CN110672385A - 一种天然气增压取样装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天然气增压取样装置及方法，属于天然气取样技术领域。该增压取样装置包括：缸体，所述缸体的两端封堵；适配地设置于所述缸体的内部、且可在所述缸体的内部往复运动的活塞，所述活塞将所述缸体分隔成位于活塞的两侧的驱动气室和增压气室；与所述驱动气室连通的动力气瓶；以及与所述增压气室连通的采样瓶和气源；其中，所述驱动气室上还设置有排气口。该装置结构简单，能够从气源中取得天然气样品的同时对天然气进行增压，便于现场天然气的增压取样，满足实验对天然气的压力要求。

Description

一种天然气增压取样装置及方法

技术领域

本发明涉及天然气取样技术领域，特别涉及一种天然气增压取样装置及方法。

背景技术

天然气是一种清洁、高效的能源，在实际应用中，为了对采集的天然气的组分及物性参数进行分析，需要对天然气样品进行取样。

现有技术中，多采用充气排空法、控制流量法、抽空容器法、移动活塞气瓶法、保温保压取样法等方法对天然气进行取样。

发明人发现现有技术中至少存在以下问题：

在天然气物性参数分析中，直接测定天然气烃露点模拟相态曲线时，需要测定天然气压力达10MPa(临界凝析压力)下的烃露点，才能模拟较为完整的露点曲线，而采用现有方法获得的天然气样品压力一般不超过气源压力(10MPa以下)，不能够满足上述实验要求。

发明内容

本发明提供一种天然气增压取样装置及方法，可解决上述技术问题。

具体而言，包括以下的技术方案：

一方面，提供了一种天然气增压取样装置，所述增压取样装置包括：

缸体，所述缸体的两端封堵；

适配地设置于所述缸体的内部、且可在所述缸体的内部往复运动的活塞，所述活塞将所述缸体分隔成位于活塞的两侧的驱动气室和增压气室；

与所述驱动气室连通的动力气瓶；以及

与所述增压气室连通的采样瓶和气源；

其中，所述驱动气室上还设置有排气口。

在一种可能的设计中，所述缸体包括外缸体和嵌套于所述外缸体一侧的内缸体；所述活塞与所述外缸体围成所述驱动气室，所述活塞与所述内缸体围成所述增压气室；

所述动力气瓶与所述外缸体连通；

所述采样瓶和所述气源与所述内缸体连通；

且所述排气口设置于所述外缸体上。

在一种可能的设计中，所述活塞包括活塞杆、设置于所述活塞杆的两端的第一活塞板和第二活塞板；

所述第一活塞板位于所述内缸体的内腔中，且与所述内缸体的内腔相适配；

所述第二活塞板位于所述外缸体的内腔中，且与所述外缸体的内腔相适配。

在一种可能的设计中，所述气源与所述内缸体之间设置有第一单向阀；和/或，所述动力气瓶与所述外缸体之间设置有第二单向阀。

在一种可能的设计中，所述动力气瓶上设置有第一压力表；和/或，所述采样瓶上设置有第二压力表。

在一种可能的设计中，所述动力气瓶通过第一管线与所述驱动气室连通，所述采样瓶通过第二管线与所述动力气瓶连通；

所述第一管线上设置有压控阀，所述第二管线上设置有卸压阀；所述压控阀与所述卸压阀连通。

在一种可能的设计中，所述动力气瓶为一个或多个。

另一方面，提供了一种天然气增压取样方法，应用于上述所提及任一种的天然气增压取样装置，包括以下步骤：

步骤101、开启所述增压气室与所述气源之间的通路，关闭所述增压气室与所述采样瓶之间的通路，通过所述气源向所述增压气室中通入天然气；

步骤102、关闭所述增压气室与所述气源之间的通路，关闭所述排气口，开启所述增压气室与所述采样瓶之间的通路，并开启所述驱动气室与所述动力气瓶之间的通路，通过所述动力气瓶向所述驱动气室通入压缩气体，所述压缩气体驱动所述活塞向所述增压气室的方向运动；

