽然实现了对液化天然气的实时取样，但是因为汽化器(电加热)与机械探头是一个整体靠近lng输送管道存在潜在危险，另外此探头结构复杂、维护复杂以及成本高昂。

所以现有技术的探头-汽化器一体式进样系统，还有提升的空间。

技术实现要素：

针对上述缺陷，本发明的目的是提供一种探头和汽化器分体式低温lng进样装置，以解决现有进样系统存在安全、维护上的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种分体式真空绝热低温液化天然气进样装置，所述进样装置包括机械探头、真空保冷软管、汽化器、放空副线、进样管线和放空管线，所述汽化器包括一入口，其中的连接关系为：所述机械探头的一端与lng输送管道连接，所述机械探头的另一端和所述真空保冷软管的一端连接；所述真空保冷软管的另外一端和汽化器的入口连接；所述放空副线的一端和所述汽化器的入口连接，所述放空副线的另外一端和放空装置连接；所述进样管线的一端和所述汽化器连接，所述进样管线的另外一端和取样装置连接；所述放空管线的一端和所述进样管线连接，所述放空管线的另外一端和放空装置连接；所述机械探头为一真空保冷装置。

本申请较佳实施例所述的分体式真空绝热低温液化天然气进样装置，所述机械探头包括一内管、一套管、一低温截止阀、一低温止回阀、二毛细管结构、一真空腔体、二真空连接径向密封接口、一针阀和一压力变送器。

本申请较佳实施例所述的分体式真空绝热低温液化天然气进样装置，所述真空保冷软管包括一外部波纹套管、一保冷内管以及内外管衬环。

本申请较佳实施例所述的分体式真空绝热低温液化天然气进样装置，所述放空副线包括一放空副线管道、一放空副线温度变送器、一放空副线压力变送器以及一气动调节阀；所述放空副线的一端和所述汽化器入口连接，所述放空副线的另外一端和所述放空装置连接；所述放空副线温度变送器、放空管线压力变送器、气动调节阀依序与所述放空副线管道连接，所述气动调节阀位于所述放空装置的一侧。

本申请较佳实施例所述的分体式真空绝热低温液化天然气进样装置，所述汽化器还包括一超压安全阀、一测温传感器、一防爆控制盒、一加热棒、一真空连接径向密封接口和一汽化器外壳。

本申请较佳实施例所述的分体式真空绝热低温液化天然气进样装置，所述进样管线包括一进样管道、一进样温度变送器、一进样流量计和一进样切断阀；所述进样管道的一端和所述汽化器出口连接，所述进样管道的另外一端和取样装置连接；所述进样温度变送器、进样流量计和进样切断阀依序和所述进样管道连接，所述进样切断阀位于所述取样装置的一侧。

本申请较佳实施例所述的分体式真空绝热低温液化天然气进样装置，所述放空管线包括一放空管道和一放空切断阀，所述放空管道的一端和所述进样管线连接，连接位于所述进样流量计和进样切断阀之间的所述进样管道，所述放空管道的另外一端和放空装置连接。

本申请较佳实施例所述的分体式真空绝热低温液化天然气进样装置，其特征在于，还包括一plc控制装置，所述plc控制装置通过电信号连接所述放空副线温度变送器、所述气动调节阀、所述进样温度变送器、所述进样流量计、所述进样切断阀和所述放空切断阀。

本申请的设计理念是，设计出一种汽化器与机械探头分开的低温液化天然气进样装置，这种分体式的设计结构简单，而且维护容易，连接管道采用真空保冷软管，可以保持液化天然气处于过冷状态，避免发生部分气化现象。

由于采用了以上的技术特征，使得本发明相比于现有技术，具有如下的优点和积极效果：

第一、本申请对现有进样装置进行改进，具有性能好、结构简单、维护简单的优点；

第二、本申请的进样装置安全可靠性高，稳定性好，使用寿命更长。

当然，实施本发明内容的任何一个具体实施例，并不一定同时具有以上全部的技术效果。

附图说明

图1为本申请进样装置的结构连接图；

图2为本申请进样装置的机械探头示意图；

图3为本申请放空副线的放大图；

图4为本申请进样管线的放大图；

图5为本申请放空管线放大图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。另外，为了避免对本发明的实质造成不必要的混淆，并没有详细说明众所周知的方法、过程、流程、元件等。

