CN110383032A - 用于天然气的便携式水分分析仪 - Google Patents

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Abstract

提供了用于对天然气中的水分含量进行分析的方法、装置和系统。在一个实施方案中，提供了一种便携式水分分析仪系统，并且所述系统可包括水分分析仪和壳体。所述水分分析仪可包括可调谐二极管激光吸收光谱仪(TDLAS)和天然气样品调节系统。所述TDLAS可被配置来检测天然气样品内的水蒸气含量。所述样品调节系统可与所述TDLAS流体连通，并且可被配置来调节天然气样品的温度、流率和压力中的至少一者。所述壳体可被配置来将所述水分分析仪接收在其中并保护所述水分分析仪免受振动和/或冲击。

Description

用于天然气的便携式水分分析仪
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年12月27日提交的标题为“Portable Moisture Analyzer ForNatural Gas”的美国临时专利申请号62/439,273的权益，所述申请全文以引用方式并入。
背景技术
诸如水蒸气等水分可以是从地下抽取的天然气中发现的不期望的组分。在一方面，水蒸气可降低天然气的燃料值(由每单位质量的燃烧生成的能量)。在另一方面，水蒸气可冷凝成液体，并且所述液体可导致天然气抽取、运输和贮存设备的腐蚀。在另一方面，液态水可损坏利用天然气的设备，诸如涡轮机。由于这些原因，会期望限制天然气料流中存在的水蒸气浓度。
在一些情况下，标准做法是周期性地或连续地测量天然气料流在气体抽取系统的不同位置(诸如抽取位点、管道和贮存位点)处的水蒸气浓度，以验证这些位置处的天然气料流符合水蒸气含量限值。在一个实例中，可建立用于现场天然气测量的固定监测设施。在另一实例中，可获取天然气样品并将其运输至远程实验室进行分析。
发明内容
总体上，提供用于确定从气体源抽取的气体(并且特别是流经管道的天然气)的水分含量的装置、系统以及方法和装置。
在一个实施方案中，提供了一种便携式水分分析仪系统，并且所述系统可包括水分分析仪、内壳和外壳。水分分析仪可包括水分传感器、流体导管网络、样品调节系统和仪表板。水分传感器可被配置来检测气体样品内的水蒸气含量并输出包括表示检测到的水蒸气含量的数据的水分信号。流体导管网络可与水分传感器流体连通，并且流体导管网络可在入口与出口之间延伸。流体管道网络还可被配置来在入口处从气体源接收原始气体样品流。样品调节系统可包括沿流体导管网络定位在入口与水分传感器之间的一个或多个调节装置。调节装置可被配置来调整由流体导管网络接收的原始气体样品流的压力和流率中的至少一者并从原始气体样品流过滤出微粒和液体污染物，以向水分传感器提供经调节气体样品流。仪表板可包括相对的第一侧和第二侧。调节装置中的每一个和流体导管网络的一部分可安装在仪表板的第一侧上。内壳可限定一个或多个内壳腔体，所述内壳腔体的尺寸被设定来接收水分分析仪的包括水分传感器的一部分，并且内壳可耦接至仪表板的第一侧。外壳可限定外壳腔体，所述外壳腔体的尺寸被设定来接收内壳和水分分析仪。外壳和内壳可被配置来减弱穿过其传输至水分传感器的振动。
在另一实施方案中，外壳可包括底座和被配置来可逆地密封至所述底座的盖子。当盖子密封至底座时，外壳可以是基本上不透流体的。
在另一实施方案中，水分传感器可包括激光吸收光谱仪。所述光谱仪可包括可逆地可附接部分，所述可逆地可附接部分包括镜子。所述内壳还可包括延伸穿过侧壁的通道，所述通道的尺寸可被设定来用于接收可逆地可附接部分。所述光谱仪可定位在内壳内，使得可逆地可附接部分能够穿过通道触及。
在另一实施方案中，流体导管网络可包括形成入口部分、调节部分、传感器部分和出口部分的多根导管。所述入口部分可在入口与调节部分之间延伸，并且所述入口部分可安装在仪表板的第一侧上。所述调节部分可在入口部分与传感器部分之间延伸，并且所述调节部分可安装在仪表板的第一侧上。所述调节装置可沿调节部分定位。所述传感器部分可在调节部分与出口部分之间延伸。水分传感器可沿传感器部分定位。所述出口部分可在传感器部分与出口之间延伸，并且所述出口部分可安装在仪表板的第一侧上。
在另一实施方案中，入口部分可包括隔离阀，所述隔离阀被配置来在隔离控制接口的控制下调控水分分析仪内的原始流率。隔离控制接口能够从仪表板的第二侧触及。
在另一实施方案中，入口部分还可包括入口压力计，所述入口压力计被配置来测量原始气体样品流由调节部分接收之前的压力。入口压力计可安装至仪表板，并且可从仪表板的第二侧读取。
在另一实施方案中，所述一个或多个调节装置可包括分离器，所述分离器被配置来从原始气体样品流过滤出液体并提供具有小于阈值液体体积的液体含量的经过滤气体样品流。
在另一实施方案中，所述流体导管网络还可包括在第一调节装置与出口之间延伸的旁路部分。所述旁路部分可包括旁通阀。所述旁路部分可被配置来接收处于旁通流率的旁通流，所述旁通流包括从原始气体样品过滤出的液体。旁通阀可被配置来在能够从仪表板的第二侧触及的旁路控制接口的控制下调控旁通流率。
在另一实施方案中，分离器能够穿过仪表板的第二侧触及，以便从样品调节系统中移除。
在另一实施方案中，所述分离器可被配置来基本上抑制原始气体样品的流动，从而导致自进入调节部分开始的超过阈值压力降低的压降。
在另一实施方案中，一个或多个调节装置可包括插置在分离器与水分传感器之间的样品阀。样品阀可被配置来在样品控制接口的控制下调控经过滤气体样品流的流率。样品控制接口能够从仪表板的第二侧触及。样品阀可提供具有在预定流率范围内的流率的经调节气体样品流。
