分體式真空絕熱低溫液化天然氣進樣裝置的製作方法

2023-05-18 05:38:46 1

本發明涉及一種真空絕熱液化天然氣進樣裝置，具體涉及一種性能好、安全、可靠性高，具有保冷機械探頭與汽化器分開的天然氣進樣裝置。

背景技術：

隨著化學工業的發展，化學工業越來越向技術密集型方向發展；尤其化工生產中對技術、環保的要求越來越高；其中分析技術要求也隨著技術的發展要求越來越嚴格。在生產中分析結果對工業生產的作用越來越大，其對生產的指導作用越發明顯，有時對生產裝置的運行起到至關重要的作用。人們對環境問題的日益關注，清潔能源的利用日益顯著。液化天然氣(liquefiednaturalgas縮寫lng，以下以lng代表)作為一種清潔、高效的能源越來越受到青睞，很多國家都將lng列為首選燃料，lng在能源供應中的比例迅速增加。lng正以每年約12％速度的高速增長，成為全球增長最迅猛的能源行業之一。近年來全球lng的生產和貿易日趨活躍，lng已成為稀缺清潔資源，正在成為世界油氣工業新的熱點。無論是lng還是cng(壓縮天然氣compressednaturalgas簡稱cng)在貿易交接過程中都是基於組分和熱值。因此準確的分析lng顯得尤其重要。

天然氣整個分析過程中，採樣精確與否至關重要，lng組分分析結果是液化天然氣組分及單位熱值的關鍵參數，分析結果的準確與否直接影響液化天然氣的生產質量及液化天然氣貿易中交接計量數量及質量判定，所以在液化天然氣生產及貿易中取得有代表性的樣品是液化天然氣生產及貿易中極其重要的步驟。由於液化天然氣在儲運過程中溫度約為-162℃，保冷措施如果不當極易導致lng吸熱產生部分氣化現象，這樣輕組分(甲烷、氮氣)、重烴(乙烷、丙烷等)氣化先後順序不一，會導致鋼瓶中取樣組分不均勻。因此要獲取能代表管道內lng真實組分存在很大的難度，而要克服這個難題就必須保持lng過冷狀態不發生氣化。

現有技術的lng進樣系統是一種探頭-汽化器一體式進樣系統，雖然實現了對液化天然氣的實時取樣，但是因為汽化器(電加熱)與機械探頭是一個整體靠近lng輸送管道存在潛在危險，另外此探頭結構複雜、維護複雜以及成本高昂。

所以現有技術的探頭-汽化器一體式進樣系統，還有提升的空間。

技術實現要素：

針對上述缺陷，本發明的目的是提供一種探頭和汽化器分體式低溫lng進樣裝置，以解決現有進樣系統存在安全、維護上的技術問題。

為實現上述目的，本發明採用了以下的技術方案：

一種分體式真空絕熱低溫液化天然氣進樣裝置，所述進樣裝置包括機械探頭、真空保冷軟管、汽化器、放空副線、進樣管線和放空管線，所述汽化器包括一入口，其中的連接關係為：所述機械探頭的一端與lng輸送管道連接，所述機械探頭的另一端和所述真空保冷軟管的一端連接；所述真空保冷軟管的另外一端和汽化器的入口連接；所述放空副線的一端和所述汽化器的入口連接，所述放空副線的另外一端和放空裝置連接；所述進樣管線的一端和所述汽化器連接，所述進樣管線的另外一端和取樣裝置連接；所述放空管線的一端和所述進樣管線連接，所述放空管線的另外一端和放空裝置連接；所述機械探頭為一真空保冷裝置。

本申請較佳實施例所述的分體式真空絕熱低溫液化天然氣進樣裝置，所述機械探頭包括一內管、一套管、一低溫截止閥、一低溫止回閥、二毛細管結構、一真空腔體、二真空連接徑向密封接口、一針閥和一壓力變送器。

本申請較佳實施例所述的分體式真空絕熱低溫液化天然氣進樣裝置，所述真空保冷軟管包括一外部波紋套管、一保冷內管以及內外管襯環。

本申請較佳實施例所述的分體式真空絕熱低溫液化天然氣進樣裝置，所述放空副線包括一放空副線管道、一放空副線溫度變送器、一放空副線壓力變送器以及一氣動調節閥；所述放空副線的一端和所述汽化器入口連接，所述放空副線的另外一端和所述放空裝置連接；所述放空副線溫度變送器、放空管線壓力變送器、氣動調節閥依序與所述放空副線管道連接，所述氣動調節閥位於所述放空裝置的一側。

