KR20160074538A - 필드 배치형 분석장비 및 소구경 진공 자켓 튜브를 사용한 태양열 구동식 샘플 분석 시스템 - Google Patents
필드 배치형 분석장비 및 소구경 진공 자켓 튜브를 사용한 태양열 구동식 샘플 분석 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 기존 인프라로부터 원격 배치 및 조작 가능하고, 최소 전원을 사용하는 태양열 발전식 가스 샘플링 분석 시스템에 관한 것으로, 파이프라인 또는 가스정 등의 소스로부터 샘플을 추출하고, 추출 샘플을 조절한 다음, 조절된 샘플을 진공 자켓 튜브를 거쳐 분석기로 이송하는 단계를 거치며, 이 때 상전이, 응축 또는 구성요소 분리가 일어나지 않도록 하는 온도 및 압력으로 샘플을 유지한다.
Description
본 발명은 2014년 10월 16일 출원된 미국특허 출원번호 14/515,603 및 2013년 10월 17일 출원된 미국특허 가출원번호 61/892,029를 우선권으로 주장한다.
본 발명은 최소 전력 소비 조건의 동력원을 포함하는 독립적인 통합 분석 시스템에 관한 것으로, 파이프라인의 상거래 지점(custody transfer points), 중간 수집 지점, 원격 필드 수집 지점 등으로부터 습식 가스 샘플을 채취하고 분석하는데 특히 적합하다.
화학 및 석유 화학 공정에서 액체 샘플의 추출 및 증발 분석 방법에 대한 내용은 이미 공지 및 확립되어 있다. 소스로부터 추출된 기화 샘플은 공정 제어, 오염도 모니터링, 순도 분석, 에너지 함량 감사 등의 목적으로 이용된다. 이러한 경우에 있어서, 기화 샘플과 추출된 샘플의 구성 성분에 대한 대응 관계는 매우 중요하다. 천연 가스 파이프라인에서 에너지 감사를 수행하는 경우에는, 예컨대 가스정, 액체로의 압축 지점, 메인 파이프라인으로의 주입 지점, 재가스화 지점, 상거래 지점 등의 가스 분배 통로를 따라 샘플 추출 및 분석을 수행하는 것이 바람직하다.
천연가스 산업은 급속한 발달과 함께 필드 배치형 분석 방법에 대한 수요가 크게 증가되었다. 예컨대 미국 마셀러스 지대의 셰일 오일 & 가스 추출 작업에서, 이글 포드 엔드 바켄 기금(Eagle Ford, and Bakken deposits)은 예컨대 전원 및 원격 통신설비 등의 기존 인프라로부터 멀리 떨어진 다수의 시추지, 파이프라인 주입/수집 지점 및 상거래 지점들을 새로이 생성하였다.
따라서 전원 및 통신이 임시로 제공되지 않으면, 이에 대한 대비책이 없는 경우 상기 지점들에서의 샘플 채취 및 분석 작업은 제한되기 마련이다.
이에 대해 천연가스 산업분야에서는 샘플 채취 및 분석 장비에 전원을 공급하기 위해, 기존의 가스 또는 디젤 구동식 전기 발전기에 공을 들여왔다. 그러나 이러한 발전기에 대한 의존은 물류 및 유지보수의 문제를 야기한다. 우선, 발전기 연료의 정기적인 재공급 및 엔진의 유지보수에 대한 문제가 있는데, 이들을 위해서는 분석 장비가 있는 사이트에 자동차로 접근할 수 밖에 없다. 천연가스 파이프라인이 있는 곳의 경우에는 이러한 발전기와 관련된 문제들에 대한 해소방법이 있는데, 파이프라인을 직접 뚫어 천연가스를 추출한 다음 이를 천연가스 구동식 발전기에 제공하는 것이다. 그러나 이러한 방법에 있어 중대한 단점은, 파이프라인과 발전기의 연결을 위해 독립적인 파이프라인 연결 구조물의 건설이 필요하다는 점이다. 천연가스 환경에서는 이러한 구조물의 건설에 특수 교육을 받은 기술자가 필요하다.
따라서 육로 송전선과 같은 기존의 전원이 사용 가능할 경우, 상기와 같은 파이프라인 연결 구조물은 필요없게 된다.
결과적으로, 전원 및 통신선에서 멀리 떨어진 새로운 추출 구역이 개발될 경우, 적어도 하나의 새로운 라인은 이와 함께 수반되는 유해 환경 영향에 대면하거나 또는 가스 추출과 관련한 다양한 개별 배치 분석 유닛, 유량 제어 및 조절 장비, 분석기, 통신 및 컴퓨터 제어 유닛들에 전원을 공급하도록 이송, 배치, 유지보수 및 연료공급이 필요한 다수의 발전기 유닛들과 조우하게 된다. 각 장비의 설치 비용에는 약 75,000 미국달러(50,000 유로)가 소요되며, 이러한 발전기 유닛에 대한 의존으로 인해 엄청나게 회복 불가능한 비용을 야기할 수도 있다.
다른 고려 방법으로는 가스정으로부터 "습식" 가스(wet gas)를 추출하는 방법을 들 수 있다. 가스정에서 나오는 천연가스는 주로 메탄인 경우가 많으나, 특정 셰일 지역에서 나온 가스의 경우 상당한 양의 C2 내지 C5 탄화수소는 물론 C8 탄화수소 성분인 "중질(heavies)"까지를 포함한다. 건식" 가스(dry gas)의 경우 "중질"을 최소로 포함하므로, 파이프라인 내 및/또는 조절기 입출구의 상이한 온도 및 압력에 영향받지 않는다. 그러나 "습식" 가스는 특징적으로 상당한 양의 "중질"을 포함하는데, 이러한 중질은 온도 및 압력이 변동하는 경우 이슬점(dew point) 강하/상전이를 유발한다. 예컨대, 샘플의 채취시 및 분석 유닛으로의 이송중 파이프라인의 흐름에 따라 액체 압력은 감소 및 상실된다. 이러한 변동에 의해 액체 또는 기화 페이즈 상태에서 중질의 분할이 유도된다. 따라서 샘플의 채취에서 기화기로 및 기화기에서 분석기로의 이송중 전체 기간 동안, 샘플의 페이즈와 상관없이 샘플의 온도와 압력을 일정하게 유지하는 것이 중요하다.
현재의 ISO 8943 기준은 시스템의 범람을 막기 위해 조절 기화기로의 액체 유입을 제한하고 있으므로, 분석 시스템에 대한 액체의 침투는 허용될 수 없다. 이러한 요구조건에 대한 종래의 해결책은 유량 제한기(flow restrictor)를 도입하는 것이다. 그러나 샘플이 "습식" 천연가스인 경우, 인라인형의 유량 제한기는 인라인 압력 변동을 유도함으로써 중질의 분할/플래싱을 유발할 수 있다. 즉, 가벼운 성분들이 무거운 성분들로부터 분할되는데, 이 때 가벼운 성분들이 중질보다 먼저 기화기 내로 통과한다. 이와 같이 상이한 조성 성분들에 의해 함량 분석의 정확도가 왜곡될 수 있는데, 함량 분석은 에너지 함량 측정의 정확도와 연계된다. 일관성 없는 온도 및 압력으로 인해, 이러한 분할이 있는 곳에서 상전이 곡선이 침해되는 한편, 분할된 증기를 액상으로 전환하는 주울-톰슨 응축을 유도할 수 있다. 가스 크로마토그라프(GC, gas chromatograph) 분석기를 사용하는 시스템의 경우, 가스 크로마토그라프에 액체를 주입하면 분석기가 손상될 수 있다.
