СКОРОСТНОЙ КОНТУР ДЛЯ ОТБОРА И ВОЗВРАТА ПРОБ С ПРИМЕНЕНИЕМ ОДНОГО ЗОНДА В ТРУБОПРОВОДЕ
SPEED CIRCUIT FOR COLLECTING AND RETURNING SAMPLES USING SAME PROBE IN PIPELINE

В настоящей международной заявке по процедуре РСТ (Договора о патентной кооперации) испрашивается приоритет по заявке США №15/252,686, поданной 31 августа 2016 г. и по предварительной заявке США №62/235,107, поданной 30 сентября 2015 г.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к системе и способу создания скоростного контура, в которых используется один зонд в трубопроводе для отбора пробы и возврата через скоростной контур избыточно извлеченной пробы в технологический поток в трубопроводе. Изобретение особенно полезно в случае источника газа низкого давления. Еще одним аспектом изобретения является объединение скоростного контура с насосом для повышения давления газа в пробе низкого давления, чтобы компенсировать вакуум при отборе (т.е. давление всасывания) и дать возможность возврата текучей среды избыточной пробы в трубопровод. Использование изобретения позволяет избежать выбросов за счет рециркуляции неиспользуемой отбираемой текучей среды обратно в источник в трубопроводе.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В газоперерабатывающей промышленности избыточная текучая среда проб, часто называемая "отпарной газ" или "BOG", утилизируется сжиганием или другими способами утилизации. Если принимаются меры предосторожности, чтобы избежать сжигания, такие как рециркуляция избыточно извлеченной пробы к источнику или трубопроводу отбора, то отбор пробы и возврат неиспользуемых отобранных текучих сред, как правило, выполняются с использованием первого зонда отбора и второго зонда возврата. Добавление раздельного пути передачи и второго зонда возврата для обратной закачки, особенно в случае сильно расширяющейся даже взрывоопасной текучей среды, такой как природный газ, предъявляет дополнительные требования к оборудованию системы, монтажу, и обслуживанию. Использование такого дополнительного оборудования связано также с дополнительным риском утечки и/или отказа системы. Кроме того, в случаях взятия проб низкотемпературной текучей среды, такой как сжиженный природный газ (LNG), обычная конструкция требует, чтобы зонд извлечения проб располагался близко к испарителю пробы и обработчику пробы для того, чтобы избежать последствий преждевременного испарения и пустот.
Система, которая позволяет возвращать неиспользованные отобранные текучие среды в источник в трубопроводе без необходимости выполнения дополнительных требований к системе по оборудованию, установке и/или техническому обслуживанию, таких как требования, связанные с наличием отделенного канала текучей среды через второй зонд возврата, будет полезна для преодоления традиционных проблем, связанных с разработками обычных систем в промышленности переработки топлива, например, чтобы избежать утечек и/или системных сбоев, которые возникают при использовании излишних компонентов системы.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Техническая проблема настоящего изобретения состоит в том, чтобы устранить недостатки уровня техники.
Еще одна техническая проблема, решаемая настоящим изобретением в некоторых вариантах осуществления, состоит в том, чтобы предложить систему возврата со скоростным контуром, использующую единственный зонд в трубопроводе для отбора пробы и возврата избыточно извлеченной пробы через скоростной контур.
Другой технической проблемой изобретения в некоторых вариантах осуществления является повышение давления в пробе газа низкого давления, позволяющее осуществить возврат в трубопровод текучей среды избыточно извлеченной пробы.
Еще одной технической проблемой изобретения в некоторых вариантах осуществления является рециркуляция отобранной текучей среды неиспользованной пробы обратно в источник в трубопроводе, с тем, чтобы свести к минимуму отходы и выбросы, образующиеся при обработке проб.
Дополнительной технической проблемой настоящего изобретения является минимизация требований к системе по оборудованию, установке и/или техническому обслуживанию путем исключения применения в системе излишних компонентов.
