液体汽化器装置和方法与流程

液体汽化器装置和方法
1.本pct国际申请要求于2019年8月16日提交的美国申请序列号16/542,666的优先权，该申请要求于2018年9月24日提交的美国申请序列号62/735,375的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
2.本发明总体上涉及一种用于有效汽化含异质烃的液体，特别是诸如天然气液体(ngl)和低温液化天然气(lng)之类的天然气液体的装置和方法。本发明对于从来源提取的液体样品的均匀闪蒸而没有预汽化特别有用，以提供均匀的样品蒸汽，用于精确地确定样品的组成成分或能量含量。


背景技术：

3.天然气是几种不同碳氢化合物的可燃气体混合物，现在通常通过压裂从多孔岩石中的地下储层中进行压裂提取。天然气的碳氢化合物成分会根据储层的地理位置而变化，甚至取决于从单一来源提取的气体组成可能在其中变化的局部位置。但是，无论任何变化，天然气的主要成分都是甲烷，是一种无色、无味的气态饱和烃。甲烷通常占任何天然气样品的80％至95％，其余部分由不同数量的乙烷、丙烷、丁烷、戊烷和其他碳氢化合物组成。一些提取的天然气可能被少量杂质污染，需要进行检测和清除。酸性气体可能包含痕量污染物，例如汞(hg)、硫化氢(h2s)、羰基硫(cos)、硫醇(rsh)和芳香族化合物，包括那些被称为btex的化合物(苯、甲苯、乙苯和二甲苯)。
4.天然气广泛用于住宅，商业和工业应用。它是用于家庭供暖的主要能源，超过一半的美国家庭使用天然气。天然气的使用也在发电中迅速增加并用作运输燃料。
5.商业上，天然气是通过其所包含的能量来衡量的。在美国，常用的度量单位是英国热量单位(btu)。一btu等于在大气压下将1磅水的温度升高1华氏度所需的热量。一立方英尺的天然气约有1,027btu(1083.54千焦(kj))。天然气通常是从井口出售的，即从地球上提取天然气的地方，以数千立方英尺(mcf)的标准体积测量值出售给购买者。但是，消费者账单通常以热含量或热量来衡量。一个热量是等于100,000btu(105,505.59kj)的加热单位。
6.天然气行业的三个单独且通常独立的部门参与了将天然气从井口输送到消费者的过程。生产公司从地下勘探、钻探和提取天然气；运输公司运营将天然气田与主要消费区连接起来的管道；配送公司是向客户提供天然气的当地公用事业公司。
7.仅在美国，天然气就通过延伸超过一百万英里的地下管道网络输送给将近2亿消费者。为了生产和输送这种天然气，有超过25万口天然气生产井，超过一百多家天然气管道公司和一千多家本地配送公司(ldc)为所有的50个州提供天然气服务。
8.管道公司将天然气从卖方(例如生产商或销售商)运输到买方(例如公用事业公司，工厂和ldc)。ldc可以在各种天然气销售商中进行选择，客户可以选择其ldc供应商。消费者的ldc作为配送网络的所有者/运营商，将天然气输送给消费者，但是配送公司仅向消费者收取天然气的输送费用，并向供应商收取独立的天然气费用。不仅在从地面提取能源
时，而且在贸易交接的每个阶段，能源含量分析都会向购买者提供关键价值信息。
9.气体样品调节中的本领域的重要部分涉及通过探针从气体管道或气体源提取的液体样品的汽化过程。提取液体样品后，通常将其从取出的探头通过直径较小的耐腐蚀超合金(例如不锈钢管)传送到样品调节器，以进行汽化，压力调节，最终到达用于分析的分析仪，例如色谱仪。
10.液体探头取出点与分析仪之间的距离通常超过30英尺(9.144米)，甚至可能超过100英尺(30.48米)。通常，当提取的液体样品在接近探头的位置汽化时，汽化的样品必须在高压(例如2000psig(13789.51kpa))下从探头物理移动到分析仪，同时保留蒸汽段并经受相当大的压降到相对低压区，例如10
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30psig(68.9kpa
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206.8kpa)，对于典型的分析仪/色谱仪来说，这是可接受的压力。在此过程中，重要的是避免将蒸汽冷却到接近气相曲线的位置，以最大程度地降低冷凝形式的烃露点掉落的风险。
11.如果发生这种冷凝，则分析仪/色谱仪的输入处将积满液体。此类液体的引入始终会因色谱柱流失而损害色谱填料的完整性并损坏色谱填料，最好的情况是导致从假峰等产生错误的读数，最坏的情况是会损坏分析仪。因此，将液体引入色谱分析仪，最好的情况是由错误的读数导致经济上的损失，最坏的情况是，由于将被污染的单元脱机以进行完全更换或恢复到可接受的操作状态而导致的系统运行效率降低。
12.因此，重要的是在从闪蒸到分析期间的整个时间段内，保持汽化液体样品的完整性而没有任何相变。