本申請較佳實施例所述的分體式真空絕熱低溫液化天然氣進樣裝置，所述汽化器還包括一超壓安全閥、一測溫傳感器、一防爆控制盒、一加熱棒、一真空連接徑向密封接口和一汽化器外殼。

本申請較佳實施例所述的分體式真空絕熱低溫液化天然氣進樣裝置，所述進樣管線包括一進樣管道、一進樣溫度變送器、一進樣流量計和一進樣切斷閥；所述進樣管道的一端和所述汽化器出口連接，所述進樣管道的另外一端和取樣裝置連接；所述進樣溫度變送器、進樣流量計和進樣切斷閥依序和所述進樣管道連接，所述進樣切斷閥位於所述取樣裝置的一側。

本申請較佳實施例所述的分體式真空絕熱低溫液化天然氣進樣裝置，所述放空管線包括一放空管道和一放空切斷閥，所述放空管道的一端和所述進樣管線連接，連接位於所述進樣流量計和進樣切斷閥之間的所述進樣管道，所述放空管道的另外一端和放空裝置連接。

本申請較佳實施例所述的分體式真空絕熱低溫液化天然氣進樣裝置，其特徵在於，還包括一plc控制裝置，所述plc控制裝置通過電信號連接所述放空副線溫度變送器、所述氣動調節閥、所述進樣溫度變送器、所述進樣流量計、所述進樣切斷閥和所述放空切斷閥。

本申請的設計理念是，設計出一種汽化器與機械探頭分開的低溫液化天然氣進樣裝置，這種分體式的設計結構簡單，而且維護容易，連接管道採用真空保冷軟管，可以保持液化天然氣處於過冷狀態，避免發生部分氣化現象。

由於採用了以上的技術特徵，使得本發明相比於現有技術，具有如下的優點和積極效果：

第一、本申請對現有進樣裝置進行改進，具有性能好、結構簡單、維護簡單的優點；

第二、本申請的進樣裝置安全可靠性高，穩定性好，使用壽命更長。

當然，實施本發明內容的任何一個具體實施例，並不一定同時具有以上全部的技術效果。

附圖說明

圖1為本申請進樣裝置的結構連接圖；

圖2為本申請進樣裝置的機械探頭示意圖；

圖3為本申請放空副線的放大圖；

圖4為本申請進樣管線的放大圖；

圖5為本申請放空管線放大圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的幾個優選實施例進行詳細描述，但本發明並不僅僅限於這些實施例。本發明涵蓋任何在本發明的精髓和範圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。為了使公眾對本發明有徹底的了解，在以下本發明優選實施例中詳細說明了具體的細節，而對本領域技術人員來說沒有這些細節的描述也可以完全理解本發明。另外，為了避免對本發明的實質造成不必要的混淆，並沒有詳細說明眾所周知的方法、過程、流程、元件等。

請參考圖1，一種分體式真空絕熱低溫液化天然氣進樣裝置，所述進樣裝置包括機械探頭1、真空保冷軟管11、汽化器2、放空副線、進樣管線和放空管線，其中的連接關係為：所述機械探頭1的一端與lng輸送管道連接，所述機械探頭1的另一端和所述真空保冷軟管11的一端連接；所述真空保冷軟管11的另外一端和所述汽化器2的入口12連接；所述放空副線的一端和所述汽化器2的入口12連接，所述放空副線的另外一端和放空裝置連接；採用真空保冷軟管11作為連接管道可以降低lng輸送過程中冷量散失造成lng部分氣化。所述進樣管線的一端和所述汽化器2連接，所述進樣管線的另外一端和取樣裝置16連接；所述放空管線的一端和所述進樣管線連接，所述放空管線的另外一端和放空裝置連接；所述機械探頭1為一真空保冷裝置，防止lng取樣時，溫度變化造成氣化。

