本发明涉及一种LNG装卸用连续取样分析装置及使用方法，具体是关于一种用于LNG接收站码头卸料、LNG槽车装车、LNG加注站的连续取样分析装置及使用方法，属于液化天然气取样和分析技术领域。
背景技术：
LNG作为安全高效的清洁能源，已经成为全球增长最迅猛的能源行业之一，中国也对LNG产业的发展越来越重视，中国已经投产以及正在规划的LNG接收站覆盖广东、福建、浙江、上海、江苏、山东、天津、辽宁和河北等省份，小型天然气液化工厂和LNG加注站的数量更多，LNG装卸是上述站场中均涉及的重要环节，主要分为船运、槽车运输和加注站等，船运LNG以能量单位进行贸易结算，LNG组分是LNG密度及单位热值计算的关键参数，分析结果直接影响LNG贸易交接计量的具体数量和质量判定。由于LNG是超低温的液体混合物且极易气化，液体在细微温度和压力变化影响下都容易产生组分的快速分馏气化，获得真实的、能够代表管道内液体混合物比的流动LNG样品，存在很大的难度，因此，LNG样品在气化前必须保持过冷状态，不得有任何组分分馏气化，气化后应确保气体组分混合比与液体组分比完全一致。
LNG槽车运输取样分析装置的关键环节与船运方法相同，目前，LNG槽车运输是国内大型LNG接收站、小型液化工厂液态分销的唯一载体，LNG进口全部采用能量计量方式，但槽车外输始终采用质量计量，在接收站进出口管理上存在差异，因此多数接收站采用气化外输天然气组分进行液态LNG的热值计算，但管道外输与液态分销的LNG来料不同，例如，有时管道气外输来源于LNG储罐的BOG蒸发气，而LNG液态分销来自低压外输泵，二者组分存在差异；部分接收站考虑下游市场的差异化，对管道外输和液态分销的资源进行差异化管理和输配；部分接收站面临先建槽车开发市场，后建管道提高产能的现实需求，需要为槽车单独配置取样分析装置。因此，槽车运输也面临LNG取样分析装置的现实需求。此外，LNG加注站作为下游销售终端，无论是考虑能量计量的大趋势，还是满足客户对高热值燃料的需求，也有向热值计量发展的趋势，因此，LNG加注站对LNG取样分析装置的需求日趋迫切。
以往的LNG取样分析装置存在以下问题：(1)在气化前设置减压装置或带气化功能的减压调节阀，进而造成LNG样品提前气化。(2)加热器功率不足或不可调节，不能满足不同取样工况下LNG气化的热量需求，而且气化过程不稳定，造成LNG样品气化不均匀。(3)仅从取样探头和气化器两个环节进行设计，缺少整个取样装置的完整性设计。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够抑制LNG样品提前气化、确保LNG样品气化均匀且适用范围广的LNG装卸用连续取样分析装置及使用方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种LNG装卸用连续取样分析装置，其特征在于，该取样分析装置包括LNG取样探头、气化装置、取样总管路、BOG返回装置、在线分析装置、流量控制装置、样品储气装置、样品钢瓶填充系统和控制系统；所述LNG取样探头通过隔离关断阀和温度检测元件连接所述气化装置进口，所述气化装置出口通过所述取样总管路连接所述BOG返回装置；所述气化装置出口还通过所述取样总管路分别连接所述在线分析装置和流量控制装置，所述流量控制装置还连接所述样品储气装置进口，所述样品储气装置出口连接所述样品钢瓶填充系统，所述样品钢瓶填充系统还连接所述BOG总管；所述隔离关断阀、温度检测元件、取样总管路、流量控制装置、样品储气装置和样品钢瓶填充系统分别电连接所述控制系统。
优选地，所述气化装置包括气化器、气化器进口温度检测元件、气化器出口温度检测元件、气化器内部温度检测元件和出口压力变送器，其中，所述气化器采用电加热式气化器；所述气化器进口设置用于检测气化前LNG样品温度的所述气化器进口温度检测元件，所述气化器出口设置用于检测气化后气体样品温度的所述气化器出口温度检测元件，所述气化器内设置用于检测LNG样品气化过程中温度变化的所述气化器内部温度检测元件，所述气化器出口通过用于检测气化后气体样品压力的所述出口压力变送器连接所述取样总管路。