13.特别是在碳氢化合物蒸汽分析的情况下，已经解决了气体采样中碳氢化合物露点下降的问题。在与下游分析仪/色谱仪或蒸汽样品收集容器进行通讯的过程中，通过保持压力调节器、气体管线和其他组件(样品气体在汽化后与之接触)的充分汽化后加热，防止提取的管线样品的露点掉落或相变。保持汽化了的样品的压力和温度超过其露点
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相变包络，无论样品包含具有一定范围的蒸汽凝结线的组分的异质混合物，还是具有更可预测的相包络曲线的基本上均质的成分(例如lng)，都可以防止蒸汽样品还原成液体。
14.但是，天然气采样系统通常位于恶劣的环境中，例如，室外环境温度可能大大低于气体露点温度，并且危险易爆的气体蒸汽通常会渗透到周围的大气中。因此，所用的任何加热机构都必须遵守严格的标准，为了产生足够的热量来克服低环境温度，同时又不会将气体样品气体暴露或释放到大气中，并且避免了由于汽化的样品气体暴露于电线等所引起的安全问题。
15.美国石油协会(api)建议使用催化加热器来维持提取样品的温度稳定性，以避免在来源(例如管道)和分析仪之间传递的气体样品发生不希望的温度变化。api在其《石油标准手册》中提到的该类型的催化加热器要求在整个系统的选定部分加热样品气流，然后在可接受的压力下将加热的样品引入分析仪中。一种用于实现适当的系统热稳定性的优选系统采用热量追踪，以确保在从取出点到分析仪的样品连通期间，在汽化样品通道的整个长度上的温度保持基本均匀。这种性能是通过使用可从西弗吉尼亚州拉文斯伍德的mustang sampling，llc购得的p53样品调节系统来实现的，在美国专利7,162,933中对此进行了公开和描述的实施方案，该专利的全文通过引用并入本文。
16.转向与汽化本身有关的问题，其中通过加热使诸如天然气液体(ngl)，尤其是低温lng等低碳数碳氢化合物液体汽化的汽化器装置可能会遭受到接近液体样品入口的温度梯
度的发展。在这样的温度超过汽化热的情况下，可能会导致液体样品的预汽化。当提取的液体样品在接近汽化器输入的地方经历部分或完全汽化时，但在到达加热的汽化室之前，离开汽化器的汽化样品的完整性可能会因产品成分(光、中间物和重物)在不同的时间分离并进入汽化器。这种分隔或分离通常会导致错误的能量含量和成分分析。此外，如果将预汽化的样品暴露于随后的冷却或压降，导致在通入汽化室的过程中再次冷凝，则可能导致进一步非预期的成分分层/分隔。另外，在汽化器输入处发生预汽化的情况下，由液体膨胀为气体所产生的冷却效果会在入口上游产生外部结冰，从而加剧热异常，从而进一步损害样品的均匀性和完整性。
17.需要改进目前被接受的和普遍使用的用于提取的天然气样品的汽化的系统和方法，以用于可在现场、配送系统和运输中部署的分析。希望提供一种改进的汽化器，该汽化器通过对液体样品进行基本上有效，完整和均匀的单程汽化来确保准确的采样，避免由于不完全汽化而造成的液体预汽化和停机时间，尤其是在配送、运输和天然气的贸易交接等过程中所造成的系统损坏。


技术实现要素：

18.本发明的目的是提供一种装置、系统和方法，该装置、系统和方法没有至少遭受先前描述的问题的困扰，并且可以提供一种用于将lng或ngl转化为气态蒸汽的更有效和可靠的汽化器装置。
19.本发明的又一个目的是提供一种装置，该装置提供更好的热量分布，同时减少了导致在装置内形成沉积物的热点的数量。
20.本发明的又一个目的是提供一种装置，该装置更紧凑，更容易调节并且较不易发生机械故障，同时还提供了工作效率。
21.本发明的另一个目的是提供一种用于有效汽化具有不同组成分布的不同类型的lng或ngl样品的装置和方法。
22.本发明的又一个目的是监测和控制离开汽化器装置的蒸汽样品的温度，以防止损坏汽化器本身和/或下游分析仪。
23.本发明的另一个目的是提供一种装置、系统和方法，其可用于提供用于贸易交接的btu值的更准确的测量。此外，为了监测和减少从酸性气体样品中不期望的释放，该装置、系统和方法还可以用于准确测量痕量污染物，例如汞(hg)，硫化氢(h2s)，羰基硫(cos)，硫醇(rsh)和芳香族化合物，例如btex(苯，甲苯，乙苯和二甲苯)。
24.本发明的说明性、非限制性的实施例可以克服与现有技术的液体汽化和测量系统相关的前述和其他缺点。而且，不一定需要本发明来克服上述缺点，并且本发明的说明性、非限制性实施例可以不克服上述任何问题。
25.为了实现上述和其他目的，根据本发明的实施例包括汽化器或汽化含多组分烃的液体混合物，其特征在于：大体上细长的管状主体，管状主体具有限定第一端的第一段和限定第二端的第二段；液体样品端口，液体样品端口连接到一体形成在第一段中的液体通路，其中第一液体端口提供液体输入；液体通道，液体通道大体上沿汽化器的中心轴线纵向布置，并基本上沿管状主体的延伸方向延伸，液体通道具有第一端和第二端，液体通道的第一端与液体通路相交，以为液体提供从通过其的液体样品端口沿其长度的流动路径；液体流
