CN103472156A - 一种原料天然气取样和组分分析系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种原料天然气取样和组分分析系统，在该系统中，取样管路的一端设置有取样探针，取样探针与来料管路相连接；取样管路的另一端与前级处理装置相连接，将所获取的原料天然气样品送入前级处理装置进行保温、减压，伴热管连接在前级处理装置与预处理装置之间，将经过前级处理装置保温、减压后的原料天然气样品送入预处理装置进行预处理，经预处理后的原料天然气样品进入用以测量N₂、C6+组分的第一气相色谱仪和用以测量含高量程S化物、高量程CO₂组分的第二气相色谱仪进行分析，进而得到原料天然气样品中各组分的含量。

Description

一种原料天然气取样和组分分析系统

技术领域

本发明涉及天然气液化领域，具体而言，涉及一种原料天然气取样和组分分析系统。

背景技术

现在世界能源生产总量中，天然气已占到1/3，并有可能在不远的将来逐步将当下广受欢迎的石油和煤炭挤到次要地位。2020年前，天然气在世界能源需求中的比例将会达到45%-50%。

液化天然气（Liquefied Natural Gas，LNG）是天然气经压缩、冷却至其沸点（-161.5摄氏度）温度后变成的液体，其主要成分是甲烷，被公认是地球上最干净的能源，无色、无味、无毒且无腐蚀性，其体积约为同量气态天然气体积的1/600，液化天然气的重量仅为同体积水的45%左右。液化天然气的制造过程是先将气田生产的天然气净化处理，经一连串超低温液化后得到。

当前，中小型天然气液化装置，如规模为200×10⁴Nm³/d（标准立方米/天）的天然气液化装置，在国内尚属首创，在天然气液化的过程中，如果能实时获得液化各阶段中天然气的组分含量，将对后续阶段的净化、液化过程采取针对性的措施提供依据，但如何对中小型天然气液化装置天然气液化过程各阶段的组分，如原料天然气的组分，进行实时分析，获得原料天然气中准确的各组分的含量，仍是一个课题。

发明内容

本发明提供一种原料天然气取样和组分分析系统，用以对天然气液化过程中原料天然气的组分含量进行分析。

为达到上述目的，本发明提供了一种原料天然气取样和组分分析系统，包括：来料管路、取样管路、前级处理装置、伴热管、预处理装置、第一气相色谱仪、第二气相色谱仪、仪表风装置、载气装置、FID（Flame IonizationDetector，火焰离子检测器）/FPD（Flame Photometric Detector，火焰光度检测器）用气装置和回收装置，其中：

所述取样管路的一端设置有取样探针，所述取样探针与所述来料管路相连接，获取所述来料管路中的原料天然气样品；

所述取样管路的另一端与所述前级处理装置相连接，将所获取的原料天然气样品送入所述前级处理装置进行保温、减压，其中所述前级处理装置包括前级处理箱体、前级处理管路、过滤器、电夹套调节阀和第一电加热器，所述前级处理管路设置在所述前级处理箱体中，所述前级处理管路的一端与所述取样管路相连接，所述过滤器和所述电夹套调节阀依次设置在所述前级处理管路上，原料天然气样品经过所述过滤器过滤后经过所述电夹套调节阀进行保温、减压，所述前级处理箱体中设置有第一电加热器，对所述前级处理箱体进行加热保温；