Эти и другие технические проблемы решены посредством зонда для извлечения проб текучей среды из источника проб текучей среды и их возврата в источник проб текучей среды, который содержит: продолговатый зонд извлечения проб, имеющий порт извлечения проб текучей среды, выходной порт извлеченных проб текучей среды, первый канал передачи извлеченной текучей среды, проходящий в целом аксиально в направлении протяженности зонда извлечения проб на первую выбранную длину, достаточную, чтобы проходить между портом извлечения проб текучей среды и выходным портом извлеченных проб текучей среды, при этом зонд для проб образует вход возврата возвращаемых проб текучей среды, выход возврата возвращаемых проб текучей среды, и второй канал передачи для возврата текучей среды, проходящий аксиально на вторую выбранную длину, в целом, параллельно, по меньшей мере, части первого канала передачи извлеченной текучей среды, причем первый проходящий аксиально канал устанавливает связь по текучей среде на первую выбранную длину между источником проб текучей среды и выходным портом извлеченных проб текучей среды, а второй проходящий аксиально канал, определяющий вторую выбранную длину, проходит на выбранное расстояние по оси вдоль зонда; линию отбора проб, находящуюся в сообщении по текучей среде с выходным портом извлеченных проб текучей среды; линию возврата проб, соединенную с линией отбора проб и находящуюся в сообщении по текучей среде с выходом возврата возвращаемых проб текучей среды; и, насос, размещенный на линии возврата проб выше по потоку выхода возврата возвращаемых проб текучей среды, для повышения давления возвращаемой пробы текучей среды в линии возврата проб для оказания давления на проходящую через нее пробу текучей среды с обеспечением системы возврата со скоростным контуром.
Изобретением предложен дополнительный вариант осуществления по любому из предыдущих вариантов осуществления, дополнительный к вышеизложенному варианту, отличающийся тем, что зонд для проб образует единую структуру, и первая выбранная длина соответствует полной длине протяженности зонда, а вторая выбранная длина меньше первой выбранной длины.
Изобретением предложен другой вариант осуществления по любому из предыдущих вариантов осуществления, отличающийся тем, что выход возврата проб аксиально смещен от порта извлечения проб текучей среды.
Изобретением предложен еще один вариант осуществления по любому из предыдущих вариантов осуществления, дополнительно отличающийся наличием линии перемещения текучей среды для предварительной обработки проб, соединенной как с линией отбора проб, так и с линией возврата проб.
Изобретением предложен еще один вариант осуществления по любому из предыдущих вариантов осуществления, отличающийся тем, что насос размещен в линии возврата ниже по потоку первого канала и оборудования подготовки проб.
Изобретением предложен еще один вариант осуществления по любому из предыдущих вариантов осуществления, отличающийся тем, что насос является измерительным насосом, размещенным в линии возврата проб.
Изобретением предложен еще один вариант осуществления по любому из предыдущих вариантов осуществления, отличающийся тем, что зонд является, по существу, цилиндрическим, а выход возврата проб в боковом направлении направлен перпендикулярно направлению протяженности зонда.
Изобретением предложен еще один вариант осуществления по любому из предыдущих вариантов осуществления, отличающийся тем, что насос является низкотемпературным насосом.
Вышеупомянутые, а также и другие задачи изобретения решены посредством многоканального зонда отбора и возврата проб для возврата пробы текучей среды из связанной камеры через скоростной контур одного зонда, который характеризуется тем, что содержит зонд для проб, имеющий осевую длину, достаточную для углубления в камеру текучей среды, и определяющий первый проходящий аксиально канал и второй проходящий аксиально канал, причем первый проходящий аксиально канал, устанавливающий связь по текучей среде, имеет первую выбранную длину для прохождения текучей среды из камеры текучей среды через зонд для проб, а второй проходящий аксиально канал имеет вторую выбранную длину, проходя на выбранное расстояние вдоль оси зонда; линию отбора проб, находящуюся в связи по текучей среде с первым каналом; и линию возврата проб, соединенную с линией отбора проб и находящуюся в связи по текучей среде со вторым каналом, причем во втором канале имеется выпускной порт возврата, смещенный от отбора проб, чтобы свести к минимуму возмущение потока текучей среды в камере текучей среды от текучей среды возврата.
