专利名称：超高压天然气的加臭装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及向天然气中加入警示性嗅敏剂的装置，尤其是向超高压的天然气中加入警示性嗅敏剂的装置。
背景技术：
天然气作为一种清洁能源，日益得到广泛的应用。由于它的爆炸极限为5％～15％。因此，一旦发生泄漏，将引发灾难性后果。又由于纯净的天然气本身是一种无色无味的气体，人体的自身感官极难察觉。为此，在将天然气供给用户使用之前，均要人为地在天然气中加入人体嗅觉极为敏感的嗅敏剂——一种有特殊臭味的化工产品，典型的嗅敏剂是呈无色液体状态的四氢噻吩(其加入量为10～30mg/m3)，以确保人们对天然气泄漏的警觉。通常，天然气的加臭过程均是在气态的中、低压(几～几十kgf/cm2)条件下进行的，商品化的加臭装置也均在该压力范围内使用。目前的加臭装置(参考图1)包括有安装在天然气管道中的带有温度与压力补偿的电传流量计、插入天然气管道内的四氢噻吩雾化喷头、通过输送管与该雾化喷头联通的柱塞计量泵及其该柱塞泵的调速电机和调频器、盛装四氢噻吩的容器，以及控制电传流量计和调频器的可编程调节器等。该装置自动化程度高，加臭剂量精确并可调。但设备价格昂贵(十几～二十万/套)；电传流量计和柱塞计量泵还需定期标定；所用电器元件和控制单元还均需做防爆隔爆处理；设备维护费用高。另外，为保证可靠供气，还要求事先准备一套相同的装置备用(习称“开一备一”)。近年来，随着天然气用量的日益增大，为贮存与运输方便，出现了液化天然气(LNG)。而对于液化天然气直接汽化为压缩天然气(CNG)的工艺过程(液化天然气的贮存压力为0.5～8kgf/cm2，温度为-163℃，经强制汽化设备吸热相变增压，直接转化为压力＞200kgf/cm2的气态压缩天然气，该过程简称LCNG工艺过程)，其加臭操作过程的实施就十分困难了。目前尚无可采用的商品化产品或定型设备，其主要技术困难基于以下两个方面，①在LCNG工艺过程中，当天然气处于液态时，因四氢噻吩液体的凝固点为96.2℃，在-163℃的液态天然气中它将形成固体而沉淀，无法扩散到天然气中实现加臭功能；②而当天然气处于汽化过程中或汽态后，其状态压力又已达200kgf/cm2以上。因此，目前简单地对前述的现有加臭方法与装置进行改进，其相应的工艺、设备改造及其总设备的投入量是非常大的。
实用新型内容本实用新型的第一目的是，提出一种与现有加臭装置不同的、在LCNG工艺过程中也能可靠地对压缩天然气进行加臭的装置；本实用新型的第二目的是，为上述对压缩天然气进行加臭的装置，提供一种可靠性高的液位控制装置。
为实现所述第一实用新型目的，本实用新型提供这样一种超高压天然气的加臭装置。该装置有中间串联了一个差压节流调节装置的在超高压状态下输送气态天然气的主管，在该差压节流调节装置高压一侧的主管上连接有一支带旁通阀的高压旁通管，在该差压节流调节装置低压一侧的主管上连接有一支带旁通阀的低压旁通管，两支旁通管的另一端分别从一个加臭罐的上部与该罐联通；在该加臭罐内装盛有由液位控制装置限定了其液面高度的嗅敏剂，在该加臭罐的底部设置有对其内的嗅敏剂加热的电加热器，该电加热器与一台电加热恒温控制器的电源输入端联接，该电加热恒温控制器与加臭罐内有的测温传感器信号联接。
也就是说，在现有(当然也可以是，专为此加臭装置而作了适应性改进的)压缩天然气的输送主管中间，串联进一个差压节流调节装置，在该差压节流调节装置的前后分别从主管上接出各一支高低压旁通管，把两支旁通管与加臭罐内上部没有液体嗅敏剂的空间联通。这样，由于差压节流调节装置的节流降压作用，在压缩天然气在输送过程中，除仍有部分从主管输送外，还有一部分从这一旁通支路输送。旁通支路的路径是主管高压段→高压旁通管→加臭罐内上部空间→低压旁通管→主管低压段(与直接通过差压节流调节装置的压缩天然气汇合)。当部分压缩天然气从加臭罐内上部空间通过时，由于在LCNG工艺中压缩天然气是绝对干燥气体；而典型的嗅敏剂四氢噻吩的物理特性非常类似于水(其沸点为119℃密度为1g/cm2)，在加热装置的热源作用下，加臭罐上半部空间会产生大量四氢噻吩液体蒸汽。于是，当部分压缩天然气从加臭罐内上部空间通过时，将吸收并带出大量四氢噻吩，进入主管低压段后进一步与其余的压缩天然气混合，从而达到加臭的目地。