优选地，所述取样总管路上依次设置有安全阀、总管路流量计、压力控制装置和一级缓冲罐，其中，所述压力控制装置包括压力调节阀、压力变送器和压力控制器，所述压力调节阀、压力变送器和压力控制器形成一回路，所述压力变送器用于检测进入所述样品储气装置前气体样品的压力并将检测到的压力数据发送到所述压力控制器和控制系统，所述压力控制器用于根据所述控制系统的控制调节所述压力调节阀的开度；所述气化装置出口通过所述安全阀和总管路流量计分别连接所述BOG返回装置和压力控制装置，所述安全阀还连接所述BOG总管，所述压力控制装置还连接所述一级缓冲罐进口。
优选地，所述BOG返回装置包括第一手动球阀和第一止回阀；所述总管路流量计通过所述第一手动球阀和第一止回阀连接所述BOG总管。
优选地，所述在线分析装置包括支路流量计、在线分析仪和第二手动球阀；所述一级缓冲罐出口分别连接所述支路流量计和在线分析仪，所述支路流量计和在线分析仪之间的管路上设置有所述第二手动球阀。
优选地，所述流量控制装置包括流量调节阀、流量检测元件和流量控制器，所述流量调节阀、流量检测元件和流量控制器形成一回路；所述流量检测元件用于检测进入所述样品储气装置前气体样品的流量并将检测到的流量数据发送到所述流量控制器和控制系统，所述流量控制器用于根据所述控制系统的控制调节所述流量调节阀的开度。
优选地，所述样品储气装置包括样品储气罐、压缩机和抽真空装置；所述流量控制装置通过第一气动球阀连接所述样品储气罐进气口，所述样品储气罐出气口通过所述压缩机连接第二气动球阀，所述样品储气罐还连接所述抽真空装置，所述流量控制装置还通过第三气动球阀连接所述样品钢瓶填充系统。
优选地，所述样品钢瓶填充系统包括压力检测元件、第四气动球阀、取样管路和取样钢瓶，其中，所述取样管路包括取样进管和取样出管，所述取样进管上设置有第五气动球阀，取样出管上设置有第六气动球阀；所述第二气动球阀和第三气动球阀的出口连接进样主管路的进口，且所述进样主管路的进口处设置有用于检测取样钢瓶内气体样品压力的所述压力检测元件，所述进样主管路并联连接四个所述取样进管进口，所述进样主管路的出口连接所述第四气动球阀；四个所述取样出管出口并联连接出样主管路的进口，且所述出样主管路上设置有所述压力检测元件，所述出样主管路的出口连接所述第四气动球阀，两所述取样钢瓶可拆卸的设置在任意所述取样管路的取样进管出口和取样出管进口处，所述进样主管路和出样主管路汇合后通过第二止回阀连接所述BOG总管。
优选地，所述控制系统采用PLC控制器，所述控制系统内设置有压力控制模块、流量控制模块、时序设定模块、阀门控制模块、故障检测模块和联锁保护模块；所述压力控制模块用于根据检测到的压力数据通过所述压力控制器控制所述压力调节阀的开度调节进入所述样品储气装置气体样品的压力，实现气体样品的稳压调节；所述流量控制模块用于根据检测到的流量数据通过所述流量控制器控制所述流量调节阀的开度调节进入所述样品储气装置气体样品的流量，实现气体样品的稳流调节；所述时序设定模块用于设定整个取样分析过程所有流程的时序，并将设定的流程发送到所述阀门控制模块；所述阀门控制模块用于控制所述第一～第六气动球阀的开或闭，进而控制各流程的开始或结束；所述故障检测模块用于预先设置正常气化时LNG样品的压力、温度和流量，当通过所述温度检测元件和气化器出口温度检测元件检测的温度、所述出口压力变送器检测的压力或所述总管路流量计检测的流量异常时发送异常信号到所述联锁保护模块；所述联锁保护模块用于当接收到异常信号时控制所述隔离关断阀关闭。
一种基于上述LNG装卸用连续取样分析装置的使用方法，其特征在于，包括以下内容：将两取样钢瓶设置在任意两取样管路上，通过时序设定模块对整个取样分析过程的流程进行设定；手动开启第一手动球阀和第二手动球阀，通过LNG钢制取样探头将装卸总管线内的LNG样品取出，LNG样品在气化装置内充分气化，此时若故障检测模块检测到气化器的出口气体超压、温度或流量异常时发送异常信号到联锁保护模块，通过联锁保护模块紧急切断隔离关断阀，若需要检修时相应关闭手动球阀和第二手动球阀；气化后的气体样品在压力控制模块通过压力控制装置的稳压调节后进入一级缓冲罐内进行初步混合，通过阀门控制模块控制第一气动球阀、第二气动球阀、第五气动球阀和第六气动球阀关闭、第三气动球阀和取样钢瓶上方的第四气动球阀开启，通过气体样品对样品钢瓶填充