动控制元件，液体流动控制元件设置在管状主体的第一段中，并构造成与液体通道相交；间隙，间隙形成在管状主体的外表面中并从管状主体的外表面延伸，间隙限定了朝向液体通道向内导向并沿液体通道的长度设置的大体非平行的表面；汽化器芯，汽化器芯在管状主体的第二端的内部并且从管状主体的第二端延伸到液体通道的第二端；加热组件，加热组件的尺寸设定成插入汽化器芯中并且能够密封地固定在管状主体上，加热组件具有闪蒸加热元件，闪蒸加热元件使从液体通道引入的液体汽化；和蒸汽排放出口端口，蒸汽排放出口端口形成在管状主体中，在第二段中，与管状主体的第二端隔开并与汽化器芯相交。
26.本发明提供了前述实施例的又一实施例，其特征在于，主体是圆筒形的，并且第一段是布置在第二段上方的上部段，圆筒形的主体特征还在于：第二液体样品端口，第二液体样品端口连接到一体形成在第一段中的液体通路，其中第二液体样品端口提供液体排放；和热绝缘体，热绝缘体设置在间隙内样品。
27.本发明提供了前述实施例的又一个实施例，其特征在于，间隙的大体非平行的表面是渐缩的、平坦平面的，并且液体样品端口和第二液体样品端口相对于彼此正交设置。
28.本发明提供了前述两个实施例中任一个的进一步的实施例，其特征在于：主动冷却回路通过热绝缘体内的液体流体管附近的液体取出点建立，以最小化从第二段到第一段的热传递。
29.本发明提供了前述任一实施例的进一步的实施例，其特征在于，液体样品端口沿圆筒形的主体的轴线设置。
30.本发明的进一步目的是通过一种用于汽化含多组分烃的液体混合物的汽化器装置，其特征在于：主体；一个或多个端口，一个或多个端口被构造成通过主体接收液体样品；通道，通道被构造成从一个或多个端口接收液体样品；凹入的锥形热隔离间隙，凹入的锥形热隔离间隙形成在主体的外部并且径向地围绕通道，凹入的锥形热隔离间隙被构造成接收并保持热绝缘体；加热组件，加热组件被构造成使离开通道的液体样品汽化，加热组件附接在主体内；和出口，出口被构造成输出汽化的液体样品。
31.本发明提供了前述实施例的又一实施例，其特征在于，加热组件包括加热元件和包围加热元件的金属壳体。
32.本发明提供了前述实施例的又一实施例，其特征在于，加热元件被封闭在金属护套内。
33.本发明提供了前述两个实施例中任一个的进一步的实施例，其特征在于，金属壳体至少部分地被金属网包围。
34.本发明提供了前述任一实施例的进一步的实施例，其特征在于，凹入的锥形热隔离间隙填充有绝缘材料。
35.本发明提供了前述实施例的另一个实施例，其特征在于，绝缘材料选自由硅酸铝，硅酸钙和泡沫陶瓷组成的群组。
36.本发明提供了前述任一实施例的另一个实施例，其特征在于，凹入的锥形热隔离间隙朝着通道向内逐渐变细。
37.本发明提供了前述任一实施例的又一个实施例，其特征在于，液体流动控制元件，其构造成与通道相交以控制进入通道的液体样品的流动。
38.本发明提供了前述任一实施例的进一步的实施例，其特征在于，加热组件附接在
汽化器芯内，汽化器芯是形成在主体内的开口并且汽化器芯的径向和轴向长度大于加热组件，从而创建从通道到加热组件的外表面与主体的内表面之间的区域以及到出口的液体流动路径。
39.本发明提供了前述任一实施例的另一个实施例，其特征在于，凹入的锥形热隔离间隙包括由从端口提取的液体冷却的冷却回路。
40.本发明提供了前述任一实施例的另一个实施例，其特征在于，加热组件包括温度传感器，该温度传感器构造成与汽化器装置的出口端口对准，该温度传感器提供出口端口处的汽化液体样品的温度。
41.本发明提供了前述实施例的又一个实施例，其特征在于，温度传感器附接在热套管内部并平行于加热器组件的轴向长度。
42.本发明提供了紧接在先前实施例之前的实施例的另一实施例，其特征在于，温度传感器附接在热套管内，该热套管以一定角度形成在加热器组件的突出部内。
43.本发明的进一步目的是通过一种汽化含多组分烃的液体混合物的方法，其特征在于以下步骤：经由汽化器装置的主体内的至少一个端口将液体样品接收到汽化器装置中；将接收到的液体样品选择性地引导到汽化器装置内的通道中；将通道内的液体样品选择性地引导通过凹入的锥形热隔离间隙，凹入的锥形热隔离间隙由大体锥形的非平行表面限定，以改善热反射损耗并在至少一个端口和汽化器芯之间设置热隔离间隙，以使从汽化器芯到至少一个端口的热迁移最小化；将离开通道的液体样品选择性地引导到汽化器芯中，汽化器芯具有加热组件以闪蒸液体样品；和通过出口从汽化器装置输出汽化液体样品。
44.本发明提供了前述实施例的又一实施例，其进一步的特征在于：用液体流动控制元件控制通过第一管的液体流动。
附图说明
45.通过参考附图详细描述本发明的非限制性示例，本发明的各方面将变得更加显而易见，其中：
46.图1a是示出根据本发明的实施例的汽化器装置的立体图。
47.图1b是根据本发明的实施例的汽化器装置的俯视图。
48.图1c是根据本发明的实施例的汽化器装置的侧视图。
49.图1d是根据本发明的实施例的如图1e中所示的立体切口的汽化器装置的二维视图。
50.图1e是根据本发明的实施例的汽化器装置的立体剖视图。
51.图1f是根据本发明的实施例的汽化器装置的分解立体图。