请参考图1，一种分体式真空绝热低温液化天然气进样装置，所述进样装置包括机械探头1、真空保冷软管11、汽化器2、放空副线、进样管线和放空管线，其中的连接关系为：所述机械探头1的一端与lng输送管道连接，所述机械探头1的另一端和所述真空保冷软管11的一端连接；所述真空保冷软管11的另外一端和所述汽化器2的入口12连接；所述放空副线的一端和所述汽化器2的入口12连接，所述放空副线的另外一端和放空装置连接；采用真空保冷软管11作为连接管道可以降低lng输送过程中冷量散失造成lng部分气化。所述进样管线的一端和所述汽化器2连接，所述进样管线的另外一端和取样装置16连接；所述放空管线的一端和所述进样管线连接，所述放空管线的另外一端和放空装置连接；所述机械探头1为一真空保冷装置，防止lng取样时，温度变化造成气化。

如图2所示，所述机械探头1包括内管101、套管102、低温截止阀103、低温止回阀104、二个毛细管结构105、真空腔体107、二个真空连接径向密封(vacuumcouplingradiusseal)接口108、针阀110以及压力变送器111。优选的，所述内管是1/8"内管，所述套管是1/4"套管，所述低温截止阀是1/4"低温截止阀，但是不能用来限制本申请，采用其它尺寸，只要能达到低温保冷，都是本申请的保护范围；所述机械探头1一端插入lng输送管道，另一端通过真空连接径向密封接口108与真空保冷软管11连接。

此外，所述真空保冷软管11包括一外部波纹套管(图未示)、一保冷内管(图未示)以及内外管衬环(图未示)，内外管衬环的作用是防止外部波纹套管和保冷内管直接接触。优选的，所述保冷内管是1/8"保冷内管，但是不能用来限制本申请，采用其它尺寸，只要能达到低温保冷，都是本申请的保护范围。

另外，请同时参考图1和图3，所述放空副线包括一放空副线管道17、一放空副线温度变送器6、一放空副线压力变送器5、以及气动调节阀4；所述放空副线的一端和所述汽化器2的入口12连接，所述放空副线的另外一端和放空装置连接；所述放空副线温度变送器6、放空副线压力变送器5、气动调节阀4依序和放空副线管道17连接，所述放空副线温度变送器6在靠近汽化器2的一侧，所述气动调节阀4位于放空装置的一侧。采用放空副线增加进样流量，增加流量可以降低单位质量lng冷量散失，可以进一步预防lng气化。

所述汽化器2包括一入口12、一超压安全阀(图未示)、一测温传感器(图未示)、一防爆控制盒(图未示)、一加热棒(图未示)、一真空连接径向密封接口(图未示)及一汽化器外壳(图未示)。所述入口12是一种进口三通入口，测温传感器可以与加热棒通过防爆控制盒实现加热控温功能，另外汽化器还通过超压安全阀防止超温超压。

如图4所示，所述进样管线包括进样管道18、进样温度变送器7、进样流量计8和进样切断阀9；所述进样管道18的一端和所述汽化器2的出口连接，所述进样管道18的另外一端和取样装置16连接；所述进样温度变送器7、进样流量计8和进样切断阀9依序和进样管道18连接，所述进样温度变送器7在靠近汽化器2出口的一侧，所述进样切断阀9位于所述取样装置16的一侧。使用温度监测、流量监测的措施，用于监测气化后天然气指标，可以确保取样装置16能够取得合格的实时样品。而进样切断阀9用于取样装置16进样以及进样不合格时切断进样的用途。

如图1和图5所示，所述放空管线包括放空管道19和放空切断阀10，所述放空管道19的一端和所述进样管线连接，连接位于所述进样流量计8和进样切断阀9之间的所述进样管道18，所述放空管道19的另外一端和放空装置连接。放空切断阀10用于进样天然气不合格时排空。

如图1所示，还包括一plc控制装置，所述plc控制装置通过电信号连接所述放空副线温度变送器6、所述气动调节阀4、所述进样温度变送器7、所述进样流量计8、所述进样切断阀9和所述放空切断阀10。plc控制装置接收放空副线温度变送器6、进样温度变送器7和进样流量计8传来的信息，判断进样lng质量是否合格。