为实现所述第二实用新型目的，本实用新型提供这样一种液位控制装置。该液位控制装置包括有位于上述加臭罐上方的嗅敏剂储液罐和一支带开关阀的液位限定管、一支带补液阀的补液管。其中，液位限定管的上端口位于其储液罐内的上部并高过罐内嗅敏剂的最高液面、其下端口位于该加臭罐内嗅敏剂的被限液面处(即由该液位限定管的下端口来限定加臭罐内嗅敏剂的液面)；补液管的上端口在其储液罐的底部与该罐联通，其下端口位于该加臭罐下部的嗅敏剂内(即由该补液管来补充蒸发过后的)。该储液罐的上部还设置有一支带加液阀的其出液口位于储液罐下部内的加液管、一支带呼吸阀的呼吸管，该储液罐的侧面有液位显示装置。
包括有本液位控制装置的上述加臭装置的操作步骤如下在本系统设备第一次启用前，先关闭高低压旁通管的两个旁通阀、液位限定管的开关阀和补液管的补液阀，打开储液罐的上部的加液阀和呼吸阀，将嗅敏剂(四氢噻吩)液体经加液管注入到储液罐中并加满至阀口；然后关闭储液罐的上部的加液阀和呼吸阀，并打开液位限定管的开关阀和补液管的补液阀，以让储液罐中的液体在重力作用下流入加臭罐。在此过程中，加臭罐中的气体经液位限定管回气到储液罐，当其液面高度淹没到液位限定管的下端口时，由于其回气通道被液面堵塞，储液罐的液体停止向加臭罐流动，从而使储液罐内的液面高度始终保持在液位限定管的下端口位置，此位置就是被限定的液面线(此后，还可再向储液罐中补加嗅敏剂。需特别注意的是，①储液罐中的最高液面必须低于液位限定管的上端口，②储液罐上部的加液阀和呼吸阀在补加完嗅敏剂后必须重新关闭)；接着，打开高低压旁通管的两个旁通阀，使本系统装置投入运行。随着蒸发的嗅敏剂被不断地带走，加臭罐液面高度会逐渐降低，一旦低于液面线(即露出液位限定管的下端口)，液位限定管就恢复回气能力，储液罐中的液态嗅敏剂又会通过补液管流入加臭罐，直到重新淹没液位限定管的下端口……，如此自动反复进行，直至储液罐的嗅敏剂全部耗尽，又重新按上述加液方式补充液体原料。
从上述方案与操作过程中，本领域的技术人员不难看出，本实用新型装置及其工作原理与现有的加臭装置及其工作原理是完全不同的。其优越性是，本实用新型能够对压缩天然气、乃至超高压的LCNG工艺过程中的天然气进行正常的加臭。特别是本实用新型不需要流量计、柱塞泵、调频电机等由控制器件控制的机械装置，也就是说本实用新型是无任何相对运动或磨擦部件的、使用过程中也就无任何疲劳和摩损消耗的、并且不需要定期作计量标定的、基本上不会发生故障的装置。其中的差压节流调节装置根据加臭比例、一经设定，其剂量最大波动范围不超过设定值的20％。由于典型的嗅敏剂四氢噻吩的标准加入量是10～30mg/m3，因此，当采取稳定主管压力，恒定加臭罐内液体温度和液面高度三项措施后，仅把四氢噻吩的加入量调节、设定为20mg/m3后，除抽样检测外，几乎不用再去调节与设定了[当然，在启用本系统装置时，可以通过其它辅助手段来设定(气相色谱仪，便携式气体传感仪，称重法等)]。简言之，本实用新型是在LCNG工艺过程中，不但可靠地实现、而且能够自动地、准确地对压缩天然气进行加臭的装置；本实用新型装置本身的成本与运行成本也均比现有装置的低得多，本实用新型装置所占据的场地也比远比现有装置少得多；另外，在安全生产方面，仅沿用现有的LCNG工艺过程中的安全标准即可，也不需要增加其他特别的安全措施与设施。
以下结合附图对本实用新型作进一步的说明。
图1——现有的常压加臭装置示意图图2——本实用新型的加臭装置示意图具体实施方式