Изобретением предложен дополнительный вариант осуществления к предшествующему варианту осуществления, отличающийся тем, что второй канал дополнительно имеет, по меньшей мере, один размещенный сбоку порт выпуска.
Изобретением предложен еще один вариант осуществления по любому из предыдущих вариантов осуществления, отличающийся тем, что второй канал дополнительно имеет, по меньшей мере, один размещенный сбоку входной порт.
Изобретением предложен еще один вариант осуществления по предшествующему варианту осуществления, отличающийся тем, что входной порт имеет резьбу для съемного крепления к зонду линии возврата проб.
Изобретением предложен еще один вариант осуществления по любому из двух предыдущих вариантов осуществления, отличающийся тем, что второй канал герметизирован втулкой, которая вварена над входным портом.
Изобретением предложен еще один вариант осуществления по любому из пяти предыдущих вариантов осуществления, дополнительно отличающийся наличием порта отбора для съемного крепления к зонду линии отбора.
Изобретением предложен еще один вариант осуществления по любому из шести предыдущих вариантов осуществления, дополнительно отличающийся, по меньшей мере, одним портом извлечения проб текучей среды, размещенным по ходу первого канала.
Изобретением предложен еще один вариант осуществления по любому из семи предыдущих вариантов осуществления, дополнительно характеризующийся тем, что он снабжен встроенным проходящим радиально фланцем для съемного прикрепления зонда к камере текучей среды.
Изобретением предложен дополнительный вариант осуществления по предшествующему варианту осуществления, отличающийся тем, что зонд прикреплен к камере текучей среды путем закрепления фланца болтами через совмещаемые отверстия для болтов.
Другие задачи изобретения решены посредством способа применения системы со скоростным контуром для возврата неиспользованной текучей среды извлеченной пробы с одним многоканальным зондом, включающей в себя насос для нагнетания неиспользованный текучей среды извлеченной пробы для обратного ее возврата в источник текучей среды извлекаемой пробы, в которой зонд содержит проход для текучей среды извлекаемой пробы и проход для возврата неиспользованной пробы текучей среды, при этом способ отличается этапами, на которых: извлекают текучую среду из источника текучей среды; передают текучую среду через проход для текучей среды извлекаемой пробы; возвращают текучую среду неиспользованной извлеченной пробы через проход для возврата неиспользованной пробы текучей среды; увеличивают давление текучей среды неиспользованной извлеченной пробы в проходе для возврата неиспользованной пробы текучей среды; и возвращают текучую среду в источник текучей среды извлекаемой пробы.
В изобретении предложен еще один вариант осуществления по предшествующему варианту осуществления, дополнительно характеризующийся этапом перемещения текучей среды неиспользованных извлеченных проб для минимизации возмущения потока текучей среды в источнике текучей среды.
В изобретении предложен еще один вариант осуществления по любому из двух предыдущих вариантов осуществления, дополнительно характеризующийся этапом передачи текучей среды к расположенным ниже по потоку устройству обработки проб и анализатору.
В изобретении предложен еще один вариант осуществления по предшествующему варианту осуществления, дополнительно характеризующийся этапом нагнетания текучей среды с помощью насоса, размещенного ниже по потоку от зонда, но выше по потоку от устройства обработки проб.
В изобретении предложен дополнительный вариант осуществления по предшествующему варианту осуществления, отличающийся тем, что давление текучей среды выше давления всасывания в источнике текучей среды.
В изобретении предложен еще один вариант осуществления по любому из двух предыдущих вариантов осуществления, отличающийся тем, что насос является встроенным в линию насосом.
