УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБЫ СЖИЖЕННОГО ГАЗА

Полезная модель относится к устройствам для отбора проб криогенных жидкостей, предпочтительно, для сжиженного природного газа для проведения лабораторного анализа.
Известно устройство для отбора проб сжиженного природного газа (СПГ) по патенту US 3123982, опубл. 10.03.1964 г. Устройство содержит две емкости, одна внутри другой. Внутренняя емкость является дозирующим устройством и оборудована рубашкой. Криогенную жидкость пропускают через рубашку внутренней емкости, чтобы дозирующее устройство достигло температуры криогенной жидкости. Затем с помощью вентиля открывают внутреннюю емкость для заполнения жидкостью. Регазификация пробы происходит во внешнюю емкость.
Известно также устройство для отбора проб СПГ по патенту US 8210058 В2, опубл. 3.07.2012 г. (прототип). Устройство содержит камеру в виде цилиндра, разделенную поршнем на два отсека. В одном находится инертный газ, давление которого прижимает поршень к фланцу другого отсека, полость которого служит дозирующим устройством криогенной жидкости. Над этой полостью расположен теплообменник, который может быть подключен к источнику криогенной жидкости, предпочтительно СПГ, для предварительного захолаживания с целью достижения температуры криогенной жидкости. Регазификация происходит в отсеке цилиндра, образующего с дозирующим устройством единый объем при сдвиге поршня.
Конструкция данного устройства имеет ряд недостатков:
- в верхней части поршневого цилиндра расположены дозирующее устройство и теплообменник, что требует дополнительного соединения между ними,
- большое количество металла, непосредственно контактирующего с криогенной жидкостью, увеличивает время захолаживания,
- в зоне захолаживания оказываются уплотнения и соединения, которые требуют использования специальных материалов, иначе при больших перепадах температуры может произойти разгерметизация,
- используемая в устройстве конструкция теплообменника может привести в процессе захолаживания к накапливанию тяжелых компонентов в смеси СПГ, которые из дозирующего устройства попадут в пробу, что приведет к искажению результатов анализа.
Техническим результатом предлагаемого решения является повышение достоверности результатов анализа отобранной пробы СПГ и упрощение конструкции устройства.
Для достижения заявленного технического результата в устройстве для отбора пробы сжиженного газа, содержащем камеру, разделенную поршнем на отсек для инертного газа и отсек для исследуемого газа (регазифицированного газа из криогенной жидкости), при этом вход каждого отсека снабжен вентилем, изменена конструкция дозатора. Дозатор выполнен отдельно в виде трубки с входным и выходным вентилем, и соединен со стороны входного вентиля с отсеком исследуемого газа камеры.
Дозатор соединен с отсеком исследуемого газа камеры посредством трубки цилиндрической формы.
Кроме того, отсек инертного газа камеры снабжен индикатором давления. В качестве индикатора давления может быть использованы манометр, датчики давления любого принципа действия.
Предлагаемое изменение конструкции позволило исключить в устройстве «мертвые объемы», где могли оседать и накапливаться примеси тяжелых компонентов, и создать в дозаторе постоянный состав газовой смеси за счет перемешивания отобранного газа в процессе регазификации. Это позволило повысить достоверность результатов анализа отобранной пробы. Кроме того, конструкция предлагаемого пробоотборника позволяет сократить время захолаживания дозатора и контролировать процесс регазификации, а также исключить использование специальных уплотнений и соединений между камерой регазификации и дозатором (теплообменником).
Предлагаемое устройство показано на чертежах:
Фиг. 1 - общий вид устройства,
Фиг. 2 - вид сверху.
Устройство содержит камеру 1, разделенную поршнем 2 на две полости: полость с инертным газом 3, в частности, гелием, и полость для регазификации пробы 4. В полость 3 инертный газ заправляют через вход 5 перед началом отбора пробы. Для контроля давления инертного газа на выходе полости 3 установлен индикатор давления 6. Также установлен магнитный индикатор положения поршня 7 для контроля текущего положения поршня. В качестве магнитного индикатора могут быть использованы маленький магнит, для визуального контроля перемещения, так и магнитные датчики любого принципа действия.
