CN104508456B - 用于流体流中的污染物检测的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于流体流中的污染物检测的系统和方法。诸如用于检测油、碳氢化合物或供气、水处理或燃烧过程中出现的结垢的污染物检测系统具有流体路径。构造成检测流体的运行参数的计量仪和多个流体管道沿该流体路径放置。所述流体管道形成多个中间流体路径。每个流体路径都具有节流孔口(RO)、入口控制阀、和出口控制阀。此外，所述流体管道都具有控制管路和暴露管路。该控制管路构造成与流体隔离开持续一定的时间周期。该暴露管路构造成暴露于流体持续该时间周期。该系统构造成至少部分利用该运行参数和该时间周期来确定流体的污染物浓度。该控制管路和暴露管路允许执行差别的结垢检测。

Description

用于流体流中的污染物检测的系统和方法
技术领域
本说明书中公开的主题主要涉及检测杂质，并且更具体地涉及用于检测流体流内的污染物的系统和方法。
背景技术
污染物(例如，元素硫和含硫化合物)可在多种应用中存在于流体流内，这多种应用例如为油或燃气产生系统的井口、油或燃气供应和分配系统的管线、或燃气涡轮机的燃烧室。在这些应用内可发生硫沉积，甚至是在含硫量是低的(例如，体积上每十亿中10份)时也是如此。例如，硫沉积可在燃料控制阀的喉部、管线中的弯头、和流体流动路径中的其它限制处形成限制。不幸地是，这些硫沉积会在这些应用中导致流体生产率降低、腐蚀率增大、和/或较高的过滤成本。硫检测、特别是对微量硫进行的硫检测会是困难而耗时的。
发明内容
在下文中概括了在范围上与原先要求保护的本发明相当的特定实施例。这些实施例并非意在限制所要求保护的本发明的范围，而是这些实施例旨在仅提供对于本发明的可能形式的简要概括。实际上，本发明可包含可与下文中所阐述的实施例相似或不同的多种形式。
在本发明的第一实施例中，一种污染物检测系统包括构造成使包括污染物浓度的流体流动的流体路径。计量仪和多个流体管道沿该流体路径放置。该计量仪构造成检测流体的运行参数。这多个流体管道形成构造成使流体流动的多个中间流体路径。这多个流体管道中的每一个流体管道都包括节流孔口(RO)、入口控制阀、和出口控制阀。该RO具有孔径并且构造成限制该流体的流动。该入口控制阀放置在该RO的上游，并且该出口控制阀放置在该RO的下游。此外，这多个流体管道具有控制管路和第一暴露管路。该控制管路构造成与该流体隔离开持续一定的时间周期。该第一暴露管路构造成暴露于该流体持续该时间周期。此外，该污染物检测系统构造成至少利用该运行参数和该时间周期来估算该污染物浓度。
在本发明的第二实施例中，一种方法包括利用控制器从多个流体管道中选择控制管路和暴露管路，以及利用计量仪检测用于该控制管路和该暴露管路的基准运行参数。该方法还包括利用一个或多个控制阀将该控制管路隔离开持续一定的时间周期，并利用该一个或多个控制阀使该暴露管路暴露持续该时间周期。此外，该方法包括利用该计量仪检测通过该控制管路的第一运行参数，利用该计量仪检测通过该暴露管路的第二运行参数，以及至少部分基于该第一运行参数、该第二运行参数、该基准运行参数、和该时间周期来确定流体的污染物浓度。
在本发明的第三实施例中，一种硫检测系统包括构造成使包括含硫量的流体流动的流体路径。流量计沿该流体路径放置并且构造成检测该流体的流量。控制管路限定第一中间流体路径。该控制管路具有构造成限制第一中间流体路径的第一节流孔口(RO)、放置在该第一RO的上游的第一入口控制阀、和放置在该第一RO的下游的第一出口控制阀。同样，该暴露管路限定第二中间流体路径。该暴露管路具有构造成限制该中间流体路径并构造成从该流体中捕获硫的第二节流孔口(RO)、放置在该第二RO的上游的第二入口控制阀、和放置在该第二RO的下游的第二出口控制阀。该硫检测系统还包括控制器，该控制器通信地联接至第一入口控制阀、第二入口控制阀、第一出口控制阀、和第二出口控制阀。该控制器构造成通过调整该第一入口控制阀、第二入口控制阀、第一出口控制阀、和第二出口控制阀选择性地隔离开或暴露出该控制管路和该暴露管路。此外，该控制管路构造成与该流体隔离开持续一定的时间周期，该暴露管路构造成暴露于该流体持续该时间周期，并且该控制器构造成至少部分基于该流量和该时间周期来确定该流体的硫浓度。
附图说明
当参照附图阅读下列详细说明时，本发明的这些和其它特征、方面、和优点将得到更好的理解，遍及附图，相同的附图标记表示相同的元件，其中：
图1是具有燃料源、燃料的终端用户、和放置在燃料源与燃料的终端用户之间的硫检测系统的系统的实施例的示意图；
图2是图1的硫检测系统的实施例的示意图；
图3是图2的硫检测系统的一部分的实施例的示意图；
图4是示出了用于图3的硫检测系统的随时间流逝的硫累积量的图形表示；
图5是用于图3的硫检测系统的随时间流逝的质量流量的图形表示；和
图6是用于检测流体流中的硫的方法的实施例的流程图。