52.图1g是根据本发明的实施例的丝网的侧视图。
53.图2a是根据本发明的实施例的具有主动冷却元件的汽化器装置的沿图1c的等分线的横截面图。
54.图2b是根据本发明的实施例的图2a中的汽化器装置的立体剖视图。
55.图3a是根据本发明的实施例的具有替代的主动冷却元件的汽化器装置的横截面图。
56.图3b是根据本发明的实施例的图3a中的汽化器装置的立体剖视图。
57.图4a是根据本发明的实施例的具有替代的计量阀的汽化器装置的立体剖视图。
58.图4b是根据本发明的实施例的具有成角度的热套管和相关联的热电偶的图4a的汽化器装置的立体横截面图。
59.图5a是根据本发明的实施例的具有直的热套管和相关联的热电偶的汽化器装置的立体剖视图。
60.图5b是根据本发明的实施例的具有直的热套管和相关联的热电偶的汽化器装置的立体剖视图。
具体实施方式
61.下面详细讨论本发明的示例性而非限制性实施例。尽管讨论了特定的构造和尺寸以提供清楚的理解，但是应该理解，所公开的尺寸和构造仅出于说明的目的而提供。相关领域的技术人员应认识到，除非另有说明，否则在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以使用其他尺寸和构造。
62.如在“基本上”，“相对”，“通常”，“大约”和“近似”中使用的是相对修饰语，旨在指示与如此修饰的特征的容许变化。它们不旨在限于其修改的绝对值或特性，而是接近或近似这样的物理或功能特性。
63.在详细描述中，对“一个实施例”，“一实施例”或“在实施例中”的引用意味着所指的特征包括在本发明的至少一个实施例中。此外，对“一个实施例”，“一实施例”或“在实施例中”的单独引用不一定指相同的实施例；然而，除非另有说明，并且对于本领域技术人员而言是显而易见的，否则这些实施例也不是互斥的。因此，本发明可以包括本文描述的实施例的任何各种组合和/或集成。
64.本文所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本发明。如在本文中所使用的，单数形式“一”，“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另外明确指出。将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，在本说明书中使用的根术语“包括”和/或“具有”指定存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或添加至少一个其他特征、整数、步骤、运算、元件、部件和/或其组合。
65.将理解的是，如在本文中所使用的，术语“组成”、“包含”、“包括”、“具有”或其任何其他变型旨在覆盖非排他性包含。例如，包含特征列表的过程，方法，物品或设备不必仅限于那些特征，而是可以包括未明确列出或此类过程，方法，物品或设备固有的其他特征。
66.还应理解的是，除非有相反的明确说明，否则如在本文中所使用的，对数值范围的任何引用旨在涵盖该范围内的每个数值，包括所述范围的端点。
67.如本文所用，“气体”是指任何类型的包含气态，可汽化的烃的液态物质，包括天然气液体和液化天然气，其气体混合物以及等同物。
68.如本文所用，“连接”包括物理的，无论是直接的还是间接的，永久地固定或可调节地安装。因此，除非另有说明，否则“连接”旨在包含任何可操作的功能连接。
69.在下面的描述中，参考附图，这些附图是出于说明的目的而提供的，作为可以在其中实践本发明的特定示例性实施例的代表。足够详细地描述了以下示出的实施例，以使本领域技术人员能够实施本发明。应该理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用其他实施例，并且可以基于当前已知的结构和/或功能等价物进行结构上的改变。
70.给出以下详细描述，对于本领域的普通技术人员来说将显而易见的是，本发明提供了一种新颖的液体汽化器装置及其方法，用于在减轻现有技术的问题的同时提供提高的效率。
71.图1a
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1f示出了根据本发明实施例的汽化器或汽化器装置100的各种视图。总体而言，汽化器装置100包括细长的管状主体102，该管状主体在其上端具有一个或多个液体样品通路开口/端口104，每个开口/端口104与用于引入汽化器装置100的内部的通路或通道113相关联。液体样品端口104可包括轴向布置的液体样品引入端口104a和一个或多个径向布置的液体样品引入端口104r或仅多个径向布置的液体样品引入端口104r。除非特别指定，术语液体样品端口104可适用于端口104r和104a中的任何一个。此外，在一个实施例中，汽化器装置100可以仅包括单个径向布置的液体样品引入端口104r。当包括多于一个的开口/端口104时，可以通过开口/端口104之一进行液化烃(例如ngl或lng)的排放。一旦液体样品通过通道113或通过开口/端口104a流过开口/端口104r，至少一部分液体样品流向轴向和内部导向的液体样品通道120，以将液体样品传递到由细长的、阶梯孔135内的空间形成的汽化器芯130，该孔135从主体102的下端在内部且轴向地延伸到通道120的出口。在通过汽化器芯130内的液体样品汽化后，现在汽化的样品进入蒸汽环137，并通过径向取向的蒸汽出口通道140经由蒸汽排放出口端口118离开设备。蒸汽出口端口118位于主体102的下端附近。