步骤103、关闭所述增压气室与所述采样瓶之间的通路，关闭所述驱动气室与所述动力气瓶之间的通路，开启所述排气口，所述增压气室内的天然气驱动所述活塞向所述驱动气室的方向运动；

步骤104、开启所述增压气室与所述气源之间的通路，重复步骤101-步骤103，直至所述采样瓶内的压力达到设定值；完成取样。

在一种可能的设计中，在所述步骤102中，所述压缩气体为氮气或者空气。

在一种可能的设计中，在所述步骤104中，所述设定值为10MPa。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

本发明实施例通过在缸体内设置活塞，使缸体被分割成驱动气室和增压气室，设置动力气瓶与驱动气室连通，且在驱动气室上开设排气口，使位于缸体内的活塞能在驱动气室和增压气室之间往复运动，形成气体增压泵，进一步使增压气室与采样瓶和气源连通，使得该气体增压泵能对充入增压气室中的天然气进行增压，并将压缩后的天然气送入采样瓶中收集。该装置结构简单，能够从气源中取得天然气样品的同时对天然气进行增压，便于现场天然气的增压取样，满足实验对天然气的压力要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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为本发明实施例提供的一种天然气增压取样装置的结构示意图。

图中的附图标记分别表示：

1-缸体；11-外缸体；12-内缸体；

2-活塞；21-活塞杆；22-第一活塞板；23-第二活塞板；

3-动力气瓶；

4-采样瓶；

5-气源；

6-排气口；

7-压控阀；

8-卸压阀；

C1-驱动气室；

C2-增压气室；

V1-第一单向阀；

V2-第二单向阀；

L1-第一管线；

L2-第二管线；

P1-第一压力表；

P2-第二压力表。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。

第一方面，本发明实施例提供一种天然气增压取样装置，如图1所示，该增压取样装置包括：

缸体1，缸体1的两端封堵；

适配地设置于缸体1的内部、且可在缸体1的内部往复运动的活塞2，活塞2将缸体1分隔成位于活塞2的两侧的驱动气室C1和增压气室C2；

与驱动气室C1连通的动力气瓶3；以及

与增压气室C2连通的采样瓶4和气源5；

其中，驱动气室C1上还设置有排气口6。

可以理解的是，动力气瓶3与驱动气室C1之间、采样瓶4和气源5与增压气室C2之间均通过管线连接。

应用时，开启增压气室C2与气源5之间的通路，关闭增压气室C2与采样瓶4之间的通路，通过气源5向增压气室C2中通入天然气；关闭排气口6，然后关闭增压气室C2与气源5之间的通路，开启增压气室C2与采样瓶4之间的通路，同时开启驱动气室C1与动力气瓶3之间的通路，通过动力气瓶3向驱动气室C1通入压缩气体，压缩气体驱动活塞2向增压气室C2的方向运动，将增压气室C2中的天然气压缩送入采样瓶4中；关闭增压气室C2与采样瓶4之间的通路，关闭驱动气室C1与动力气瓶3之间的通路，开启排气口6，增压气室C2内的天然气驱动活塞2向驱动气室C1的方向运动，驱动气室C1内的压缩气体通过排气口6向大气中排出；开启增压气室C2与气源5之间的通路，重复上述步骤，直至采样瓶4内的压力达到设定值；完成取样。

本发明实施例通过在缸体1内设置活塞2，使缸体1被分割成驱动气室C1和增压气室C2，设置动力气瓶3与驱动气室C1连通，且在驱动气室C1上开设排气口6，使位于缸体1内的活塞2能在驱动气室C1和增压气室C2之间往复运动，形成气体增压泵，进一步使增压气室C2与采样瓶4和气源5连通，使得该气体增压泵能对充入增压气室C2中的天然气进行增压，并将压缩后的天然气送入采样瓶4中收集。该装置结构简单，能够从气源5中取得天然气样品的同时对天然气进行增压，便于现场天然气的增压取样，满足实验对天然气的压力要求。