所述伴热管连接在所述前级处理管路的另一端与所述预处理装置之间，将经过所述前级处理装置保温、减压后的原料天然气样品送入所述预处理装置进行预处理，其中所述预处理装置包括预处理箱体、预处理管路、聚结器、减压调节阀、除液器、安全管路、三通切换阀、细目过滤器、第一旁通流量计和第二电加热器，所述预处理管路设置在所述预处理箱体内，所述预处理管路的一端与所述伴热管相连接，所述聚结器、所述减压调节阀、所述除液器、所述三通切换阀、所述细目过滤器和所述第一旁通流量计依次设置在所述预处理管路上，进入所述预处理管路的原料天然气样品经过所述聚结器滤除杂质后进入所述减压调节阀进行减压，经过减压后的原料天然气样品通过所述三通切换阀进入所述细目过滤器进行过滤，所述预处理管路的另一端分别与所述第一气相色谱仪和所述第二气相色谱仪相连接，所述第一旁通流量计设置在所述预处理管路的末端，控制原料天然气样品进入用以测量N₂、C6+组分的所述第一气相色谱仪和用以测量含高量程S化物、高量程CO₂组分的所述第二气相色谱仪进行分析时的流量，所述第二电加热器设置在所述预处理箱体内，对所述预处理箱体进行加热；

所述聚结器的底部与返回管路相连接，所述返回管路将所述聚结器中多余的原料天然气样品返回至工艺燃料系统，所述返回管路上依次设置有第二旁通流量计和止回阀；

所述安全管路连接在所述预处理管路上所述三通切换阀的上游与所述返回管路上所述止回阀的下游之间，所述安全管路上设置有安全阀，用以当所述三通切换阀之前的所述预处理管路中的压力超过设定值时，将所述预处理管路中的压力通过所述安全管路传泻至所述返回管路中；

所述除液器的底部与第一放净管路相连接，所述第一放净管路上设置有开关阀门；

所述三通切换阀的第一端与所述除液器相连接，所述三通切换阀的第二端与所述细目过滤器相连接，将经所述除液器去除液体后的原料天然气样品导入所述细目过滤器进行过滤，所述三通切换阀的第三端与标准气体管路相连接；

所述回收装置包括排放总管、第一放空管路、第二放空管路、第二放净管路和第三放净管路，所述第一放空管路、所述第二放空管路分别连接在所述第一气相色谱仪的放空口、所述第二气相色谱仪的放空口与所述排放总管之间，所述第二放净管路、所述第三放净管路分别与所述第一气相色谱仪、所述第二气相色谱仪的放净口相连接，所述排放总管上设置有回收气接口和放空口，其中所述回收气接口和所述放空口前分别设置有开关阀门；

所述仪表风装置包括仪表风总管、仪表风接口、第一传输管、第二传输管，其中，所述仪表风接口设置在所述仪表风总管的一端，所述仪表风接口之前设置有开关阀门，所述第一传输管、所述第二传输管分别连接在所述仪表风总管与所述第一气相色谱仪、所述第二气相色谱仪之间；

所述载气装置包括第一载气罐、第二载气罐、第一载气传输管和第二载气传输管，其中，所述第一载气传输管、所述第二载气传输管分别连接在所述第一气相色谱仪与所述第一载气罐、所述第二气相色谱仪与所述第二载气罐之间，所述第一载气传输管和所述第二载气传输管上分别设置有开关阀门；

所述FID/FPD色谱仪用气装置包括第一FID/FPD色谱仪用气罐、第二FID/FPD色谱仪用气罐、第一FID/FPD色谱仪用气传输管和第二FID/FPD色谱仪用气传输管，其中，所述第一FID/FPD色谱仪用气传输管、所述第二FID/FPD色谱仪用气传输管分别连接在所述第一气相色谱仪与所述第一FID/FPD色谱仪用气罐、所述第二气相色谱仪与所述第二FID/FPD色谱仪用气罐之间，所述第一FID/FPD色谱仪用气传输管和所述第二FID/FPD色谱仪用气传输管上分别设置有开关阀门。