系统进行管路吹扫；通过阀门控制模块控制第三气动球阀和取样钢瓶上方的第四气动球阀关闭、第六气动球阀和取样钢瓶下方的第四气动球阀开启，通过气体样品对样品钢瓶填充系统管路放空；通过阀门控制模块控制第六气动球阀和取样钢瓶下方的第四气动球阀关闭、第一气动球阀开启，气体样品在流量控制模块通过流量控制装置的稳流调节后进入样品储气罐内，样品储气罐进样结束后，通过阀门控制模块控制第一气动球阀关闭，静置后使样品储气罐内的气体样品充分混合，完成样品储气罐进样；通过阀门控制模块控制第二气动球阀、取样钢瓶上方的第四气动球阀和第五气动球阀开启，充分混合后的气体样品经压缩机输送到取样钢瓶中，当两取样钢瓶装满后进行拆卸并可以置换成空的取样钢瓶，完成取样钢瓶进样，拆卸后的取样钢瓶用于LNG样品的离线分析；气化后的气体样品进入在线分析仪中进行LNG样品的在线分析。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明在气化装置后的取样总管路上设置压力控制装置，能克服以往产品在气化前设置减压装置或带气化功能的减压调节阀造成LNG提前气化的缺点，可实现稳定的连续性取样，保持气态样品的真实性和代表性。2、本发明采用电加热器直接对套管内的LNG进行加热，所用电加热器占用空间小，避免水浴或蒸汽式加热器需要额外处理热媒的缺点，操作简单且高效。3、本发明为一套完整的从取样到分析(在线分析和离线分析)的LNG连续取样分析装置，克服了以往装置仅从取样和气化两个方面进行设计、仅适用于船运LNG卸料或槽车装车管线LNG组分分析的缺点，本发明可以广泛应用于LNG产业链内所有需要用于分析LNG组分及计算LNG热值的设施中。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅仅是用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，需要说明的是本发明中各个器件之间的连接均通过管路进行连接。
如图1所示，本发明的LNG装卸用取样分析装置包括LNG取样探头1、隔离关断阀2、温度检测元件3、气化装置4、取样总管路5、BOG返回装置6、BOG总管7、在线分析装置8、流量控制装置9、样品储气装置10、样品钢瓶填充系统11和控制系统(图中未示出)。
LNG取样探头1一端通过法兰连接装卸总管线(包括LNG卸料总管和槽车装车总管等)，LNG取样探头1用于将装卸总管线内的LNG样品取出，LNG取样探头1另一端通过隔离关断阀2和温度检测元件3连接气化装置4进口，气化装置4用于将LNG样品进行内部气化。气化装置4出口通过取样总管路5连接BOG返回装置6一端,BOG返回装置6另一端连接BOG总管7，BOG返回装置6用于将多余的LNG样品返回至BOG总管7。气化装置4出口还通过取样总管路5分别连接在线分析装置8和流量控制装置9，取样总管路5用于对气化后的气体样品进行压力调节和初步混合，在线分析装置8用于对气化后的气体样品进行在线分析，流量控制装置9用于对气体样品进行流量调节，流量控制装置9还连接样品储气装置10进口，样品储气装置10出口连接样品钢瓶填充系统11，样品储气装置10用于使气体样品充分混合并冲入到样品钢瓶填充系统11，样品钢瓶填充系统11用于储存气化后的气体样品进行离线分析，样品钢瓶填充系统11还连接BOG总管7；另外，隔离关断阀2、温度检测元件3、取样总管路5、流量控制装置9、样品储气装置10和样品钢瓶填充系统11分别电连接控制系统。
在一个优选的实施例中，气化装置4包括气化器4-1、气化器进口温度检测元件4-2、气化器出口温度检测元件4-3、气化器内部温度检测元件4-4和出口压力变送器4-5。气化器4-1进口设置用于检测气化前LNG样品温度的气化器进口温度检测元件4-2，气化器4-1出口设置用于检测气化后气体样品温度的气化器出口温度检测元件4-3，气化器4-1内设置用于检测LNG样品气化过程中温度变化的气化器内部温度检测元件4-4，气化器4-1出口通过出口压力变送器4-5连接取样总管路5，出口压力变送器4-5用于检测气化后气体样品的压力。