72.在图1d和1e中，更详细地示出了双端口实施例。如图所示，液体样品连通端口104r和相关的液体样品通道113可以在相对于主体102的大体共同的横截面中径向地布置且直径上对准，或者当由涉及限定空间限制访问的特定几何形状决定时可以正交地设置。端口104r可以带有螺纹，用于通过匹配配件(未示出)将流体输入管线密封地固定至汽化器装置100。相应地，蒸汽出口端口118还可以具有内部螺纹，用于通过适当的配件(未示出)固定气体输出管线。
73.特定装置的几何形状可使其自身穿过主体102的顶部到达轴向布置的液体样品引入端口104a。如图1b所示，如果未使用，则可以通过密封螺钉/塞子元件116来密封设置在主体102的顶部上的轴向端口104a。端口104a可以是带螺纹的，以利用匹配配件(未显示)将流体输入管线密封地固定至汽化器装置100。不管具体的几何形状如何，该实施例都考虑通过端口104将可汽化液体引入轴向和内部导向的通道120，以将液体样品引入汽化器装置100的汽化器芯130以进行闪蒸。
74.通过端口104引入汽化器装置100的液体样品进入轴向通道120中以进行汽化。可能期望包括排出端口104a/r，以容纳未通过汽化器芯130的任何液体样品。因此，该实施例提供了未使用的液体样品通过相对于输入端口液体104a/r定位的、用作排出端口的端口104a/r的通路，以最小化和/或避免由于阻塞或背压而产生的流量异常等。因此，第二端口104的存在允许通过一个入口端口104进入壳体102的多余液体通过另一个端口104离开，作为未汽化的液体，而不管该入口是径向还是轴向布置。
75.现在转到汽化器装置100的内部，液体样品通道120轴向延伸通过主体102一段选定的距离，以建立用于将液体样品从通道113连通到汽化器芯130的导管。所描绘的实施例包括液体流动控制元件，该液体流动控制元件以用于控制液体样品流动的可调节阀107的形式示出。可调节计量阀107安装在径向定位的阀帽111中，阀帽111拧入阀体102的侧面，并
沿通道120的长度垂直设置且位于在端口104的下方。阀107以锥形柱塞121为特征，该锥形柱塞的尺寸设计成可插入与通道120相交的阀座119中。通过调节元件109可调节通道120流动路径的计量阀107的阻塞程度。调节元件109可以是开槽螺钉头的形式，相对于安装阀帽111旋转，以使计量阀杆107的柱塞相对于通道120径向移动。手动调节元件109的自动替代方案将涉及将阀107与可致动的马达(未示出)相关联以控制阀107的位置的调节。径向可调节计量阀107可以进入通道120以调节液体流样品的体积，这可使得在进入例如样品调节板内的汽化器装置100时操作员更易于进行控制。相对于图4和图5进一步讨论了可替代的可调节计量阀402，其可被结合到汽化器装置100中，替代可调节阀107、阀帽111和锥形柱塞121。
76.本实施例的显着特征涉及一体地形成在主体102中的外部凹入的环形热隔离间隙108，并轴向地设置在液体样品端口104和汽化器芯130之间，以在间隙108上方形成主体102的第一段，并且在间隙下方形成主体102的第二段。为了最大化其热隔离能力，外部环形间隙108通常被定义为非平行表面，该非平行表面相对于主体102朝着装置100的中心轴线延伸径向深度，接近轴向通道120。在图1a
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1d的所示实施例中，间隙的上表面和下表面以平坦的平面结构向内渐缩。限定间隙的相应的上表面和下表面也可以具有替代的几何形状，例如弓形、半圆形等，与平行设置的相对表面相比，它们提供了通常非平行的表面，这些表面改变了热辐射入射角并改善了反射损耗。为了增强汽化器装置100的上端与汽化器芯130的热隔离，所示的实施例设置有可选择性移除的无源热绝缘体106。如图所示，无源热绝缘体106被分叉并通过诸如弹性o形环的绝缘体保持器105保持在间隙中。可替代地，可以通过模制或铸造将热绝缘体106永久地放置在间隙108中。
77.热隔离间隙108的非平行轮廓或逐渐变细提供了以下优点中的一项或多项，包括：1)增加汽化器主体的结构整体性和强度，特别是在抵抗由于汽化器芯130内的液体样品汽化而产生的压力增加方面；2)使热绝缘体106的表面与渐缩的隔离间隙108的相对表面之间的接触面积最大化，并且通过从绝缘体保持器105施加的压缩径向环向力使潜在的分离最小化；3)降低热绝缘体106和主体102之间在热隔离间隙108中的交界处形成冷凝的风险；4)允许形成热绝缘体106的材料避免拉伸破坏；5)通过提供更大的孔表面积来改善通过反射产生的辐射热。如下面关于图2所描述的，热绝缘体106可以可选地结合一定特征以提供主动冷却元件，例如基于回路的未加热的液体旁路的子系统。