따라서, 자체적으로 전원공급 가능하고, 운송이 용이하며, 양방향 원격 측정이 가능하고, 기화 샘플 페이즈의 분할 및 응축 또는 전이의 위험을 최소화할 수 있는 저전력 분석기와 관련된 저전력 샘플 채취 조절 기능을 제공하는 통합 유체 샘플 채취 및 분석 시스템에 대한 요구가 존재한다. 이러한 시스템은 또한 바람직하게는, 특히 기존 인프라에서 멀리 떨어진 신설된 "습식" 가스 추출원 및 이송 지점들에 필드 배치되는 경우, 제반 규제 및 안전 요구사항을 만족해야 한다.
본 발명의 목적은 상기 언급된 종래 기술의 단점들을 극복하기 위한 것이다.
본 발명의 목적은 기존의 전원 및 통신 인프라로부터 원격 배치된, 유체 샘플 채취, 조절 및 정밀 함량 분석에 필요한 기기의 작동을 위한 해결방안을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 에너지 자립식의, 건식 또는 습식 가스 샘플 조절 시스템에 의해 정밀 함량 계측 방안을 제공하는 것이다.
상기 목적들은 파이프라인의 샘플 추출 및 분석용 시스템에 대한 본 발명의 제1실시예에 의해 달성되며, 상기 시스템은 파이프라인 샘플 채취 프루브; 채취 도관; 진공 자켓 절연 튜브; 전기구동식 분석 유닛; 전기구동식 무선통신 모듈 유닛; 저전력 전기 제어 유닛; 태양 전지 패널;을 포함하고, 상기 채취 도관에 의해 상기 채취 프루브와 샘플 조절기를 연결함으로써 기화된 습식 가스 샘플을 생성하며, 상기 샘플 조절기는 전기구동식 히터 부재, 압력 조절기, 유량 제어기 및 조절된 기화 샘플 출력장치를 포함하고, 상기 진공 자켓 절연 튜브는 내표면을 갖는 튜브형 외부 케이스 및 내/외 표면을 갖는 튜브형 내부 기화 습식 가스 샘플 도관 부재에 의해 정의되며, 상기 튜브형 내부 기화 습식 가스 샘플 도관 부재는 제1단부 및 제2단부를 갖고, 이 때 제1단부는 상기 샘플 조절기의 조절된 기화 습식 가스 샘플 출력장치에 부착되며, 상기 튜브형 내부 기화 습식 가스 샘플 도관 부재는 상기 튜브형 외부 케이스 내에 실질적으로 같이 존재하고 동축으로 배치되며 도관 부재와 튜브형 외부 케이스의 내표면 사이에 공간을 유지하고자 외부 케이스로부터 이격됨으로써 외부 케이스 내표면과 튜브형 내부 기화 습식 가스 샘플 도관 부재의 외표면 사이에 단열 고리를 형성하고, 상기 튜브형 내부 기화 습식 가스 샘플 도관 부재의 벽 두께는 500 psig, 바람직하게는 4000 psig(35~270 bar)를 초과하는 압력을 보유하고 비파괴 굽힘을 허용하기에 충분하도록 구성되며, 상기 튜브형 내부 기화 습식 가스 샘플 도관 부재는 이들로의 통과중 플래싱(flashing)을 방지하도록 충분한 압력 및 유량을 유지하도록 디자인된 내부 직경을 갖고, 상기 전기구동식 분석 유닛은 상기 조절된 기화 습식 가스 샘플의 적어도 하나의 피분석물에 대한 정량 및 정성 검출을 위한 저전력 증기 분석기를 포함하고, 상기 분석 유닛은 상기 조절된 기화 샘플, 운반 가스 입력장치를 수용하기 위한 튜브형 기화 습식 가스 샘플 도관 부재의 제2단부와 증기 연통하는 입구를 가지며, 상기 전기구동식 분석 유닛은 기화 습식 가스 샘플 중 적어도 하나의 피분석물을 검출하고 획득 결과에 대응되는 적어도 하나의 신호를 생성하고, 상기 전기구동식 무선 통신 모듈 유닛은 상기 결과를 원격 수신기로 전송하며, 상기 저전력 전기 제어 유닛은 조절기, 분석 유닛 및 무선 통신 모듈 유닛에 각각 전기적으로 연결된 전력 제어 센터를 포함하고, 상기 태양 전지 패널은 전기구동식 제어 유닛으로의 분배를 위해 저전력 제어 유닛과 연결된 전기 축전 배열을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제1실시예에 따른 제2실시예에서, 전기구동식 분석 유닛은 필드형 프로세스 가스 크로마토그라프(process gas chromatograph)인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상술한 실시예들 중 어느 하나에 따른 제3실시예에서, 튜브형 내부 기화 습식 가스 샘플 도관 부재는 1/16인치 내지 1/4인치 외경 및 0.02인치 내지 0.065인치 두께의 벽을 갖는 스테인리스 스틸이고, 유량의 축소/확대를 위해 제1단부 및 제2단부에 스테인리스 스틸 피팅을 갖도록 함으로써 습식 가스 샘플의 플래싱을 방지하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상술한 실시예들 중 어느 하나에 따른 제4실시예에서, 진공 자켓 튜브는 히트 트레이싱(heat tracing)을 포함함으로써, 별도의 분리된 내후성 하우징(weatherproof housing) 내에 포함된 샘플 조절기, 분석 유닛 및 저전력 전기 제어 유닛에 전력을 제공하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적들은 유체 샘플을 분석하기 위한 태양열 구동 시스템에 의해 달성되며, 상기 시스템은 제1인클로저; 제2인클로저; 통신 수단; 및 제3인클로저;를 포함하고, 상기 제1인클로저는 가열 유체 샘플 채취 입력장치, 가열 압력 조절기, 유량 조절기 및 조절된 기화 샘플 출력장치를 포함하며, 이 때 제1인클로저는 샘플 소스와 교신 가능하고 유체로부터 조절된 기화 가스 샘플을 생성하며, 상기 제2인클로저는 제1인클로저와 사용가능하게 연결되고, 기화된 가스 샘플 조성물의 대표적 신호 출력물을 제공하기 위한 분석 장치 및 조절된 샘플 입력장치를 포함하며, 상기 통신 수단은 이송중 기화 샘플의 열적 정체 및 유량 정체를 유지하도록 제1인클로저와 제2인클로저 사이에서 조절된 기화 가스 샘플과 교신하도록 구성되고, 상기 제3인클로저는 제1인클로저 및 제2인클로저에 동작 전력을 공급하고 분석 장치로부터의 신호를 수신하기 위한 전력 제어 센터, 태양 전지 패널 및 통신 관련 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제1실시예에 따른 제2실시예에서, 유체 샘플은 천연가스, 액화 천연가스, 압축 천연가스, 극저온 유체 및 바이오 가스로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, 분석기로부터의 데이타를 전송하고 원격 소스로부터의 명령을 수신하기 위한 무선 모뎀을 포함하는 통신 관련 모듈을 제공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상술한 실시예들 중 어느 하나에 따른 제3실시예에서, 진공 자켓 튜브의 샘플 도관은 1/16 내지 1/4인치(3~8mm)의 외경 및 0.02 내지 0.065 인치(0.05~15mm)의 벽 두께를 갖는 스테인리스 스틸이고, 유량의 축소/확대를 위해 제1단부 및 제2단부에 스테인리스 스틸 피팅을 갖도록 함으로써 습식 가스 샘플의 플래싱을 방지하고, 외부 자켓에 대해 비파괴 굽힘이 가능하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상술한 실시예들 중 어느 하나에 따른 제4실시예에서, 이송중 제1인클로저와 제2인클로저 사이에서 이슬점(dew point) 강하 온도 이상으로 샘플의 온도를 유지하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명은 샘플 분석용 기기 및 그 구성요소에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예에서 제공되는 통합 샘플 채취 분석 스테이션은 원격 배치된 필드형 가스 크로마토그라프 및 획득된 분석 데이타를 크로마토그라프로부터 멀리 떨어진 베이스 회수 스테이션까지 무선으로 교신하기 위한 디지털 신호 송수신기를 포함하며, 이 때 조절된 가스 채취 샘플은 진공 자켓 튜브(VJT)를 통해 크로마토그라프로 이송됨으로써 이송중 샘플의 온도와 압력을 유지시켜 주고, 모든 에너지 소비 구동요소들은 배터리 저장고를 갖는 태양열 구동 장치 등의 자립 및 독립형 에너지 소스에 의해 전기적으로 구동된다.