在一个优选的实施例中，取样总管路5上依次设置有安全阀5-1、总管路流量计5-2、压力控制装置5-3和一级缓冲罐5-4。气化装置4出口通过安全阀5-1和总管路流量计5-2分别连接BOG返回装置6和压力控制装置5-3，安全阀5-1还连接BOG总管7，安全阀5-1用于防止本发明的LNG装卸用取样分析装置发生超压危险，总管路流量计5-2用于实时测量取样总管路5的流量，压力控制装置5-3还连接一级缓冲罐5-4进口，压力控制装置5-3用于防止取样总管路5压力波动过大，保证气体样品以均匀的压力进入一级缓冲罐5-4，一级缓冲罐5-4用于气体样品的初步混合。
在一个优选的实施例中，压力控制装置5-3包括压力调节阀5-3-1、压力变送器5-3-2和压力控制器5-3-3，且压力调节阀5-3-1、压力变送器5-3-2和压力控制器5-3-3形成一回路，压力变送器5-3-2用于检测进入样品储气装置10前气体样品的压力并将检测到的压力数据发送到压力控制器5-3-3和控制系统，压力控制器5-3-3用于根据控制系统的控制调节压力调节阀5-3-1的开度。
在一个优选的实施例中，BOG返回装置6包括第一手动球阀6-1和第一止回阀6-2，总管路流量计5-2通过第一手动球阀6-1和第一止回阀6-2连接BOG总管7。第一手动球阀6-1用于第一止回阀6-2检修时切断BOG返回装置6与取样总管路5的连接，第一止回阀6-2用于防止BOG总管7内的BOG气体进入到取样总管路5中。
在一个优选的实施例中，在线分析装置8包括支路流量计8-1、在线分析仪8-2和第二手动球阀8-3，一级缓冲罐出口5-4经管路分别连接支路流量计8-1和在线分析仪8-2，支路流量计8-1用于实时测量进入在线分析装置8内气体样品的流量，支路流量计8-1和在线分析仪8-2之间的管路上设置有第二手动球阀8-3。
在一个优选的实施例中，流量控制装置9包括流量调节阀9-1、流量检测元件9-2和流量控制器9-3，且流量调节阀9-1、流量检测元件9-2和流量控制器9-3形成一回路，流量检测元件9-2用于检测进入样品储气装置10前气体样品的流量并将检测到的流量数据发送到流量控制器9-3和控制系统，流量控制器9-3用于根据控制系统的控制调节流量调节阀9-1的开度。
在一个优选的实施例中，样品储气装置10包括样品储气罐10-1、第一气动球阀10-2、第二气动球阀10-3、第三气动球阀10-4、压缩机10-5和抽真空装置10-6。流量控制装置9通过第一气动球阀10-2连接样品储气罐10-1进气口，样品储气罐10-1的容积可以满足取样周期内的连续性取样，样品储气罐10-1出气口通过压缩机10-5连接第二气动球阀10-3，第一气动球阀10-2和第二气动球阀10-3用于实现样品储气罐10-1的进样和出样，并使气体样品在样品储气罐10-1内充分混合，压缩机10-5用于将样品储气罐10-1中充分混合的气体样品输送到样品钢瓶填充系统11中，样品储气罐10-1还连接抽真空装置10-6，抽真空装置10-6用于在取样结束后保持样品储气罐10-1的真空状态。流量控制装置9还通过第三气动球阀10-4连接样品钢瓶填充系统11，第三气动球阀10-4用于在样品储气罐10-1进样前打开将样品钢瓶填充系统11内的干扰杂质排空。
在一个优选的实施例中，样品钢瓶填充系统11包括一进样主管路11-1、一出样主管路11-2、两个压力检测元件11-3、两个第四气动球阀11-4、四个取样管路11-5(其中两个为备用管路)、两个取样钢瓶11-6和一个第二止回阀11-7，其中，每一取样管路11-5均包括一取样进管11-5-1和一取样出管11-5-2，每一取样进管11-5-1上均设置有一第五气动球阀11-5-3，每一取样出管11-5-2上均设置有一第六气动球阀11-5-4。第二气动球阀10-3和第三气动球阀10-4的出口连接进样主管路11-1的进口，且进样主管路11-1的进口处设置有压力检测元件11-3，进样主管路11-1并联连接四个取样进管11-3进口，进样主管路11-1的出口连接一第四气动球阀11-4；四个取样出管11-3出口并联连接出样主管路11-2的进口，且出样主管路11-2上设置有压力检测元件11-3，出样主管路11-2的出口连接另一第四气动球阀11-4，压力检测元件11-3用于检测取样钢瓶11-6内气体样品的压力，两取样钢瓶11-6可拆卸的设置在任意取样管路11-5的取样进管11-5-1出口和取样出管11-5-2进口处，进样主管路11-1和出样主管路11-2汇合后通过第二止回阀11-7连接BOG总管7。