如圖2所示，所述機械探頭1包括內管101、套管102、低溫截止閥103、低溫止回閥104、二個毛細管結構105、真空腔體107、二個真空連接徑向密封(vacuumcouplingradiusseal)接口108、針閥110以及壓力變送器111。優選的，所述內管是1/8"內管，所述套管是1/4"套管，所述低溫截止閥是1/4"低溫截止閥，但是不能用來限制本申請，採用其它尺寸，只要能達到低溫保冷，都是本申請的保護範圍；所述機械探頭1一端插入lng輸送管道，另一端通過真空連接徑向密封接口108與真空保冷軟管11連接。

此外，所述真空保冷軟管11包括一外部波紋套管(圖未示)、一保冷內管(圖未示)以及內外管襯環(圖未示)，內外管襯環的作用是防止外部波紋套管和保冷內管直接接觸。優選的，所述保冷內管是1/8"保冷內管，但是不能用來限制本申請，採用其它尺寸，只要能達到低溫保冷，都是本申請的保護範圍。

另外，請同時參考圖1和圖3，所述放空副線包括一放空副線管道17、一放空副線溫度變送器6、一放空副線壓力變送器5、以及氣動調節閥4；所述放空副線的一端和所述汽化器2的入口12連接，所述放空副線的另外一端和放空裝置連接；所述放空副線溫度變送器6、放空副線壓力變送器5、氣動調節閥4依序和放空副線管道17連接，所述放空副線溫度變送器6在靠近汽化器2的一側，所述氣動調節閥4位於放空裝置的一側。採用放空副線增加進樣流量，增加流量可以降低單位質量lng冷量散失，可以進一步預防lng氣化。

所述汽化器2包括一入口12、一超壓安全閥(圖未示)、一測溫傳感器(圖未示)、一防爆控制盒(圖未示)、一加熱棒(圖未示)、一真空連接徑向密封接口(圖未示)及一汽化器外殼(圖未示)。所述入口12是一種進口三通入口，測溫傳感器可以與加熱棒通過防爆控制盒實現加熱控溫功能，另外汽化器還通過超壓安全閥防止超溫超壓。

如圖4所示，所述進樣管線包括進樣管道18、進樣溫度變送器7、進樣流量計8和進樣切斷閥9；所述進樣管道18的一端和所述汽化器2的出口連接，所述進樣管道18的另外一端和取樣裝置16連接；所述進樣溫度變送器7、進樣流量計8和進樣切斷閥9依序和進樣管道18連接，所述進樣溫度變送器7在靠近汽化器2出口的一側，所述進樣切斷閥9位於所述取樣裝置16的一側。使用溫度監測、流量監測的措施，用於監測氣化後天然氣指標，可以確保取樣裝置16能夠取得合格的實時樣品。而進樣切斷閥9用於取樣裝置16進樣以及進樣不合格時切斷進樣的用途。

如圖1和圖5所示，所述放空管線包括放空管道19和放空切斷閥10，所述放空管道19的一端和所述進樣管線連接，連接位於所述進樣流量計8和進樣切斷閥9之間的所述進樣管道18，所述放空管道19的另外一端和放空裝置連接。放空切斷閥10用於進樣天然氣不合格時排空。

如圖1所示，還包括一plc控制裝置，所述plc控制裝置通過電信號連接所述放空副線溫度變送器6、所述氣動調節閥4、所述進樣溫度變送器7、所述進樣流量計8、所述進樣切斷閥9和所述放空切斷閥10。plc控制裝置接收放空副線溫度變送器6、進樣溫度變送器7和進樣流量計8傳來的信息，判斷進樣lng質量是否合格。

在應用設計上，根據需要可將進樣裝置簡化設計成手動進樣以便用於對取樣要求較低的場合，可以用於可攜式、面板式lng取樣器的進樣。

系統進樣流程如下：

lng輸送管道中低溫液體lng由機械探頭1進入，機械探頭1中自帶低溫截止閥103可用於控制取樣器開關，機械探頭1中含有真空腔體107，用於絕熱，保持lng的低溫。通過機械探頭1後lng進入真空保冷軟管11，緊接著進入汽化器入口。汽化器入口除了連接汽化器2，另外有一個放空副線旁通口可以連接放空副線。lng進入汽化器2後，部分進入加熱器被加熱後從出口端輸出，另一部分則由放空副線進入放空副線。放空副線設置溫度、壓力和流量監測，用於監控進入汽化器2時lng質量是否合格。汽化器2出口輸出的天然氣經過溫度、流量監測後進入進樣切斷閥9，最後輸送至取樣裝置16。若汽化器2出口處天然氣不合格，則系統根據plc控制裝置裡面設置的控制指標判斷是否打開放空切斷閥10。