在另一实施方案中，流体导管网络可包括在入口部分与卸压出口之间延伸的卸压部分和沿所述卸压部分定位的卸压通气口。所述卸压通气口可被配置来允许原始气体在卸压控制接口的控制下从入口部分流动至卸压出口。卸压控制接口能够从仪表板的第二侧触及。
多根导管可包括形成入口部分、调节部分和出口部分的第一组导管和形成传感器部分的第二组导管。所述第二组导管的至少一部分的刚性可以比第一组导管小。
在另一实施方案中，便携式水分分析仪系统可包括温度传感器、压力传感器和控制器。温度传感器可被配置来输出温度信号，所述温度信号包括表示由水分传感器接收的经调节气体样品流的测量温度的数据。压力传感器可被被配置来输出压力信号，所述压力信号包括表示由水分传感器接收的经调节气体样品流的测量压力的数据。所述控制器可被配置来接收水分信号、温度信号和压力信号，并且基于所述接收的水分信号、温度信号和压力信号来确定经调节气体样品流的调整后水分含量。
在另一实施方案中，便携式水分分析仪系统的重量可小于或等于50磅。
还提供了一种水分含量分析的方法。在一个实施方案中，方法可包括：打开水分分析仪系统的可逆地可密封外壳以显露出仪表板。在另一实施方案中，所述方法可包括：将处于原始气体压力和原始气体流率的原始气体样品流从气体源提供至所述水分分析仪的定位在所述仪表板上的入口。在另一实施方案中，所述方法可包括：通过设置在外壳中的外壳腔体内的水分分析仪的样品调节系统来调整原始气体压力和原始气体流率中的至少一者以提供经调节气体样品流。样品调节系统的至少一部分可安装至水分分析仪的仪表板的第一侧，并且被配置来控制样品调节系统的一个或多个用户接口对象可安装至仪表板的第二侧。在另一实施方案中，所述方法可包括：通过水分分析仪的水分传感器从样品调节系统接收经调节气体样品。水分传感器可安装在安装至仪表板的第一侧的内壳中并且与所述内壳间隔开。外壳和内壳可被配置来减弱穿过其传输至水分传感器的振动。
在另一实施方案中，所述方法可包括：通过与水分传感器通信的控制器来接收水分信号、压力信号和温度信号，每个信号相应地包括表示由水分传感器接收的经调节气体样品流的水分含量、压力和温度的数据。所述方法还可包括：通过控制器基于所接收的水分信号、温度信号和压力信号来确定调整后水分含量。
在另一实施方案中，气体源可以是天然气管道。
在另一实施方案中，所述方法还可包括：在将原始气体样品流提供至水分分析仪的入口之前，将水分分析仪系统运输至气体管道的位点。所述便携式水分分析仪的重量可小于或等于50磅。
在另一实施方案中，水分传感器可包括光谱仪，所述光谱仪包括可逆地可附接部分，所述可逆地可附接部分包括镜子。所述内壳还可包括延伸穿过侧壁的通道，所述通道的尺寸可被设定来用于接收可逆地可附接部分。所述光谱仪可定位在内壳中，使得当内壳和水分分析仪在耦接在一起时从外壳移除时，可逆地可附接部分能够穿过通道触及。
附图说明
这些和其他特征将从结合附图进行的以下具体实施方式而得以更清楚了解，在附图中：
图1是包括便携式水分分析仪系统的操作环境的一个示例性实施方案的示意图；
图2是图1的便携式水分分析仪系统的一个示例性实施方案的透视分解图，所述便携式水分分析仪系统包括外壳、内壳和水分分析仪；
图3是示出图2的内壳和水分分析仪的透视分解图；
图4是示出图2的水分分析仪的仪表板的一个示例性实施方案的示意图；
图5是示出图2的水分分析仪的流体导管网络的一个示例性实施方案的示意图；
图6A是示出图1的便携式水分分析仪系统的另一示例性实施方案的顶视图；
图6B是示出图1的便携式水分分析仪系统的另一示例性实施方案的底视图；并且
图7是示出用于天然气样品的水分分析的方法的一个示例性实施方案的流程图。
应注意，附图不一定按比例绘制。附图意图仅描绘本文所公开的主题的典型方面，并且因此不应视为限制本公开的范围。
具体实施方式
诸如水蒸气等水分可以是从地下抽取的天然气中发现的不期望的组分。会期望测量所抽取天然气的水分含量以确保所述水分含量不超过特定限值。水分含量测量可涉及从天然气料流(例如，从管道)中取出天然气样品、对天然气样品进行调节，以及向分析仪提供经调节的天然气样品以确定其水分含量。调节可将天然气样品的一个或多个参数(诸如流率、压力和温度)调整至适合于分析仪的安全操作的预定范围内，并且确保在标称相同的条件下对不同样品的水分含量进行测量。然而，一些现有的测量方法，诸如固定的现场设施和将天然气样品运输至远程实验室设施是有问题的。在一个实例中，建立和操作固定设施的成本可能是很高的。在另一实例中，运输天然气样品可能是耗时的并且伴随样品污染的风险。当要在远程位置(诸如管道)处测量天然气样品时，这些挑战会进一步放大。因此，提供了便携式水分分析仪系统及其使用方法。便携式水分分析仪系统可包括水分传感器和样品调节系统，其具有独立的形状因数并且容纳在保护壳体内。保护壳体可被配置来保护水分传感器和样品调节系统免受振动和冲击，从而有利于在天然气管道上从一个测试点运输至另一个测试点，同时并发防护样品调节功能性、安全性、测量速度和测量精度。
下文在测量从管道接收的天然气样品的水蒸气含量的环境下讨论便携式水分分析仪系统的实施方案。然而，所公开的实施方案可用于从任何气体源接收的气体样品的测量。进一步，所公开的实施方案可被配置来测量除水蒸气之外的天然气样品中的痕迹量级的污染物而不受限制。
图1示出操作环境100的一个示例性实施方案，所述操作环境100包括被配置来测量包含在管道106内的天然气流104的水分含量的便携式水分分析仪系统102。管道106可包括端口108，所述端口108被配置来使得从管道中抽取天然气流的流，被称为原始天然气样品流或原始样品流104r。便携式水分分析仪系统102可包括外壳110、内壳112和水分分析仪114。如下文详细讨论的，外壳110可以可逆地密封并且被配置来包含内壳112和水分分析仪114，而内壳112也可耦接至水分分析仪114的一部分。