具体实施方式
下面将描述本发明的一个或多个具体实施例。在试图提供对于这些实施例作出的简要说明的过程中，可不在说明书中对实际实施方案的所有特征进行描述。应该了解的是，在任一这种实际实施方案的研发过程中，如在任一工程或设计方案中，必须作出多种为实施方案所特有的决定以实现研发者的具体目的，例如服从与系统相关并与商业相关的约束条件，这在实施方案之间可能是不同的。此外，应该了解的是，这种研发努力可能是复杂而耗时的，尽管如此，它对于受益于本发明的本领域技术人员而言会是一种设计、加工、和制造的常规任务。
当介绍本发明的多种实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”意欲意指存在元件中的一种或多个。术语“包括”、“包含”和“具有”被规定成是包括在内的并且意指可能存在除所列元件之外的附加元件。此外，术语“硫”意在包括元件硫以及含硫化合物。
本发明涉及用于快速检测流体流(例如，气体流或液体流)内的污染物(例如，硫、金属氧化物等)的系统和方法。尽管随后的讨论涉及硫检测，但应该注意的是，本发明可应用于检测多种污染物且并不限于硫。此外，本发明可应用于气相流、液相流、或气液混合相流。在当前设想的实施例中，硫检测系统可通过将硫沉积引入到暴露管路中来检测流体流的含硫量。从流体流沉积的硫可改变该暴露管路的几何结构，从而导致了经过该暴露管路的流体的流量降低。此外，与该流体流隔离开的控制管路可形成用于与该暴露管路相比较的基准。例如，可通过将流过该控制管路与该暴露管路的流体的相应流量相比较来确定该气体流的含硫量。此外，现在认识到的是，与大型阀门或基础结构的几何结构相比，将较小几何结构用于该暴露管路有利地导致更为快速地检测持续相等暴露周期的硫沉积量以及随后的检测。即，与较大基础结构内的几何结构变化相比，该暴露管路内的几何结构变化是更易于检测到的。实际上，较为快速的检测可实现对于不合乎要求的运行状况的更为快速的响应。即，可响应于检测到的含硫量来调整上游或下游设备的运行参数，从而提高生产率并降低腐蚀率。例如，如果检测到的含硫量处于预定范围内(例如，超过阈值)，则可提高上游或下游设备的温度以减少硫沉积量。
现在转向视图，图1示出了具有燃料源12、燃料应用(例如，燃气涡轮机14)、和放置在其间的硫检测系统16的系统10。在特定实施例中，该燃料源12可供应气态或液态燃料，例如由气化器产生的合成气、天然气、原油等。例如，该燃料源12可以是燃气生产井、存储容器、运货汽车、流体处理系统(例如，合成气体生产设施的酸性气体移除系统)、或其任一组合。此外，该终端用户可以是燃气涡轮机14的燃烧室18、内燃机、锅炉、炉子、发电厂、化工厂、或烃类流体的另一适当的终端用户。如所示，气体输送系统(例如，管线20)将燃料源12、燃气涡轮机14和硫检测系统16相联接。在特定实施例中，该硫检测系统16可安装至管线20。如所示，该硫检测系统16平行于管线20设置。
该硫检测系统16可将来自管线20的流体的滑流(slip stream)引导通过采样管路22以确定该流体的含硫量。该硫检测系统可随后将该流体的滑流通过管路24返回至管线20。例如，流体可流经包括燃料源12、硫检测系统16和燃气涡轮机14在内的流体路径26。如将在下文中进一步参照图2所讨论的那样，该硫检测系统16包括用于检测流经采样管路22的流体样本的含硫量的部件。燃料源12或燃气涡轮机14的运行可基于检测到的含硫量进行调整。因此，硫的早期检测可提高燃料源12和燃气涡轮机14的可操作性，并且可还降低管线20内的腐蚀的可能性。
图2是示出了硫检测系统16的实施例的多个部件的示意图。如上所述，该硫检测系统16可促进沉积到暴露管路中的硫沉积，以便快速地检测流体流的含硫量。从该流体沉积的硫可改变(例如，阻塞住)该暴露管路的几何结构，从而导致流经该暴露管路的流量降低。此外，改变后的几何结构可加速硫沉积，从而进一步降低流量。根据本实施例，该流体的含硫量可被基于随时间的流逝流经该暴露管路的流量进行估算。
如所示，过滤器28可沿流体路径26放置。在该系统10的运行周期间，过滤器28可从该流体移除诸如颗粒之类的杂质，从而提高该硫检测系统16的可操作性。例如，该过滤器28可以是气动过滤器、膜、或其组合。在过滤之后，流体可流经放置在过滤器28的下游的入口毛细歧管30。该入口毛细歧管30将该流体引导到多个流体管道32中。换言之，每一个流体管道32均形成该流体可选择性地流经其中的中间流体路径34。即，该流体可选择性地流过单个流体管道或流体管道32的任一组合。所示硫检测系统16包括三个流体管道32，从而形成共三个中间流体路径34。然而，流体管道32的数量可改变。例如，该硫检测系统16可包括2个、3个、4个、5个、6个、或多个流体管道32。