본 발명은 최소의 전력을 사용하는 가스 채취 및 분석 시스템용 장치의 구성에 관한 것으로, 파이프라인 또는 가스정 등의 소스로부터 추출된(특히 중질을 포함하는 습식 가스로부터 추출된) 샘플을 획득하고, 추출된 샘플을 조절하며, 조절된 샘플을 이송하고(분할 및/또는 상전이/주울-톰슨형 응축/이슬점 강하가 일어나지 않는 온도 및 압력에서 샘플을 유지), 추출된 샘플을 분석한 다음, 획득된 결과를 원격 정보 수신 및 제어 스테이션과 교신하며, 이 때 시스템은 태양열 에너지에 구동되도록 구성된다.
본 발명에 따른 시스템은 12볼트 또는 24볼트 등과 같이 저전력에서 구동되며, 용이하게 이송 가능하고 기존 인프라로부터 원격 위치에서 작동 가능한 한편, 필요시 폭발 방지를 포함한 안전 및 제반 규제 요구조건을 충족하도록 구성된다. 본 발명의 시스템에 포함된 12볼트 또는 24볼트 DC 히터 및 압력 조절기와 같은 소규모의 저전력 구성요소들에 의해, 구동 에너지에 대한 요구조건을 감소시키고 임의의 밀폐 하우징의 크기를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 또한 종단 및 단부의 밀봉 전기 키트에 대한 요구조건을 클라스 1 디비젼 1의 폭발 방지 임계값과 부합하도록 감소시키는 부수적인 이점을 제공한다.
본 발명에서 중요한 점은, 채취시부터 분석시까지 기화 샘플의 온도와 압력을 일정하게 유지함으로써 기화 성분의 상전이 또는 플래싱/분할을 방지하고 정확한 측정을 보장할 수 있다는 점이다. 본 발명의 저전력 통합 분석 시스템은 신설된 천연 가스 수집 시스템, 원격 파이프 이송 지점 및/또는 접근이 매우 어려운 위치에 배치하도록 구성함으로써, 주기적으로 일정 관리가 가능한 주문형의 (또는 선택적인) 복합 파이프라인 샘플 분석 기능을 제공하며, 이러한 내용은 2014년 3월 12일 출원된 미국특허 출원번호 14/205,526에 공지되어 있고 본원에 참조로 인용된다.
본 발명의 시스템은 기본적으로 세개의 개별 구성 요소를 포함하며, 그 첫번째는 가열 샘플 채취 유닛이다. 샘플 채취 유닛에 대한 바람직한 예로는 무스탕 샘플링사의 PONY®이라는 이름으로 판매되는 제품을 들 수 있으며, 이에 대한 내용은 미국특허 등록번호 7,162,933에 기술되어 있으며 본원에 참조로 인용된다. 본 발명에 따른 가열 샘플 채취 유닛은 샘플 채취 프루브, 저전력 히터, 저전력 압력 조절기를 포함하며, 조절된 가스 출력장치를 제공하고 및 전기 구동식 제어 밸브에 의해 유량 제어가 가능하도록 구성된다.
본 발명에 필요한 두번째 구성 요소는 분석 장치로서, 가열 샘플 조절 유닛으로부터 나온 조절된 가스 입력장치, 진공 상태 표시기를 갖춘 전기 구동식 솔레노이드/진공 밸브 포트, 저전력 유량 조절용 제어 패널, 저전력 필드형 프로세스 가스 분석기(예컨대, 스위스 ABB사의 PGC1000 모델 등과 같은 가스 크로마토그라프), 밸브 구동식 캐리어 가스(예컨대, 헬륨 등) 입력 포트(수동 또는 솔레노이드 구동), 전원 케이블 입력부, 전원 출력 연결부, 및 제1구성요소와 제2구성요소 사이에서 연장되는 소구경의 진공 자켓 튜브 연결부(구성요소들 사이에서 가열 및 조절된 샘플 가스의 상전이를 방지함으로써 히트 트레이스 케이블과 같은 보조 열원이 없이 이송중 온도를 유지하도록 함)를 포함한다.
본 발명에 필요한 세번째 구성 요소는 전력 센터로서, 태양열 발전 수집 광전지 셀 장치, 시스템 전력 제어 센터와 연결된 딥 사이클(deep-cycling) 배터리형 에너지 저장셀 및 통신/원격측정 설비를 포함함으로써, 독립된 히트 트레이스 케이블을 통해, 또는 내부가 밀봉되고 승인된 형태의 도관 및 실링 시스템(국립 전기 코드(National Electric Code, NEC)에 의한 위험 지역 분류에 대한 요구조건을 만족)을 거쳐 연장되는 배선을 통해 각 전기 구동식 구성요소들에 필요한 전력을 공급하도록 구성된다. 특히 바람직한 양태에서는, 히트 트레이스 케이블 없이 진공 자켓 튜브(VJT)만으로도 진공 자켓 튜브 내의 온도를 유지시킬 수 있도록 구성된다. 본 발명의 맥락에서는 히트 트레이싱이 배치될 수 있지만, 히트 트레이싱을 진공 자켓 튜브(VJT)로 대체하면 선형 피트(linear foot, 30cm) 당 약 5W에 해당하는 전력을 감소시킴으로써 전력 효율을 개선할 수 있다.