在使用之前，便携式水分分析仪系统102可被运输至指定的管道位置，而外壳110处于密封状态。在运输期间，外壳110可保护水分分析仪114免受环境影响。在某些实施方案中，当处于密封状态时，外壳110可提供IP66等级的进入防护，如国际标准EN 60529(例如，英国BS EN 60529：1992，欧洲IEC 60509：1989)所定义。IP66防护等级表示足以保护免受可能破坏电气设备的灰尘的入侵防护和足以保护免受各个方向的低压水射流的水分防护。外壳110和内壳112可进一步保护水分分析仪114免受运输期间遇到的振动和冲击。
在使用时，外壳110可打开以便提供通向水分分析仪114的通路。管道106可放置成与水分分析仪114流体连通(例如，通过导管)以提供原始样品流104r。在接收到原始样品流104r时，水分分析仪114可调节原始样品流的流率、压力和温度中的一者或多者以提供经调节样品流。随后可对所述经调节样品流进行分析以确定其水分含量。
图2是便携式水分分析仪系统200的一个示例性实施方案的透视分解图，在分解图中示出外壳202、内壳204和水分分析仪206。如图所示，外壳202形成为类似行李箱的形状因数，其具有在铰链214处可枢转地附接至底座212的盖子210。底座212可限定外壳腔体216，所述外壳腔体216的尺寸被设定为接收内壳204和水分分析仪206。盖子210可在允许触及水分分析仪206的打开位置与盖子210与底座212可形成密封的闭合位置之间枢转。在某些实施方案中，密封可以是由盖子210和底座212的相应面之间的接触形成的基本上不透流体的密封，所述密封可抑制流体和/或灰尘穿过外壳202进入。外壳202可包括附接机构220，诸如扣钩、闩锁等，以便在盖子210闭合时有利于外壳202的密封。
外壳202可由被配置来保护水分分析仪免受物理损坏的材料形成。作为一个实例，外壳202可由相对坚固且耐损坏的材料形成，诸如金属、塑料等。在示例性实施方案中，外壳202可以是PelicanTM箱子(Pelican Products,Inc.,Torrance CA)。然而，在另选的实施方案(未示出)中，外壳可采用其他形状因数而不受限制。
图3是示出内壳204和水分分析仪206的透视分解图。水分分析仪206可包括仪表板300、流体导管网络302、样品调节系统304和水分传感器306。如下文更详细讨论的，样品调节系统304和流体导管网络302的一部分可安装至仪表板300的第一侧300a，以改进水分分析仪206的抗振性和抗冲击性。用于控制水分分析仪206的用户接口还可安装至仪表板300的与第一侧300a相对的第二侧300b。
内壳204可安装至仪表板300的第一侧300a并且包封水分分析仪206的至少一部分(例如，流体导管网络302、样品调节系统304和水分传感器306)。因此，当水分分析仪206和内壳204放置在外壳202内时，水分分析仪206可基本上与振动和冲击隔离。内壳204可具有适于包封水分分析仪206的至少一部分并且用于安置在外壳202内的任何形状。
在示例性实施方案中，内壳204可由一层或多层泡沫形成。可针对一种或多种功能特性来选择泡沫。在一方面，泡沫可以是阻燃的(例如，自动灭火)。作为一个实例，泡沫可具有预定可燃性等级(例如，UL 94 5VA)。在另一方面，泡沫可以是抗静电的和/或抗静电放电(ESD)。再一方面，内壳204可被配置来限制可燃气体泄漏的自由体积，从而最小化可燃性危害并且增强便携式水分分析系统的安全性。合适的泡沫材料包括例如交联聚乙烯。在某些实施方案中，泡沫的这些特征或其他特征可允许便携式水分分析仪系统200符合由国家消防协会定义的Class 1Division 2/Zone 2危险区域认证(例如，NFPA 70：国家电气规程[NEC]，2017版)和/或编写入联邦注册规程(CFR)1910.399的第29编。也就是说，便携式水分分析系统200的实施方案可被认证用于在故障期间包含可点燃等级的可燃/爆炸性气体的环境中。
在另一方面，泡沫可具有预定机械特性，其被配置成在处于相对轻质的情况下吸收冲击和振动。如下文讨论的，便携式水分分析系统200的实施方案可被配置成重量小于或等于约50磅，即美国职业健康与安全管理局(OSHA)规定的单人升力限值。
如图3所示，内壳204可包括四个层310、312、314、316。第一层310可邻近仪表板300定位，并且第一层310可包括第一内壳腔体310c。第一内壳腔体310c可延伸穿过第一层310的厚度，并且第一内壳腔体310c的尺寸可被设定来通过其接收流体导管网络302和样品调节系统304。第二层312可邻近第一层310定位，并且第二层312可包括一个或多个第二内壳腔体312c。第二内壳腔体312c的尺寸可被设定来安置流体导管网络302和样品调节系统304的一部分。
如图3所示，水分传感器306可插置在第二层312与第三层314之间。第三层314可邻近第二层312定位，并且第三层314可包括一个或多个第三内壳腔体314c。第三壳内腔体314c的尺寸可被设定来安置水分传感器306的一部分(例如，下部)。第二层312可包括在与包含第二内壳腔体312c的相反的面上的另外的内壳腔体(未示出)，并且第三层314的这些另外的内壳腔体可被配置来安置水分传感器306的另一部分(例如，上部)。第四层316可邻近第三层314并且与第二层312相反定位。
