一种精准可控LNG取样气化装置的制作方法

一种精准可控lng取样气化装置
技术领域
1.本实用新型涉及一种lng取样装置，尤其是关于一种流量精准可控且确保样品完整性的精准可控lng取样气化装置，属于lng取样和分析技术领域。


背景技术：

2.随着国家对清洁能源利用的高度重视，lng产业链中的各个环节都需要进行产品能量分析和计量。除了已应用的lng码头贸易交接计量之外，lng槽车液态分销、lng加注、flng/fsru/lng运输船、lng罐箱等新兴产业也迫切需要规范化的lng能量分析计量技术和产品，因此对lng取样产品的系列化需求日益加大。为此，lng取样、气化和能量分析计量装置的需求日益增多。
3.lng取样、气化和能量分析计量装置是利用lng取样探头及集成于分析小屋的取样分析流程设备，对管道中的lng介质进行组分和发热量分析，分析包括实时在线分析和离线实验室分析两种。而实现lng能量分析计量的第一步是取到完整性的lng样品，再完全高效气化，得到具有代表性的气态天然气样品，供色谱分析仪分析样品的组分。然而，现有的lng取样气化分析产品存在以下不足之处：
4.①
现有技术多针对抑制lng提前分馏的方法进行阐述，虽然在绝热方式上做了改进创新(例如采用真空绝热结构或将lng管线浸入到lng深冷液体等方式)，从绝热效果上抑制lng的提前分馏，但未对lng取样、气化过程中的流体采取任何控制措施。
5.②
现有技术在lng取样后无法实现对取样液体流量的一体化调节控制，在特殊工况取样或取样工况发生流速、压力、温度波动后容易给气化器功率带来过高负荷。
6.③
现有技术在lng取样及气化后缺少对气体样本完整性的保护措施，导致气化后的天然气可能回窜到lng液相区，不仅影响气化后样品的代表性，也将气态热量传递给lng液相区，影响过冷度的深冷水平。


