專利名稱：用于測量氣體管線內氣體中的硫元素的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及氣體的取樣，更特別地，涉及用于測量在氣體管線內氣體中存在的硫元素的等級的裝置和方法。
背景技術：
已知氣體管線內的氣體中硫元素的存在對于工作在氣體加工系統的工程師來說是高度重要的。氣體管線內的硫元素蒸汽可以在氣體管線內或進一步下游處經受凝結或沉積，并且產生許多問題，包括不安全、不可靠操作以及增加的維修費用。在加工單元操作中凝結或沉積的硫可以導致腐蝕加速和/或由硫沉淀物產生的阻塞，硫沉淀物可以中斷氣體加工工廠的正常操作，并且在一些情況下要求工廠停工并將氣體轉移到其它工廠。這些類型的中斷代表安全上的危險并且經常導致環境問題。例如，如果阻塞材料必須轉移到爐坑，可能產生不希望的化學煙塵。另外，中斷是昂貴的并且經常要求人力去定位并消除阻塞材料。因此，具有測量氣體管線內氣體中硫元素的量的能力以避免這些及其它問題是希望的。
用于測量在氣體管線內氣體中存在的硫元素的量的不同的裝置和方法已經建議；然而，它們效率較低并且具有許多缺點。例如，這些裝置和方法不能提供精確的測量，部分因為硫元素通常以非常小的量存在，即，百萬分之幾或十億分之幾。同樣，可用的分析技術和儀器僅測量在氣體中存在的全部硫，并沒有區別游離硫元素和其它含硫化學劑中的硫，尤其在含硫石油氣系統中。進一步，這些先前建議的裝置和方法并不特別適于測量在加壓氣體管線內氣體中的硫元素的等級。為此，已經先前建議使用取樣氣缸。然而，因為硫元素蒸汽在低于52攝氏度時凝結，當從用于實驗室分析的加壓氣體管道取得氣體樣品時，硫在取樣氣缸的內壁上凝結，從而使取樣氣缸無效率。已完成并建議實驗室仿真。然而，這些仿真在高受控環境內完成并包括硫粉末的蒸發，并且在例如涉及加壓氣體流的真實世界應用中并不顯得實用或精確。
因此，在本發明開發前沒有用于測量在氣體管線內氣體中硫元素的單一的裝置和方法，該裝置和方法提供了硫元素的精確測量，能夠區分游離的硫元素和其它含硫化學劑中的硫，并且當在加工工廠的應用，尤其在加壓氣體管線內使用時是實用且有效的。因此，本技術尋找到用于測量氣體管線內氣體中的硫元素的裝置和方法，該裝置和方法提供了硫元素的精確測量，可以區分游離的硫元素和其它含硫化學劑中的硫，并且當在加工工廠應用，尤其在加壓氣體管線內使用時是實用且有效的。
發明內容
根據本發明，上述優點已經通過用于測量氣體管線內氣體中存在的硫元素的本方法達到。本發明的這個方面包括以下步驟采集來自氣體管線中含硫元素氣體的樣品，其中當氣體管線可操作時通過將在氣體管線內的一些或全部含硫元素氣體凝結到探針的表面上將樣品采集到探針的外表面上，探針可移開地放置到來自氣體管線的氣體流內；將硫元素與樣品中的其它種類(species)分離得到硫元素的量；以及分析采集的硫元素的量。本發明的優選實施例包括冷卻探針以促進在探針外表面上的氣體蒸汽的凝結。本發明的優選實施例包括使用在探針內部的內部冷卻劑以冷卻探針。本發明的優選實施例為內部冷卻劑是冷卻水。本發明的優選實施例是將硫元素與樣品中的其它種類分離的步驟進一步包括用溶劑清洗探針以基本上移除在探針的外表面上除了硫元素的所有種類；將探針浸沒在二硫化碳中；在二硫化碳中溶解探針上的硫元素；以及蒸發二硫化碳。
根據本發明的另一方面，上述優點還通過用于測量在氣體管線內流動的氣體中硫元素的等級的本方法達到。本發明的這個方面可以包括以下步驟將探針插入到來自氣體管線的氣體流內；采集來自在探針的外表面上的氣體的可凝結成分的樣品；從來自氣體管線的氣體流移除探針；將樣品中的硫元素與樣品中存在的其它種類分離以形成硫元素的量；以及分析采集的硫元素的量。本發明的優選實施例包括冷卻探針以促進在探針的外表面上的氣體蒸汽的凝結。本發明的優選實施例為內部冷卻劑用于冷卻探針。本發明的優選實施例為內部冷卻劑是冷卻水。