可选的，所述第一传输管和所述第二传输管上分别设置有空气净化器。

可选的，所述三通切换阀与所述细目过滤器之间的所述预处理管路上连接设有取样口的支管，所述支管上设置有开关阀门。

可选的，所述聚结器与所述除液器之间的所述预处理管路上设置有压力指示阀门。

可选的，所述前级处理管路的入口端设置有开关阀门。

可选的，所述预处理管路的入口端依次设置有开关阀门和压力指示仪表。

可选的，所述第一载气罐和所述第二载气罐分别为2个，每个所述第一载气罐、所述第二载气罐上分别设置有双压力指示计和阀门。

可选的，所述第一FID/FPD色谱仪用气罐和所述第二FID/FPD色谱仪用气罐分别为2个，每个所述第一FID/FPD色谱仪用气罐、所述第二FID/FPD色谱仪用气罐上分别设置有双压力指示计和阀门。

可选的，所述第一传输管、所述第二传输管分别为1＂管。

在上述实施例中，从原料天然气来料管路取样出来的原料天然气样品经由取样管路送至前级处理装置，在前级处理装置中经过保温，减压后，将管中压力降至3.0Kg/cm²，之后从前级处理装置出来，经过伴热管路将原料天然气样品输送至预处理装置，进入预处理装置后，原料天然气样品经聚结器过滤掉杂质送至二级减压调节阀，减压至第一气相色谱仪、第二气相色谱仪的入口压力要求（约1.0～3.0Kg/cm²），另外将多余的样品气经返回管路返回至工艺燃料系统中，同时通过安装有安全阀的安全管路以防压力过高。经过二级减压的原料天然气样品进入除液器，将气体中的液体除掉，再将除去液体后的原料天然气样品送到三通切换阀，三通切换阀的其中一路接入标气管路，另一路将原料天然气样品导至细目过滤器进行过滤，经过过滤后的原料天然气样品再经过第一旁通流量计，进入第一气相色谱仪和第二气相色谱仪进行组分分析，得到原料天然气样品中各组分的含量，从而为原料天然气后续阶段的净化、液化过程采取针对性的措施提供依据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例的原料天然气取样和组分分析系统结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明一个实施例的原料天然气取样和组分分析系统结构图。如图所示，该系统包括：来料管路1、取样管路2、前级处理装置3、伴热管、预处理装置34、第一气相色谱仪30、第二气相色谱仪29、仪表风装置、载气装置、FID/FPD色谱仪用气装置和回收装置，其中：

取样管路2的一端设置有取样探针，取样探针与来料管路1相连接，获取来料管路1中的原料天然气样品；

取样管路2的另一端与前级处理装置3相连接，将所获取的原料天然气样品送入前级处理装置3进行保温、减压，其中前级处理装置3包括前级处理箱体、前级处理管路、过滤器4、电夹套调节阀5和第一电加热器6，前级处理管路设置在前级处理箱体中，前级处理管路的一端与取样管路2相连接，过滤器4和电夹套调节阀5依次设置在前级处理管路上，原料天然气样品经过过滤器4过滤后经过电夹套调节阀5进行保温、减压（一般降至3.0Kg/cm²），前级处理箱体中设置有第一电加热器6，对前级处理箱体进行加热保温；

伴热管连接在前级处理管路的另一端与预处理装置34之间，将经过前级处理装置3保温、减压后的原料天然气样品送入预处理装置34进行预处理，其中预处理装置34包括预处理箱体、预处理管路、聚结器10、减压调节阀、除液器12、安全管路、三通切换阀14、细目过滤器17、第一旁通流量计20和第二电加热器18，预处理管路设置在预处理箱体内，预处理管路的一端与伴热管相连接，聚结器10、减压调节阀、除液器12、三通切换阀14、细目过滤器17和第一旁通流量计20依次设置在预处理管路上，进入预处理管路的原料天然气样品经过聚结器10滤除杂质后进入减压调节阀进行二级减压（减至可以满足第一气相色谱仪、第二气相色谱仪的入口压力要求，约1.0～3.0Kg/cm²），经过减压后的原料天然气样品通过三通切换阀14进入细目过滤器17进行过滤，预处理管路的另一端分别与第一气相色谱仪30和第二气相色谱仪29相连接，第一旁通流量计20设置在预处理管路的末端，控制原料天然气样品进入用以测量N₂、C6+组分的第一气相色谱仪30和用以测量含高量程S化物、高量程CO₂组分的第二气相色谱仪29进行分析时的流量，第二电加热器18设置在预处理箱体内，对预处理箱体进行加热；