技术实现要素：

7.针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种精准可控lng取样气化装置，该装置不仅能够取得具有完整性的lng样品，并且能够将其气化为具有代表性的气态天然气样品。
8.为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种精准可控lng取样气化装置，包括：取样内管，所述取样内管的入口端与lng取样总管连接，所述取样内管被配置为提取所述lng取样总管中的深冷lng样品；气化机构，与所述取样内管的出口端连接，所述气化机构被配置为气化所述取样内管输送来的深冷lng样品；流量控制机构，设置在位于所述气化机构上游的所述取样内管上，所述流量控制机构被配置为对所述取样内管输送来的深冷lng样品进行流量控制及对气化后的天然气样品进行完整性保护。
9.所述的精准可控lng取样气化装置，优选地，所述流量控制机构包括：通道元件，所述通道元件上形成入口通道、出口通道和中间通道，所述入口通道与所述出口通道同向且错轴布置，所述入口通道与所述出口通道通过所述中间通道相连通，且所述中间通道分别
与所述入口通道和出口通道相垂直；启闭元件，可滑动地设置在所述中间通道中；调节元件，与所述启闭元件连接，用于向所述启闭元件提供在初始状态下关断所述入口通道与所述出口通道之间的所述中间通道的预紧力并调节该预紧力。
10.所述的精准可控lng取样气化装置，优选地，所述调节元件包括：调节螺钉，螺纹连接在位于所述启闭元件外侧的所述中间通道内，所述调节螺钉能够在所述中间通道内旋进或旋出；弹簧，连接在所述调节螺钉和启闭元件之间，所述弹簧的一端与所述调节螺钉连接，所述弹簧的另一端与所述启闭元件连接，所述弹簧用于向所述启闭元件提供在初始状态下关断中所述间通道的预紧力；位置指示器，与所述调节螺钉的外端连接，所述位置指示器用于预设所述弹簧的最大行程位置对应的预紧力。
11.所述的精准可控lng取样气化装置，优选地，所述位置指示器与所述调节螺钉根据下式(1)调节所述弹簧的有效圈数，以改变所述弹簧的行程，最终实现根据入口压力控制深冷lng样品流量的功能：
12.x＝p/k
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
13.k＝(g*d)/[8*(d/d)^3*n]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0014]
式中，x表示弹簧的行程；p表示介质从入口通道流入的最大设计压力；k表示弹簧的刚度；g表示弹簧的弹性系数；d表示弹簧的簧丝直径；d表示弹簧的中径；n表示弹簧的有效圈数。
[0015]
所述的精准可控lng取样气化装置，优选地，所述启闭元件的最大开启位置不超过所述出口通道的外侧边界。
[0016]
所述的精准可控lng取样气化装置，优选地，所述气化机构包括气化器加热结构、控温模块、入口温度检测元件、入口压力检测元件、出口温度检测元件、出口压力检测元件、流量检测元件和电气元件控制器；其中，所述气化器加热结构的入口端与所述取样内管的出口端连接，所述气化器加热结构的输入端与所述控温模块电连接，所述入口温度检测元件和入口压力检测元件设置在所述气化器加热结构的入口端处，所述出口温度检测元件、出口压力检测元件和流量检测元件设置在所述气化器加热结构的出口端处，所述电气元件控制器分别与所述控温模块、入口温度检测元件、入口压力检测元件、出口温度检测元件、出口压力检测元件和流量检测元件电连接。
[0017]
所述的精准可控lng取样气化装置，优选地，所述气化器加热结构采用电加热固体传热结构，所述气化器加热结构包括：螺旋式盘绕通道结构，所述螺旋式盘绕通道结构的入口端与所述取样内管的出口端连接；外部填充传热材料，包裹在所述螺旋式盘绕通道结构的外部；电热元件，所述电热元件的加热端插设在所述外部填充传热材料中，所述电热元件的输入端与所述控温模块电连接。
[0018]
所述的精准可控lng取样气化装置，优选地，根据所述流量检测元件的检测值核算进入所述气化器加热结构的深冷lng样品是否完全气化，核算方法是经过所述入口温度检测元件、入口压力检测元件、出口温度检测元件和出口压力检测元件修正过的深冷lng样品流量与气化后的天然气样品经所述流量检测元件检测到的检测值一致。
[0019]
所述的精准可控lng取样气化装置，优选地，所述取样内管的入口端通过管路接口法兰与所述lng取样总管连接，且在位于所述管路接口法兰和气化机构之间的所述取样内管外部套设有外部保护套。
[0020]
所述的精准可控lng取样气化装置，优选地，在所述取样内管上设置有至少一个隔离阀门，用于控制所述取样内管的关断。
[0021]
本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
[0022]
1、本实用新型在位于气化机构上游的取样内管上设置了流量控制机构，该流量控制机构兼具流量控制和抑制天然气回流的功能，不仅能够对取样内管输送来的深冷lng样品进行流量控制，而且还能对气化后的天然气样品进行完整性保护。
[0023]
2、本实用新型设计了一个独立的气化机构，以实现lng样品由液态到气态的高效完全转化，无需增设额外设备及相关附件，即可实现lng取样、气化和气化完整性的核算功能，从而弥补现有技术的不足。
[0024]
3、本实用新型根据进入气化机构的流量调节范围，创新设计内部防滞留流体结构，精确计算最小加热功率，优化确定控制参数和控制方法，从三方面确保各类取样工况的lng在气化加热元件中高效完全气化。
附图说明
[0025]
图1是本实用新型一实施例提供的精准可控lng取样气化装置的结构示意图；
[0026]
图2是本实用新型一实施例提供的流量控制机构的结构示意图；
[0027]
图3是本实用新型一实施例提供的气化机构的结构示意图。
[0028]
图中各附图标记：
[0029]
1为流量控制机构；11为通道元件；12为启闭元件；13为调节元件；1-1为入口通道；1-2为出口通道；1-3为中间通道；13-1为调节螺钉；13-2为弹簧；13-3为位置指示器；
[0030]
3为气化机构；31为气化器加热结构；32为控温模块；33为入口温度检测元件；34为入口压力检测元件；35为出口温度检测元件；36为出口压力检测元件；37为流量检测元件；38为电气元件控制器；31-1为螺旋式盘绕通道结构；31-2为外部填充传热材料；31-3为电热元件；
[0031]
2为管路接口法兰；4为外部保护套；5为隔离阀门；6为取样内管。
具体实施方式
[0032]
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0033]
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0034]