根據本發明的另一方面，上述優點還通過用于采集來自氣體管線的凝結的硫的本裝置達到。本發明可以包括與氣體管線可分離連接具有第一端和第二端的入口配件；與入口配件的至少一端可分離連接的探針，并且探針適于插入到來自氣體管線的氣體流內以回收在探針外表面上的凝結成分；以及部分設置在探針內用于向探針提供冷卻媒介的管線。本發明的優選實施例是外殼與入口配件的至少一端可分離連接。本發明的優選實施例是管線設置在外殼、入口配件以及探針內。本發明的優選實施例是外殼具有管線進口以及管線出口。本發明的優選實施例是入口配件是工業標準尺寸。
根據本發明的另一方面，上述優點還通過用于采集來自氣體管線的凝結硫的本裝置達到，氣體管線具有設置其上的一個或多個取樣點。本發明可以包括探針盒；與探針盒可分離連接的探針，并且探針適于插入到來自氣體管線的氣體流內以回收在探針外表面上的凝結成分；設置在探針盒和在氣體管線上的取樣點之間用于將來自氣體管線的氣體傳遞到探針盒的第一管段；以及設置在探針盒和在氣體管線上的取樣點之間用于將沒有回收凝結成分的氣體從探針盒傳遞到氣體管線的第二管段。本發明的優選實施例包括部分設置在探針內用于向探針提供冷卻媒介的管線。
當與先前建議裝置和方法比較時，本發明用于測量在氣體管線內氣體中存在的硫元素的等級的裝置和方法具有以下優點提供硫元素的精確測量，可以區別游離硫元素和其它含硫化學劑中的硫，并且對于在加工工廠的應用，尤其是加壓氣體管線中使用是實用且有效的。
圖1是根據本發明實施例的用于測量氣體管線內氣體中的硫元素的裝置的部分截面圖。
圖2是根據本發明實施例的用于測量氣體中的硫元素的裝置的部分截面圖，其連接到氣體管線上的入口配件上。
圖3是根據本發明實施例的用于測量氣體中的硫元素的裝置的部分截面圖，其連接到氣體管線上的取樣點或通氣口點上。
雖然將結合優選實施例描述本發明，應當理解，其并不意圖將本發明限定到那個實施例。正相反，其意圖覆蓋包括在如所附權利要求限定的本發明的精神和范圍內的所有備選、修改以及等同物。
具體實施例方式
圖1中顯示了根據本發明用于測量氣體管線內氣體中存在的硫元素的裝置10。裝置10包括特別設計的、直徑優選為大約1.3″以及長度優選為大約3″、5″或8″的探針20。探針20與連接到氣體管線的標準為2″的例如COSASCO配件的入口配件30(未示)的底部接合。優選地，探針20裝入入口配件30的底部，并且探針的外表面20暴露在氣體管線內。在特定實施例中，將對氣體管線加壓。裝置10還包括與入口配件30的頂部接合的上部40。優選地，上部40裝入到入口配件30的頂部。內部冷卻劑，例如冷卻水，通過冷卻劑管線55在或接近上部40的頂部處進入裝置10。在圖1所示的優選實施例中，冷卻劑管線55經上部40和入口配件30向探針20供應冷卻水。冷卻水通過直徑優選為大約1/4″的進口管50進入冷卻劑管線55。冷卻水在探針20的內部釋放并冷卻探針的外表面20。在所示的實施例中，冷箱或其它冷卻機構可以用于減少在冷卻劑管線55內的冷卻水的溫度。然而，可以利用其它機構冷卻裝置10的部件并且對裝置10的部件提供溫度控制。離開探針20的冷卻水通過在上部40內的直徑優選為1/4″的冷卻劑出口管60離開裝置10。
圖2說明了如一般在氣體加工設施中所見的裝置的優選實施例。標準為2″的入口配件30連接在氣體管線80上。圖2所示的入口配件是COSASCO類型配件。探針20連接到入口配件30的底部32并且部分設置在氣體管線80的內部以便與氣體管線80內的氣體流接觸。裝置10的上部40連接到入口配件30的上部34上。