一种超高压天然气的加臭装置(参考图2)。该装置有中间串联了一个差压节流调节装置1的在超高压状态下输送气态天然气的主管9，在该差压节流调节装置1高压一侧的主管9上连接有一支带旁通阀的高压旁通管2，在该差压节流调节装置1低压一侧的主管9上连接有一支带旁通阀的低压旁通管3，两支旁通管的另一端分别从一个加臭罐11的上部与该罐联通；在该加臭罐11内装盛有由液位控制装置限定了其液面14高度的嗅敏剂101，在该加臭罐11的底部设置有对其内的嗅敏剂101加热的电加热器13，该电加热器13与一台电加热恒温控制器的电源输入端联接，该电加热恒温控制器与加臭罐11内有的测温传感器15信号联接。也即，预先通过电加热恒温控制器设定加热温度，由测温传感器15采集温度信号，再通过电加热恒温控制器来控制电加热器的加热时间长短以控制温度。显然，测温传感器15可以设置在加臭罐11的底部、也可以设置在它能被液态嗅敏剂101淹没的加臭罐11侧壁(图中示意画出的是前一种情况)。其中，所说的嗅敏剂101仍为典型的四氢噻吩。
结合实用新型内容中披露的工作原理与过程，本领域的技术人员已能正确地选择(乃至于自制)本具体实施方式
中所提及的差压节流调节装置1、液位控制装置、加热装置13及其相应的测温传感器15了。也就是说，本领域的技术人员不通过创造性劳动就能再现本实用新型了。
作为一种选择，本具体实施方式
选择现有的截止阀来作为本实用新型中的差压节流调节装置1。也就是其压力范围满足要求的、有显示装置的截止阀产品(如果没有带显示装置的市售商品，本领域技术人员添加一个显示装置并不困难，例如，自制一个刻度盘安装在阀座上)。
当然，也可以根据截止阀的原理，自制该差压节流调节装置1，其压力差的数学模型与孔板式流量计相同，即ΔV＝α·Q2(其中，ΔV-压差；Q-流量；α-阻力常数)进一步讲，为减少电加热器的通断次数，在加臭罐11外，再包覆一层保温材料12。
同样为了提高准确性，更好地实施本实用新型，在本具体实施方式
中的液位控制装置是专门为本实用新型配套设计的，该液位控制装置包括有位于加臭罐11上方的嗅敏剂101储液罐10和一支带开关阀的液位限定管5、一支带补液阀的补液管4。其中，液位限定管5的上端口位于其储液罐10内的上部并高过罐内嗅敏剂101的最高液面、其下端口位于该加臭罐11内嗅敏剂101的被限液面14处；补液管4的上端口在其储液罐10的底部与该罐10联通，其下端口位于该加臭罐11下部的嗅敏剂101内。在储液罐10的上部还设置有一支带加液阀的其出液口位于储液罐10下部内的加液管7、一支带呼吸阀的呼吸管8，该储液罐10的侧面有液位显示装置6。
进一步地讲，储液罐10的侧面有液位显示装置6可以是电磁式或超声波式液位计、或者由上下各一个最高液位观察窗和最低液位观察窗构成。显然，该显示装置应当根据相应的要求与条件选择确定(图中液位计为机构简图的示意表示)。
同样显然的是，为更进一步提高准确性，在输送压缩天然气的主管9前，还应当设置一个稳压装置(由于显见，图中未画)。
下面提供一组验证本实用新型时的参数，以供更进一步理解本实用新型。
储液罐10和加臭罐11的容积定为5L，选用0Cr18Ni9厚壁无缝钢管制作，管径φ200mm，设计压力≥370kgf/cm2。所有阀门和连接管道(φ10mm)的材质和设计使用压力也满足同一压力要求，其中高压旁通管2、低压旁通管3的旁通阀选用开启刻度指示的可调节性闸阀，差压节流调节装置1选用截止阀。加臭罐11使用时的保温温度设定在20℃～30℃，保温材料为憎水轻质硅酸钙制品，其厚度38mm。电加热装置13，和测温传感器15选用防爆隔爆型器件，电加热恒温控制器也设置在防爆隔爆区域外。补液管4的下端口距加臭罐11底部20mm；液位限定管5上端口距储液罐10顶部10mm，下端口距加臭罐11水平中心线下20mm。嗅敏剂101为四氢噻吩。前述的加臭剂量的最大波动范围不超过设定值的20％就是通过这一验证取得的。
另外，在使用本系统设备时需特别注意当对储液罐10补充液体四氢噻吩时，储液罐10内的高压气体应使用软管接于呼吸管8的管口，并将罐内高压气体输引到防火区外点火烧掉，以免其臭味污染环境；加液时应闭环操作，一边从加液管7注入液体，一边从呼吸管8的管口将回气引回到四氢噻吩容器中。
