低压气体的采样调节系统的制作方法
【专利说明】
[0001] 本PCT国际申请要求2014年6月18日提出的美国申请14/308,453为优先权， 其要求2013年6月26日提出的美国临时申请61/839, 603为优先权。
技术领域
[0002] 本发明涉及调节超低压气体样本并且更具体地，调节来自诸如煤层、填埋场的烃 类气体源的气体样本和来自LNG设备的蒸发气体和来自工业加工的废水，如发电、制造和 符合规定的化学加工。本组件的目的是提升超低压气体的压力，以使压力和温度适合分析 器，如气体色谱仪，而不会有气体成分露点下降的风险，同时允许分析器相对于气体取出探 头和调节器组件的远程放置。
【背景技术】
[0003] 众所周知的有气体传输领域的样本调节。例如LNG传输设备典型地采用样本取出 装置，以允许气体的潜在能量含量的评估。但是在一些情况中，比如从产生沼气的填埋场或 蒸发气体源抽取时，采样气体处于不足以传输到诸如气体色谱仪的常规分析器的压力下。 这种情况中，被抽取的样本的压力必须被提升。同样地，在利用复杂且敏感的仪器和废水成 分的定性定量分析的技术，即次级离子质谱法（sms)，监控废水的情况中，要求样本处在分 析器可用的压力下。这种分析牵涉到适应性调整，在广泛范围的环境和工业监控中，例如， 电厂蒸汽发电、气体净化、半导体制备和造纸，及诸如用来监控排放/流动气体污染物的大 型冷却塔设备，比如温室气体、氧化氮（N0X)、氧化硫（S0X)、挥发性有机物（V0C)、大气颗粒 和气溶胶。
[0004] 在许多气态样本从源被抽取的情况中，将关联的分析器放置在诸如控制室的接近 取出部的被保护环境中并在分析之前保持原样本的物理属性是不实际的。在连通样本和分 析器的进程期间，温度和/或压力的减少会引起成分分离、露点从焦耳-汤普森凝结点下 降，导致不准确的测量。为了克服这些问题，已经有了解决方案，是将分析器和接近取出部 的传感器在烟囱上，或包括接近分析器的复合栗系统，以在传输期间以防止气体样本的临 时变化的方式将气体样本拉向该分析器。
[0005] 例如，保持从相关分析器利用高压管道远程地抽取的LNG样本的特性的问题已通 过例如本申请人的美国专利8, 056, 399解决。但是，这种系统没有解决与低压样本抽取相 关的特殊问题。
[0006] 需要取出系统，避免栗近距离与分析器关联和/或分析器的位置与气体取出探针 接近。在烟肉的烟道气体监控等领域中，分析设备不能被收容在与取出探针有相当大的距 离的控制空间或占用空间，距离总计数百步（几十甚至几百米以上）。
【发明内容】
[0007] 本发明的一个目的是解决本领域的问题，并提供一种用于远程放置的相关分析器 的低压气体调节系统。
[0008] 本发明的另一目的是提供一种新型气体调节系统，其利用现有的通过伴热样本管 道提供的动力将加热和加压气体样本输送到远程放置的分析装置。
[0009] 本发明的另一目的是提供一种来自超低压源的气体样本调节，其气体压力和温度 被调整，从而被传输到远程隔开的气体分析器或分析器组。
[0010] 这些和其他任务通过一种用于调节来自低压气体源的气体样本的系统被满足，特 征在于：容纳室，容纳室具有封闭的内部；样本气体输入线路，样本气体输入线路至少部分 地布置在容纳室内部；加热气体调整器，加热气体调整器用于将低压的样本气体热调节到 防止露点凝结的温度；控制单元，控制单元用于加热调整器；计量栗，计量栗用于将低压的 气体样本抽出进入容纳室，并将低压的样本气体增压到10-45psig(689500-3102750达因/ 平方厘米）的压力，栗包括电动马达，电动马达从容纳室的外部突出；第一加热气体样本线 路和第二气体线路，第一加热气体样本线路用于从加热调整器到栗进行加热的气体样本连 通，第二气体线路用于从栗到通过隔离导管远离容纳室的气体分析器进行加热和加压的气 体连通；电力供应伴热，电力供应伴热通过隔离导管并进入容纳室；和防护电结点盒，防护 电结点盒具有伴热输入接头和防护电导管，防护电导管在结点盒到加热气体调整器、控制 单元和栗的电动马达中的每个之间延伸。
[0011] 本发明提供的第二实施例相对于第一实施例的进一步特征在于：位于容纳室的外 部的减压线路和阀，用于减轻通过栗加压后的气体样本的超过45psi(3102750达因/平方 厘米）的压力。
[0012] 本发明提供的第三实施例相对于第二实施例的进一步特征在于，栗是蠕动栗。
[0013] 本发明提供的另外的实施例相对于第二实施例的进一步特征在于，栗是双隔膜 栗。
[0014] 本发明提供的另外的实施例相对于上述实施例的进一步特征在于：第一加热样本 气体线路中的T形连接器，用于将气体样本分成第一相等气流和第二相等气流以输入栗。