每一个流体管道32均具有限定用于流体的流动面积的内径。特定流体管道32的内径可改变，从而能够改变流经中间流体路径34的流体的量，从而提高该硫检测系统16的可操作性。例如，流体管道32可具有0.5mm的内径，而另一流体管道32具有3mm的内径。此外或者作为选择，流体管道32的内径可基于管线20的内径。例如，该流体管道32的内径与管线20的内径的比率可处于约0.00003至0.3之间、或处于0.001至0.1之间。如先前所述，流体管道32与管线20相比的较小几何结构可实现流体管道32内的快速硫沉积和由该硫检测系统16进行的快速硫检测。
在所示实施例中，该硫检测系统16还包括温度控制护套36。尽管该温度控制护套36被描绘成处于该入口毛细歧管30的下游，但该温度控制护套36可被放置在该入口毛细歧管30或过滤器28的上游。该温度控制护套36环绕流体管道32中的每一个，并且选择性地调整该流体管道32内的流体的温度。即，该温度控制护套36可基于该硫检测系统16的运行参数单独地提高、降低、或维持流体管道32中的每一个内的流体的温度。如所示，该温度控制护套36被联接至热源38和冷源40。该热源38向该温度控制护套36，并向流体管道32内的流体提供热量。在特定实施例中，该热源38可以是蒸汽(例如，蒸汽跟踪)、电力(例如，电阻热)、热交换流体(例如，排气、热水等)、或任一其它适当的热源。同样，该冷源40向该温度控制护套36并向流体管道32内的流体提供冷却。在特定实施例中，该冷源可以是冷却流体(例如，冷却水、溶剂、惰性气体、空气等)、对流冷却器、或任一其它适当的冷源。然而，特定实施例可不包括该温度控制护套36。在这种实施例中，该流体可通过膨胀冷却而被冷却。例如，该流体的压力可通过节流一个或多个阀而被降低，这诱发了该流体的温度降。如将在下文中进一步讨论的那样，该温度控制护套36提供了选择性的加热和冷却以便提高该硫检测系统16的可操作性。例如，对流体管道32进行冷却可加速硫沉积(例如，沉积出该流体)，从而实现对于硫的更为快速的检测。此外，在硫沉积之后，对流体管道32进行加热可通过将硫再溶解到该流体中(例如，提高硫在该流体中的溶解度)，而使流体管道32再生，用于进一步使用。由此，如在本说明书中所讨论的那样，流体管道32的再生意在表示利用热量、流体、溶剂等将流体管道32处理成与在暴露于具有硫的流体之前的流体管道32大致相同的几何结构(例如，直径)和/或化学性质(例如，表面状态)。
每一个流体管道32均包括入口控制阀42、出口控制阀44、和放置在其间的节流孔口(RO)46。控制阀42和44使每一个流体管道32能够被单独地隔离开。如在下文中所讨论的那样，这种单独的隔离使流体管道32中的至少一个能够被用作控制管路，同时将其余的流体管道32用作测试管路(即，暴露管路)。该控制管路可限定基准流，并且该基准流可用于确定该流体的含硫量。控制阀42和44可用于将该控制管路隔离开，从而形成用于暴露管路内的流体的流量的比较基础。
每一个流体管道32的RO 46可以是在该流体管道32中形成限制的任一特征，例如文氏管或带有孔的薄金属、玻璃、陶瓷、或复合板。当流体到达该RO 46时，该流体被迫流过该孔。因此，该RO46可根据孔的几何结构来限制中间流体路径34以便促进硫沉积。例如，流经该RO 46的流体会导致局部压降，具有相关联的膨胀冷却，从而导致沉积在该RO 46上的硫沉积。当硫沉积在该RO 46上时，RO 46的几何结构可改变，从而进一步阻塞住该中间流体路径34并降低该流体的流量。校准曲线可以实现作为除其它变量之外的流量和/或硫沉积速率的函数对流体的含硫量进行估算。有利地，对于RO 46上的硫沉积量进行测量具有高分辨率和高精度。
RO 46的几何结构(例如，尺寸、形状、斜面等)可根据特定执行的实施例进行改变。例如，该RO 46的孔可以是圆形的、矩形的、有斜面的、或其它适当的形状。此外，该RO 46的孔可被居中设置在金属板上(例如，是同心的)，或者该孔可偏离中心(例如，是偏心的)。在特定实施例中，孔的直径(例如，孔径)可基于该流体管道32的内径。例如，该孔径与该流体管道32的内径的比率(即，β比率)可处于约0.01至0.99之间、处于0.1至0.9之间、或处于0.3至0.7之间。在特定实施例中，对应的孔径可大致为0.01英寸、0.016英寸、或0.024英寸。该孔径可被设计成在该RO 46上获得预期硫沉积速率。
在特定实施例中，改变该硫检测系统16内的特定的RO 46的孔径以便改变每一个流体管道32内的硫沉积速率会是合乎要求的。例如，RO 46可具有约0.3的β比率，并且另一RO 46可具有约0.7的β比率。在这种情况下，硫沉积可在每一个RO 46中以不同的速率发生，从而导致改变经过流体管道32的流量。变化的流量可用于计算该流体的近似含硫量。例如，校准曲线可基于流量、RO 46的几何结构(例如，孔径)、和硫沉积发生所经历的时间周期。对于含硫量的估算可基于该校准曲线和经过流体管道32中的任一个或其组合的观测到的流量进行。
