深冷液體的計量系統和方法
2023-06-02 15:47:31
深冷液體的計量系統和方法
【專利摘要】本發明公開一種用於分配深冷液體的系統，包括包含供給深冷液體的儲罐，和計量腔。進液管路與存儲罐和計量腔連通，以使得計量腔接收來自儲罐的深冷液體。計量操作部分與計量腔連通，並包括流量管、配送管線和配送閥。穩液柱被定位在計量腔內，並包括垂直間隔開的開口。垂直間隔的第一和第二壓力傳感器與穩液柱的內部連通。控制器與流量管、第一和第二壓力傳感器，以及配送閥連通。
【專利說明】深冷液體的計量系統和方法
【技術領域】
[0001]本發明一般地涉及用於深冷流體的配送及計量系統，並尤其涉及用於深冷液體的計量系統和方法。
【背景技術】
[0002]使用液化天然氣(LNG)作為備選能源為車輛等提供動力已經變得越來越普遍，這是因為其可家用、對環境安全並且儲量豐富(與石油相比)。因此，對用於準確計量深冷液體(例如LNG)的配送系統和方法的要求提高了。
[0003]在共同授予Preston等人的第5，616，838號美國專利中提供了 一種有效的現有技術的深冷液體計量系統的示例，在此結合其內容作為參考。在第5，616，838號專利中揭示了將深冷液體計量表安裝在絕熱的深冷計量容器中，以便將該計量表浸沒在儲罐中提供的並進行配送的深冷液體中。這樣避免了兩相的液流流過計量表，並能夠進行準確計量，而不需要事先使深冷液體循環經過計量表，以將計量表進行預冷(在每一個配送環節之前)。
[0004]此外，第5，616，838號專利揭示出，可通過計量表讀取進行配送的深冷液體的體積流速，並且將數據提供給微處理器。將來自被置於深冷計量容器中的溫度傳感器的溫度數據或來自被置於深冷計量容器中的一對垂直隔開的壓力傳感器的壓差數據提供給微處理器，使得還可確定要配送的深冷液體的密度。微處理器則能夠計算和顯示所計量出的被配送給使用裝置的深冷液體(LNG)的量。
[0005]雖然第5，616，838號專利的系統性能良好，但是使用溫度來確定大多數LNG的未知組分的密度(即，「溫度補償」)並不能令人滿意。LNG主要由甲烷組成，但還包括少量的烴，諸如二氧化碳和氮氣。
[0006]關於使用壓差數據來確定密度，深冷液體的動態屬性，在其流入和流出深冷計量容器時，在壓力傳感器的觸頭(tap)上造成了諸如「噪聲」的問題。
[0007]因此存在對能夠解決至少一些上述問題的深冷液體的計量系統和方法的需求。
【發明內容】
[0008]為了解決上述問題，本發明提供了一種用於配送並計量深冷液體的系統，包括:儲罐，其配有所述深冷液體；計量腔；進液管路，其與所述儲罐以及所述計量腔連通，使得所述計量腔接收來自所述儲罐的深冷液體；計量操作部分，其與所述計量腔連通，所述計量操作部分包括流量管、配送管線和配送閥；穩液柱，其被定位在所述計量腔內，並包括限定出所述穩液柱內部的側壁，所述側壁包括多個垂直隔開的開口 ；第一壓力傳感器，其與所述穩液柱的所述內部連通；第二壓力傳感器，其與所述穩液柱的所述內部連通，並且與所述第一壓力傳感器垂直隔開；以及控制器，其與所述流量管、所述第一和第二壓力傳感器以及所述配送閥連通。
[0009]本發明還提供了一種用於分配深冷液體的方法，包括以下步驟:
[0010]a.使儲罐和計量腔配備有進液管路，其從所述儲罐延伸至所述計量腔，並具有被置於所述計量腔的頂部空間中多個噴射開孔，其中所述計量腔包括計量操作部分，其具有流量管和配送閥，所述計量腔還包括穩液柱，其具有多個垂直隔開的開口，以及與所述穩液柱的內部連通的第一和第二壓力傳感器；
[0011 ] b.將深冷液體從所述儲罐加注至所述計量腔內，直到所述計量腔中的深冷液體水平面覆蓋所述噴射開孔；
[0012]c.使深冷液體在所述計量腔和所述儲罐之間預循環，直到在所述計量腔內的預先設置的條件被滿足為止；
[0013]d.當在所述計量腔內所述預先設置的條件被滿足時，打開所述配送閥，使得從所述計量腔配送深冷液體；