在一个优选的实施例中，控制系统可以采用PLC控制器，控制系统内设置有压力控制模块、流量控制模块、时序设定模块、阀门控制模块、故障检测模块和联锁保护模块。压力控制模块用于根据检测到的压力数据通过压力控制器5-3-3控制压力调节阀5-3-1的开度调节进入样品储气装置10气体样品的压力，实现气体样品的稳压调节。流量控制模块用于根据检测到的流量数据通过流量控制器9-3控制流量调节阀9-1的开度调节进入样品储气装置10气体样品的流量，实现气体样品的稳流调节。时序设定模块用于设定整个取样分析过程所有流程的时序，流程包括管路吹扫、管路放空、样品储气罐进样、取样钢瓶进样以及在线分析，并将设定的流程发送到阀门控制模块。阀门控制模块用于控制第一气动球阀10-2、第二气动球阀10-3、第三气动球阀10-4、第四气动球阀11-4、第五气动球阀11-5-3和的第六气动球阀11-5-4开或闭，进而控制各流程的开始或结束。故障检测模块用于预先设置正常气化时LNG样品的压力、温度和流量，当通过温度检测元件3和化器出口温度检测元件4-3检测的温度、出口压力变送器4-5检测的压力或总管路流量计5-2检测的流量异常时发送异常信号到联锁保护模块。联锁保护模块用于当接收到异常信号时控制隔离关断阀2关闭。
在一个优选的实施例中，LNG取样探头1外部使用纳米材料进行保温，且LNG取样探头1与气化器4-1之间的连接管路小于0.5m，确保满足过冷度要求，可以有效抑制LNG样品提前发生分馏。
在一个优选的实施例中，气化器4-1可以采用电加热式气化器4-1，可以根据不同组分和流量的LNG样品调整气化器4-1的功率，保证LNG样品在气化器4-1中能够瞬时完全气化。
下面通过具体实施例详细说明本发明LNG装卸用连续取样分析装置的使用方法：
1)将两取样钢瓶11-6设置在任意两取样管路11-5上，通过时序设定模块对整个取样分析过程的流程进行设定，下面以流程为管路吹扫、管路放空、样品储气罐进样、取样钢瓶进样和在线分析为例进行说明。
2)手动开启第一手动球阀6-1和第二手动球阀8-3，通过LNG钢制取样探头1将装卸总管线内的LNG样品取出，LNG样品在气化装置4内充分气化，此时若故障检测模块检测到气化器4-1的出口气体超压、温度或流量异常时发送异常信号到联锁保护模块，通过联锁保护模块紧急切断隔离关断阀2，若需要检修时可以相应关闭第一手动球阀6-1和第二手动球阀8-3。
3)气化后的气体样品在压力控制模块通过压力控制装置5-3的稳压调节后进入一级缓冲罐5-4内进行初步混合，通过阀门控制模块控制第一气动球阀10-2、第二气动球阀10-3、第五气动球阀11-5-3和第六气动球阀11-5-4关闭、第三气动球阀10-4和取样钢瓶11-6上方的第四气动球阀11-4开启，通过气体样品对样品钢瓶填充系统11进行管路吹扫。
4)通过阀门控制模块控制第三气动球阀10-4和取样钢瓶11-6上方的第四气动球阀11-4关闭、第六气动球阀11-5-4和取样钢瓶11-6下方的第四气动球阀11-4开启，通过气体样品对样品钢瓶填充系统11进行管路放空。
5)通过阀门控制模块控制第六气动球阀11-5-4和取样钢瓶11-6下方的第四气动球阀11-4关闭、第一气动球阀10-2开启，气体样品在流量控制模块通过流量控制装置9的稳流调节后进入样品储气罐10内，样品储气罐10进样结束后，通过阀门控制模块控制第一气动球阀10-2关闭，静置5～10分钟后使样品储气罐内10的气体样品充分混合，完成样品储气罐进样。
6)通过阀门控制模块控制第二气动球阀10-3、取样钢瓶11-6上方的第四气动球阀11-4和第五气动球阀11-5-3开启，充分混合后的气体样品经压缩机10-5输送到取样钢瓶11-6中，当两取样钢瓶11-6装满后进行拆卸并可以置换成空的取样钢瓶11-6，完成取样钢瓶进样，拆卸后的取样钢瓶11-6用于LNG样品的离线分析；气化后的气体样品还可以进入在线分析仪8-2中进行LNG样品的在线分析。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。