在流经该RO 46和该出口控制阀44之后，该流体可沿该流体路径26继续行进至出口毛细歧管48。该出口毛细歧管48从流体管道32中的每一个接收流体，将相应的流合并在一起成为单个流，并且将该单个流经由该管路24返回至管线20。在所示实施例中，计量仪(例如，流量计50)放置在该出口毛细歧管48的下游。该流量计50可检测离开该硫检测系统16的流体的流量/流率(例如，质量流量或容积流量)。在特定实施例中，该流量计50可以是科里奥利流量计(coriolis flow meter)、热式质量流量计、或任一其它的适当计量仪。此外，流量计50的数量和它们相应的位置可改变。例如，该硫检测系统16可包括1个、2个、3个、4个、5个、或多个流量计50。流体管道32中的每一个均可具有专用流量计50，从而使中间流体流能够被单独地检测和控制。实际上，具有多个流量计50的结构/布置可还提高该硫检测系统16的可操作性。例如，该硫检测系统16可具有备用流量计50，或者多个流量计50可实现排除与来自其它流量计的流量测量值不符的数据，以便提高流量测量值的可靠性。尽管随后的讨论涉及流量计50，但应该注意的是，可采用多种计量仪(例如，压力计、温度计、流量计等)来检测硫沉积。例如，压力计可检测表示每一个流体管道32内的硫沉积的在RO 46两侧的永久压力降。由此，该流量计50被作为示例给出且并非意在是限制性的。
如所示，每一个流体管道32可还包括与RO 46相关的入口温度传感器52、入口压力传感器54、和出口压力传感器56。传感器52和54被放置在该RO 46的上游和该入口控制阀42的下游。该出口压力传感器56被放置在该RO 46的下游和该出口控制阀44的上游。传感器52、54、56中的每一个均检测与该流体相关联的运行状况。在特定实施例中，压差计可包括压力传感器54和56。换言之，检测跨过该RO 46的压差会是合乎要求的。由此，传感器54和56可检测上游压力、下游压力、跨过该RO 46的压差、或其任一组合。
该硫检测系统16的运行可被基于运行状况进行调整。如先前所述，选择性地加热或冷却流体管道32以便提高该硫检测系统16的可操作性是合乎要求的。因此，控制器54通信地联接至该温度控制护套36、热源38、冷源40、和/或传感器52、54和56。该控制器54包括一个或多个处理器和/或存储部件，以便调整该硫检测系统16的运行。例如，该控制器58可对位于RO 46的下游的流体的出口温度进行估算。该出口温度可利用例如状态方程利用入口温度、入口压力和出口压力进行估算。此外，该控制器58可基于该出口温度调整温度控制护套36、热源38和/或冷源40。例如，该出口温度可以是过于温暖而不能促进流体管道32内的硫沉积(即，该出口温度可高于阈值温度)。该控制器58可调整温度控制护套36、热源38、和/或冷源40以便将该出口温度降低至低于该阈值温度，从而提高硫沉积速率并能够较为快速地检测该含硫量。在已将足量的硫沉积在流体管道32内之后，该控制器58可调整该温度控制护套36以便提高该出口温度，从而使流体管道32再生。此外或者作为选择，流体管道32的再生可利用溶剂清洗60来溶解沉积的硫。在这种实施例中，硫可随后被从该溶剂中提取出以便对含硫量进行估算。
在特定实施例中，该控制器58可还基于出口状况和入口状况对流体的含硫量进行估算。例如，入口含硫量可由入口温度和压力限定，而出口含硫量可由出口温度和压力限定。入口含硫量与出口含硫量之间的差异可表明RO 46上的理论硫沉积速率。该理论硫沉积速率可基于溶解度曲线、历史数据、或其组合。此外，该理论硫沉积速率可用于评定由该流量计50检测到的流量的有效性。
该控制器58还通信地联接至控制阀42和44以及流量计50。因此，该控制器58可打开或关闭阀门42和44，以便选择性地允许或抑制住流至特定流体管道32的流动。如将了解的那样，选择性地隔离开流体管道32以便在抑制住其它流体管道32内的硫沉积的同时，实现特定流体管道32内的硫沉积会是合乎要求的。此外，选择性地隔离开流体管道32使得该流量计50能够检测流经每一个单独的流体管道32的流量，并且能够在流体管道32之间进行流量比较。由此，该控制器58可选择性地打开或关闭控制阀42和44中的每一个。如先前所述，较高的硫沉积量与流经流体管道32的减少的流量相互关联。当该流量降低成低于最小流量阈值时，该控制器58可打开特定的阀门42或44，并且通过调整该温度控制护套36而使流体管道32再生。下文中在图3-5中进一步讨论该硫检测系统16的运行。