[0014]e.使用所述第一和第二壓力傳感器，確定所述計量腔中所述深冷液體的密度；
[0015]f.使用所述流量管兩側的壓降和來自所述第一和第二壓力傳感器的所述密度，計量所述被配送的深冷液體。
[0016]本發明進一步提供了一種用於配送並計量深冷液體的計量腔，包括:液管路，其適於與深冷液體的源連通，使得所述計量腔能接收來自所述源的深冷液體；計量操作部分，其包括流量管、配送管線和配送閥；穩液柱，其被置於所述計量腔內，並包括限定所述穩液柱的內部的側壁，所述側壁包括多個垂直隔開的開口 ；第一壓力傳感器，其與所述穩液柱的內部連通；第二壓力傳感器，其與所述穩液柱的內部連通，並與所述第一壓力傳感器垂直隔開；以及控制器，其與所述流量管、所述第一和第二壓力傳感器和所述配送閥連通。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明的深冷液體的計量系統和方法的實施例中的儲罐和深冷計量腔以及相關的管道和泵的示意圖；
[0018]圖2是圖1中的深冷計量腔以及相關組件的放大示意圖；
[0019]圖3是圖2中的流量管的放大示意圖；
[0020]圖4是圖2中的穩液柱的俯視圖。
【具體實施方式】
[0021]雖然本發明在下文中將依據配送並計量LNG的系統和方法進行說明，但是應該理解的是，它們還可被用於配送並計量其它類型的深冷液體。
[0022]依據本發明的系統和方法的實施例，如圖1所示，絕熱的儲罐10包括供給的深冷液體，諸如LNG12。正如在下文中將更加詳細地說明的，將LNG經由進液管路16提供給絕熱的深冷計量腔14。應該注意的是用於深冷計量腔14的絕熱可選擇地被省略。可通過壓力差、通過泵18，或本領域已知的其它深冷液體傳送系統和方法來完成LNG從儲罐10至深冷計量腔14的轉送。在儲罐和深冷計量腔之間還連接有預循環管線20，其使用同樣將在下文中進行解釋。
[0023]參考圖2，進液管路16與在深冷計量腔14中垂直放置的噴射充裝管路22連接。該噴射充裝管路22的特徵是在頂端部具有噴射開口 24。預循環柱體26的特徵是具有預循環入口 28並且被連接至預循環管線20，其配備有預循環閥30。大體上以32表示的計量操作部分(meter run)包括計量表管線34，其在深冷計量腔的底部附近具有入口。流量管路34被連接至配送管線36，其特徵是具有配送閥38。流量管40被置於流量管路內，並與液流壓差變送器42連通。
[0024]依據本發明所示出的實施例，在深冷計量腔內置有穩液柱46，並且其特徵是具有低壓傳感器或觸頭48、中壓傳感器或觸頭50，以及高壓傳感器或觸頭52。每個壓力觸頭與穩液柱46以及穩液柱壓差變送器54連通。應該注意，僅需要兩個壓力觸頭，而第三觸頭是可選的。
[0025]液流壓差變送器42和穩液柱壓差變送器54分別經由無線或有線連接與諸如微處理器的控制器60連通。預循環閥30和配送配送閥38可實現自動化，並且也可與微處理器60連接以進行操作。
[0026]在操作中，當預循環閥30打開、配送配送閥38關閉且泵18打開時，LNG最初由儲罐10傳送至空的深冷計量腔14 (圖1)。結果，如圖2中箭頭61指示，LNG經由進液管路
16、噴射充裝管路22和噴射開口 24，流入深冷計量腔。流過噴射開口 24的LNG擠壓深冷計量腔14中的所有壓頭(pressure head)。當在深冷計量腔中的LNG,由62指示,達到預循環柱體的預循環入口 28的水平面，LNG流過預循環柱體26和管線20，並返回儲罐中，如箭頭65所示。在足以保證LNG填滿計量腔的一段時間之後，泵18關閉(自動地或手動地)。因此，LNG停止流入深冷計量腔，並且流量管40浸入LNG。預循環閥30保持在正常的打開位置。