聚结器10的底部与返回管路相连接，返回管路将聚结器10中多余的原料天然气样品返回至工艺燃料系统（图中7为返回管路与工艺燃料系统的工艺燃料管的接口），返回管路上依次设置有第二旁通流量计9和止回阀8，便于管路控制；

安全管路连接在预处理管路上三通切换阀14的上游与返回管路上止回阀8的下游之间，安全管路上设置有安全阀11，用以当三通切换阀14之前的预处理管路中的压力超过设定值时，将预处理管路中的压力通过安全管路传泻至返回管路中；

除液器12的底部与第一放净管路（图中13为第一放净管路的放净口）相连接，第一放净管路上设置有开关阀门；

三通切换阀14的第一端与除液器12相连接，三通切换阀14的第二端与细目过滤器17相连接，将经除液器12去除液体后的原料天然气样品导入细目过滤器17进行过滤，三通切换阀14的第三端与标准气体管路相连接，图中23为与标准气体管路相连接的标气罐，标气罐23上设置有双压力指示计和阀门，此外，标准气体管路上还可设置有开关阀门；

回收装置包括排放总管19、第一放空管路21、第二放空管路（图中未示出）、第二放净管路22和第三放净管路（图中未示出），第一放空管路21、第二放空管路分别连接在第一气相色谱仪30的放空口、第二气相色谱仪29的放空口与排放总管19之间，第二放净管路22、第三放净管路分别与第一气相色谱仪30、第二气相色谱仪29的放净口相连接，排放总管19上设置有回收气接口15和放空口26，其中回收气接口15和放空口26前分别设置有开关阀门，可以通过开关阀门控制经第一气相色谱仪30、第二气相色谱仪29分析测定后的天然气样品的回收或放空；

仪表风装置包括仪表风总管35、仪表风接口27、第一传输管32、第二传输管28，其中，仪表风接口27设置在仪表风总管35的一端，仪表风接口27之前依次设置有开关阀门和压力调节阀，第一传输管32、第二传输管28分别连接在仪表风总管35与第一气相色谱仪30、第二气相色谱仪29之间，此外，第一传输管32和第二传输管28上分别设置有空气净化器33，用以对吹入的仪表风进行净化，第一传输管、第二传输管分别为1＂管；

载气装置包括第一载气罐25、第二载气罐（图中未示出）、第一载气传输管和第二载气传输管（图中未示出），其中，第一载气传输管、第二载气传输管分别连接在第一气相色谱仪30与第一载气罐25、第二气相色谱仪29与第二载气罐之间，第一载气传输管和第二载气传输管上分别设置有开关阀门；

FID/FPD色谱仪用气装置包括第一FID/FPD色谱仪用气罐24、第二FID/FPD色谱仪用气罐（图中未示出）、第一FID/FPD色谱仪用气传输管和第二FID/FPD色谱仪用气传输管（图中未示出），其中，第一FID/FPD色谱仪用气传输管、第二FID/FPD色谱仪用气传输管分别连接在第一气相色谱仪30与第一FID/FPD色谱仪用气罐24、第二气相色谱仪29与第二FID/FPD色谱仪用气罐之间，第一FID/FPD色谱仪用气传输管和第二FID/FPD色谱仪用气传输管上分别设置有开关阀门。