图3是该硫检测系统16的一部分的示意图。出于清楚的目的，已经省略掉了传感器和控制器。如所示，流体管道32限定控制管路62和两个暴露管路64和66。如先前所讨论的那样，该控制管路62用作与两个暴露管路64和66相比较的比较基准。由此，该控制管路62可被选择性地与流体隔离开持续一定的时间周期，以便抑制住硫沉积。相比之下，暴露管路64和66可被暴露于流体持续变化的时间量以便促进硫沉积。在特定实施例中，暴露管路64和66可同时或以交替的方式暴露于该流体。例如，暴露管路64可以是主要运行管路，而暴露管路66在对该暴露管路64进行维护保养的情况下作为备用件运行。此外或者作为选择，该暴露管路64可在对该暴露管路66进行再生的同时运行，并且反之亦然。对于控制管路和暴露管路进行的选择可由该控制器58自动执行、由操作者手动执行、或其组合。此外，该硫检测系统16可包括变化数量的流体管道32(例如，2个、3个、4个、5个、或多个)。因此，控制管路和/或暴露管路的数量可改变。
在所示实施例中，该暴露管路64的RO 68具有贝塔比率β1，并且该暴露管路66的RO70具有贝塔比率β2。β2可小于β1，从而导致能够较为快速地检测到该暴露管路66内的硫沉积速率。贝塔比率的差异是作为示例的，且并非意在是限制性的。实际上，RO 68与70中的每一个均可具有相似的或相同的贝塔比率。如将了解的那样，用于每一个RO 68和70的计算出的含硫量可以是大致相等的。换言之，由流经每一个RO 68和70的相应的气流划分开的每一个RO 68和70上的硫累积质量可产生大致相等的含硫量。因此，RO 68和70可具有一系列贝塔比率(beta ratios)以实现可变的硫沉积速率。
图4是随着时间的流逝在每一个流体管道32中的硫累积量的图形表示112。此外，图5是随着时间的流逝每一个流体管道32的质量流量的图形表示114。在图4内，该控制管路62以实线116表示，该露管路64以虚线118表示，并且该暴露管路66以点划线120表示。类似地，在图5内，该控制管路62以实线122表示，该暴露管路64以虚线124表示，并且该暴露管路66以点划线126表示。基准周期(baseline period)被限定在t0与t1之间。在该基准周期期间，流体管道32中的每一个均暴露于该流体以便建立基准流。例如，该控制器58可打开该控制管路62中的阀门72和74，并打开暴露管路64和66中的阀门76和78。该流量计50可检测经过流体管道32中的每一个的流量。在特定实施例中，该基准周期可以是相对短的，使得发生少量硫沉积乃至没有硫沉积发生，如在图4中所反映的那样。如在先所讨论的那样，增大硫沉积量可通常减少流经流体管道32的质量流流量/流率。由于在流体管道32内存在少许硫乃至不存在硫，因此经过每一个流体管道32的流量/流率在该基准周期期间可以处于局部极大，如在图5中所示。
在该基准周期结束后，在t1与t2之间限定运行周期。在该运行周期期间，该控制器58可将该控制管路62选择性地隔离开，同时暴露出暴露管路64和66。例如，该控制器可关闭该控制管路62中的控制阀72和74，并打开暴露管路64和66中的控制阀76和78。在该运行周期的开始t1处，硫开始沉积在相应的暴露管路64的RO 68和暴露管路66的RO 70上，从而降低每一个暴露管路64和66中的流量。该硫沉积可通过利用该温度控制护套36来调整暴露管路64和66的温度而得到促进。随着硫沉积的继续，RO 68和70的几何结构改变，从而导致硫沉积速率加速。如所示，最大硫沉积量朝向/接近该运行周期的结束时发生。此外，由于β2小于β1，因此硫沉积在该暴露管路66中比在该暴露管路64中更为快速地发生，这反映在图4中。因此，该质量流流量/流率在该暴露管路66中比在该暴露管路64中更为快速地减少，如在图5中所示。
在t2与t3之间限定比较周期。可调整流体管道32的温度以便在该比较周期期间降低硫沉积量。在该比较周期期间，流体管道32中的每一个均被再次暴露于该流体，以便确定每一个流体管道32中的流量。可对相应的流量进行比较，以便对该流体的含硫量进行估算。例如，暴露管路64和66的流量的变化可用于确定相应的RO 68和70上的硫沉积的量。在特定实施例中，流量的变化可用于估算RO 68和70的有效孔径。该流体的含硫量可基于流量、有效孔径、运行温度、运行压力、跨过该RO 46的压力降、该运行周期的长度、沉积速率、或其任一组合进行估算。在当前设想的实施例中，该含硫量可基于经验数据(empirical data)(例如，用于甲烷、乙烷、或其它碳氢化合物、或碳氢化合物的混合物的溶解度曲线)而被相互关联。
该硫检测系统16在该比较周期期间的运行与在该基准周期期间的运行相似。例如，该控制器58可打开该控制管路中的阀门72和74，并打开暴露管路中的阀门76和78。在特定实施例中，该比较周期可以是相对短的，使得仅有少许或没有硫沉积发生，如在图4中所反映的那样。此外，该基准周期和该比较周期可比该运行周期短。即，该运行周期可发生持续数小时或数天，而该基准周期和该比较周期可发生持续约数分钟。