在某些实施方案中，水分传感器306可具有可调谐二极管激光吸收光谱仪(TDLAS)的形式。在2016年3月18日提交的标题为“Fluid Analyzer Absorption Cell”的美国临时专利申请号62/310,333中详细讨论了TDLAS水分传感器的实施方案，其全部内容以引用方式并入本文。简而言之，TDLAS可在吸收单元内接收天然气样品并使具有不同波长的激光通过天然气样品。TDLAS在一端处可包括镜子，所述镜子被配置来反射光以便增加光的路径长度并且改进TDLAS的灵敏度。可测量在不同波长下吸收的光量以生成吸收光谱，并且可标识对应于水分和天然气的测量的吸收光谱内的峰值。根据比尔定律，由天然气样品吸收的光量可与光的路径中存在的水蒸气量成比例，从而提供水分含量的直接测量值，所述测量值由TDLAS输出的呈一个或多个信号形式的数据表示。
TDLAS的实施方案可提供优于其他水分传感器的许多优点。在一方面，因为TDLAS采用光来测量天然气样品的水分含量，所以TDLAS可非常快速地测量天然气样品的水分浓度的变化。在另一方面，TDLAS的响应时间可仅受到天然气样品行进穿过流体导管网络到达TDLAS所需的时间的限制。作为一个实例，TDLAS的响应时间可小于约10秒。在另一方面，TDLAS的校准可在延长的时间段(例如，数年)内保持稳定，从而避免了可能存在的氧化铝水分探针频繁校准的需要。再一方面，TDLAS不需要微差测量(例如，使用洗涤器除去水分含量)，如在基于石英晶体微量天平(QCM)的分析仪中发现的那样。在另一方面，当采用TDLAS来测量经调节样品流时，如下文详细讨论的，TDLAS可提供每份百万份体积(PPMv)水平的精度和可重复性。所述精度和可重复性水平可相当于最先进的固定的现场和实验室分析仪。
图4是示出仪表板300的示例性实施方案的示意图，并且结合图5中示出的流体导管网络302的实施方案进行讨论。如图所示，流体导管网络302可包括能够从仪表板300的第二侧300b进入的入口500i和出口500o。入口500i和出口500o各自可被配置来通过仪表板300处的流体管线(未示出)流体地耦接至气体源，诸如天然气管道。入口500i和出口500o还可进一步采用快速连接/快速释放机构以有利于耦接至气体源。
流体导管网络302可包括从入口500i延伸至出口500o的多根导管，并且所述导管可形成入口部分502、调节部分504、传感器部分506和出口部分510。流体导管网络302的至少一部分可安装至仪表板300的第一侧300a，并且如下文详细讨论的，各种流控制阀可沿流体导管网络302定位以用于调控穿过其的天然气流。所述阀可由能够从仪表板300的第二面触及的接口进一步控制。
流体导管网络302的入口部分502可在入口500i与调节部分504之间延伸，并且它可安装在仪表板300的第一侧300a上。如图所示，入口部分502包括隔离阀512，所述隔离阀512被配置来在能够从仪表板300的第二侧300b触及的隔离控制接口512i的控制下允许或抑制原始样品流104r流过入口部分502。在某些实施方案中，隔离控制接口512i可以是耦接至隔离阀512的可旋转旋钮。
入口部分502还可包括与入口压力计514流体连通的接合部(接头)J。入口压力计514可被配置来测量原始样品流104r在由调节部分504接收之前的压力。入口压力计514还可安装至仪表板300，并且入口压力计514可从仪表板300的第二侧300b读取。如此配置，用户可使用入口压力计514监测从气体源进入水分分析仪206的原始样品流104r的入口压力，并且用户可使用隔离控制接口512i接通或断开原始样品流104r。
调节部分504可在入口部分502与传感器部分506之间延伸，并且它可安装在仪表板300的第一侧300a上。样品调节系统304的一个或多个调节装置可沿调节部分504定位，以用于对原始样品流104r进行调节。在一个实施方案中，所述一个或多个调节装置可包括分离器516，所述分离器516被配置来从原始样品流104r过滤出液体并提供具有小于阈值液体体积的液体含量的经过滤样品流520f。在某些实施方案中，分离器516可包括膜过滤器516m以过滤掉气体样品中的微粒污染物，并且膜过滤器516m能够穿过仪表板300的第二侧300b触及以进行维修，诸如移除、更换和修理。
流体导管网络302可以可选地包括在分离器516与出口500o之间延伸的旁路部分522。旁路部分522可被配置来接收处于旁通流率的旁通流104b，所述旁通流104b包括从原始样品流104过滤出的液体。旁路部分522还可包括旁通阀524，所述旁通阀524被配置来在能够从仪表板300的第二侧300b触及的旁路控制接口524i的控制下调控旁通流率。
分离器516还可被配置来基本上抑制原始样品流104r的流动，从而导致自进入调节部分504开始的超过阈值压力降低的压降。作为一个实例，膜过滤器516m可被配置来在原始样品流104r导致超过阈值压降的压力降低时阻止通过所述膜过滤器。
一个或多个调节装置还可包括插置在分离器516与水分传感器306之间的样品阀526。样品阀526可被配置来在能够从仪表板300的第二侧300b触及的样品控制接口526i的控制下调控经过滤样品流的流率。以这种方式，可向水分传感器306提供具有在预定流率范围内的流率的经调节样品流520c。此外，旁通阀524和样品阀526可提供对旁通流104b和经调节样品流520c的流率的独立控制，使得可调控经调节样品流520c的压力以实现预定压力范围或目标(例如，大约1atm.)。
流体导管网络302还可包括在接合部J与卸压出口532之间延伸的卸压部分530。卸压部分530可包括卸压通气口534，所述卸压通气口534被配置来在能够从仪表板300的第二侧300b触及的卸压控制接口534i的控制下允许原始样品流104r从入口部分502流动至卸压出口532。在某些实施方案中，卸压控制接口534i可以是按钮或旋钮。在某些实施方案中，卸压阀534可以是止回阀，其被配置来在入口压力超过预定值(例如，约50psig)时自动打开。如此配置，可避免入口部分502的意外过度增压。