在上述的天然气增压取样装置中，动力气瓶3用于向驱动气室C1中提供压缩气体，使驱动气室C1内的压力大于增压气室C2，进而使活塞2向增压气室C2的方向运动，以压缩增压气室C2中的天然气。考虑到使用时的便捷性，动力气瓶3可以为储存有压缩气体的钢瓶，其中的压缩气体可以为氮气或者空气，氮气和空气均具有安全可靠，取材方便，成本低等优点。

进一步地，为了保证天然气增压的过程连续稳定，可使动力气瓶3为多个，使用时每个动力气瓶3均与驱动气室C1连通。当一个动力气瓶3内的压缩气体用完后，可以接着使用剩下的动力气瓶3，多个动力气瓶3交替使用可保证天然气增压的过程连续稳定。

气源5用于向增压气室C2内通入天然气，该气源5可以为直接获取的天然气样品，也可以是存储于容器中待处理的天然气样品。

采样瓶4用于收集被压缩后的天然气，考虑到钢瓶的安全可靠性，可使采样瓶4可以为钢瓶。另外，应用时还可根据实际需要设置采样瓶4的容量，例如，为20L，40L等等，以方便实验使用。

在上述的天然气增压取样装置中，活塞2将缸体1分割成驱动气室C1和增压气室C2，且驱动气室C1和增压气室C2相互独立密封。其中，缸体1可以为横向布置且两端封堵的筒状结构，缸体1的两个端面的形状可以为方形、圆形、多边形中的一种，且活塞2两端的形状分别为与相应的缸体1端面相适应的形状，以便于活塞2在缸体1内滑动，且使驱动气室C1和增压气室C2之间密封。

进一步地，为了增强天然气的压缩效果，可使活塞2朝向增压气室C2一侧的端面面积小于朝向驱动气室C1一侧的端面面积。当驱动气室C1内的压力增大时，活塞2朝向增压气室C2一侧受到的压强大于活塞2朝向驱动气室C1一侧受到的压强，从而有利于活塞2对天然气的压缩。

示例地，可使缸体1包括外缸体11和嵌套于外缸体11一侧的内缸体12，活塞2与外缸体11围成驱动气室C1，活塞2与内缸体12围成增压气室C2；

动力气瓶3与外缸体11连通；

采样瓶4和气源5与内缸体12连通；

且排气口6设置于外缸体11上。

应用时，开启内缸体12与气源5之间的通路，关闭内缸体12与采样瓶4之间的通路，通过气源5向内缸体12中通入天然气；关闭排气口6，然后关闭内缸体12与气源5之间的通路，开启内缸体12与采样瓶4之间的通路，同时开启外缸体11与动力气瓶3之间的通路，通过动力气瓶3向外缸体11通入压缩气体，压缩气体驱动活塞2向内缸体12的一侧运动，将内缸体12中的天然气压缩送入采样瓶4中；关闭内缸体12与采样瓶4之间的通路，关闭外缸体11与动力气瓶3之间的通路，开启排气口6，内缸体12内的天然气驱动活塞2向外缸体11的一侧运动，外缸体11内的压缩气体通过排气口6向大气中排出；开启内缸体12与气源5之间的通路，重复上述步骤，直至采样瓶4内的压力达到设定值；完成取样。

相应地，可使活塞2包括活塞杆21、设置于活塞杆21的两端的第一活塞板22和第二活塞板23；

第一活塞板22位于内缸体12的内腔中，且与内缸体12的内腔相适配；

第二活塞板23位于外缸体11的内腔中，且与外缸体11的内腔相适配。

当驱动气室C1内的压力增大时，第一活塞板22受到的压强大于第二活塞板23受到的压强，使活塞2向内缸体12的一侧移动，达到天然气增压的效果。

在上述的天然气增压取样装置中，为了防止增压气室C2内的天然气回流入气源5，可在气源5与内缸体12之间设置有第一单向阀V1，第一单向阀V1可允许天然气从气源5进入内缸体12，而不允许天然气从内缸体12进入气源5。

同样地，为了防止压缩气体回流入动力气瓶3，还可在动力气瓶3与外缸体11之间设置有第二单向阀V2，第二单向阀V2可允许压缩气体从动力气瓶3进入外缸体11，而不允许压缩气体从外缸体11进入动力气瓶3。