바람직한 양태에서, 본 발명에 따른 시스템은 소구경의 진공 자켓 튜브를 사용함으로써, 분석기로 향하는 조절기와 채취 샘플 사이의 연결부 길이에 걸쳐 선택적으로 배치되는 히트 트레이싱에 대한 필요성을 배제시킬 수 있다. 본 발명에 따른 진공 자켓 튜브는 최대 30피트(10미터)에 달하는 소구경의 스테인리스 스틸 튜브로 구성된다. 상기 튜브는 바람직하게는 강도를 위해 상대적으로 두터운 벽(0.065인치)을 갖고 외부 직경이 1/16인치(0.16cm)에서 크게는 3/8인치(0.9cm)에 달하도록 구성됨으로써, 기화 샘플과 채택된 내부 직경이 연통하게 하고 각 분석 사이클 동안 신선한 샘플이 분석기로 유도되도록 하기 위한 이송 시간을 보장한다. 소구경의 진공 자켓 튜브(VJT)를 채택함으로써, 조절 및 분석 사이의 지연 시간을 감소시키고, 이송중 일정한 온도에서 최소 열손실을 갖도록 증기를 유지시키는 한편, 압력을 상전이 곡선 이상으로 임계치에서 유지함으로써 증기의 응축을 방지하도록 구성된다. 이러한 온도 유지는 증기를 고온 가스로 만들거나 또는 극저온에 배치함으로써 달성될 수 있다.
샘플과 기화기를 연통시키기 위해 소구경의 채취 프로브(두터운 벽을 가진 소구경 튜브와 연결됨)가 사용되는데, 이에 따라 흐름제한장치(restrictor)의 사용에 의해 전형적으로 유발되는 내부 튜브의 난류(turbulence) 현상 발생을 최소하는 한편, 흐름제한장치를 통과하는 유체에 벤츄리 효과(venturi effect)가 일어나지 않도록 함으로써, 조성물/에너지 함량에 대한 분석 오류가 일어나지 않도록 구성된다. 또한, 이송중 동시에 수반되는 중질의 분할/분리 및 가벼워진 샘플 성분을 최소화함으로써 튜브 내 기화 샘플의 상주 지연 시간을 감소시키고 측정 안정성 및 정확성을 개선시킬 수 있다.
본 발명의 제1실시예에서, 세개의 구성요소들은 분리되고 서로 이격 배치되며, 제1구성요소와 제2구성요소는 폭발방지 하우징 인클로저 내에 포함되도록 구성된다. 본 발명은 또한 변환 가능하며, 예컨대 일실시예의 경우, 전력 센터를 채취 및 분석 하우징 인클로저(들)로부터 분리하여 독립된 하우징 모듈로 구성할 수 있다. 기존 인프라, 즉 새로운 전력선 등이 시스템 부근으로 들어올 경우, 전력 센터와 전력선 소스의 연결을 해제하고 새로운 사이트로 이동시킨 다음, 다른 이송 지점에 있는 별도의 원격 채취/샘플 분석기로 "연결"되도록 구성할 수 있다. 또한 이러한 변환의 이점을 활용하기 위해, 구성요소들을 스키드(skid)나 트레일러(들)(trailers)에 장착함으로써, 구성요소들을 헬리콥터나 트럭에 의해 선택된 이송 채취 지점 등으로 신속 이동시킬 수도 있다. 이러한 방식으로, 본 발명은 일반적인 인프라가 아직 확립되지 않은 최근에 설립된 필드에서 유용하게 사용될 수 있다.
상세한 설명에서, "한 실시예", "일실시예" 또는 "실시예들"에 대한 참조는 그에 관련된 구성이 본 발명의 적어도 일실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 또한, "한 실시예", "일실시예" 또는 "실시예들"에 대한 개별 참조가 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니나, 이러한 실시예들은 그렇게 언급되지 않는 한 서로 배타적이며 예외도 존재한다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 따라서 본 발명은 본원에 기술된 실시예들의 임의의 다양한 조합 및/또는 통합을 포함할 수 있다.
본원에 사용된 용어는 특정 실시예들을 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 본원에 사용된 바와 같이, 단수 형태로 기술된 용어들은 문맥상 명백히 상이하게 표달되지 않는 한, 복수형도 같이 지칭하는 것으로 의도된다. 또한 본원에 사용된 기본 용어인 "포함" 및/또는 "보유"는 명시된 기능, 단계, 동작, 구성요소 및/또는 부품의 존재를 나태내는 것이나, 적어도 하나의 다른 기능, 단계, 동작, 구성요소 및 부품에 대한 추가 존재를 배제하지 않는다.
본원에 사용된 바와 같이, "피분석물(analyte)"은 천연가스, 액화 천연가스, 천연가스 액체 또는 기화 가능한 극저온 유체로부터의 조성물 및 가스 크로마토그라프(gas chromatograph), 질량 분석장치(mass spectrograph), 라만 분광 광도계(Raman spectrophotometer), 가변식 다이오드 레이저 분광기(tunable diode laser spectrograph) 등의 기존 분석 장비에서 얻어진 샘플 성분 특성에 대한 정보를 포함한다.
본원에 사용된 바와 같이, "포함한다(comprises)", "포함하는(comprising)", "포함한다(includes)", "포함하는(including)", "가진다(has)", "갖는(having)" 또는 이들에 대한 다른 변형은 전속되지 않은 것도 포함하는 것으로 의도된다. 예컨대 일련의 기능을 포함하는 공정, 방법, 물품 또는 장치의 경우, 이러한 기능들에만 반드시 한정되는 것은 아니며, 명시되지 않는 다른 기능 또는 그러한 공정, 방법, 물품 또는 장치에 내재하는 다른 기능들도 포함할 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이 용어의 정의를 위해, 용어 "연결된"은 직접 또는 간접, 고정 또는 조정가능하게 장착되는 것과 같이 물리적인 것을 포함하는데, 예컨대 통신 유닛은, 이격시 종래의 무선 시스템에 직접 연결되거나 또는 무선 시스템을 통해 샘플 분석 유닛과 연결된다. 따라서 구체적으로 명시하지 않으면, 용어 "연결된"은 임의 동작 가능하게 기능적으로 연결된 것을 포괄하는 것으로 의도된다.
본원에 사용된 바와 같이, "프로세스 수집 지점(process gathering point)" 및 " 이송 지점 프로세싱(transfer point processing)"은 종래의 의미에서, 이송/전송/저장에 대한 제거 영역, 예컨대 중간 연결 지점 및 프로세싱 라인을 통해 시추 영역의 유정에서 수집 지점 또는 저장 지점 및 메인 가스 이송 라인으로의 추가 지점 뿐만 아니라 선박, 바지선 및 철도 차량 등의 임의의 운송체로부터 나오거나 운송체로 향하는 파이프라인 네트워크를 통해서, 유체 피분석물을 한 곳에서 다른 곳으로 이송 및 이동시키기 위한 위치 및 프로세스를 의미한다.
본원에 사용된 바와 같이, 별도로 명시하지 않는 한, "또는"은 포괄적인 것을 말하며 배타적인 것을 지칭하지 않는다. 예컨대, 상태 A 또는 B는 A가 진실(또는 존재)하고 B가 거짓(비존재)이며, A가 거짓(또는 비존재)이고 B가 진실(존재)이며, A와 B가 모두 진실(또는 존재) 중 어느 하나를 만족한다.