78.考虑到无源热绝缘体106的物理特性，它优选地由尺寸稳定、相对刚性、非常低的导热材料构成，例如泡沫氧化铝或硅酸钙玻璃/纤维、泡沫陶瓷等。该材料被形成/模制成尺寸上对应于间隙108的构造的梯形、环形构造。热绝缘体106可被切割成两个可对接的配合件，每个配合件以中央切口/截口为特征，该切口/截口在尺寸上对应于通道120在主体102中穿过的轴向段。因此，热绝缘体106通过逐渐变细的热隔离间隙108在主体102的上部和下部之间建立了热隔离，并且使不期望的液体样品在到达汽化器芯130之前的预汽化的风险最小化。通过最小化和/或消除从汽化器芯130到主体102的上部的热迁移，减少了汽化器芯上方的预汽化，这导致增强的样品均匀性和增加的样品分析准确性。此外，减少了由于这种预汽化而在主体102的外部上靠近端口104处的结冰的问题。
79.现在转到当汽化器装置100完全组装时与汽化器芯130相关联的汽化元件，并且特别参考图1f，汽化器芯130封闭加热组件，该加热组件可以包括插入筒式加热器或加热元件
131、可选的由黄铜、铜或另一种用于导热的材料制成的金属护套132和由不锈钢或其他金属制成的覆盖加热器的壳体133。插入筒式加热器131由供电线112供电并通过热电偶110控制，供电线112和热电偶110均从主体102的基部突出。可替代地，或除此之外，如关于图4和图5进一步描述的，主体102可以以出口端口118附近的孔和/或突起为特征，以容纳具有附加热电偶的热套管，该热电偶检测离开汽化器的汽化样品的温度。
80.热电偶110连接到比例积分微分(pid)控制器和/或可编程逻辑控制器(plc)(未示出)，例如allen bradley 850系列plc或等效控制器，以提供信号反馈和对汽化器装置100进行控制。金属护套132环绕筒式加热器131，以促进热量从加热器131均匀地分布到不锈钢的覆盖加热器的壳体133。带护套的筒131被紧紧地座放，最好通过压缩，反过来，不锈钢的壳体133在尺寸上与阶梯孔135的内表面相符，用于插入在其中。不锈钢加热器壳体133的上端的尺寸小于汽化器芯130，并且突出至离开间隙128的轴向位置，以允许液体样品从通道120流到加热器壳体133的外表面和孔135的内表面之间的区域。非反应性的壳体133的直径从上端到下端沿直径方向逐步增大，以容纳有孔的非反应性不锈钢丝网129，在主体102和不锈钢壳体133之间建立蒸汽环137的阶梯环，以及用于固定地、密封地附接到主体102的安装固件136。
81.有孔的非反应性不锈钢丝网129围绕加热器壳体133的上台阶部分设置，并且尺寸设定为填充壳体133的台阶与孔135的内表面之间的区域。在液体样品与丝网接触时，通过将热量从电筒式加热器131经由热量分配护套132有效传递到非反应性壳体133并均匀地通过非反应性壳体133，可以实现闪蒸。丝网129提供了多种优点。首先，丝网129的利用趋于最大化并且提供非常大的传热表面积以用于从壳体133向外传热，从而获得均匀的液体流和汽化，以及代表液体样品成分的基本上均质的蒸汽。
82.更具体地，网129用作扩散器，其有助于形成穿过壳体102并在出口118处的均匀流。这种均匀流增强了液体的加热和最终汽化，同时还减少了热点和汽化器芯130内沉积物的形成。此外，网129用作热传递路径，从而允许从加热器壳体133带走热量并进入壳体133与孔135的内表面之间的流体流动路径。网129还促进混合，从而促进热传递到通过和围绕网129的流体。因此，具有从壳体133的增强热特性的网129的使用有效地增加了壳体133与孔135的内表面之间的空腔中的加加热液体的表面积。此外，通过和围绕网129的流体的传递阻止了液体从汽化器芯130流出，从而确保了对行进液体的充分加热。这些有利的特征提供了通过汽化器芯130的液体的增强的汽化，从而减少或消除了可能损坏下游分析仪的未汽化液体的输出。
83.使用网129或非常多孔的材料可最大程度地增加热量传递到流注的输入液体样品的表面积，在lng的情况下，这会导致600倍的体积膨胀，并且还建立了通过蒸汽环137离开并进入蒸汽出口通路140并通向蒸汽样品排放端口118的蒸汽传输通路。在预先形成为管状元件的情况下，网129的尺寸应设定为具有足以填充壳体133的上端的外表面与间隙128下方的孔135的内表面之间的所有空间的厚度，使得网129保持与壳体133和孔135的内表面两者的接触。在一个实施例中，网129可被卷曲并螺旋地缠绕在壳体133上，以在插入阶梯孔135中时允许一定的径向压缩。一旦插入到阶梯孔135中，就可以允许网129解开，从而填充壳体133的外表面与孔135的内表面之间的区域。