通过上述的天然气增压取样装置可获取具有设定值压力的天然气样品，在实际应用中，可根据实际需要预设采样瓶4内压力的设定值，例如可以为10MPa，采集压力为10MPa的天然气，可直接用于测定不同压力下的天然气烃露点，便于在模拟相态曲线时，模拟得到较为完整的露点曲线。

为了便于操作人员观察并获得预设压力的天然气样品，还可使增压取样装置还包括：设置于所述采样瓶4上的第二压力表P2。应用时，第二压力表P2可便于操作人员观察记录采样瓶4内的压力情况，便于了解取样进程。

同样地，也可以在动力气瓶3上设有第一压力表P1，以便于操作人员观察记录动力气瓶3内的压力数值。

当采样瓶4上的第二压力表P2显示达到设定值后，操作人员可通过控制阀门，停止增压。而为了满足自动化需求，这一过程还可通过卸压阀自动控制来实现。

示例地，动力气瓶3通过第一管线L1与驱动气室C1连通，采样瓶4通过第二管线L2与动力气瓶3连通；

第一管线L1上设置有压控阀7，第二管线L2上设置有卸压阀8；所述压控阀7与卸压阀8连通。

应用时，当采样瓶4内的压力达到设定值后，天然气通过第二管线L2到达卸压阀8，卸压阀8在天然气的压力作用下打开，使得天然气进一步由第二管线L2经卸压阀8到达压控阀7，压控阀7受到天然气压力而自动关闭，切断第一管线L1，从而使动力气瓶3停止输送压缩气体，完成天然气的自动增压取样。

第二方面，本发明实施例还提供一种天然气增压取样方法，应用于第一方面所述的天然气增压取样装置，该方法包括以下步骤：

步骤101、开启增压气室C2与气源5之间的通路，关闭增压气室C2与采样瓶4之间的通路，通过气源5向增压气室C2中通入天然气；

步骤102、关闭增压气室C2与气源5之间的通路，关闭排气口6，开启增压气室C2与采样瓶4之间的通路，并开启驱动气室C1与动力气瓶3之间的通路，通过动力气瓶3向驱动气室C1通入压缩气体，压缩气体驱动活塞2向增压气室C2的方向运动；

步骤103、关闭增压气室C2与采样瓶4之间的通路，关闭驱动气室C1与动力气瓶3之间的通路，开启排气口6，增压气室C2内的天然气驱动活塞2向驱动气室C1的方向运动；

步骤104、开启增压气室C2与气源5之间的通路，重复步骤101-步骤103，直至采样瓶4内的压力达到设定值；完成取样。

本发明实施例提供的天然气增压取样方法能够在取样的现场对中低压天然气进行增压，获得高压天然气样品，满足实验对天然气的压力要求。该方法具有简单、安全、便于操作等优点。

对于步骤101而言，为了防止增压气室C2内的天然气回流入气源5，可在气源5与内缸体12之间设置有第一单向阀V1，第一单向阀V1可允许天然气从气源5进入内缸体12，而不允许天然气从内缸体12进入气源5。

同样地，为了防止压缩气体流入动力气瓶3，还可在动力气瓶3与外缸体11之间设置有第二单向阀V2，第二单向阀V2可允许压缩气体从动力气瓶3进入外缸体11，而不允许压缩气体从外缸体11进入动力气瓶3。

对于步骤102而言，考虑到使用时的便捷性，动力气瓶3可以为储存有压缩气体的钢瓶，其中的压缩气体可以为氮气或者空气，氮气和空气均具有安全可靠，取材方便，成本低等优点。

对于步骤104而言，在实际应用中，可根据实际需要预设采样瓶4内压力的设定值，例如可以为10Mpa，采集压力为10Mpa的天然气，可直接用于测定压力达10MPa(临界凝析压力)下的天然气烃露点，便于在模拟相态曲线时，模拟得到较为完整的露点曲线。

以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种天然气增压取样装置，其特征在于，所述增压取样装置包括：