본원에 사용된 바와 같이, "대체로", "일반적으로" 및 정도를 나타내는 다른 단어들은 특성이 수정되도록 허용 가능한 변형을 나타내기 위한 상대적인 수식어이다. 이들은 절대값 또는 특징을 제한하기 위한 것으로 의도되지 않으며, 물리적 또는 기능적 특성을 소유하기보다는 반대로, 그리고 바람직하게는 물리적 또는 기능적 특성에 접근 또는 유사하게 수정된다.
다음의 상세 설명에서는 첨부된 도면을 참조하는데, 이들은 본 발명이 실행될 수 있는 대표적인 구체적 실시예에 대해 설명의 목적으로 제공된다. 다음에 예시된 실시예는 당업자가 본 발명을 실행할 수 있을 정도로 충분히 상세히 설명된다. 다른 실시예들도 활용될 수 있으며, 현재 공지된 구조적 및/또는 기능적 등가물에 기반하는 구조적 변화는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위내에서 구현 가능하다는 것이 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 목적에 따라 기존 기술의 단점들을 극복 가능하고, 기존의 전원 및 통신 인프라로부터 원격 배치된, 유체 샘플 채취, 조절 및 정밀 함량 분석에 필요한 기기의 작동을 위한 해결방안이 제공된다.
또한, 본 발명에 따라 에너지 자립의, 건식 또는 습식 가스 샘플 조절 시스템에 의해 정밀 함량 계측에 대한 방안이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 축압기 플러그 인서트를 갖는 복합 샘플 가스 축압기에 대한 개략적인 측면 조립도이다.
도 2는 본 발명에 따른 태양열 구동식 샘플 조절 및 분석 시스템에 대한 배터리 저장소 및 제어 시스템의 개략도이다.
도 3은 도 2의 실시예의 제어 시스템 회로에 대한 배선도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 상호 연결식 저장 셀 장치를 구비한 저장 배터리 인클로저에 대한 개략도이다.
도 5는 본 발명에 따른 굽힘가능한 진공 자켓 튜브 어셈블리에 대한 개략도이다.
도 6은 도 1의 실시예에 대한 측면 사시도이다.
도 7은 도 1에 따른 분석 캐비넷의 내부에 대한 정면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 태양열 구동식 샘플 조절 및 분석 시스템에 대한 배터리 저장소 및 제어 시스템의 개략도이다.
도 3은 도 2의 실시예의 제어 시스템 회로에 대한 배선도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 상호 연결식 저장 셀 장치를 구비한 저장 배터리 인클로저에 대한 개략도이다.
도 5는 본 발명에 따른 굽힘가능한 진공 자켓 튜브 어셈블리에 대한 개략도이다.
도 6은 도 1의 실시예에 대한 측면 사시도이다.
도 7은 도 1에 따른 분석 캐비넷의 내부에 대한 정면도이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 분석 시스템(10)을 개략적으로 도시한다. 분석 시스템(10)은 기본적으로 세개의 개별 구성요소들을 포함하며, 이들은 도시된 실시예에서 별도의 이격된 캐비넷 인클로저들 내에 각각 포함된다. 상기 구성요소들은 이송 파이프라인에 장착된 샘플 채취 유닛(12), 분석 유닛(14) 및 태양전지 패널(18)이 조절 가능하게 전기적으로 장착된 태양열 발전/저장 모듈(16)을 말한다.
샘플 채취 유닛(12)은 전기 구동식 가열 압력 조절기(20)에 연결된 채취 프루브(13) 및 적어도 하나의 조성 성분을 피분석물로 포함하는 파이프라인(P)로부터 인출된 샘플의 조절을 위한 유량 조절기를 포함한다. 샘플 채취 유닛(12) 자체는 샘플의 이슬점 강화 방지를 위해 가열된다. 이러한 유닛으로는 본원에 참조로 인용된 미국특허 등록번호 7,162,933에 기술된 무스탕 샘플링사(Mustang Sampling LLC)의 포니(PONY®) 제품을 사용할 수 있다. 요컨대, 포니 캐비넷은 히터, 가스 파이프라인 채취 프루브, 가열 조절기, 유량 조절기 및 조절된 가스 출력장치를 포함한다. 구성요소들에 대한 전력은 히트 트레이싱 전기 도관(22)에 의해 아래에 기술되는 분석 캐비넷(14)으로부터 제공된다.
본원에서 분석 유닛으로 지칭되는 제2인클로저 캐비넷(14)은 선택적으로 래치가능하고(latchable) 힌지 연결된 밀봉 전면 도어(15), 외부 래치(17), 조절된 가스 입력장치(22), 진공 상태 표시기(28)를 구비한 진공 밸브 포트(26), 유량 조절 제어 패널(30), 스위스 ABB사의 PGC1000 모델과 같은 전기 구동식 필드형 프로세스 가스 크로마토그라프(32), 운반 가스(헬륨 등) 입력 포트(30), 전원 입력부(19), 전원 출력 교차점(36) 및 제1인클로저(12)와 제2인클로저(14) 사이에서 가열 및 조절된 가스 샘플의 정적 열 전이를 위한 진공 자켓 튜브(24)를 포함한다. 분석기의 경우와 같이, 적절한 측정값을 얻기 위해서는, 샘플의 특정 체류 시간(분석기에서의 체류 시간)을 필요로 한다. 샘플 체류 시간에 의해 각 사이클 동안 신선한 샘플을 요구하는 주기적 샘플 사이클이 유도된다. 모든 인클로저 또는 일부 인클러저는 북미 또는 ATEX 및 IEC Zone 1 Standard에 대한 T3 최대 온도 등급을 갖는 미국 전기 코드 클래스 1, 디비전 1, 그룹 C 및 D를 만족하는 폭발 방지 구성을 갖도록 구성되어야 한다는 것에 유의해야 한다.
샘플 조절 캐비넷과 분석 캐비넷을 연결하는 진공 자켓 튜브(VJT, 24)는 바람직하게는 예컨대 1/4인치 외경(316) 및 20피트(3.5m)의 비교적 긴 길이를 갖는 스테인리스 스틸 기화 샘플 도관 튜브 부재(241)를 사용하여 제조된다(튜브 부재의 길이는 10미터까지도 연장 가능하다). 튜브 부재의 최대 길이는 진공 튜브가, 히트 트레이스 케이블 등의 보조 열원 없이도 채취 유닛(12) 및 캐비넷(14) 사이에서 이송중 분할 및/또는 이슬점 강하를 방지하는 압력에서 효과적으로 가열된 가스 샘플의 열적 정체를 유지하고 보존할 수 있는 길이로 제한된다. 샘플의 온도를 응축점 이상으로 유지하고자 진공 자켓 튜브를 사용하는 것은 본 발명의 특징으로, 이에 의해 이송 튜브의 가열 및 독립 열원의 구동을 위한 전원에 대한 필요성을 배제시킬 수 있기 때문이다. 또한 진공 자켓 튜브(24)의 사용에 의해, 분석기를 통과하는 가스 샘플의 열 함량을 보존함으로써, 분석 캐비넷 내에 보조 히터를 포함시키지 않도록 구성할 수 있다.
