低壓氣體的采樣調節系統的制作方法
【專利說明】
[0001] 本PCT國際申請要求2014年6月18日提出的美國申請14/308,453為優先權， 其要求2013年6月26日提出的美國臨時申請61/839, 603為優先權。
技術領域
[0002] 本發明涉及調節超低壓氣體樣本并且更具體地，調節來自諸如煤層、填埋場的烴 類氣體源的氣體樣本和來自LNG設備的蒸發氣體和來自工業加工的廢水，如發電、制造和 符合規定的化學加工。本組件的目的是提升超低壓氣體的壓力，以使壓力和溫度適合分析 器，如氣體色譜儀，而不會有氣體成分露點下降的風險，同時允許分析器相對于氣體取出探 頭和調節器組件的遠程放置。
【背景技術】
[0003] 眾所周知的有氣體傳輸領域的樣本調節。例如LNG傳輸設備典型地采用樣本取出 裝置，以允許氣體的潛在能量含量的評估。但是在一些情況中，比如從產生沼氣的填埋場或 蒸發氣體源抽取時，采樣氣體處于不足以傳輸到諸如氣體色譜儀的常規分析器的壓力下。 這種情況中，被抽取的樣本的壓力必須被提升。同樣地，在利用復雜且敏感的儀器和廢水成 分的定性定量分析的技術，即次級離子質譜法（sms)，監控廢水的情況中，要求樣本處在分 析器可用的壓力下。這種分析牽涉到適應性調整，在廣泛范圍的環境和工業監控中，例如， 電廠蒸汽發電、氣體凈化、半導體制備和造紙，及諸如用來監控排放/流動氣體污染物的大 型冷卻塔設備，比如溫室氣體、氧化氮（N0X)、氧化硫（S0X)、揮發性有機物（V0C)、大氣顆粒 和氣溶膠。
[0004] 在許多氣態樣本從源被抽取的情況中，將關聯的分析器放置在諸如控制室的接近 取出部的被保護環境中并在分析之前保持原樣本的物理屬性是不實際的。在連通樣本和分 析器的進程期間，溫度和/或壓力的減少會引起成分分離、露點從焦耳-湯普森凝結點下 降，導致不準確的測量。為了克服這些問題，已經有了解決方案，是將分析器和接近取出部 的傳感器在煙囪上，或包括接近分析器的復合栗系統，以在傳輸期間以防止氣體樣本的臨 時變化的方式將氣體樣本拉向該分析器。
[0005] 例如，保持從相關分析器利用高壓管道遠程地抽取的LNG樣本的特性的問題已通 過例如本申請人的美國專利8, 056, 399解決。但是，這種系統沒有解決與低壓樣本抽取相 關的特殊問題。
[0006] 需要取出系統，避免栗近距離與分析器關聯和/或分析器的位置與氣體取出探針 接近。在煙肉的煙道氣體監控等領域中，分析設備不能被收容在與取出探針有相當大的距 離的控制空間或占用空間，距離總計數百步（幾十甚至幾百米以上）。
【發明內容】
[0007] 本發明的一個目的是解決本領域的問題，并提供一種用于遠程放置的相關分析器 的低壓氣體調節系統。
[0008] 本發明的另一目的是提供一種新型氣體調節系統，其利用現有的通過伴熱樣本管 道提供的動力將加熱和加壓氣體樣本輸送到遠程放置的分析裝置。
[0009] 本發明的另一目的是提供一種來自超低壓源的氣體樣本調節，其氣體壓力和溫度 被調整，從而被傳輸到遠程隔開的氣體分析器或分析器組。
[0010] 這些和其他任務通過一種用于調節來自低壓氣體源的氣體樣本的系統被滿足，特 征在于：容納室，容納室具有封閉的內部；樣本氣體輸入線路，樣本氣體輸入線路至少部分 地布置在容納室內部；加熱氣體調整器，加熱氣體調整器用于將低壓的樣本氣體熱調節到 防止露點凝結的溫度；控制單元，控制單元用于加熱調整器；計量栗，計量栗用于將低壓的 氣體樣本抽出進入容納室，并將低壓的樣本氣體增壓到10-45psig(689500-3102750達因/ 平方厘米）的壓力，栗包括電動馬達，電動馬達從容納室的外部突出；第一加熱氣體樣本線 路和第二氣體線路，第一加熱氣體樣本線路用于從加熱調整器到栗進行加熱的氣體樣本連 通，第二氣體線路用于從栗到通過隔離導管遠離容納室的氣體分析器進行加熱和加壓的氣 體連通；電力供應伴熱，電力供應伴熱通過隔離導管并進入容納室；和防護電結點盒，防護 電結點盒具有伴熱輸入接頭和防護電導管，防護電導管在結點盒到加熱氣體調整器、控制 單元和栗的電動馬達中的每個之間延伸。
[0011] 本發明提供的第二實施例相對于第一實施例的進一步特征在于：位于容納室的外 部的減壓線路和閥，用于減輕通過栗加壓后的氣體樣本的超過45psi(3102750達因/平方 厘米）的壓力。
[0012] 本發明提供的第三實施例相對于第二實施例的進一步特征在于，栗是蠕動栗。
[0013] 本發明提供的另外的實施例相對于第二實施例的進一步特征在于，栗是雙隔膜 栗。
[0014] 本發明提供的另外的實施例相對于上述實施例的進一步特征在于：第一加熱樣本 氣體線路中的T形連接器，用于將氣體樣本分成第一相等氣流和第二相等氣流以輸入栗。