缸体(1)，所述缸体(1)的两端封堵；

适配地设置于所述缸体(1)的内部、且可在所述缸体(1)的内部往复运动的活塞(2)，所述活塞(2)将所述缸体(1)分隔成位于活塞(2)的两侧的驱动气室(C1)和增压气室(C2)；

与所述驱动气室(C1)连通的动力气瓶(3)；以及

与所述增压气室(C2)连通的采样瓶(4)和气源(5)；

其中，所述驱动气室(C1)上还设置有排气口(6)。

2.根据权利要求1所述的天然气增压取样装置，其特征在于，所述缸体(1)包括外缸体(11)和嵌套于所述外缸体(11)一侧的内缸体(12)；所述活塞(2)与所述外缸体(11)围成所述驱动气室(C1)，所述活塞(2)与所述内缸体(12)围成所述增压气室(C2)；

所述动力气瓶(3)与所述外缸体(11)连通；

所述采样瓶(4)和所述气源(5)与所述内缸体(12)连通；

且所述排气口(6)设置于所述外缸体(11)上。

3.根据权利要求2所述的天然气增压取样装置，其特征在于，所述活塞(2)包括活塞杆(21)、设置于所述活塞杆(21)的两端的第一活塞板(22)和第二活塞板(23)；

所述第一活塞板(22)位于所述内缸体(12)的内腔中，且与所述内缸体(12)的内腔相适配；

所述第二活塞板(23)位于所述外缸体(11)的内腔中，且与所述外缸体(11)的内腔相适配。

4.根据权利要求2所述的天然气增压取样装置，其特征在于，所述气源(5)与所述内缸体(12)之间设置有第一单向阀(V1)；和/或，所述动力气瓶(3)与所述外缸体(11)之间设置有第二单向阀(V2)。

5.根据权利要求1所述的天然气增压取样装置，其特征在于，所述动力气瓶(3)上设置有第一压力表(P1)；和/或，所述采样瓶(4)上设置有第二压力表(P2)。

6.根据权利要求1所述的天然气增压取样装置，其特征在于，所述动力气瓶(3)通过第一管线(L1)与所述驱动气室(C1)连通，所述采样瓶(4)通过第二管线(L2)与所述动力气瓶(3)连通；

所述第一管线(L1)上设置有压控阀(7)，所述第二管线(L2)上设置有卸压阀(8)；所述压控阀(7)与所述卸压阀(8)连通。

7.根据权利要求1所述的天然气增压取样装置，其特征在于，所述动力气瓶(3)为一个或多个。

8.一种天然气增压取样方法，应用于1-7任一项权利要求所述的天然气增压取样装置，其特征在于，包括以下步骤：

步骤101、开启所述增压气室(C2)与所述气源(5)之间的通路，关闭所述增压气室(C2)与所述采样瓶(4)之间的通路，通过所述气源(5)向所述增压气室(C2)中通入天然气；

步骤102、关闭所述增压气室(C2)与所述气源(5)之间的通路，关闭所述排气口(6)，开启所述增压气室(C2)与所述采样瓶(4)之间的通路，并开启所述驱动气室(C1)与所述动力气瓶(3)之间的通路，通过所述动力气瓶(3)向所述驱动气室(C1)通入压缩气体，所述压缩气体驱动所述活塞(2)向所述增压气室(C2)的方向运动；

步骤103、关闭所述增压气室(C2)与所述采样瓶(4)之间的通路，关闭所述驱动气室(C1)与所述动力气瓶(3)之间的通路，开启所述排气口(6)，所述增压气室(C2)内的天然气驱动所述活塞(2)向所述驱动气室(C1)的方向运动；

步骤104、开启所述增压气室(C2)与所述气源(5)之间的通路，重复步骤101-步骤103，直至所述采样瓶(4)内的压力达到设定值；完成取样。

9.根据权利要求8所述的天然气增压取样方法，其特征在于，在所述步骤102中，所述压缩气体为氮气或者空气。

10.根据权利要求8所述的天然气增压取样方法，其特征在于，在所述步骤104中，所述设定值为10MPa。

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