84.在一个实施例中，网129可如图1g所示均匀地弯曲。在该示例中，网129设置有一系
列交替的弯曲部134，使得当网绕壳体133盘绕时，弯曲部134在随后的缠绕中不会彼此嵌套。弯曲部134的嵌套是不希望的，因为它既妨碍了网129的膨胀，又降低了网129的安装和调整的便利性。通过向网129的任一边缘(不卷曲时)提供非平行的线性弯曲，并在整个网长度上在交替方向上重复弯曲，网129避免嵌套并基本均匀地膨胀以填充壳体133的外表面和孔135的内表面之间的区域。
85.壳体102还包括第一轴向设置的o形环密封件138，该o形环密封件138靠近收集环137和形成在阶梯孔135的基部处的内螺纹141并定位在两者之间，以将汽化器芯130密封在主体102内，该内螺纹141用于与不锈钢壳体133的外表面上的配合螺纹螺纹配合。为了进一步确保完全密封以防止任何汽化的气体泄漏，主体102的环形面可以包括o形环139，用于压缩抵靠安装固件136的不锈钢加热器主体的相面对的配合面。在所示的汽化器装置100的单路径版本中，液体样品通过端口104(其一部分以由计量阀杆107决定的比率进入通道120)被引入到汽化器装置100中，通过由间隙108限定的热分离区，到达汽化器芯130，以在汽化的压力下闪蒸并通过，进入收集环137，从而通过端口118离开汽化器。
86.因此，通过使汽化器装置100的上部与闪蒸汽化器芯130热隔离，避免了在汽化器装置的上部引入的液体样品的预汽化。
87.汽化器壳体102可以由诸如不锈钢或铝的耐腐蚀超合金的单个单元制成。汽化器芯130可以使用车床上的钻杆从壳体102的底部逐步钻孔，以在壳体102内为环137和丝网129径向地提供空间。汽化器芯130的轴向长度被钻孔形成略大于壳体133的轴向长度的长度，使得当壳体133安装在汽化器芯130内时，在壳体133的顶部与通道120的输出之间形成间隙128。通道120可以用钻头穿过已经钻好的汽化器芯130来钻出，并延伸到轴向孔104a，该轴向孔从壳体102的顶部轴向钻出。径向端口104r可以从壳体102的侧面径向钻出，并且通道113可以使用已经钻孔的径向端口104r以较小的钻头钻出，以将径向端口104r连接到轴向端口104a和通道120。沿着壳体102的轴向长度在端口104和隔离间隙108之间形成另一个孔，以便设置可调节阀107。然后，可以使用该孔加工跨过通道120的横截面正交形成的阶梯孔，从而为阀107提供阀座，以控制通道120内的流动。
88.在图2a/2b和图3a/3b中，分别示出了汽化器装置200和300的主动冷却的实施例。图2a/2b和3a/3b所示的实施例与图1所示的实施例相似，但是进一步以主动冷却附件为特征，以确保防止热量传递到汽化器的上部和液体样品的预汽化。图2a和图2b示出了来自位于隔离间隙108上方的通道120的集成流动通道取出点202，以将液体流提供至形成在热绝缘体106中的回路204。因此，在该实施例中，引入通道120的液体的一部分通过通道202流到回路204，以向绝缘体106提供主动冷却部件。用于穿过回路204的液体的出口(未示出)可以连接到液体排放端口104或在输入端口104r或通道113处再循环到液体进料流中。
89.在图3a和3b中，主动冷却回路取出点302(由虚线表示)连接在输入端口104r处，以将液体样品提供给嵌入并围绕绝缘体106的管304。管304的出口(未示出)可以从汽化器装置300连接到另一液体排放端口104r，以提供从中流过的冷却液体的连续流。在这种情况下，通过缠绕并嵌入绝缘体108中形成的环中的输入端口104r附近的流动通道取出点提供该取出点。未加热的液体在经过主动冷却回路(显示为带有液体流体管的管状回路)的入口端口104r的输入处被取出，到达连接到排放速度回路等的排水口/出口(未显示)。以这种方式，可以利用新鲜的冷却液供应来增强冷却，以防止主体102的上部被加热。因此，在液体样
品进入汽化器芯130之前的预汽化的风险被最小化。
90.图4a是根据本发明的实施例的具有替代的锥形计量阀杆402的汽化器装置400的立体剖视图。锥形计量阀杆402设置在腔403内，腔403在轴向上在通道113和热隔离间隙108之间径向地钻入主体102中。锥形计量阀杆402可在其上包括多个o形环404、408等，其进行密封并在腔403内提供压力控制。腔403可以包括螺纹部分407，以允许锥形计量阀402旋转并在腔403内径向移动预定距离。锥形计量阀杆402进一步包括基本居中的凹槽406，该凹槽相对于锥形计量阀402杆的周围部分沿周向逐渐变细至减小的直径，从而允许液体围绕计量阀杆402流动并通过喉部或通道120。通道120流动路径的由锥形计量阀杆402阻塞的程度可通过调节器元件401调节。可以采用开槽螺钉头形式的调节器元件401相对于螺纹407旋转，以使计量阀杆402的凹槽406相对于通道120径向地平移。因此，控制液体流动的量由锥形凹槽406相对于通道120的位置决定。手动调节器元件401的自动替代将涉及计量阀杆402与可致动马达(未示出)相关联以控制阀杆402的位置的调节。在计量阀402的与可调节元件401相对的端部处设有盖或塞410以封闭腔403，防止压力引起的计量阀杆402的挤出并限制计量阀402在腔403内的行进。盖或塞410可以在汽化器装置外部或包括在腔403内，以使其与主体102齐平。