例如，三通切换阀14与细目过滤器17之间的预处理管路上还连接设有取样口16的支管，支管上设置有开关阀门，以从预处理管路中对原料天然气样品进行取样分析。

例如，聚结器10与除液器12之间的预处理管路上可设置有压力指示阀门，便于实时查看该段预处理管路中的压力。

例如，前级处理管路的入口端还可设置有开关阀门，从而可以灵活控制取样管路的取样。

例如，预处理管路的入口端还可依次设置有开关阀门和压力指示仪表，从而可以根据压力指示仪表所指示的压力对开关阀门进行调节。

例如，第一载气罐和第二载气罐还可以分别设置有2个，每个第一载气罐、第二载气罐上分别设置有双压力指示计和阀门，便于用户根据指示的压力对载气的流速进行调节。

例如，第一FID/FPD色谱仪用气罐和第二FID/FPD色谱仪用气罐还可分别设置有2个，每个第一FID/FPD色谱仪用气罐、第二FID/FPD色谱仪用气罐上分别设置有双压力指示计和阀门，便于用户根据指示的压力对FID/FPD色谱仪用气的流速进行调节。

在上述实施例中，从原料天然气来料管路取样出来的原料天然气样品经由取样管路送至前级处理装置，在前级处理装置中经过保温，减压后，将管中压力降至3.0Kg/cm²，之后从前级处理装置出来，经过伴热管路将原料天然气样品输送至预处理装置，进入预处理装置后，原料天然气样品经聚结器过滤掉杂质送至二级减压调节阀，减压至第一气相色谱仪、第二气相色谱仪的入口压力要求（约1.0～3.0Kg/cm²），另外将多余的样品气经返回管路返回至工艺燃料系统中，同时通过安装有安全阀的安全管路以防压力过高。经过二级减压的原料天然气样品进入除液器，将气体中的液体除掉，再将除去液体后的原料天然气样品送到三通切换阀，三通切换阀的其中一路接入标气管路，另一路将原料天然气样品导至细目过滤器进行过滤，经过过滤后的原料天然气样品再经过第一旁通流量计，进入第一气相色谱仪和第二气相色谱仪进行组分分析，得到原料天然气样品中各组分的含量，从而为原料天然气后续阶段的净化、液化过程采取针对性的措施提供依据。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种原料天然气取样和组分分析系统，其特征在于，包括：来料管路、取样管路、前级处理装置、伴热管、预处理装置、第一气相色谱仪、第二气相色谱仪、仪表风装置、载气装置、FID/FPD色谱仪用气装置和回收装置，其中：

所述取样管路的一端设置有取样探针，所述取样探针与所述来料管路相连接，获取所述来料管路中的原料天然气样品；

所述取样管路的另一端与所述前级处理装置相连接，将所获取的原料天然气样品送入所述前级处理装置进行保温、减压，其中所述前级处理装置包括前级处理箱体、前级处理管路、过滤器、电夹套调节阀和第一电加热器，所述前级处理管路设置在所述前级处理箱体中，所述前级处理管路的一端与所述取样管路相连接，所述过滤器和所述电夹套调节阀依次设置在所述前级处理管路上，原料天然气样品经过所述过滤器过滤后经过所述电夹套调节阀进行保温、减压，所述前级处理箱体中设置有第一电加热器，对所述前级处理箱体进行加热保温；

所述伴热管连接在所述前级处理管路的另一端与所述预处理装置之间，将经过所述前级处理装置保温、减压后的原料天然气样品送入所述预处理装置进行预处理，其中所述预处理装置包括预处理箱体、预处理管路、聚结器、减压调节阀、除液器、安全管路、三通切换阀、细目过滤器、第一旁通流量计和第二电加热器，所述预处理管路设置在所述预处理箱体内，所述预处理管路的一端与所述伴热管相连接，所述聚结器、所述减压调节阀、所述除液器、所述三通切换阀、所述细目过滤器和所述第一旁通流量计依次设置在所述预处理管路上，进入所述预处理管路的原料天然气样品经过所述聚结器滤除杂质后进入所述减压调节阀进行减压，经过减压后的原料天然气样品通过所述三通切换阀进入所述细目过滤器进行过滤，所述预处理管路的另一端分别与所述第一气相色谱仪和所述第二气相色谱仪相连接，所述第一旁通流量计设置在所述预处理管路的末端，控制原料天然气样品进入用以测量N₂、C6+组分的所述第一气相色谱仪和用以测量含高量程S化物、高量程CO₂组分的所述第二气相色谱仪进行分析时的流量，所述第二电加热器设置在所述预处理箱体内，对所述预处理箱体进行加热；