기화 샘플 도관 부재(51)는 바람직하게는 1/8 내지 1/4인치 외경 및 0.025 내지 0.065인치의 두께를 갖는 벽으로 구성되며, 이에 의해 4000 psig(-270 bar)에서 12,000 psig(-800 bar)를 초과하는 파열 압력 등급을 제공한다. 도관 부재는 적어도 설치중에 주름/핀칭(pinching) 없이 굽힘 가능하도록 구성되며, 부재(51)의 내경은 제1단부에서 제2단부로 이송중 상전이 및 분할로부터 유발되는 플래싱을 방지하는 유량에서 충분한 압력을 유지하도록 채택된다. 적용시, 튜브의 크기에 대한 매개변수들은 측정 주기에 대응되는 샘플의 엔드-투-엔드(end-to-end) 이송 시간을 제공하고, 설치된 분석기에 신선한 샘플을 제공하도록 채택되는데, 이 때 분석 결과는 가변 파장 레이저 다이오드 장치의 경우에서와 같이 연속적이지 않다. 따라서, 튜브의 크기는 야드 측정법의 경우 1/16 내지 3/8인치(3~8mm) 범위의 외경 및 0.020 내지 0.065인치(0.5~1.5mm)범위의 두께를 갖는 벽으로 구성됨으로써, 약 10,200 psig(-700 bar)까지 달하는 압력을 제공하도록 구성될 수 있다.
튜브 부재(51)는, 그 말단을 제외하고는 기본적으로 동축으로 배치된 1.5 내지 2인치(2~5cm) 외경의 스테인리스 스틸 진공 자켓(52)으로 덮이도록 구성되며, 각 단부는 스테인리스 스틸 압축 피팅(53) 및 스테인리스 스틸 FNPT 피팅(54)에 의해 밀봉 고정된다. 외부 자켓의 내표면과 기화 샘플 도관 튜브 부재의 외표면 사이에 환형 간극이 형성됨으로써, 상기 두개 표면 사이에 열 절연 장벽이 제공되고 열 전달이 방지된다. 환형 간극은 조절 목적으로 필요시에 주기적인 내부 간격이나 또는 투브 부재(51)의 외경을 감싸는 연속 절연 폼/층을 포함할 수 있다.
자켓(52)의 일단부 부근에 진공 펌프아웃 니플(55)이 제공됨으로써 자켓의 배기를 허용하도록 구성된다. 진공 자켓은 내부 진공 형성에 의한 붕괴/내파를 견딜 수 있고 주름이나 핀칭 없이 굽힘 가능하도록 충분한 후프 강도(hoop strength)를 보유해야 한다. 이러한 부재는 실질적인 길이에 걸쳐, 울퉁불퉁한 강화 엘라스토머 파이프 또는 비부식형 금속 피복 등의 벤딩가능한/플렉시블형 재료로 만들어된 외부 케이스(56)로 감쌈으로써, 적어도 설치시에는 현장 작업자가 튜브에 손상을 주지 않고 튜브(24)를 굽힐 수 있도록 구성된다.
진공 자켓 튜브의 진공은 진공 포트(26)(도 7 참조)와 연관된 니플(55)에 진공 펌프(도시되지 않음)를 부착하여 생성함으로써, 양적으로 충분한 열적 절연 상태의 진공을 제공하도록 구성된다. 진공 포트(26)는 진공이 충분한 지에 대한 유무를 시각적으로 나타내는 진공 표시기(28)를 포함한다. 일실시예에서, 진공 표시기는 진공 장애의 발생시 하우징 전면으로 이동하거나 및/또는 전면에서 돌출되는, 단순한 기계식 스프링이 설치된 멈춤 가능한 형태의 레드 버튼일 수 있다. 이러한 방식으로, 현장 작업자는 시스템의 최소 검사만으로도 튜브를 재-진공화시킬지의 여부에 대해 시각적으로 접근 가능하다. 저전력 LED 표시기 및 검출 회로를 사용하여 보다 단순한 기계식 표시기로도 구성 가능하나, 이러한 유닛은 약간 더 복잡한 배선을 갖고 약간 더 큰 시스템 에너지 소비가 필요하다는 것이 이해될 것이다.
분석 유닛(14)과 연관된 상기 언급된 운반 가스 입력 포트(34)와 인접하여 전천후식 운반 가스 탱크 고정 브라켓(38)이 배치되며, 이들은 내부 및 피봇 도어(15)에 접근시 간섭을 피하기 위해 바람직하게는 측면에 배치되고, 이에 의해 분석 유닛(14)의 외부에 기존 운반 가스(예컨대 헬륨) 포함 탱크 및 밸브 조절기를 착탈식으로 장착할 수 있다. 도시된 탱크 장착 밸브 조절기(39)는 전형적인 수동 조작식이며, 헬륨 운반 가스를 내부의 가스 크로마토그라프(32)에 공급하고 그 공급량은 유량 조절기(30)로 조절한다. 또한 필요시, 무선 통신 설비(42)를 분석 유닛(14)에 통합함으로써, 설비(42)가 캐비넷의 작동 온도에 견딜 수 있는 한도까지는(특히 가열시), 원격 기지와 교신하고 제어 기능을 제공할 수 있도록 구성된다(도 1 참조).
제3구성요소는 전력 발생 및 저장 모듈로서, 딥 사이클 배터리형 에너지 저장 셀로 구성된 상호 연결 장치, 전력 제어 센터, 외부 장착 전기 연결식 태양열 수집용 태양 전지 셀 장치(바람직하게는 배터리/제어 박스에 그늘을 제공하도록 패널 형태로 구성됨) 및 분석기(32)로부터의 분석 데이타 출력값을 전송하기 위한 무선 모뎀(42)(도 3 참조)(분석 유닛[14] 내로 통합되지 않을 경우, 도 1 참조)을 포함한다.
제3구성요소는 태양전지 패널 장착부, 전력 발생/저장부, 전력 제어부 및 통신부가 포함된 모듈(16)을 포함한다. 도 2 내지 4에 개략적으로 도시된 모듈(16)은 방풍식 인클로저(48), 하우징 전력 제어 회로(40)(도 2 내지 3에 도시), 멀리 떨어진 중앙 제어 센터로부터 디지털 데이타를 송수신하기 위한 무선 모뎀(42) 등의 통신 설비, 시리즈로 연결되고 외부 장착식 태양 전지 패널(18)에 의해 구동되며 예컨대, 12V - 250Ah의 밸브 조절식 납축전지(VRLA, Valve Regulated Lead Acid)로 구성된 밀봉 배터리 저장 셀(B, 여기서는 8개)과 같은 상호 연결식 딥 사이클형 자체 충전식의 저장 배터리 장치를 특징으로 한다. 상기 모듈(16)은 전력 이송 도관(19)에 의해 분석기와 연결되며, 바람직하게는 히트 트레이싱(heat tracing)의 형태를 취한다.