Говоря коротко, изобретением предложен скоростной контур для отбора и возврата проб посредством одного зонда на трубопроводе с помощью насоса для увеличения нагнетания излишне извлеченной текучей среды в возвратную линию со скоростным контуром при возврате в источник извлекаемой текучей среды, преодолевая, например, всасывающее давление, создаваемое потоком текучей среды через трубопровод.
Изобретение дополнительно предусматривает комбинацию элементов, характеризующую многоканальный зонд отбора и возврата проб, имеющий порт выпуска, аксиально смещенный от входного порта, чтобы свести к минимуму возмущение потока текучей среды в технологическом потоке трубопровода.
В настоящем изобретении предложено использование одного зонда в трубопроводе, как для отбора, так и для возврата проб путем объединения скоростного контура с зондом. Скоростной контур предпочтительно связан с насосом, который предпочтительно является малообъемным низкотемпературным насосом, помещенным ниже зонда по потоку, но выше по потоку оборудования предварительной обработки проб, для увеличения давления текучей среды в возвратной линии со скоростным контуром и, более конкретно, для увеличения связанного с этим давления при выпуске текучей среды из зонда.
В одном варианте осуществления зонд охарактеризован как единая конструкция с приваренным радиально расширяющимся фланцем с резьбовыми отверстиями для болтового крепления конструкции к нижележащему фланцу сопла. Зонд включает в себя два раздельных протока текучей среды, из которых первый канал отбора проб проходит вдоль оси через всю длину зонда, а второй возвратный канал проходит вдоль оси на выбранное расстояние от верха нижней части канала отбора проб до выбранного расстояния около вершины верхней части зонда.
Возвратный канал включает в себя входной порт возврата и выпускной порт возврата. Предпочтительно, входной порт возврата размещен сбоку по отношению к возвратному каналу на выбранной длине под верхней частью зонда и выше фланца. Входной порт возврата предпочтительно имеет резьбу, чтобы дать возможность съемного надежного соединения к присоединяемой обратной линии со скоростным контуром. Выпускной порт возврата также предпочтительно размещен сбоку по отношению к возвратному каналу, но размещен в положении вдоль длины зонда, выбранном так, чтобы обеспечить возврат излишне извлеченной пробы в трубопровод. Кроме того, выпускной порт возврата достаточно отделен от канала отбора, чтобы не возмущать поток или состав отобранной текучей среды пробы.
Описанные выше каналы могут быть получены механической обработкой одного цилиндра из нержавеющей стали. Канал отбора просверлен по всей осевой длине цилиндра и имеет резьбовой конус на верхнем конце, выполненный согласно соответствующим стандартам, например, Национальному стандарту трубной резьбы (NPT). Возвратный канал просверлен, предпочтительно, параллельно каналу отбора от верхней части цилиндра на выбранную глубину, которая меньше осевой длины цилиндра. Тогда входной порт возврата и выпускной порт возврата просверлены в боковом направлении так, чтобы пересечься с каналом возврата. Входной порт возврата имеет резьбу, и верхняя часть канала возврата загерметизирована сваркой. Фланец приварен к цилиндру в положении по оси вдоль корпуса зонда между входным портом возврата и выпускным портом возврата.
В настоящем изобретении также предусмотрена возможность изменять давление исходя из конкретного состава исследуемой текучей среды. Специалисты в этой области понимают, что любое указанное применение будет варьироваться в зависимости от конкретного состояния текучей среды, из которой берутся пробы, например, охлажденного сжиженного газа (LNG) или неохлажденных NGL (газоконденсатных жидкостей). Согласование требований к конкретной текучей среде, исходя из состояния и фазовых характеристик источника, которые могут быть легко определены посредством анализа отдельных фаз, повышает однородность текучей среды, сводит к минимуму разделение фаз пробы и способствует возврату пробы, устраняя пустоты в скоростном контуре.
Насос, используемый для повышения давления излишне извлеченной пробы, может быть любым доступным центробежным, лопастным, или магнитным или даже пневматическим насосом небольшого объема, пригодным для использования с сжиженным газом (LNG) или неохлажденными NGL.