传感器部分506可在调节部分504与出口部分510之间延伸，并且水分传感器306可沿传感器部分506定位。如上文讨论的，水分传感器306可以是TDLAS，并且它可被配置来检测经调节样品流内的水蒸气含量，并且输出包括表示测量的水蒸气含量的数据的水分信号536m。与流体导管网络302的其他部分(例如，502、504、510)相反，传感器部分506的部分或全部可远离仪表板300。所述配置可反映出水分传感器306没有安装至仪表板300，而是嵌入在内壳204内以进行振动隔离。为了进一步有利于水分传感器306的振动隔离，传感器部分506的导管的至少一部分可由比形成流体导管网络的其他部分502、504、510的导管的材料更柔顺的材料形成。作为一个实例，形成入口部分502、调节部分504和出口部分510的导管可由钢或钢合金(例如，诸如316L SS的不锈钢合金)形成，而传感器部分506的相对柔性导管528可由衬塑料(PTFE)的不锈钢编织软管组件形成。也可考虑具有相对刚性和柔性机械特性的其他材料。
传感器部分506还可包括一个或多个另外的传感器。在一方面，传感器部分可包括被配置来输出温度信号的温度传感器T，所述温度信号包括表示由水分传感器306接收的经调节样品流520c的测量温度的数据。温度传感器T可与水分传感器306热连通，以用于测量经调节样品流520c的温度。在另一方面，传感器部分506可包括被配置来输出压力信号536p的压力传感器P，所述压力信号536p包括表示由水分传感器306接收的经调节样品流520c的测量压力的数据。压力传感器P可与水分传感器306液压连通，以用于测量经调节样品流520c的压力。
出口部分510可在传感器部分506与出口500o之间延伸，并且出口部分510可安装在仪表板300的第二侧300b上。在某些实施方案中，流量计540可定位在出口500o之前的出口部分510内，以用于测量经调节样品流520c的流率。作为一个实例，流量计540可以是质量流量计。有利地，与转子流量计相比，质量流量计能够对取向不敏感，从而允许便携式水分分析仪系统200以任何取向安装。
参考可手动致动的阀，对上文阀的实施方案进行了讨论。然而，在另选的实施方案中，具有其他致动和控制机构的阀能够不受限制地被采用，诸如电子控制阀。
在另外的实施方案中，水分分析仪206还可包括用于采集、分析、存储和/或传达传感器测量值的电子器件。在一方面，水分分析仪206可包括安装至仪表板300的第二侧300b的控制器542。控制器542可与水分传感器306、压力传感器P、温度传感器T通信。控制器542可被配置来接收水分信号536m。在某些实施方案中，控制器542可包括处理器、存储器和/或执行指令所必需的其他部件，所述指令能够根据水分信号536m确定水分含量。
总体上，对水分信号536m的分析能够假设标准温度和压力的条件(例如，温度约25℃并且压力约1atm.)。在经调节样品流520c的温度和压力偏离标准温度和压力的情况下，此类偏差会给水分含量测量值带来误差。因此，控制器542还可被配置来接收压力信号536p和温度信号536t，并且控制器542还可基于测量温度和压力生成调整后的水分含量测量值。
控制器542还可与一个或多个人机接口(HMI)(诸如显示器544(例如诸如LCD的数字显示器))、输入端/输出端546(例如模拟或数字)、键盘548和网络连接550(例如串行RS-232/RS-485、以太网)通信。压力、温度和水分含量的测量值可传输至这些接口中的任何一个，以便进一步显示或存储。在一些情况下，用户可按照提供的测量值行事，以改变或改进系统。
仪表板300的另外的实施方案可被配置来从电源接收电力，以用于操作水分分析仪的电部件。在某些实施方案中，仪表板300可包括用于从电源(诸如AC电源、DC电源(例如汽车电源)、太阳能电源等)接收电力的功率输入连接器552。在其他实施方案中，所述电源可以是电池554。作为一个实例，电池554可以是可再充电电池(例如锂离子电池)，所述电池可使便携式水分分析仪系统在需要充电前的预定时间量内(例如约10小时)无需从电源充电即可操作。电池554的实施方案可被配置成从电源(诸如AC电源、DC电源(例如汽车电源)、太阳能电源等)充电。电池554的实施方案还可被配置成从仪表板300上移除，以有利于遵守航空货物运输规则和现场更换。如图4所示，仪表板300还可包括充电进度、充电完成、剩余电池寿命(未示出)的指示器556(例如灯)。功率接口560(例如开关)可控制水分分析仪206的供电状态(例如关或开)。
仪表板300还可被配置来使水分分析仪206在脱机或使用中时进行维修。在一方面，仪表板300可包括手柄400，以有利于从外壳202和/或内壳204移除水分分析仪206。在另一方面，如上文讨论的，可将电池554和/或分离器516从水分分析仪206中移除。作为一个实例，分离器516可包括可移除的封口，所述封口安装在仪表板300的第二侧300b上，其可允许触及膜过滤器516m。封口的移除能够允许膜过滤器516m被更换。
在进一步实施方案中，水分传感器306可被配置来允许光学部件(诸如TDLAS单元的端镜)的清洗和/或更换，如美国临时申请号62/310,333中讨论的。总体上，原始样品流104r中含有的微量液体和/或固体污染物可穿过分离器516，并且随着时间的推移，它们可沉积在TDLAS吸收单元的镜子上，部分或全部堵塞镜子。所述镜子可附接至水分分析仪206的可逆地可附接部分320，并且内壳204可包括延伸穿过侧壁的通道322，所述通道322的尺寸被设定来用于接收可逆地可附接部分320。如图3所示，通道322被分成在第二层312内形成的第一通道部分322a和在第三层314内形成的第二通道部分322b。TDLAS样品吸收单元可位于内壳204内，使得可逆地可附接部分320能够穿过通道322触及。以这种方式，可逆地可附接部分320可与TDLAS吸收单元分离，通过通道322从内壳204上移除、清洗并且重新附接至TDLAS。