91.图4b是根据本发明的实施例的具有锥形计量阀402的汽化器装置400的立体剖视图。在此，锥形计量阀402与关于图4a所描述的相同，因此重复相同的标记。然而，应该注意的是，图1d
‑
1f所示的汽化器装置100的可调节计量阀107的实施方式可以被结合到汽化器装置400中，替代锥形计量阀402的结构。
92.在图4b中还示出了附加的热电偶416，其在出口端口118附近，并且设置在形成于从如图4a所示的加热器壳体133突出的突起(例如机加工的凸台412)内的热套管417内。热套管417成一定角度，使得热套管417的上部和其中的热电偶416位于出口端口118附近，在高速流动区域处，以提供对离开汽化器装置400的气体样品的温度的增强灵敏度和更准确的读数。机加工的凸台412的存在增加了温度灵敏度，但没有以任何实质性的方式限制流速。
93.与热电偶110一样，热电偶416可以通过导线414连接到比例积分微分(pid)控制器和/或可编程逻辑控制器(plc)(未显示)，例如allen bradley 850系列plc或同等控制器，以提供信号反馈并控制汽化器装置400。这允许创建用于连续监测和控制离开汽化器装置400的气体样品的温度的控制回路。因此，基于连接到汽化器装置400的设备，可以控制温度以确保离开汽化器装置400的气体不会损坏下游设备。在出口端口118附近包括热电偶416还提供了能够监测不期望的高温的优点，该高温可能是由于没有液体流过汽化器装置400的无流动条件的结果。因此，内部定位的热电偶416在使用附接到出口的感测装置对出口气体温度进行远程感测时有所改进，因为这样的远程装置将无法检测由于无流动条件而导致的高加热器温度，从而有烧坏的危险，这可能会损坏加热元件并使汽化器装置400无法工作。热电偶416在壳体内的安装还提供了在汽化器装置400的组装期间更少的故障模式，同时还提供了到控制系统的更简单的接线，这通常需要满足防爆设计规范。
94.图5a和5b是根据本发明实施例的具有计量阀402的汽化器装置500的立体剖视图。在此，锥形计量阀402与关于图4a所描述的相同，因此重复相同的标记。然而，应当注意，图1d
‑
1f所示的汽化器装置100的可调节计量阀107可以结合到汽化器装置500中，代替锥形计
量阀402的结构。
95.在图5a和5b中还示出了包括附加的热电偶516，该热电偶516在出口端口118附近并且设置在形成在加热器壳体133内的直的热套管517内。热套管517被轴向钻孔以便与壳体133平行并在出口端口118附近延伸。设置在热套管517内的热电偶516定位在出口端口附近，在高速流动区域处，以提供对离开汽化器装置500的气体样品的温度的增强灵敏度和读数。
96.与热电偶110一样，热电偶516可以通过导线514连接到比例积分微分(pid)控制器和/或可编程逻辑控制器(plc)(未显示)，例如allen bradley 850系列plc或同等控制器，以提供信号反馈并控制汽化器装置500。这允许创建用于连续监测和控制离开汽化器装置500的气体样品的温度的控制回路。因此，基于连接到汽化器装置500的设备，可以控制温度以确保离开汽化器装置500的气体不会损坏下游设备。在出口118附近包括热电偶516也提供了能够监测不期望的高温的优点，该高温可能是由于没有液体流过汽化器装置500的无流动条件的结果。因此，内部定位的热电偶516在使用附接到出口的感测装置对出口气体温度进行远程感测时有所改进，因为这样的远程装置将无法检测由于无流动条件而导致的高加热器温度，从而有烧坏的危险，这可能损坏加热元件并使汽化器装置500无法工作。热电偶516在壳体内的安装还提供了在汽化器装置500的组装期间更少的故障模式，同时还提供了到控制系统的更简单的接线，这通常需要满足防爆设计规范。
97.应当理解，可以使用其他公知的冷却附件来代替上述主动冷却子系统。上述系统的明显优势在于，它们依赖于简单的权宜之计，即转移少量的液体取出样品以进行冷却，然后将转移的量重新注入管道中，或通过任何众所周知的收集器/再循环系统。
98.对于本领域的普通技术人员应该理解，结合了上述任何其他或替代细节的装置或方法将落入本发明的范围内，本发明的范围是基于以下权利要求及其等同物确定的。鉴于附图和公开内容，本发明的其他方面，目的和优点对于本领域普通技术人员而言应该是显而易见的。
99.工业适用性
100.本发明可用于通过避免液体预汽化和由于不完全汽化而引起的系统损坏，特别是在天然气的配送，运输和保管转移过程中造成的停机时间，通过液体样品的基本上有效、完全和均匀的单程汽化来提供准确的采样。本发明还可用于测量蒸汽样品中的痕量污染物，从而减少这些污染物从酸性气体样品不希望地释放。