权利要求1.超高压天然气的加臭装置，其特征在于，该装置有中间串联了一个差压节流调节装置(1)的在超高压状态下输送气态天然气的主管(9)，在该差压节流调节装置(1)高压一侧的主管(9)上连接有一支带旁通阀的高压旁通管(2)，在该差压节流调节装置(1)低压一侧的主管(9)上连接有一支带旁通阀的低压旁通管(3)，两支旁通管的另一端分别从一个加臭罐(11)的上部与该罐联通；在该加臭罐(11)内装盛有由液位控制装置限定了其液面(14)高度的嗅敏剂(101)，在该加臭罐(11)的底部设置有对其内的嗅敏剂(101)加热的电加热器(13)，该电加热器(13)与一台电加热恒温控制器的电源输入端联接，该电加热恒温控制器与加臭罐(11)内有的测温传感器(15)信号联接。
2.根据权利要求1所述超高压天然气的加臭装置，其特征在于，所述的差压节流调节装置(1)是截止阀。
3.根据权利要求1或2所述超高压天然气的加臭装置，其特征在于，所述加臭罐(11)外，包覆有一层保温材料(12)
4.根据权利要求1或2所述超高压天然气的加臭装置，其特征在于，所述的液位控制装置包括有位于所述加臭罐(11)上方的嗅敏剂(101)储液罐(10)和一支带开关阀的液位限定管(5)、一支带补液阀的补液管(4)；其中，液位限定管(5)的上端口位于其储液罐(10)内的上部并高过罐内嗅敏剂(101)的最高液面、其下端口位于该加臭罐(11)内嗅敏剂(101)的被限液面(14)处；补液管(4)的上端口在其储液罐(10)的底部与该罐联通，其下端口位于该加臭罐(11)下部的嗅敏剂(101)内；该储液罐(10)的上部还设置有一支带加液阀的其出液口位于储液罐(10)下部内的加液管(7)、一支带呼吸阀的呼吸管(8)，该储液罐(10)的侧面有液位显示装置(6)。
5.根据权利要求3所述超高压天然气的加臭装置，其特征在于，所述的液位控制装置包括有位于所述加臭罐(11)上方的嗅敏剂(101)储液罐(10)和一支带开关阀的液位限定管(5)、一支带补液阀的补液管(4)；其中，液位限定管(5)的上端口位于其储液罐(10)内的上部并高过罐内嗅敏剂(101)的最高液面、其下端口位于该加臭罐(11)内嗅敏剂(101)的被限液面(14)处；补液管(4)的上端口在其储液罐(10)的底部与该罐联通，其下端口位于该加臭罐(11)下部的嗅敏剂(101)内；该储液罐(10)的上部还设置有一支带加液阀的其出液口位于储液罐(10)下部内的加液管(7)、一支带呼吸阀的呼吸管(8)，该储液罐(10)的侧面有液位显示装置(6)。
6.根据权利要求4所述超高压天然气的加臭装置，其特征在于，所述的液位显示装置(6)是电磁式或超声波式液位计、或者由上下各一个最高液位观察窗和最低液位观察窗构成。
7.根据权利要求5所述超高压天然气的加臭装置，其特征在于，所述的液位显示装置(6)是电磁式或超声波式液位计、或者由上下各一个最高液位观察窗和最低液位观察窗构成。
专利摘要一种超高压天然气的加臭装置。该装置有中间串联了一个差压节流调节装置在超高压状态下输送气态天然气的主管；在该差压节流调节装置高压一侧的主管上连接有一支带旁通阀的高压旁通管，在该差压节流调节装置低压一侧的主管上连接有一支带旁通阀的低压旁通管，两支旁通管的另一端分别从一个加臭罐的上部与该罐联通；在该加臭罐内装盛有由液位控制装置限定了其液面高度的嗅敏剂，在该加臭罐的底部设置有对其内的嗅敏剂加热的加热装置等。本实用新型在LCNG工艺过程中，不但能够可靠、自动、准确且安全地对压缩天然气进行加臭；而且装置成本与运行成本也均比现有装置低，占据的场地少。
文档编号C10L3/00GK2900534SQ20062011026
公开日2007年5月16日 申请日期2006年4月3日 优先权日2006年4月3日
发明者巫山 申请人:巫山, 重庆川友科技发展有限公司