所述聚结器的底部与返回管路相连接，所述返回管路将所述聚结器中多余的原料天然气样品返回至工艺燃料系统，所述返回管路上依次设置有第二旁通流量计和止回阀；

所述安全管路连接在所述预处理管路上所述三通切换阀的上游与所述返回管路上所述止回阀的下游之间，所述安全管路上设置有安全阀，用以当所述三通切换阀之前的所述预处理管路中的压力超过设定值时，将所述预处理管路中的压力通过所述安全管路传泻至所述返回管路中；

所述除液器的底部与第一放净管路相连接，所述第一放净管路上设置有开关阀门；

所述三通切换阀的第一端与所述除液器相连接，所述三通切换阀的第二端与所述细目过滤器相连接，将经所述除液器去除液体后的原料天然气样品导入所述细目过滤器进行过滤，所述三通切换阀的第三端与标准气体管路相连接；

所述回收装置包括排放总管、第一放空管路、第二放空管路、第二放净管路和第三放净管路，所述第一放空管路、所述第二放空管路分别连接在所述第一气相色谱仪的放空口、所述第二气相色谱仪的放空口与所述排放总管之间，所述第二放净管路、所述第三放净管路分别与所述第一气相色谱仪、所述第二气相色谱仪的放净口相连接，所述排放总管上设置有回收气接口和放空口，其中所述回收气接口和所述放空口前分别设置有开关阀门；

所述仪表风装置包括仪表风总管、仪表风接口、第一传输管、第二传输管，其中，所述仪表风接口设置在所述仪表风总管的一端，所述仪表风接口之前设置有开关阀门，所述第一传输管、所述第二传输管分别连接在所述仪表风总管与所述第一气相色谱仪、所述第二气相色谱仪之间；

所述载气装置包括第一载气罐、第二载气罐、第一载气传输管和第二载气传输管，其中，所述第一载气传输管、所述第二载气传输管分别连接在所述第一气相色谱仪与所述第一载气罐、所述第二气相色谱仪与所述第二载气罐之间，所述第一载气传输管和所述第二载气传输管上分别设置有开关阀门；

所述FID/FPD色谱仪用气装置包括第一FID/FPD色谱仪用气罐、第二FID/FPD色谱仪用气罐、第一FID/FPD色谱仪用气传输管和第二FID/FPD色谱仪用气传输管，其中，所述第一FID/FPD色谱仪用气传输管、所述第二FID/FPD色谱仪用气传输管分别连接在所述第一气相色谱仪与所述第一FID/FPD色谱仪用气罐、所述第二气相色谱仪与所述第二FID/FPD色谱仪用气罐之间，所述第一FID/FPD色谱仪用气传输管和所述第二FID/FPD色谱仪用气传输管上分别设置有开关阀门。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一传输管和所述第二传输管上分别设置有空气净化器。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述三通切换阀与所述细目过滤器之间的所述预处理管路上连接设有取样口的支管，所述支管上设置有开关阀门。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述聚结器与所述除液器之间的所述预处理管路上设置有压力指示阀门。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述前级处理管路的入口端设置有开关阀门。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预处理管路的入口端依次设置有开关阀门和压力指示仪表。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一载气罐和所述第二载气罐分别为2个，每个所述第一载气罐、所述第二载气罐上分别设置有双压力指示计和阀门。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一FID/FPD色谱仪用气罐和所述第二FID/FPD色谱仪用气罐分别为2个，每个所述第一FID/FPD色谱仪用气罐、所述第二FID/FPD色谱仪用气罐上分别设置有双压力指示计和阀门。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一传输管、所述第二传输管分别为1＂管。

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