В этом подробном описании ссылки на «один вариант осуществления», «вариант осуществления» или «в вариантах осуществления» означают, что рассматриваемый признак включен, по меньшей мере, в один вариант осуществления изобретения. Кроме того, отдельные ссылки на «один вариант осуществления», «вариант осуществления» или «варианты осуществления» не обязательно относятся к одному и тому же варианту осуществления; однако никакие из таких вариантов осуществления не является взаимоисключающими, если это не указано, и за исключением тех случаев, когда это будет очевидно специалистам в данной области. Таким образом, изобретение может включать в себя любое разнообразие комбинаций и/или совокупностей описанных здесь вариантов осуществления.
Используемая в данном документе терминология предназначена только для описания конкретных вариантов осуществления и не предполагает ограничения изобретения. При использовании в настоящем документе, формы единственного числа предназначены также для включения форм множественного числа, если в контексте явно не указано иное. Далее будет пониматься, что базовые термины «включать в себя» и/или «иметь» при использовании в этой детализации указывают на наличие указанных признаков, этапов, операций, элементов и/или компонентов, но не исключают наличия или добавления, по меньшей мере, одного другого признака, этапа, операции, элемента, компонента и/или их групп.
Используемые в настоящем документе термины «содержит», «содержащий», «включает в себя», «включающий в себя», «имеет», «имеющий», «характеризуемый» или любая другая их вариация, подразумевают неисключающее включение. Например, процесс, способ, изделие или прибор, характеризуемые перечнем признаков, не обязательно ограничиваются только этими признаками, но могут включать в себя и другие признаки, не перечисленные в явной форме или присущие такому процессу, способу, изделию или прибору.
В определительных целях и при использовании в настоящем документе «соединенный» включает в себя физически, непосредственно или опосредованно, прикрепленный или подвижно установленный, как, например, зонд для проб включает в себя порт отбора, соединенный с линией отбора проб. Таким образом, если не указано иное, «соединенный» предназначен охватывать любое действующее функциональное соединение.
При использовании в настоящем документе, термин «излишне извлеченная проба» обозначает объем отобранной текучей среды, превышающий минимальную потребность поступления для анализа пробы.
При использовании в настоящем документе, и если явно не указано обратное, «или» относится к инклюзивному «или», а не к исключающему «или». Например, условие «А или В» удовлетворяется одним из следующего: А является истинным (или присутствует) и В является ложным (или не присутствует), А является ложным (или не присутствует) и В является истинным (или присутствует), и оба А и В верны (или присутствуют).
При использовании в настоящем документе, термин «скоростной контур» относится к проходу для передачи текучей среды, начинающемуся от отбора пробы и заканчивающемуся в зоне возврата текучей среды к технологическому потоку.
При использовании в настоящем документе «по существу», «как правило» и другие слова качественного сравнения являются относительными определителями, предназначенными для обозначения допустимого отклонения от изменяемого показателя. Не предусматривается ограничение абсолютной величиной изменяемого показателя, а, скорее, обладание большим физическим или функциональным показателем, чем противоположный, и, предпочтительно, подход или приближение к такому физическому или функциональному показателю.
При использовании в настоящем документе «давление всасывания» означает давление текучей среды в соответствующем трубопроводе, которое может быть таким же низким, как, например, атмосферное давление окружающей среды.
В нижеследующем описании делается ссылка на сопроводительные чертежи, показанные в качестве иллюстрации конкретных вариантов осуществления, в которых изобретение может быть реализовано на практике. Следующие проиллюстрированные варианты осуществления описываются достаточно подробно, чтобы позволить специалистам в данной области реализовать изобретение. Следует понимать, что могут быть использованы другие варианты осуществления и что структурные изменения, основанные на известных в настоящее время структурных и/или функциональных эквивалентах, могут быть произведены без отступления от объема изобретения
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1 представлена схема системы отбора и возврата с одним зондом и со скоростным контуром в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
На фиг. 2 показан зонд для проб в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг. 1 показан трубопровод Р с установленным в нем зондом 10 для проб. Зонд 10 для проб включает в себя порт 12 отбора, соединенный с линией 13 отбора проб. В зоне вдоль линии 13 отбора и ниже по течению от оборудования предварительной обработки проб и/или анализатора размещен узел, образующий линию 14 возврата проб со скоростным контуром. На линии 14 возврата со скоростным контуром показан встроенный в линию насос 16 малого объема для увеличения давления текучей среды возвращаемых излишне извлеченных проб до закачки текучей среды во входной порт 18 возврата зонда 10 для проб.