Криогенная жидкость из исходного трубопровода поступает в устройство отбора пробы через вентиль 8 в дозатор 9. На выходе дозатора 9 установлен выходной вентиль 10. Одновременно дозатор подключен через соединительную трубку 11 к полости регазификации 4 камеры 1. Регазифицированная проба на анализ подается через вентиль 12.
Устройство работает следующим образом.
Перед началом работы в устройство отбора пробы через вход 5 закачивают инертный газ в полость 3 поршневой камеры 1. Давление газа контролируют индикатором давления 6. Давление должно быть больше, чем в источнике отбираемого газа. При этом поршень опускается вниз до фланца камеры 4. Положение поршня контролируют индикатором 7. Вентили 8 и 10 дозатора открывают.
Затем устройство подключают к трубопроводу, из которого отбирают пробу для последующего анализа. Отбираемый сжиженный газ в виде криогенной жидкости через открытый вентиль 8 поступает в трубку дозатора 9, охлаждает ее и сбрасывается через открытый вентиль 10. При этом захолаживанию подвергается только дозатор 9, который находится снаружи от камеры регазификации 1. Дозатор 9 представляет собой трубку небольшого сечения простой формы, в ней отсутствуют «мертвые объемы», поэтому дозатор постоянно промывается поступающей криогенной жидкостью. Это препятствует накоплению тяжелых компонентов смеси, что актуально при отборе пробы СПГ. Кроме того, дозатор 9 имеет малую металлоемкость, что значительно уменьшает время захолаживания.
В момент отбора пробы поршень 2 в камере 1 остается неподвижным, а объем полости 4 - ничтожно малым.
Захолаживание дозатора продолжается до момента появления устойчивой струи криогенной жидкости из трубопровода на выходе дозатора через вентиль 10. Время захолаживания зависит от расхода криогенной жидкости. В предлагаемом устройстве этот расход существенно меньше, чем в известных пробоотборниках. После захолаживания дозатора 9 закрывают вентиль 8 и 10, запирая пробу криогенной жидкости в дозаторе 9. При дальнейшем разгазировании находящейся в дозаторе (теплообменнике) пробы газ из жидкого состояния переходит в газообразный. Давление в дозаторе повышается, что способствует поступлению газа по соединительной трубке 11 в полость 4 камеры 1. Под давлением поступающего газа поршень 2 поднимается и сжимает инертный газ полости 3 камеры 1. Количество отобранного газа, поступившего в камеру пробоотборника контролируют по показаниям индикатора давления 6. Это позволяет при отборе пробы получить минимальный объем емкости регазификации. За счет этого в отличие от известных пробоотборников не требуется предварительная подготовка перед отбором (вакуумирование).
Отбор пробы происходит в вертикальном положение, так чтобы соединительная трубка 11 дозатора 9 с камерой 1 была снизу. При таком положение во время регазификации происходит перемешивание пробы, что дает постоянный одинаковый состав газовой смеси как в объеме емкости регазификации, так и в дозирующем устройстве.
Далее пробоотборник доставляют в лабораторию, где с помощью хроматографии проводят анализ отобранного газа. Пробоотборник подключают к хроматографу через вентиль 12 камеры 1.
Таким образом, конструкция предлагаемого устройства проще известных, т.к. исключает использование специальных уплотнений и соединений между камерой регазификации и теплообменником. Кроме того, конструкция предлагаемого пробоотборника позволяет сократить время захолаживания дозатора, уменьшить количество металла и дозы пробы, подвергающихся захолаживанию и контролировать процесс регазификации. Основным преимуществом предлагаемого решения является повышение достоверности результатов за счет исключения оседания и накопления тяжелых компонентов смеси и за счет перемешивания пробы при регазификации, т.к. в конструкции дозатора отсутствуют «мертвые объемы» и создается постоянный состав газовой смеси по всему объему.