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“装配”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术
语在本实用新型中的具体含义。
[0035]
本实用新型提供的精准可控lng取样气化装置，包括：取样内管，取样内管的入口端与lng取样总管连接，取样内管被配置为提取lng取样总管中的深冷lng样品；气化机构，与取样内管的出口端连接，气化机构被配置为气化取样内管输送来的深冷lng样品；流量控制机构，设置在位于气化机构上游的取样内管上，流量控制机构被配置为对取样内管输送来的深冷lng样品进行流量控制及对气化后的天然气样品进行完整性保护。本实用新型不仅能够取得具有完整性的lng样品，并且能够将其气化为具有代表性的气态天然气样品。
[0036]
下面，结合附图对本实用新型实施例提供的精准可控lng取样气化装置进行详细的说明。
[0037]
如图1所示，本实用新型提供的精准可控lng取样气化装置，包括：取样内管6，取样内管6的入口端通过管路接口法兰2与lng取样总管(图中未示出)连接，用于提取管线中的深冷lng样品；气化机构3，与取样内管6的出口端连接，用于气化取样内管6输送来的深冷lng样品；外部保护套4，套设在管路接口法兰2和气化机构3之间的取样内管6外部；隔离阀门5，至少一个隔离阀门5设置在取样内管6上，用于控制取样内管6的关断；流量控制机构1，设置在位于气化机构3上游的取样内管6上，用于对取样内管6输送来的深冷lng样品进行流量控制及对气化后的天然气样品进行完整性保护。
[0038]
其中，如图2所示，流量控制机构1包括：通道元件11，通道元件11上形成入口通道1-1、出口通道1-2和中间通道1-3，入口通道1-1与出口通道1-2同向且错轴布置，入口通道1-1与出口通道1-2通过中间通道1-3相连通，且中间通道1-3分别与入口通道1-1和出口通道1-2相垂直；启闭元件12，可滑动地设置在中间通道1-3中；调节元件13，与启闭元件12连接，用于向启闭元件12提供在初始状态下关断入口通道1-1与出口通道1-2之间的中间通道1-3的预紧力并调节该预紧力。由此，当取样内管1输送来的深冷lng样品流入入口通道1-1后，顶开启闭元件12以开启中间通道1-3，深冷lng样品经出口通道1-2流入气化机构3，并且可以通过调节元件13调节预设预紧力的大小，以控制启闭元件12，从而定量控制进入出口通道1-2的深冷lng样品流量。
[0039]
上述实施例中，优选地，调节元件13包括：调节螺钉13-1，螺纹连接在位于启闭元件12外侧的中间通道1-3内，调节螺钉13-1可在中间通道1-3内旋进或旋出；弹簧13-2，连接在调节螺钉13-1和启闭元件12之间，弹簧13-2的一端与调节螺钉13-1连接，弹簧13-2的另一端与启闭元件12连接，弹簧13-2用于向启闭元件12提供在初始状态下关断中间通道1-3的预紧力；位置指示器13-3，与调节螺钉13-1的外端连接，位置指示器13-3用于预设弹簧13-2的最大行程位置对应的预紧力。由此，通过旋转位置指示器13-3以旋进或旋出调节螺钉13-1，以调节弹簧13-2的最大行程位置，进而控制启闭元件12的最大开启位置，从而定量控制由入口通道1-1流入出口通道1-2的深冷lng样品流量。
[0040]
上述实施例中，优选地，位置指示器13-3与调节螺钉13-1根据下式(1)调节弹簧13-2的有效圈数，以改变弹簧13-2的行程，最终实现根据入口压力控制深冷lng样品流量的功能：
[0041]
x＝p/k
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(1)
[0042]
k＝(g*d)/[8*(d/d)^3*n]
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(2)
[0043]
式中，x表示弹簧13-2的行程；p表示介质从入口通道1-1流入的最大设计压力；k表
示弹簧13-2的刚度；g表示弹簧13-2的弹性系数，根据设计工况选型定值；d表示弹簧13-2的簧丝直径；d表示弹簧13-2的中径；n表示弹簧13-2的有效圈数。
[0044]
上述实施例中，优选地，无论在何种预紧力水平下，启闭元件12的最大开启位置不超过出口通道1-2的外侧边界，由此当气化后的天然气样品回窜到出口通道1-2时，可以推动启闭元件12关闭中间通道1-3，以防止天然气样品返回到入口通道1-1，从而实现对气化后天然气样品的完整性保护。
[0045]
上述实施例中，优选地，如图3所示，气化机构3包括气化器加热结构31、控温模块32、入口温度检测元件33、入口压力检测元件34、出口温度检测元件35、出口压力检测元件36、流量检测元件37和电气元件控制器38。其中，气化器加热结构31的入口端与取样内管6的出口端连接，气化器加热结构31的输入端与控温模块32电连接，入口温度检测元件33和入口压力检测元件34设置在气化器加热结构31的入口端处，出口温度检测元件35、出口压力检测元件36和流量检测元件37设置在气化器加热结构31的出口端处，电气元件控制器38分别与控温模块32、入口温度检测元件33、入口压力检测元件34、出口温度检测元件35、出口压力检测元件36和流量检测元件37电连接。
[0046]
上述实施例中，优选地，气化器加热结构31采用电加热固体传热结构，该气化器加热结构31包括：螺旋式盘绕通道结构31-1，螺旋式盘绕通道结构31-1的入口端与取样内管6的出口端连接；外部填充传热材料31-2，包裹在螺旋式盘绕通道结构31-1的外部；电热元件31-3，电热元件31-3的加热端插设在外部填充传热材料31-2中，电热元件31-3的输入端与控温模块32电连接。由此，利用电热元件31-3对外部填充传热材料31-2加热并传热至螺旋式盘绕通道结构31-1，以满足深冷lng样品快速高效加热。同时，电气元件控制器38根据入口温度检测元件33及出口温度检测元件35的温度值通过控温模块32自动调节电热元件31-3的功率，电热元件31-3的功率范围设定在500-800w，此范围是详细统计了lng领域接卸所有工况压力、流速、组分范围后计算得出，同时考虑安全性要求。
[0047]
上述实施例中，优选地，根据流量检测元件37的检测值核算进入气化器加热结构31的深冷lng样品是否完全气化，核算方法是经过入口温度检测元件33、入口压力检测元件34、出口温度检测元件35和出口压力检测元件36修正过的深冷lng样品流量与气化后的天然气样品经流量检测元件37检测到的检测值一致。
[0048]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。