在该比较周期之后，该硫检测系统16可返回至该运行周期。换言之，在该比较周期期间检测到的流量可用作附加或替代基准流量。此外或者作为选择，该流检测系统16可进入再生周期，如在t3与t4之间所限定的那样。在该再生周期期间，流体管道32中的每一个均被再次暴露于该流体。如先前所讨论的那样，流体管道32可被利用来自该温度控制护套36的热量、和/或利用来自溶剂清洗60的溶剂再生。该再生周期可将每一个流体管道32中的硫沉积量减少至大致为零，使得该硫检测系统16可返回至处于该基准周期中的运行。在下文中参照图6进一步讨论该硫检测系统16的运行。
图6是利用该硫检测系统16检测流体的含硫量的方法80的实施例的流程图。下文中所述的步骤可由该控制器58自动执行(例如，作为存储在有形的非暂时的机器可读介质上的一个或多个指令的结果而由控制器执行)、由操作者手动执行、或者两者。由此，尽管在该控制器58的背景内描述该方法80，但该方法80的多个部分可由该操作者实施。在多个流体管道32之间，该控制器58可选择(方框82)该控制管路62和该暴露管路64。该控制器58可产生(方框84)基准流(流量)，该基准流(流量)通过使该控制管路62和该暴露管路64暴露于流体而由该流量计50检测到。在产生(方框84)该基准流(流量)之后，该控制器58可选择性地将该控制管路62与流体隔离开(方框86)。该控制管路62的隔离(方框86)抑制住该控制管路内的硫沉积，从而使该控制管路62能够在晚些时候用作比较基础。该控制器可还选择性地将该暴露管路64暴露(方框88)于流体持续一定的时间周期并确保适当的运行状况。
在特定实施例中，确保适当的运行状况可包括利用例如传感器52、54和56来检测(方框90)与RO 46相关的入口温度、入口压力、和出口压力。该控制器58可随后利用检测到的运行状况和适当的状态方程(例如，Peng-Robinson理想气体定律)来计算(方框92)该出口温度。该控制器58可随后确定(方框94)该出口温度是否高于温度阈值。如果该出口温度高于该温度阈值，则硫沉积可以是缓慢的。由此，该控制器58可调整(方框96)该温度控制护套36以便将该温度降低成低于该温度阈值。然而，如果该出口温度低于该温度阈值，则该控制器58可使该暴露管路64继续(方框98)暴露。在特定实施例中，该温度阈值可基于在该入口压力、该出口压力、或两者的硫的溶解度。对应的阈值温度可处于约0℉至200℉(-18℃至93℃)之间、处于10℉至100℉(-12℃至38℃)之间、或处于20℉至60℉(-6℃至16℃)之间、以及处于其间的所有子范围内。
返回该方法80，在根据方框88动作之后，该控制器58可随后使流体管道32再次暴露于该流体，并且该流量计50可检测(方框100)相应的流量/流率。该控制器58可随后比较(方框102)流量。在特定实施例中，该控制器58可比较(方框102)该控制管路62与该暴露管路64之间的流量。此外或者作为选择，该控制器58可比较(方框102)该暴露管路64随着时间流逝的流动/流量。该控制器58可随后基于多个因素来确定(方框104)该含硫量。这多个因素可包括流量/流率、孔径、运行温度、运行压力、跨过RO 46的压力降、运行周期的长度、沉积速率、或其任一组合。例如，该控制器58可基于初始孔径、经过该暴露管路64的最终流量和经过该暴露管路64的基准流量来计算该暴露管路64的RO 46的有效孔径。该控制器58可随后将RO 46的有效孔径与校准曲线相互关联，该校准曲线将该含硫量与该有效孔径和暴露时间周期相关联。在当前设想的实施例中，RO 46的有效面积可用于计算硫沉积的体积和/或质量。即，可计算硫沉积的移位体积(displacement volume)，通过该移位体积可估算硫沉积的质量。硫沉积的质量可除以该流体流的体积，从而估算出该流体的含硫量。
在确定(方框104)估算出的含硫量之后，该控制器58可确定(方框106)该含硫量是否适用于该终端用户或管线20。如果该含硫量是不适当的，则该控制器58可采取(方框108)校正动作。采取(方框108)校正动作可包括提高管线20内、燃料源12内、燃气涡轮机14内的流体的温度、或其任一组合。提高流体的温度可通常提高硫在该流体内的溶解度，从而降低该系统10内的硫沉积的可能性。如果该含硫量是适当的或者在采取(方框108)校正动作之后，该控制器58可使该控制管路62和该暴露管路64再生(方框110)。再生(方框110)可利用该温度控制护套36、溶剂清洗60、或两者，如先前所讨论的那样。
本发明的技术效果包括用以快速检测流体内的含硫量的硫检测系统。特别地，该硫检测系统可通过将硫沉积引入到暴露管路中来检测气体流的含硫量。从该气体流沉积的硫可改变该暴露管路的几何结构，从而导致通过该暴露管路的流量减小。此外，与该气体流隔离开的控制管路可形成与该暴露管路相比较的比较基础。该气体流的含硫量可随后通过将通过该控制管路和该暴露管路的相应的流量相比较而加以确定。与大型阀或基础设施相比，该暴露管路可具有较小的几何结构，从而导致相对快速的硫沉积和检测。上游或下游设备的运行状况可响应于检测到的含硫量进行调整，从而提高生产率并降低腐蚀率。例如，如果检测到的含硫量处于预定范围内，则上游或下游设备的温度可被提高以减少硫沉积量。