图6A至图6B是示出包括外壳602的便携式水分分析仪系统600的另一实施方案的顶部视图和底部视图的示意图。为了使得安装至仪表板300的某些部件能够在无需打开外壳602的情况下可视化和/或触及，便携式水分分析仪系统600能够相对于便携式水分分析仪系统200进行修改。因为类似于外壳202，外壳602可提供防止微粒和/或液体进入的密封，所以可采用便携式水分分析仪系统600现场进行长时间段(例如，小时、天、月、周等)的水分含量测量，而无需用户在场。
如图6A所示，便携式水分分析仪系统600的顶部表面602a可包括显示端口604(例如基本上透明的窗口)，从而允许显示器544和键盘548的可视化。在某些实施方案中，可移除显示器端口604以触及显示器544和键盘548。在其他实施方案中，显示器544和/或键盘548可被配置用于非接触式致动(例如磁)，从而允许用户与显示器544和/或键盘548交互而无需移除显示端口604或打开外壳602。
如图6B所示，便携式水分分析仪系统600的底部表面602b可包括功率输入连接器606、功率接口610、入口612i、出口612o和隔离控制接口614i。这些部件中的每一个可类似于便携式水分分析仪系统600中的它们的对应部分(例如功率输入连接器552、功率接口560、入口500i、出口500o和隔离控制接口512i)进行操作。
图7是示出用于天然气样品的水分分析的方法700的示例性实施方案的流程图。结合便携式水分分析仪系统200、600两者之一，可采用下文描述的方法700。
在操作702中，打开水分分析仪系统的可逆地可密封外壳以显露出仪表板。在某些实施方案中，外壳可包括盖子和底座，并且可通过移动盖子来打开外壳。
在操作704中，可将处于原始气体压力和原始气体流率的原始天然气样品流从天然气源提供到水分分析仪的定位在仪表板上的入口。
在操作706中，可调整原始样品流的原始气体压力和原始气体流率中的至少一者以提供经调节样品流。作为一个实例，原始样品流可通过设置在外壳中的外壳腔体内的水分分析仪的样品调节系统来调整。样品调节系统的至少一部分可安装至水分分析仪的仪表板的第一侧，并且被配置来控制样品调节系统的一个或多个用户接口对象可安装至仪表板的第二侧。
在操作710中，水分传感器可从样品调节系统接收经调节天然气样品。水分传感器可安装在安装至仪表板的第一侧的内壳中并且与所述内壳间隔开。外壳和内壳可被配置来减弱穿过其传输至水分传感器的振动和/或冲击。
通过非限制性实例，本文所描述的方法、系统和装置的示例性技术效应可包括运输网络内的天然气的便携式水分分析。在一方面，所公开的便携式水分分析仪系统的实施方案可在水分含量测量之前提供天然气样品的调节。所述调节可提供精确且可重复的水分含量测量。在另一方面，所公开的便携式水分分析仪系统的实施方案可以是独立的并且足够坚固，以便在天然气运输/贮存网络(例如，管道)上从一个测试点运输至另一测试点。作为一个实例，便携式水分分析仪系统可能够承受运输振动和冲击，同时防护样品调节功能性、光学校准和安全性。在另一方面，用户输入端和控件可安装至仪表板上以便于触及，同时将振动敏感的光学部件和电子器件浸没在减振和阻燃材料(例如，泡沫)中以提高抗振动性和抗冲击性。
本文所描述的主题，包括本说明书中公开的结构装置及其结构等同形式或者它们的组合可在模拟电子电路、数字电子电路和/或计算机软件、固件或硬件中实现。本文所描述的主题可以实现为一个或多个计算机程序产品，诸如有形地体现在信息载体中(例如，在机器可读存储装置中)或者体现在传播信号中的一个或多个计算机程序，以供数据处理设备(例如，可编程处理器、计算机或多个计算机)执行或控制所述数据处理设备的操作。计算机程序(也称为程序、软件、软件应用程序或代码)可以任何形式的编程语言来书写，所述编程语言包括编译或解释语言，并且它可以任何形式来部署，所述形式包括作为独立程序或作为模块、部件、子例程或适合在计算环境中使用的其他单元。计算机程序不一定对应于文件。程序可存储在保存其他程序或数据的文件的一部分中、存储在专用于所讨论程序的单个文件中，或存储在多个协调文件(例如，存储一个或多个模块、子程序或代码的部分的文件)中。计算机程序可被部署成在一个计算机上或在多个计算机上执行，所述多个计算机位于一个位点处或者跨多个位点分布并且通过通信网络互连。
本说明书中所描述的过程和逻辑流程，包括本文所描述的主题的方法步骤可由一个或多个可编程处理器执行，所述一个或多个可编程处理器执行一个或多个计算机程序以通过对输入数据进行操作并生成输出来执行本文所描述的主题的功能。所述过程和逻辑流程也可由专用逻辑电路(例如，FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路))执行，并且本文所描述的主题的设备也可被实现为专用逻辑电路。
适用于执行计算机程序的处理器包括(通过举例)通用和专用两种微处理器，以及任何种类的数字计算机的任何一个或多个处理器。总体上，处理器将从只读存储器或随机存取存储器或两者接收指令和数据。计算机的基本元件是用于执行指令的处理器，以及用于存储指令和数据的一个或多个存储器装置。总体上，计算机还将包括用于存储数据的一个或多个大容量存储装置(例如，磁盘、磁光盘、或光盘)，或可操作地耦接至从其接收数据、或向其传送数据、或进行两者。适用于体现计算机程序指令和数据的信息载体包括所有形式的非易失性存储器，包括(通过举例)半导体存储器装置(例如，EPROM、EEPROM和闪存存储器装置)；磁盘(例如，内部硬盘或可移动磁盘)；磁光盘；以及光盘(例如CD和DVD盘)。处理器和存储器可由专用逻辑电路补充或并入在专用逻辑电路中。