상기 인클로저(48)는 바람직하게는 분말 코팅되고 용접된 스틸 프레임이나 패널로 구성된 견고한 통기형 캐비넷이며, 전면 패널에는 힌지가 장착되어 있어 내부 접근이 용이하도록 구성된다. 상기 인클로저(48)에는 에너지 저장 배터리를 선반식으로 배치하기 위한 내부 공간이 제공되며, 이에 따라 적절한 공기 유동을 위한 충분한 공간이 제공되는 한편, 제어/통신 장비의 견고한 장착을 위한 충분한 벽 공간이 제공된다. 상기 인클로저(48)에는 또한 태양전지 패널(18)용 피봇 장착부가 제공됨으로써, 각도 조절이 가능한 한편, 패널 베이스가 지면에 접촉하는 것을 막고 또한, 케이블 및 배선 피드스루(wiring feedthrough)용 피팅과 접촉하는 것을 방지한다. 바람직하게는 패널(18)은 태양열 에너지 수집을 최대화하는 한편, 인클로저에 불필요한 열축적을 막기 위한 그늘을 제공하도록 구성된다. 도시된 캐비넷은 또한 배터리, 충전기(모닝스타 브랜드 제품) 및 부하 콘트롤러를 포함한다.
도 2 및 도 3에 도시된 전력 제어 유닛은 예시적으로 DPW Power Fab의 배터리 박스 모델인 BB10-8D +4을 사용하며 회로(40)을 둘러싸고 있다. 상기 도시된 예에서, 태양전지 패널은 미국 멍스터사(Morningstar)의 제품모델인 TS-MPPT-60 등의 충전 콘트롤러(44)에 연결되어 1080 와트의 전력을 생산하며, 시리즈로 병렬 배치된 배터리 장치(B)(도 2에 도시)에 전력을 공급한다. 60A의 광전류 부하를 갖는 멍스터사의 콘트롤러는 4단계의 충전 제어 기능과 함께 데이터 로깅 기능, 조절 지점 설정 및 온도 보상 기능을 제공한다.
부하 콘트롤러(46)에 의해 저장 전력을, 인클로저(16) 내에 배치된 기구 및 설비뿐만 아니라 유량 제어기 및 분석 유닛(12)의 분석기(및 전력 인클러저[16] 내에 배치되지 않은 경우 통신 설비) 및 프루브 채취 유닛(12)의 가열 조절기를 작동하는데 충분한 24V로 출력한다. 도시된 실시예는 멍스터사의 Pro Star-30 콘트롤러를 포함하는데, 자동 복구, 단락시 내부 전자기기 보호, 과부하, 역극성(reverse polarity), 어두울 시 전류 전환, 고전압 및 고온 차단, 그리고 번개 및 과도한 서지로부터의 보호 기능 등을 포함한다.
전술한 설명의 관점에서 볼 때, 대안적인 실시예도 가능하다는 것이 명백할 것이다. 예컨대, 다단의 온도/압력 조절기를 저전력 히트 블럭을 가진 채취 프루브의 꼭대기에 직접 배치함으로써, 일관된 입출력 온도 및 압력을 유지하고 불균형 상태에서 기인하는 플래싱을 방지하도록 구성할 수 있다. 전원 공급 장치가 채취 유닛 및 분석 유닛으로부터 이동되거나 분리되지 않는 다른 실시예에서는, 기존의 전원 공급 장치가 이용 가능할 경우, 제2분석기와 제3 전원 공급 장치를 공통의 본체 내에 고정시킬 수도 있다. 상술한 제1인클로저 및 제2인클로저 사이의 전기 도관(22) 및 진공 자켓 튜브(24)에 대한 대안적인 실시예로는, 진공 자켓 튜브 및 진공 자켓 튜브의 외곽 단부로부터 돌출되고 밀봉된 적절한 커넥터를 갖는 통합 배선/트레이싱 케이블을 들 수 있다.
산업상 이용 가능성
본 발명은 기존 인프라에서 원격 배치된 통합 저전력 태양열 발전 샘플 채취 분석기에 관한 것으로 효율적인 기화 샘플 조성물에 대한 분석 기능을 제공하며, 저전력 히터, 압력 조절기, 소구경의 진공 자켓 튜브(VJT)(조절 유닛과 분석 유닛 사이에서 기화 샘플 가스의 이송을 담당하고 무거운 샘플 성분의 플래싱을 방지), 저전력 프로세스 제어기 및 원격 통신 설비를 포함한다. 본 발명은 또한 특정 안전 및 규정 요건을 만족하도록 용이하게 채택될 수 있는데, 이는 예컨대 지역 분류(area classification)에 부합되는 하나 이상의 폭발 방지 하우징으로 구성된 인클로저에 의해 구현된다.
전술한 명세서에는 본 발명의 실시예에 대해 단지 하나만이 개시되었을지라도, 당업자는 전술한 설명 및 관련 도면에 제시된 내용의 이점을 갖는 범위 및 본 발명에 속하는 범위 내에서 많은 수정 및 변형이 가능하다는 것이 이해될 것이다. 따라서 본 발명은 본원에 개시된 특정 실시예로 한정되지 않으며, 본 발명의 범위 내에서 행해지는 다양한 수정 및 변형도 본 발명에 포함되는 것으로 간주된다. 또한, 본원에 사용된 용어들의 경우도, 이들은 단지 일반적이고 설명적인 것으로 본 발명의 내용을 제한하는 의도로 사용되지 않는다.
Claims (15)
- 파이프라인으로부터 습식 가스 샘플을 추출 및 분석하기 위한 시스템에 있어서,
상기 시스템은 파이프라인 샘플 채취 프루브; 채취 도관; 진공 자켓 절연 튜브; 전기구동식 분석 유닛; 전기구동식 무선통신 모듈 유닛; 저전력 전기 제어 유닛; 태양 전지 패널;을 포함하고,
상기 채취 도관에 의해 상기 채취 프루브와 샘플 조절기를 연결함으로써 기화된 습식 가스 샘플을 생성하며, 상기 샘플 조절기는 전기구동식 히터 부재, 압력 조절기, 유량 제어기 및 조절된 기화 샘플 출력장치를 포함하고,
상기 진공 자켓 절연 튜브는 내표면을 갖는 튜브형 외부 케이스 및 내/외 표면을 갖는 튜브형 내부 기화 습식 가스 샘플 도관 부재에 의해 정의되며, 상기 튜브형 내부 기화 습식 가스 샘플 도관 부재는 제1단부 및 제2단부를 갖고, 이 때 제1단부는 상기 샘플 조절기의 조절된 기화 습식 가스 샘플 출력장치에 부착되며, 상기 튜브형 내부 기화 습식 가스 샘플 도관 부재는 상기 튜브형 외부 케이스 내에 실질적으로 같이 존재하고 동축으로 배치되며 도관 부재와 튜브형 외부 케이스의 내표면 사이에 공간을 유지하고자 외부 케이스로부터 이격됨으로써 외부 케이스 내표면과 튜브형 내부 기화 습식 가스 샘플 도관 부재의 외표면 사이에 단열 고리를 형성하고, 상기 튜브형 내부 기화 습식 가스 샘플 도관 부재의 벽 두께는 500 psig(35 bar)를 초과하는 압력을 보유하고 비파괴 굽힘을 허용하기에 충분하도록 구성되며, 상기 튜브형 내부 기화 습식 가스 샘플 도관 부재는 이들로의 통과중 플래싱(flashing)을 방지하도록 충분한 압력 및 유량을 유지하도록 디자인된 내부 직경을 갖고,
상기 전기구동식 분석 유닛은 상기 조절된 기화 습식 가스 샘플의 적어도 하나의 피분석물에 대한 정량 및 정성 검출을 위한 저전력 증기 분석기를 포함하고, 상기 분석 유닛은 상기 조절된 기화 샘플, 운반 가스 입력장치를 수용하기 위한 튜브형 기화 습식 가스 샘플 도관 부재의 제2단부와 증기 연통하는 입구를 가지며, 상기 전기구동식 분석 유닛은 기화 습식 가스 샘플 중 적어도 하나의 피분석물을 검출하고 획득 결과에 대응되는 적어도 하나의 신호를 생성하고,
상기 전기구동식 무선 통신 모듈 유닛은 상기 결과를 원격 수신기로 전송하며,
상기 저전력 전기 제어 유닛은 조절기, 분석 유닛 및 무선 통신 모듈 유닛에 각각 전기적으로 연결된 전력 제어 센터를 포함하고,
상기 태양 전지 패널은 전기구동식 제어 유닛으로의 분배를 위해 저전력 제어 유닛과 연결된 전기 축전 배열을 갖는 것을 특징으로 하는
파이프라인으로부터 습식 가스 샘플을 추출 및 분석하기 위한 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 전기구동식 분석 유닛은 필드형 프로세스 가스 크로마토그라프(process gas chromatograph)인 것을 특징으로 하는
파이프라인으로부터 습식 가스 샘플을 추출 및 분석하기 위한 시스템.