[0027]參考圖2，在需要配送LNG時，將附著至配送管線36的軟管(還見圖1)連接至車輛或其它使用裝置，並諸如通過由使用者按下與控制器或微處理器60連通的「配送」按鈕來激活該系統。當這樣做時，泵18啟動，同時預循環閥30保持打開。於是LNG通過噴射充裝管路22 (以及噴射開口 24)流入深冷計量腔，並最終上升至預循環入口 28的水平面。然後LNG流過預循環柱體26和管線20並返回儲罐，如箭頭65所示。結果，LNG流過預循環閥30，直到滿足計量腔14中(由任意的或所有的壓力觸頭48、50和/或52測出的)排放壓力和適當的流動條件。這一般可花費例如大致15秒或更少的時間。然後微處理器60打開配送配送閥38，使得開始通過計量操作部分32將LNG配送至使用裝置。
[0028]參考圖3，流量管40使用Bernoulli原理，其將液體流動與開孔兩側的壓降關聯起來，並且其特徵是具有流動限制或開孔70，該開孔70具有入口側72和出口側74。入口壓力傳感器或觸頭76與入口側72連通，且出口壓力傳感器或觸頭78與出口側74連通。因此，壓差變送器42將壓差發送至微處理器60，並且微處理器通過以下公式來計量流過流量管的體積流速和質量流速:
[0029]等式⑴:
【權利要求】
1.一種用於配送並計量深冷液體的系統，包括: a.儲罐，其配有所述深冷液體； b.計量腔； c.進液管路，其與所述儲罐以及所述計量腔連通，使得所述計量腔接收來自所述儲罐的深冷液體； d.計量操作部分，其與所述計量腔連通，所述計量操作部分包括流量管、配送管線和配送閥； e.穩液柱，其被定位在所述計量腔內，並包括限定出所述穩液柱內部的側壁，所述側壁包括多個垂直隔開的開口； f.第一壓力傳感器，其與所述穩液柱的所述內部連通； g.第二壓力傳感器，其與所述穩液柱的所述內部連通，並且與所述第一壓力傳感器垂直隔開；以及 h.控制器，其與所述流量管、所述第一和第二壓力傳感器以及所述配送閥連通。
2.如權利要求1所述的系統，其中，所述流量管被置於所述計量腔內，並浸入深冷液體中。
3.如權利要求1所述的系統，其中，所述流量管包括具有開孔的流量管路，入口壓力傳感器與所述開孔的入口側連通，出口壓力傳感器與所述開孔的出口側連通，所述入口和出口壓力傳感器與所述控制器·連通。
4.如權利要求1所述的系統，其中，所述計量腔是絕熱的。
5.如權利要求1所述的系統，其進一步包括與所述穩液柱的所述內部連通的第三壓力傳感器，所述第三壓力傳感器與所述第一和第二壓力傳感器均垂直隔開，並且與所述控制器連通。
6.如權利要求1所述的系統，其中，所述第一和第二壓力傳感器在所述穩液柱的縱向軸處或縱向軸附近與所述穩液柱的所述內部的一部分連通。
7.如權利要求1所述的系統，其中，所述穩液柱具有開放的頂部端部和開放的底部端部。
8.如權利要求1所述的系統，進一步包括在所述計量腔的頂部空間和所述儲罐之間延伸的預循環管線。
9.如權利要求1所述的系統，進一步包括與所述進液管路連通的裝填管線，所述裝填管線包括被置於所述計量腔的所述頂部空間內的多個噴射開孔，使得通過所述噴射開孔的深冷液體分離所述計量腔的所述頂部空間中的蒸發氣體。
10.如權利要求9所述的系統，其中所述計量操作部分包括被置於所述計量腔的腔底部分內的入口。
11.如權利要求1所述的系統，其中，所述進液管路包括泵。
12.如權利要求1所述的系統，其中，所述穩液柱被置於距離所述計量腔的壁的內表面約1/8英寸處，且所述多個開孔朝向所述計量腔的所述壁的所述內表面。
13.如權利要求12所述的系統，其中，所述穩液柱的直徑為約一英寸且所述多個垂直隔開的開口被置於沿穩液柱軸向間隔兩英寸。
14.如權利要求1所述的系統，進一步包括溫度探測器，其被置於所述計量腔內或與流出的深冷液體連通且與所述控制器連通，所述控制器基於由所述溫度探測器所探測出的溫度，和利用來自所述第一和第二壓力傳感器的壓力確定的密度，來確定出所述深冷液體的組分的百分比。
15.如權利要求1所述的系統，其中，所述深冷液體為液化天然氣。