本说明书使用示例来公开包括最佳模式的本发明，并且也使本领域技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何包含的方法。本发明的可专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其它示例。这种其它示例旨在处于权利要求书的范围内，只要它们具有与该权利要求书的文字语言没有区别的结构元件，或者只要它们包括与该权利要求书的文字语言无实质区别的等效结构元件。

Claims (20)

1.一种污染物检测系统，包括：
流体路径，所述流体路径构造成使包括污染物浓度的流体流动；
计量仪，所述计量仪沿所述流体路径放置、并且构造成检测沿所述流体路径流动的所述流体的运行参数；和
多个流体管道，所述多个流体管道沿所述流体路径放置、并且形成多个中间流体路径，所述多个中间流体路径构造成使所述流体流动，其中，所述多个流体管道中的每一个流体管道都包括：
具有孔径的节流孔口，所述节流孔口构造成限制所述中间流体路径中的一个；
入口控制阀，所述入口控制阀放置在所述节流孔口的上游；和
出口控制阀，所述出口控制阀放置在所述节流孔口的下游；和
其中，所述多个流体管道包括控制管路和第一暴露管路，所述控制管路构造成与所述流体隔离开持续一定的时间周期，所述第一暴露管路构造成暴露于所述流体以使所述流体从中流过持续所述时间周期，并且所述污染物检测系统构造成至少利用所述运行参数和所述时间周期对所述污染物浓度进行估算。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述污染物包括硫。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述运行参数包括流量/流率、压力、或其组合。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个流体管道包括第二暴露管路，并且所述第二暴露管路构造成暴露于所述流体以使所述流体从中流过持续所述时间周期。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第一暴露管路和所述第二暴露管路构造成同时暴露于所述流体以使所述流体分别从中流过。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一暴露管路包括第一内径和具有第一孔径的第一节流孔口，并且所述第一孔径与所述第一内径的第一比率处于0.01与0.99之间。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述多个流体管道包括第二暴露管路，并且所述第二暴露管路构造成暴露于所述流体持续所述时间周期，所述第二暴露管路包括第二内径和具有第二孔径的第二节流孔口，并且所述第二孔径与所述第二内径的第二比率处于0.01与0.99之间，并且所述第一比率大于所述第二比率。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述计量仪包括科里奥利质量流量计、热式质量流量计、或其组合。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括：
过滤器，所述过滤器沿所述流体路径设置；
入口毛细歧管，所述入口毛细歧管设置在所述过滤器的下游、并且构造成将所述流体引导到所述中间流体路径中；
温度控制护套，所述温度控制护套沿所述流体路径设置、且在所述入口毛细歧管的下游，并且构造成选择性地加热或冷却所述多个流体管道；和
出口毛细歧管，所述出口毛细歧管沿所述流体路径放置且在所述中间流体路径的下游，并且所述出口毛细歧管构造成将来自所述中间流体路径的相应的流组合成沿所述流体路径的组合流。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述多个流体管道中的每一个流体管道都包括：
入口温度传感器，所述入口温度传感器放置在所述节流孔口的上游、并且构造成感测所述流体的上游温度；
入口压力传感器，所述入口压力传感器放置在所述节流孔口的上游、并且构造成感测所述流体的上游压力；和
出口压力传感器，所述出口压力传感器放置在所述节流孔口的下游并且构造成感测所述流体的下游压力，
所述污染物检测系统包括控制器，所述控制器通信地联接至所述多个流体管道的相应的所述入口温度传感器、所述入口压力传感器、和所述出口压力传感器，并且所述控制器构造成利用针对相应的中间流体路径感测到的至少所述上游温度、所述上游压力和所述下游压力来计算每一个中间流体路径内的所述流体的下游温度，并且所述控制器构造成调整所述温度控制护套以便将所述下游温度维持成低于温度阈值。
11.一种污染物检测方法，包括：