在应用设计上，根据需要可将进样装置简化设计成手动进样以便用于对取样要求较低的场合，可以用于便携式、面板式lng取样器的进样。

系统进样流程如下：

lng输送管道中低温液体lng由机械探头1进入，机械探头1中自带低温截止阀103可用于控制取样器开关，机械探头1中含有真空腔体107，用于绝热，保持lng的低温。通过机械探头1后lng进入真空保冷软管11，紧接着进入汽化器入口。汽化器入口除了连接汽化器2，另外有一个放空副线旁通口可以连接放空副线。lng进入汽化器2后，部分进入加热器被加热后从出口端输出，另一部分则由放空副线进入放空副线。放空副线设置温度、压力和流量监测，用于监控进入汽化器2时lng质量是否合格。汽化器2出口输出的天然气经过温度、流量监测后进入进样切断阀9，最后输送至取样装置16。若汽化器2出口处天然气不合格，则系统根据plc控制装置里面设置的控制指标判断是否打开放空切断阀10。

由于进样过程中，防止lng提前气化成为决定性因素，因此机械探头1和真空保冷软管11的保冷性能至关重要，此外由于汽化器功率有限进入汽化器的lng流量是否合理成为关键指标之一。

1)、下面根据已有参数进行真空保冷软管11换热计算，计算过程如下：

已知条件：以液化天然气项目接收站lng为例，其组分：c1(91mol％)、c2(5mol％)、c3(2.5mol％)、c4(1mol％)、c5(0.1mol％)、n2(5mol％)。lng流量设为3kg/h、温度-162℃和压力1.0mpag，另外lng露点为-122.8℃，真空保冷软管11的冷损失率为0.99w/m，环境温度按35℃计算。

计算依据iso8943-2007附录a计算方法进行计算：

冷损失量ql＝0.99w/m；

若管道长度设置不超过5m；

则整个吸热量为q＝4.95w。

则焓升δh1＝q*3600/f＝5940j/kg

2)、机械探头冷损失量计算：

已知条件：机械探头外管管径为63mm，内管管径为3.1mm，探头外部为t型结构，长度为250mm，顶部高度为100mm。真空度为10^-5pa。真空系统热导率约为0.4mw/m*k。内管介质温度-162℃，外管环境温度30℃。

由于机械探头外形属于不规则形状，进行计算时需要采用等效计算的方法。因此可将探头等效为外管直径63mm，内管管径3.1mm，长度为0.35m的真空套管进行冷损量计算。

计算如下：

其中：

ta——环境温度，℃

ts——lng温度，℃

ha——表面传热系数，w/m²*k

k——真空导热系数，w/m*k

do——真空外管管径，m

d1——真空内管管径，m

l——真空管长度，m

q＝[3.14*(303-111)/(1/8.14*0.063)+(1/2*0.0004)*ln0.063/0.0031]*0.35

＝0.0577w

则焓升δh2＝q*3600/f＝0.0577*3600/3＝69.24j/kg

综上结果可知：进入汽化器前lng的总焓升:

δht＝5940+69.24j/kg＝6009.24j/kg

考虑安全系数，取50％安全余量。

δht'＝δht*150％＝9013.86j/kg

查iso8943标准中lng焓值曲线可知，当lng压力由3bar降至2.5bar时，过冷度约为40000j/kg。

因此焓升δht<过冷度，lng在通过真空保冷软管11过程中不会发生气化。

另外为了防止系统压力发生波动导致过冷度发生变化，真空保冷软管11长度不可随意设置，通过估算真空保冷软管11长度低于10m可以确保进样过程中lng不会发生部分气化现象。

3)lng流量控制

由于汽化器的功率有限，最大气化功率为500w，若根据iso8943-2007中取样流量20kg/h，完全气化需要的功率为5kw(气化至常温)。因此500w汽化器最多能够气化的lng为2kg/h。因此在整个进样过程中进入汽化器的lng流量必须控制在2kg/h以下。

综上所述，由于采用了以上的技术特征，使得本发明相比于现有技术，具有如下的优点和积极效果：

第一、本申请对现有进样装置进行改进，具有性能好、结构简单、维护简单的优点；

第二、本申请的进样装置安全可靠性高，稳定性好，使用寿命更长。

发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。以上公开的仅仅是本发明的较佳实施例，但并非用来限制其本身，任何熟习本领域的技术人员在不违背本发明精神内涵的情况下，所做的均等变化和更动，均应落在本发明的保护范围内。