16.一種用於配送並計量深冷液體的方法，包括以下步驟: a.使儲罐和計量腔配備有進液管路，其從所述儲罐延伸至所述計量腔，並具有被置於所述計量腔的頂部空間中多個噴射開孔，其中所述計量腔包括計量操作部分，其具有流量管和配送閥，所述計量腔還包括穩液柱，其具有多個垂直隔開的開口，以及與所述穩液柱的內部連通的第一和第二壓力傳感器； b.將深冷液體從所述儲罐加注至所述計量腔內，直到所述計量腔中的深冷液體水平面覆蓋所述噴射開孔； c.使深冷液體在所述計量腔和所述儲罐之間預循環，直到在所述計量腔內的預先設置的條件被滿足為止； d.當在所述計量腔內所述預先設置的條件被滿足時，打開所述配送閥，使得從所述計量腔配送深冷液體； e.使用所述第一和第二壓力傳感器，確定所述計量腔中所述深冷液體的密度； f.使用所述流量管兩側的壓降和來自所述第一和第二壓力傳感器的所述密度，計量所述被配送的深冷液體。
17.如權利要求16所述的方法，其中，來自步驟b的在所述計量腔中的深冷液體的水平面足以將所述流量管浸入深·冷液體中。
18.如權利要求16所述的方法，其中，步驟c包括將深冷液體從所述儲罐用泵抽至所述計量腔。
19.如權利要求16所述的方法，進一步包括以下步驟:在所述計量腔內的深冷液體中配備溫度探測器，或將溫度探測器與流出的深冷液體連通，並使用來自所述第一和第二壓力傳感器的密度和來自所述溫度探測器的溫度確定所述深冷液體的組分的百分比。
20.如權利要求16所述的方法，其中，所述深冷液體為液化天然氣。
21.一種用於配送並計量深冷液體的計量腔，包括: a.進液管路，其適於與深冷液體的源連通，使得所述計量腔能接收來自所述源的深冷液體； b.計量操作部分，其包括流量管、配送管線和配送閥； c.穩液柱，其被置於所述計量腔內，並包括限定所述穩液柱的內部的側壁，所述側壁包括多個垂直隔開的開口； d.第一壓力傳感器，其與所述穩液柱的內部連通； e.第二壓力傳感器，其與所述穩液柱的內部連通，並與所述第一壓力傳感器垂直隔開；以及 f.控制器，其與所述流量管、所述第一和第二壓力傳感器和所述配送閥連通。
22.如權利要求21所述的計量腔，其中，所述流量管被置於所述計量腔內，並適於被浸入深冷液體中。
23.如權利要求21所述的計量腔，其中，所述流量管包括具有開孔的計量表管線，入口壓力傳感器與所述開孔的入口側連通，並且出口壓力傳感器與所述開孔的出口側連通，所述入口和出口壓力傳感器與所述控制器連通。
24.如權利要求21所述的計量腔，其中，所述計量腔是絕熱的。
25.如權利要求21所述的計量腔，進一步包括與所述穩液柱的所述內部連通的第三壓力傳感器，所述第三壓力傳感器與所述第一和第二壓力傳感器均垂直隔開，並與所述控制器連通。
26.如權利要求21所述的計量腔，其中，所述第一和第二壓力傳感器在所述穩液柱的縱向軸處或縱向軸附近與所述穩液柱的所述內部的一部分連通。
27.如權利要求21所述的計量腔，其中，所述穩液柱具有開放的頂部端部和開放的底部端部。
28.如權利要求21所述的計量腔，進一步包括與所述進液管路連通的填充管線，所述填充管線包括被置於所述計量腔的頂部空間內的多個噴射開孔，使得通過所述噴射開孔的深冷液體分離所述計量腔的所述頂部空間中的蒸發氣體。
29.如權利要求28所述的計量腔，其中，所述計量操作部分包括被置於所述計量腔的腔底部分中的入口。
30.如權利要求21所述的系統，其中，所述穩液柱被置於距所述計量腔的壁的內表面約1/8英寸處，所述多個·開孔朝向所述計量腔的所述壁的所述內表面。
【文檔編號】G01F1/86GK103852121SQ201310629326
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年11月29日 優先權日:2012年11月29日
【發明者】P.德魯比, T.德魯比 申請人:查特股份有限公司