由於進樣過程中，防止lng提前氣化成為決定性因素，因此機械探頭1和真空保冷軟管11的保冷性能至關重要，此外由於汽化器功率有限進入汽化器的lng流量是否合理成為關鍵指標之一。

1)、下面根據已有參數進行真空保冷軟管11換熱計算，計算過程如下：

已知條件：以液化天然氣項目接收站lng為例，其組分：c1(91mol％)、c2(5mol％)、c3(2.5mol％)、c4(1mol％)、c5(0.1mol％)、n2(5mol％)。lng流量設為3kg/h、溫度-162℃和壓力1.0mpag，另外lng露點為-122.8℃，真空保冷軟管11的冷損失率為0.99w/m，環境溫度按35℃計算。

計算依據iso8943-2007附錄a計算方法進行計算：

冷損失量ql＝0.99w/m；

若管道長度設置不超過5m；

則整個吸熱量為q＝4.95w。

則焓升δh1＝q*3600/f＝5940j/kg

2)、機械探頭冷損失量計算：

已知條件：機械探頭外管管徑為63mm，內管管徑為3.1mm，探頭外部為t型結構，長度為250mm，頂部高度為100mm。真空度為10-5pa。真空系統熱導率約為0.4mw/m*k。內管介質溫度-162℃，外管環境溫度30℃。

由於機械探頭外形屬於不規則形狀，進行計算時需要採用等效計算的方法。因此可將探頭等效為外管直徑63mm，內管管徑3.1mm，長度為0.35m的真空套管進行冷損量計算。

計算如下：

其中：

ta——環境溫度，℃

ts——lng溫度，℃

ha——表面傳熱係數，w/m2*k

k——真空導熱係數，w/m*k

do——真空外管管徑，m

d1——真空內管管徑，m

l——真空管長度，m

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

＝0.0577w

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

綜上結果可知：進入汽化器前lng的總焓升:

δht＝5940+69.24j/kg＝6009.24j/kg

考慮安全係數，取50％安全餘量。

δht'＝δht*150％＝9013.86j/kg

查iso8943標準中lng焓值曲線可知，當lng壓力由3bar降至2.5bar時，過冷度約為40000j/kg。

因此焓升δht<過冷度，lng在通過真空保冷軟管11過程中不會發生氣化。

另外為了防止系統壓力發生波動導致過冷度發生變化，真空保冷軟管11長度不可隨意設置，通過估算真空保冷軟管11長度低於10m可以確保進樣過程中lng不會發生部分氣化現象。

3)lng流量控制

由於汽化器的功率有限，最大氣化功率為500w，若根據iso8943-2007中取樣流量20kg/h，完全氣化需要的功率為5kw(氣化至常溫)。因此500w汽化器最多能夠氣化的lng為2kg/h。因此在整個進樣過程中進入汽化器的lng流量必須控制在2kg/h以下。

綜上所述，由於採用了以上的技術特徵，使得本發明相比於現有技術，具有如下的優點和積極效果：

第一、本申請對現有進樣裝置進行改進，具有性能好、結構簡單、維護簡單的優點；

第二、本申請的進樣裝置安全可靠性高，穩定性好，使用壽命更長。

發明優選實施例只是用於幫助闡述本發明。優選實施例並沒有詳盡敘述所有的細節，也不限制該發明僅為所述的具體實施方式。顯然，根據本說明書的內容，可作很多的修改和變化。本說明書選取並具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本發明的原理和實際應用，從而使所屬技術領域技術人員能很好地利用本發明。本發明僅受權利要求書及其全部範圍和等效物的限制。以上公開的僅僅是本發明的較佳實施例，但並非用來限制其本身，任何熟習本領域的技術人員在不違背本發明精神內涵的情況下，所做的均等變化和更動，均應落在本發明的保護範圍內。