[0015] 本发明提供的另外的实施例相对于上述实施例的进一步特征在于，栗具有第一气 体样本输出和第二气体样本输出，进一步包括第二气体线路中的T形连接器，T形连接器合 并输出的加热和加压的气体样本。
[0016] 本发明提供的另一实施例相对于前述实施例中的任一项的特征在于：布置在第二 气体线路中的第二加热调整器。
[0017] 本发明提供的另一实施例相对于前述实施例中的任一项的特征在于：输入线路中 的隔离阀。
[0018] 本发明提供的另一实施例相对于上述实施例的特征在于，隔离阀是低温阀。
[0019] 本发明提供的另一实施例相对于前述实施例中的任一项的特征在于：位于容纳室 内部并且在输入线路中的隔离阀的上游的线路内颗粒过滤器。
[0020] 本发明提供的另一实施例相对于前述实施例中的任一项的特征在于：与减压线路 相关且靠近减压阀的获取样本连接。
[0021] 本发明提供的另一实施例相对于前述实施例中的任一项的特征在于：布置在容纳 室内部且在第二气体线路中的隔离阀。
[0022] 其他目标还通过一种用于调节气体样本以利用远程分析器进行分析，且不损失自 然气体特性的方法被满足，其特征在于以下步骤：从低压源抽取气体样本；将抽取的样本 连通到调节容纳室；在加热调整器中加热抽取的样本；利用无污染的计量栗将气体样本加 压到选定压力；通过导管使加压和加热的气体样本经过容纳室出口到达远程分析器，同时 维持热稳定性和压力稳定性；和为所述加热调整器和计量栗供电，并且伴热通过导管进入 调节容纳室。
[0023] 本发明提供的另一实施例相对于上述实施例的特征在于，调节容纳室包括气体样 本减压线路，气体样本减压线路从栗延伸到容纳室外部，将超过45psi(3102750达因/平方 厘米）的气体压力减低。
[0024] 本发明提供的另一实施例相对于前述实施例中的任一项的特征在于，计量栗是双 隔膜栗，并且进一步包含将加热的抽取气体样本分开以用于加压的步骤。
[0025] 本发明提供的另一实施例相对于前述实施例中的任一项的特征在于，调节容纳室 包括第二加热调控器，其包含在加压后加热气体样本的步骤。
[0026] 此处的发明特别地适合诸如以下气体的分析应用：填埋场气体、煤层气体、来自液 化天然气处理设备的蒸发气体、符合规定的废水和污染物分析的烟道气体调节、化学处理 废气等。本发明通常地在任意环境中拥有实用性，包括通过将气体压力增压到可使用阈调 节和分析超低压气体样本，调整气体样本温度以防止焦耳-汤普森凝结的露点下降，以及 使气体到达合适的分析器或分析器组。
[0027] 本发明可与低温输入气体关联，该低温输入气体例如来自LNG设备产生的蒸发气 体。跟随管线收集，气体（在这种情况中相对地干净且不要求预过滤）在到达栗以便升压 之前直接地被传输到加热调整器。在LNG的情况中，本发明将气体维持在大于期望的碳氢 露点至少30°F(~14°C)。所引起的加热气体输出温度通过电温度控制器利用PID算法 被控制，并被馈送到压力增大栗，然后被输出穿过伴热管到分析器位置。因为此发明从电伴 热提取电需求，其也为馈送加压栗的额外动力分配所需。这个特征排除了对额外的配线、结 点盒等的需求，因此节约了装配和装配成本。
[0028] 通过融合伴热动力和计量栗，以及取出探针和样本调节系统，本发明允许例如气 体色谱仪的分析器的远程放置。简言之，气体样本在调整器单元壳体的内部被加热，并被加 压到有用水平，同时防止在加压和样本传输到处于远程位置的分析器期间由焦耳-汤普森 效应引起的液态凝结。
[0029] 为了所描述的目的，低压气体压力被定义在负的和Opsig到10psig(0-689500达 因/平方厘米）之间。通常地，来自管线源的气体样本通过诸如申请人的Certiprobe的 插入探针从收集管被抽取（见图1)。收集管与天然气或碳氢气体源相关联，诸如填埋场气 体、煤层气体和来自液化天然气处理设备的蒸发气体，或来自加工设备中烟肉或排气孔的 气体，其为典型的超低压力的气体。这种低压，比如<l〇psi(689500达因/平方厘米）太低 而不能引入常规的用于分析的气体色谱仪设备。常规的分析设备通常要求高压的气体进口 输入，即在lOpsig到25psig(689500-1723750达因/平方厘米）之间，用于适合操作。此 外，通过提升压力，本发明补偿因长的样本线路引起的固有压力损失，诸如那些来自烟囱的 气体。
[0030] 在接下来的描述中，将参考附图，并且以图示的方式显示实施本发明的具体实施 例。接下来图示的实施例被足够详细地描述，以使本领域的技术人员能够实施本发明。应 该理解的是，可以使用其他实施例，并且可以基于目前已知结构和/或功能的等同物进行 变化，而不脱离本发明的范围。
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