用于測量在氣體管線80內的硫元素的量的程序包括經由標準入口配件30將裝置10連接到氣體管線80，探針20部分設置在氣體管線80的內部。來自氣體管線80的凝結氣體樣品采集到探針的外表面20上。裝置10運用了“指形冷凍器”概念，其中冷卻劑管線55用于將探針20冷卻到允許氣體管線80內的蒸汽凝結并采集到探針的外表面20上的溫度。一旦探針20設置在氣體管線80內，探針20優選為保持在這個位置至少24小時以允許其盡可能在氣體管線80內的氣體中暴露。在至少24小時的暴露之后，探針20將從氣體管線80移除。探針20將被視覺檢測任何液體凝結物的存在。任何這種凝結物將溶解在不能溶解硫的有機溶劑中，優選為二甲苯(二甲基苯dimethylbenzene)，以移除探針20的外面除了硫元素的所有凝結的種類。在優選實施例中，移除的凝結種類是C6+的碳氫化合物。一旦液體凝結物溶解，探針20將浸沒在預先稱重的容器中或噴涂二硫化碳(CS2)以溶解硫元素。優選地，取決于探針20的尺寸，將使用大約250-500ml的二硫化碳(CS2)。這個程序將在具有良好通風的通風櫥內完成。一旦硫元素溶解，探針20將從容器移除，并且CS2將允許自然蒸發不需要加熱，在容器內僅剩余硫元素。一旦所有CS2蒸發，將對容器及其內含物稱重。容器及其內含物的重量和單獨容器的初始的預先稱重的重量差代表在24小時暴露時間過程中采集的來自氣體管線80的硫的量。這個結果可以通過計算探針20的表面積以及估算在24小時暴露時間過程中經過計算面積的氣體體積用于確定氣體管線80內的每氣體體積的硫的等級。
圖3說明了本發明利用取樣點或通氣口點90、92得到來自氣體管線內80氣體中的硫元素的樣品的實施例。當氣體管線80不具有如COSASCO型配件的入口配件，或入口配件安裝在不方便或不適當的位置時使用取樣點或通氣口點90、92。取樣點或通氣口點90、92允許來自氣體管線80的氣體流離開氣體管線80，通過外管95流動并與探針20接觸且通過附加外管98流動并重新進入氣體管線80。根據本實施例，來自加壓氣體管線80的氣體進入第一取樣點或通氣口點90。取樣點或通氣口點90優選為與管95可分離連接。氣體從樣品點90通過到管95內。當在管95內時，使用壓力調節器82減少氣體壓力，優選為大約30psi。可以使用如壓力計86監控管95內的氣體壓力。在大約30psi，氣體中的硫元素在或接近其凝結點。減少的壓力氣體傳遞到內部設置有探針20的探針盒72。優選地，氣體在接近探針盒72的底部進入，并且來自氣體的在或接近其凝結點的硫元素在探針的外表面20上凝結。優選地，探針20可以從探針盒72移除以便在探針的外表面20上采集的硫元素樣品可以回收。優選地，在壓力調節器82處發生的壓力減少將足以單獨允許硫元素在探針的外表面20上凝結。然而，如果需要附加冷卻以促進凝結，探針的外表面20可以使用如前所述的“指形冷凍器”概念(例如冷卻水)冷卻。一旦硫元素凝結在探針20上，剩余的未凝結的氣體優選為接近盒72的頂部離開探針盒72，并且通過管98傳輸到第二取樣點或通氣口點92以沉積回到氣體管線80內。在特定實施例中，第一取樣點90和第二取樣點92可以是相同的取樣點。
優選地，管95內的氣體流速使用流量計84調節并且通過例如流量指示計88監控。優選地，氣體流速將大約是150ml/min。使用這個近似流速，根據本發明實施例使用取樣管線或通氣口點90、92安裝探針20可以在24小時的暴露內檢測氣體中百萬分之一的硫元素。
由于顯而易見的修改和等同物對于本領域的技術人員是明顯的，可以理解，本發明并不限于所示和所描述的結構、操作、確切材料或實施例的確切詳細資料。因此，本發明僅由附加權利要求的范圍限制。
權利要求
1.一種用于測量氣體管線內氣體中硫元素的等級的方法，所述方法包括采集來自所述氣體管線的含硫元素氣體的樣品，其中當所述氣體管線可操作時，通過將所述氣體管線內的至少一些所述含硫元素氣體凝結在探針的表面上將所述樣品采集到所述探針的外表面上，所述探針可移開地放置到來自所述氣體管線的氣體流內；將所述硫元素與所述樣品中其它種類分離以確定硫元素的量；以及分析采集的所述硫元素的量。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于進一步包括冷卻所述探針以促進在所述探針的外表面上的氣體蒸汽的凝結。
3.根據前述權利要求中任何一項所述的方法，其特征在于內部冷卻劑用于冷卻所述探針。