利用控制器从多个流体管道中选择控制管路和暴露管路；
利用计量仪检测用于所述控制管路和所述暴露管路的基准运行参数；
利用一个或多个控制阀将所述控制管路隔离开持续一定的时间周期；
利用所述一个或多个控制阀使所述暴露管路暴露持续所述时间周期；
利用所述计量仪检测通过所述控制管路的第一运行参数和通过所述暴露管路的第二运行参数；以及
至少部分基于所述第一运行参数、所述第二运行参数、所述基准运行参数、和所述时间周期来确定流体的污染物的浓度。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法包括维持适当的运行状况，包括：
利用一个或多个传感器来检测所述暴露管路内的所述流体相对于节流孔口的入口温度、入口压力、和出口压力；
利用所述控制器至少部分基于所述流体的所述入口温度、所述入口压力、和所述出口压力来计算出口温度；
利用所述控制器来确定所述出口温度是否高于温度阈值；以及
当所述出口温度高于所述温度阈值时，利用温度控制护套来降低所述入口温度。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述污染物包括硫或含硫化合物，并且所述温度阈值基于在所述入口压力、或所述出口压力、或两者的情况下所述硫或所述含硫化合物在所述流体内的溶解度。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，检测所述第一运行参数和所述第二运行参数包括：
利用所述一个或多个控制阀暴露出所述控制管路，并将所述暴露管路隔离开；
利用所述计量仪检测所述控制管路的所述第一运行参数；
利用所述一个或多个控制阀将所述控制管路隔离开，并暴露出所述暴露管路；以及
利用所述计量仪检测所述暴露管路的所述第二运行参数。
15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法包括通过利用温度控制护套来提高所述暴露管路内的所述流体的入口温度而使所述暴露管路再生。
16.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法包括当所述污染物的浓度高于阈值浓度时，采取校正动作，并且采取校正动作包括提高主要管线、燃气井口、燃气加工厂、或燃气涡轮发动机内的所述流体的上游温度。
17.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，确定所述污染物的浓度包括：
至少部分基于节流孔口的初始孔径、所述第二运行参数、和所述基准运行参数来计算所述暴露管路的所述节流孔口的有效孔径；以及
至少部分基于所述有效孔径和所述时间周期来使得所述有效孔径与所述污染物的浓度相互关联。
18.一种硫检测系统，包括：
流体路径，所述流体路径构造成使包括含硫量的流体流动；
流量计，所述流量计沿所述流体路径设置、并且构造成检测所述流体的流量；
控制管路，所述控制管路限定第一中间流体路径，其中，所述控制管路包括构造成限制所述第一中间流体路径的第一节流孔口、放置在所述第一节流孔口的上游的第一入口控制阀、和放置在所述第一节流孔口的下游的第一出口控制阀；
暴露管路，所述暴露管路限定第二中间流体路径，其中，所述暴露管路包括构造成限制所述第二中间流体路径并从所述流体中捕获硫的第二节流孔口、设置在所述第二节流孔口的上游的第二入口控制阀、和放置在所述第二节流孔口的下游的第二出口控制阀；以及
控制器，所述控制器通信地联接至所述第一入口控制阀、所述第二入口控制阀、所述第一出口控制阀和所述第二出口控制阀，其中，所述控制器构造成通过调整所述第一入口控制阀、所述第二入口控制阀、所述第一出口控制阀和所述第二出口控制阀来选择性地隔离开或暴露出所述控制管路和所述暴露管路；以及
其中，所述控制管路构造成与所述流体隔离开持续一定的时间周期，所述暴露管路构造成暴露于所述流体持续所述时间周期，并且所述控制器构造成至少部分基于所述流量和所述时间周期来确定所述流体的含硫量。
19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述系统包括温度控制护套，所述温度控制护套构造成加热或冷却所述控制管路、所述暴露管路、或两者，所述控制器构造成当所述流量低于流量阈值时，自动提高所述暴露管路的温度以便减少捕获在所述第二节流孔口上的硫。
20.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述控制器构造成：
基于与所述第二节流孔口相关的上游温度、上游压力、和下游压力来计算与所述第二节流孔口相关的下游温度；以及
基于所述上游温度、所述下游温度、所述上游压力和所述下游压力计算硫沉积量。
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