[0015] 本發明提供的另外的實施例相對于上述實施例的進一步特征在于，栗具有第一氣 體樣本輸出和第二氣體樣本輸出，進一步包括第二氣體線路中的T形連接器，T形連接器合 并輸出的加熱和加壓的氣體樣本。
[0016] 本發明提供的另一實施例相對于前述實施例中的任一項的特征在于：布置在第二 氣體線路中的第二加熱調整器。
[0017] 本發明提供的另一實施例相對于前述實施例中的任一項的特征在于：輸入線路中 的隔離閥。
[0018] 本發明提供的另一實施例相對于上述實施例的特征在于，隔離閥是低溫閥。
[0019] 本發明提供的另一實施例相對于前述實施例中的任一項的特征在于：位于容納室 內部并且在輸入線路中的隔離閥的上游的線路內顆粒過濾器。
[0020] 本發明提供的另一實施例相對于前述實施例中的任一項的特征在于：與減壓線路 相關且靠近減壓閥的獲取樣本連接。
[0021] 本發明提供的另一實施例相對于前述實施例中的任一項的特征在于：布置在容納 室內部且在第二氣體線路中的隔離閥。
[0022] 其他目標還通過一種用于調節氣體樣本以利用遠程分析器進行分析，且不損失自 然氣體特性的方法被滿足，其特征在于以下步驟：從低壓源抽取氣體樣本；將抽取的樣本 連通到調節容納室；在加熱調整器中加熱抽取的樣本；利用無污染的計量栗將氣體樣本加 壓到選定壓力；通過導管使加壓和加熱的氣體樣本經過容納室出口到達遠程分析器，同時 維持熱穩定性和壓力穩定性；和為所述加熱調整器和計量栗供電，并且伴熱通過導管進入 調節容納室。
[0023] 本發明提供的另一實施例相對于上述實施例的特征在于，調節容納室包括氣體樣 本減壓線路，氣體樣本減壓線路從栗延伸到容納室外部，將超過45psi(3102750達因/平方 厘米）的氣體壓力減低。
[0024] 本發明提供的另一實施例相對于前述實施例中的任一項的特征在于，計量栗是雙 隔膜栗，并且進一步包含將加熱的抽取氣體樣本分開以用于加壓的步驟。
[0025] 本發明提供的另一實施例相對于前述實施例中的任一項的特征在于，調節容納室 包括第二加熱調控器，其包含在加壓后加熱氣體樣本的步驟。
[0026] 此處的發明特別地適合諸如以下氣體的分析應用：填埋場氣體、煤層氣體、來自液 化天然氣處理設備的蒸發氣體、符合規定的廢水和污染物分析的煙道氣體調節、化學處理 廢氣等。本發明通常地在任意環境中擁有實用性，包括通過將氣體壓力增壓到可使用閾調 節和分析超低壓氣體樣本，調整氣體樣本溫度以防止焦耳-湯普森凝結的露點下降，以及 使氣體到達合適的分析器或分析器組。
[0027] 本發明可與低溫輸入氣體關聯，該低溫輸入氣體例如來自LNG設備產生的蒸發氣 體。跟隨管線收集，氣體（在這種情況中相對地干凈且不要求預過濾）在到達栗以便升壓 之前直接地被傳輸到加熱調整器。在LNG的情況中，本發明將氣體維持在大于期望的碳氫 露點至少30°F(~14°C)。所引起的加熱氣體輸出溫度通過電溫度控制器利用PID算法 被控制，并被饋送到壓力增大栗，然后被輸出穿過伴熱管到分析器位置。因為此發明從電伴 熱提取電需求，其也為饋送加壓栗的額外動力分配所需。這個特征排除了對額外的配線、結 點盒等的需求，因此節約了裝配和裝配成本。
[0028] 通過融合伴熱動力和計量栗，以及取出探針和樣本調節系統，本發明允許例如氣 體色譜儀的分析器的遠程放置。簡言之，氣體樣本在調整器單元殼體的內部被加熱，并被加 壓到有用水平，同時防止在加壓和樣本傳輸到處于遠程位置的分析器期間由焦耳-湯普森 效應引起的液態凝結。
[0029] 為了所描述的目的，低壓氣體壓力被定義在負的和Opsig到10psig(0-689500達 因/平方厘米）之間。通常地，來自管線源的氣體樣本通過諸如申請人的Certiprobe的 插入探針從收集管被抽取（見圖1)。收集管與天然氣或碳氫氣體源相關聯，諸如填埋場氣 體、煤層氣體和來自液化天然氣處理設備的蒸發氣體，或來自加工設備中煙肉或排氣孔的 氣體，其為典型的超低壓力的氣體。這種低壓，比如<l〇psi(689500達因/平方厘米）太低 而不能引入常規的用于分析的氣體色譜儀設備。常規的分析設備通常要求高壓的氣體進口 輸入，即在lOpsig到25psig(689500-1723750達因/平方厘米）之間，用于適合操作。此 外，通過提升壓力，本發明補償因長的樣本線路引起的固有壓力損失，諸如那些來自煙囪的 氣體。
[0030] 在接下來的描述中，將參考附圖，并且以圖示的方式顯示實施本發明的具體實施 例。接下來圖示的實施例被足夠詳細地描述，以使本領域的技術人員能夠實施本發明。應 該理解的是，可以使用其他實施例，并且可以基于目前已知結構和/或功能的等同物進行 變化，而不脫離本發明的范圍。
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