4.根據前述權利要求中任何一項所述的方法，其特征在于所述內部冷卻劑是冷卻水。
5.根據前述權利要求中任何一項所述的方法，其特征在于將所述硫元素與所述樣品中其它種類分離的步驟進一步包括用溶劑清洗所述探針以移除在所述探針的外表面除了硫元素的所有種類；將所述探針浸沒在二硫化碳中；在所述二硫化碳中溶解所述探針上的所述硫元素；以及蒸發所述二硫化碳。
6.根據前述權利要求中任何一項所述的方法，其特征在于用于清洗所述探針的所述溶劑是二甲苯。
7.一種用于測量氣體管線內流動的氣體中硫元素的等級的方法包括將探針插入到來自所述氣體管線的氣體流內；采集所述探針的外表面上的所述氣體的可凝結成分的樣品；將所述探針從來自所述氣體管線的所述氣體流中移除；將所述樣品中的所述硫元素與所述樣品中存在的其它種類分離以形成硫元素的量；以及分析采集的所述硫元素的量。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于進一步包括冷卻所述探針以促進在所述探針的外表面上的氣體蒸汽的凝結。
9.根據前述權利要求中任何一項所述的方法，其特征在于內部冷卻劑用于冷卻所述探針。
10.根據前述權利要求中任何一項所述的方法，其特征在于所述內部冷卻劑是冷卻水。
11.一種用于采集來自氣體管線的凝結的硫的裝置包括與所述氣體管線可分離連接的入口配件，所述入口配件具有第一端和第二端；與所述入口配件的至少一端可分離連接的探針，所述探針適于插入到來自所述氣體管線的氣體流內以回收在所述探針外表面上的凝結成分；以及部分設置在所述探針內用于向所述探針提供冷卻媒介的管線。
12.根據權利要求11所述的裝置，其特征在于進一步包括與所述入口配件的至少一端可分離連接的外殼。
13.根據前述權利要求中任何一項所述的裝置，其特征在于所述管線設置在所述外殼、所述入口配件和所述探針內。
14.根據前述權利要求中任何一項所述的裝置，其特征在于所述外殼具有管線進口和管線出口。
15.根據前述權利要求中任何一項所述的裝置，其特征在于所述入口配件是工業標準尺寸。
16.一種用于采集來自氣體管線的凝結硫的裝置，所述氣體管線具有設置在其上的一個或多個取樣點，所述裝置包括探針盒；與所述探針盒可分離連接的探針，所述探針適于插入到來自氣體管線的氣體流內以回收在所述探針外表面上的凝結成分；設置在所述探針盒和所述氣體管線上的取樣點之間用于將來自所述氣體管線的氣體傳送到所述探針盒的第一管段；以及設置在所述探針盒和在所述氣體管線上的取樣點之間用于將沒有回收凝結成分的氣體從所述探針盒傳送到所述氣體管線的第二管段。
17.根據前述權利要求中任何一項所述的裝置，其特征在于進一步包括部分設置在所述探針內用于向所述探針提供冷卻媒介的管線。
全文摘要
一種用于測量氣體管線內氣體中存在的硫元素的等級的裝置和方法。該裝置可包括與氣體管線可分離連接具有第一端和第二端的入口配件；與入口配件的至少一端可分離連接的探針，探針適于插入到來自氣體管線的氣體流內以回收在探針外表面的凝結成分；以及部分設置在探針內以向探針提供冷卻媒介的管線。該方法可包括以下步驟采集來自氣體管線的含硫元素氣體的樣品，其中當氣體管線可操作時，通過凝結氣體管線內的一些或全部含硫元素氣體到探針的表面上將樣品采集到探針的外表面上，探針可移開地放置在來自氣體管線的氣體流內；將硫元素與樣品中其它元素分離得到硫元素的量；以及分析采集的硫元素的量。當與先前建議的裝置和方法相比時，本發明的用于測量在氣體管線內氣體中存在的硫元素的等級的裝置和方法具有以下優點提供硫元素的精確測量，能夠區別游離的硫元素和其它含硫化學劑中的硫，并且對于在加工工廠應用，尤其是加壓氣體管線中使用是實用且有效的。
文檔編號G01N1/40GK1886182SQ200480035262
公開日2006年12月27日 申請日期2004年10月4日 優先權日2003年10月3日
發明者I·阿爾-泰, A·A·阿爾-馬塔米, H·M·阿爾-穆泰里 申請人:沙特阿拉伯石油公司, 阿拉姆科服務公司