为了提供与用户的交互，可在计算机上实现本文所描述的主题，所述计算机具有用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或LCD(液晶显示器)监视器)以及键盘和指向装置(例如，鼠标或跟踪球)，用户可借此向计算机提供输入。也可使用其他种类的装置来提供与用户的交互。例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的感官反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈)，并且来自用户的输入(包括声音、语音或触觉输入)可以任何形式接收。
本文所描述的实施方案可使用一个或多个模块来实现。如本文所用，术语“模块”是指计算软件、固件、硬件和/或其各种组合。然而，在最低程度上，模块不应被解释为未在硬件、固件上实现或记录在非暂时性处理器可读可记录存储介质上的软件(即，模块本身不是软件)。实际上，“模块”将被解释为总是包括至少某种物理的、非暂时性的硬件，诸如处理器或计算机的一部分。两个不同的模块可共享相同的物理硬件(例如，两个不同的模块可使用相同的处理器和网络接口)。可组合、集成、分离和/或复制本文所描述的模块以支持各种应用。此外，本文描述为在特定模块处执行的功能可在一个或多个其他模块处和/或由一个或多个其他装置实行，代替在特定模块处执行的功能或者除了在特定模块处执行的功能之外。此外，模块可跨多个装置和/或彼此本地或远程的其他部件来实现。另外，模块可从一个装置移动并添加至另一装置，和/或可包括在两个装置中。
可在计算系统中实现本文所描述的主题，所述计算系统包括后端部件(例如，数据服务器)、中间件部件(例如，应用程序服务器)，或前端部件(例如，具有用户可通过其与本文所描述的主题的实现方案进行相互作用的图形用户接口或网络浏览器的客户端计算机)，或这种后端、中间件或前端部件的任何组合。所述系统的部件可通过任何数字数据通信形式或介质(例如，通信网络)来互连。通信网络的实例包括局域网(“LAN”)和广域网(“WAN”)，例如互联网。
如贯穿本说明书和权利要求中所使用的近似语言可用于修饰可允许变化而不造成与其相关的基本功能的改变的任何定量表达。因此，由一个或多个术语，诸如“约”、“近似”和“基本上”修饰的值不限于指定的精确值。至少在某些情况下，近似语言可对应于用于测量所述值的仪器的精确度。这里并且贯穿说明书和权利要求，除非上下文或语言另外指明，否则范围限制可组合和/或互换，此类范围被标识并且包括其中包含的所有子范围。
将描述某些示例性实施方案以提供对本文公开的系统、装置和方法的结构、功能、制造和使用的原理的全面理解。已经在附图中示出这些实施方案的一个或多个实例。本领域技术人员应当理解本文所详细描述的并在附图中示出的系统、装置和方法是非限制的示例性实施方案，并且本发明的范围仅由权利要求限定。结合一个示例性实施方案来示出或描述的特征可与其他实施方案的特征进行组合。此类修改和变型意图包括在本发明的范围内。进一步，在本公开中，实施方案的命名类似的部件总体具有类似的特征，并且因此在特定实施方案中，不一定对每个命名类似的部件的每个特征进行全面阐述。
本领域的技术人员将基于上述实施方案来理解本公开的进一步的特征和优点。因此，除了如所附权利要求所指出的内容之外，本申请不受已具体示出并描述的内容的限制。本文所引用的所有公布和参考文献均以引用的方式全部明确地并入本文。

Claims (21)

1.一种便携式水分分析仪系统，其包括：
水分分析仪，所述水分分析仪包括，
水分传感器，所述水分传感器被配置来检测气体样品内的水蒸气含量，并输出包括表示所述检测到的水蒸气含量的数据的水分信号，
流体导管网络，所述流体导管网络与所述水分传感器流体连通并在入口与出口之间延伸，其中所述流体导管网络被配置来在所述入口处接收处于原始流率的来自样品气体源的原始气体样品流；
样品调节系统，所述样品调节系统包括一个或多个调节装置，所述一个或多个调节装置沿所述流体导管网络定位在所述入口与所述水分传感器之间，其中所述调节装置被配置来调整由所述流体导管网络接收的原始气体样品流的压力和流率中的至少一者，并从所述原始气体样品流过滤出微粒和液体污染物以向所述水分传感器提供经调节气体样品流，以及
仪表板，所述仪表板包括相对的第一侧和第二侧，其中所述调节装置中的每一个和所述流体导管网络的一部分安装在所述仪表板的所述第一侧上，
内壳，所述内壳限定一个或多个内壳腔体，所述一个或多个内壳腔体的尺寸被设定来接收所述水分分析仪的包括所述水分传感器的部分，其中所述内壳耦接至所述仪表板的所述第一侧；以及
外壳，所述外壳限定外壳腔体，所述外壳腔体的尺寸被设定来接收所述内壳和所述水分分析仪；
其中所述外壳和所述内壳被配置来减弱穿过其传输至所述水分传感器的振动。
2.如权利要求1所述的便携式水分分析仪系统，其中所述外壳包括底座和盖子，所述盖子被配置来可逆地密封至所述底座，并且其中当所述盖子密封至所述底座时，所述外壳是基本上不透流体的。
3.如权利要求1所述的便携式水分分析仪，其中所述水分传感器包括激光吸收光谱仪。
4.如权利要求3所述的便携式水分分析仪，其中所述光谱仪包括可逆地可附接部分，所述可逆地可附接部分包括镜子，其中所述内壳还包括延伸穿过侧壁的通道，所述通道的尺寸被设定用于接收所述可逆地可附接部分，并且其中所述光谱仪定位在所述内壳内，使得所述可逆地可附接部分能够穿过所述通道触及。