На фиг. 2 подробно показан вариант осуществления встроенного объединенного зонда 10 для проб в соответствии с настоящим изобретением. Зонд 10 имеет цилиндрический корпус 22 из нержавеющей стали с длиной, выбранной так, чтобы он выдавался над крепежным фланцем (не показан), расположенным на основном трубопроводе Р. Зонд 10 крепится с возможностью отсоединения к монтажному фланцу трубопровода непосредственным болтовым креплением фланца 24 зонда через совмещаемые отверстия 26 для болтов. Цилиндрический корпус 22 имеет такую длину, чтобы выступать примерно до оси основного трубопровода Р и включает в себя канал 28 отбора, проходящий по всей осевой длине зонда 10 и заканчивающуюся у вершины зонда 10 портом 12 отбора, который, предпочтительно, имеет резьбу. Вдоль оси проходит возвратный канал 32, часть его параллельна каналу 28 отбора.
Возвратный канал 32 включает в себя входной порт 18 возврата, размещенный между верхней частью зонда 10 и фланцем 24 зонда, имеющим внутреннюю резьбу для соединения с линией 14 возврата от системы отбора проб. Возвратный канал 32 завершается выпускным портом 36 возврата, размещенным на выбранном расстоянии ниже фланца зонда, для выпуска избыточно извлеченных отобранных проб в трубопровод Р. Входной и выпускной порты (18, 36) возврата предпочтительно параллельны и размещены сбоку от канала 32 возврата.
Можно отметить, что канал 32 возврата формируется путем сверления канала от вершины зонда 10 до выбранного расстояния ниже фланца 24 зонда. Верхняя часть канала затем герметизируется выше входного порта 18 возврата вваренной пробкой 38.
В одном из вариантов осуществления изобретения канал 28 отбора имеет диаметр 0,125 дюйма. (0,3175 см), и канал 32 возврата имеет диаметр 0,23 дюйма (0,5842 см), при этом соответствующие параметры не являются ограничивающими. Аналогично, не накладывая ограничений, в одном из вариантов осуществления изобретения входной порт 18 возврата размещен на 3 дюйма (7,62 см) выше фланца 24 зонда, в цилиндрическом корпусе 22, который сам проходит на 4,54 дюйма (11,5316 см) выше фланца 24 зонда, и выпускной порт 36 возврата размещен на 1,125 дюйма (2,8578 см) ниже фланца 24 зонда, в цилиндрическом корпусе 22.
Изобретение было раскрыто в вышеприведенной детализации. Специалистам в данной области понятно, что на основе сведений, приведенных в вышеприведенном описании и приложенных чертежах, можно представить множество модификаций и вариантов осуществления настоящего изобретения. Следовательно, должно быть понятно, что данное изобретение не ограничивается конкретными вариантами осуществления, раскрытыми в настоящем документе, и что под объем изобретения подпадает множество модификаций и других вариантов осуществления изобретения. Кроме того, несмотря на то, что в настоящем документе используются конкретные термины, они используются только для общего и описательного понимания, а не для целей ограничения описания изобретения.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Изобретение является полезным для систем отбора проб газа с низким давлением, предлагая один зонд для проб для извлечения проб текучей среды и их возврата в источник проб текучей среды, для возврата через скоростной контур текучей среды неиспользованных извлеченных проб в источник текучей среды, с использованием насоса текучей среды, связанного с возвратом через скоростной контур.