5.如权利要求1所述的便携式水分分析仪，
其中所述流体导管网络包括形成入口部分、调节部分、传感器部分和出口部分的多根导管；
其中所述入口部分在所述入口与所述调节部分之间延伸，并且安装在所述仪表板的所述第一侧上；
其中所述调节部分在所述入口部分与所述传感器部分之间延伸，并且安装在所述仪表板的所述第一侧上，并且其中所述调节装置沿所述调节部分定位；
其中所述传感器部分在所述调节部分与所述出口部分之间延伸，并且其中所述水分传感器沿所述传感器部分定位；并且
其中所述出口部分在所述传感器部分与所述出口之间延伸，并且安装在所述仪表板的所述第一侧上。
6.如权利要求5所述的便携式水分分析仪，其中所述入口部分包括隔离阀，所述隔离阀被配置来在能够从所述仪表板的所述第二侧触及的隔离控制接口的控制下调控所述水分分析仪内的所述原始流率。
7.如权利要求5所述的便携式水分分析仪，其中所述入口部分还包括入口压力计，所述入口压力计被配置来测量所述原始气体样品流在由所述调节部分接收之前的压力，并且其中所述入口压力计安装至所述仪表板并且能够从所述仪表板的所述第二侧读取。
8.如权利要求5所述的便携式水分分析仪系统，其中所述一个或多个调节装置包括分离器，所述分离器被配置来从所述原始气体样品流过滤出液体并提供具有小于阈值液体体积的液体含量的经过滤气体样品流。
9.如权利要求8所述的便携式水分分析仪系统，其中所述流体导管网络还包括具有旁通阀的旁路部分，所述旁路部分在所述第一调节装置与所述出口之间延伸，其中所述旁路部分被配置来接收处于旁通流率的旁通流，所述旁通流包括从所述原始气体样品过滤出的液体，并且所述旁通阀被配置来在能够从所述仪表板的所述第二侧触及的旁路控制接口的控制下调控所述旁通流率。
10.如权利要求8所述的便携式水分分析仪系统，其中所述分离器能够穿过所述仪表板的所述第二侧触及，以便从所述样品调节系统移除。
11.如权利要求8所述的便携式水分分析仪系统，其中所述分离器还被配置来基本上抑制原始气体样品的流动，从而导致自进入所述调节部分开始的超过阈值压力降低的压降。
12.如权利要求8所述的便携式水分分析仪，
其中所述一个或多个调节装置包括样品阀，所述样品阀插置在所述分离器与所述水分传感器之间，并且
其中所述样品阀被配置来在能够从所述仪表板的所述第二侧触及的样品控制接口的控制下调控所述经过滤气体样品流的流率，以提供具有在预定流率范围内的流率的经调节气体样品流。
13.如权利要求5所述的便携式水分分析仪系统，其中所述流体导管网络还包括在所述入口部分与卸压出口之间延伸的卸压部分和沿所述卸压部分定位的卸压通气口，并且其中所述卸压通气口被配置来允许所述原始气体在能够从所述仪表板的所述第二侧触及的卸压控制接口的控制下从所述入口部分流动至所述卸压出口。
14.如权利要求5所述的便携式水分分析仪，其中所述多根导管包括形成所述入口部分、所述调节部分和所述出口部分的第一组导管和形成所述传感器部分的第二组导管，并且其中所述第二组导管的至少一部分的刚性比所述第二组导管小。
15.如权利要求1所述的便携式水分分析仪，其还包括：
温度传感器，所述温度传感器被配置来输出温度信号，所述温度信号包括表示由所述水分传感器接收的经调节气体样品流的测量温度的数据；
压力传感器，所述压力传感器被配置来输出压力信号，所述压力信号包括表示由所述水分传感器接收的经调节气体样品流的测量压力的数据；以及
控制器，所述控制器被配置来，
接收所述水分信号、所述温度信号和所述压力信号，并且
基于所述接收的水分信号、所述温度信号和所述压力信号来确定所述经调节气体样品流的调整后水分含量。
16.如权利要求1所述的便携式水分分析仪，其中所述便携式水分分析仪系统的重量小于或等于50磅。
17.一种水分分析的方法，其包括：
打开水分分析仪系统的可逆地可密封外壳以显露出仪表板；
将处于原始气体压力和原始气体流率的原始气体样品流从气体源提供至所述水分分析仪的定位在所述仪表板上的入口；
通过设置在所述外壳内的外壳腔体内的水分分析仪的样品调节系统来调整所述原始气体压力和所述原始气体流率中的至少一者，以提供经调节气体样品流，其中样品调节系统的至少一部分安装至所述水分分析仪的仪表板的第一侧，并且被配置来控制所述样品调节系统的一个或多个用户接口对象安装至所述仪表板的第二侧；
通过所述水分分析仪的水分传感器从所述样品调节系统接收所述经调节气体样品，其中所述水分传感器安装在安装至所述仪表板的所述第一侧的内壳中并且与所述内壳间隔开，并且其中所述外壳和所述内壳被配置来减弱穿过其传输至所述水分传感器的振动。
18.如权利要求17所述的方法，其还包括：
通过与所述水分传感器通信的控制器来接收水分信号、压力信号和温度信号，每个信号相应地包括表示由所述水分传感器接收的所述经调节气体样品流的水分含量、压力和温度的数据；以及
通过所述控制器基于所接收的所述水分信号、所述温度信号和所述压力信号来确定调整后水分含量。
19.如权利要求17所述的方法，其中所述气体源是天然气管道。
20.如权利要求19所述的方法，其还包括：在将所述原始气体样品流提供至所述水分分析仪的所述入口之前，将所述水分分析仪系统运输至所述气体管道的位点，其中所述便携式水分分析仪的重量小于或等于五十磅。
21.如权利要求17所述的方法，
其中所述水分传感器包括光谱仪，所述光谱仪包括可逆地可附接部分，所述可逆地可附接部分包括镜子，
其中所述内壳还包括延伸穿过侧壁的通道，所述通道的尺寸被设定用于接收所述可逆地可附接部分，并且
其中所述光谱仪位于所述内壳内，使得当所述内壳和所述水分分析仪在耦接在一起时从所述外壳移除时，所述可逆地可附接部分能够穿过所述通道触及。
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