- 제 1항 내지 제 2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 태양 전지 패널은 24볼트 이하에서 구동하도록 구성된 것을 특징으로 하는
파이프라인으로부터 습식 가스 샘플을 추출 및 분석하기 위한 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 전기구동식 분석 유닛, 전기구동식 무선 통신 모듈 유닛 및 저전력 전기 제어 유닛은 샘플 조절기로부터 적어도 3미터(10피트) 이상 15미터(50피트) 이내에 원격 배치된 공통 하우징 내에 포함되는 것을 특징으로 하는
파이프라인으로부터 습식 가스 샘플을 추출 및 분석하기 위한 시스템.
- 제 4항에 있어서,
상기 하우징은 폭발 방지 기능을 갖도록 구성된 것을 특징으로 하는
파이프라인으로부터 습식 가스 샘플을 추출 및 분석하기 위한 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 진공 자켓 튜브는 히트 트레이싱(heat tracing)을 포함함으로써, 별도의 분리된 내후성 하우징 내에 포함된 샘플 조절기, 분석 유닛, 저전력 전기 제어 유닛에 전력을 공급하도록 구성된 것을 특징으로 하는
파이프라인으로부터 습식 가스 샘플을 추출 및 분석하기 위한 시스템.
- 제 6항에 있어서,
적어도 하나의 하우징은 폭발 방지형 캐비넷인 것을 특징으로 하는
파이프라인으로부터 습식 가스 샘플을 추출 및 분석하기 위한 시스템.
- 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 튜브형 내부 기화 습식 가스 샘플 도관 부재는 1/4인치 외경 및 0.065인치 두께의 벽을 갖는 스테인리스 스틸이고, 유량의 축소/확대를 위해 제1단부 및 제2단부에 스테인리스 스틸 피팅을 갖도록 함으로써 습식 가스 샘플의 플래싱을 방지하도록 구성된 것을 특징으로 하는
파이프라인으로부터 습식 가스 샘플을 추출 및 분석하기 위한 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 튜브형 내부 기화 습식 가스 샘플 도관 부재는 1/16인치 내지 1/4인치 외경 및 0.02인치 내지 0.065인치 두께의 벽을 갖는 스테인리스 스틸이고, 유량의 축소/확대를 위해 제1단부 및 제2단부에 스테인리스 스틸 피팅을 갖도록 함으로써 습식 가스 샘플의 플래싱을 방지하도록 구성된 것을 특징으로 하는
파이프라인으로부터 습식 가스 샘플을 추출 및 분석하기 위한 시스템.
- 유체 샘플내의 적어도 하나의 피분석물을 분석하기 위한 태양열 구동식 시스템에 있어서,
상기 시스템은 제1인클로저; 제2인클로저; 통신 수단; 및 제3인클로저;를 포함하고,
상기 제1인클로저는 가열 유체 샘플 채취 입력장치, 가열 압력 조절기, 유량 조절기 및 조절된 기화 샘플 출력장치를 포함하며, 이 때 제1인클로저는 샘플 소스와 교신 가능하고 유체로부터 조절된 기화 가스 샘플을 생성하며,
상기 제2인클로저는 제1인클로저와 사용가능하게 연결되고, 기화된 가스 샘플 조성물의 대표적 신호 출력물을 제공하기 위한 분석 장치 및 조절된 샘플 입력장치를 포함하며,
상기 통신 수단은 이송중 기화 샘플의 열적 정체 및 유량 정체를 유지하도록 제1인클로저와 제2인클로저 사이에서 조절된 기화 가스 샘플과 교신하도록 구성되고,
상기 제3인클로저는 제1인클로저 및 제2인클로저에 동작 전력을 공급하고 분석 장치로부터의 신호를 수신하기 위한 전력 제어 센터, 태양 전지 패널 및 통신 관련 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는
유체 샘플내의 적어도 하나의 피분석물을 분석하기 위한 태양열 구동식 시스템.
- 제 10항에 있어서,
상기 유체 샘플은 천연가스, 액화 천연가스, 압축 천연가스, 극저온 유체 및 바이오 가스로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는
유체 샘플내의 적어도 하나의 피분석물을 분석하기 위한 태양열 구동식 시스템.
- 제 10항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 통신 관련 모듈은 분석기로부터의 데이타를 전송하고 원격 소스로부터의 명령을 수신하기 위한 무선 모뎀을 포함하는 것을 특징으로 하는
유체 샘플내의 적어도 하나의 피분석물을 분석하기 위한 태양열 구동식 시스템.
- 제 10항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 통신 수단은 1/16인치 내지 1/4인치(3~8mm)의 외경 및 0.02인치 내지 0.065인치(0.05~0.15mm) 두께의 벽으로 구성된 스테인리스 스틸 튜브형 샘플 도관을 갖는 진공 자켓 튜브이고, 분석 사이클 시간과 조율된 샘플 이송 시간을 제공하도록 채택되며, 유량의 축소/확대를 위해 제1단부 및 제2단부에 스테인리스 스틸 피팅을 갖도록 함으로써 습식 가스 샘플의 플래싱을 방지하고, 외부 자켓에 대해 비파괴 굽힘이 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는
유체 샘플내의 적어도 하나의 피분석물을 분석하기 위한 태양열 구동식 시스템.
- 제 10항에 있어서,
이송중 제1인클로저와 제2인클로저 사이에서 이슬점(dew point) 강하 온도 이상으로 샘플의 온도를 유지하도록 구성된 것을 특징으로 하는
유체 샘플내의 적어도 하나의 피분석물을 분석하기 위한 태양열 구동식 시스템.
- 제 10항의 시스템을 사용하는 원격 샘플 분석을 위한 방법에 있어서,
이송중 제1인클로저와 제2인클로저 사이에서 이슬점 강하 온도 이상으로 샘플의 온도를 유지하도록 구성된 것을 특징으로 하는
원격 샘플 분석을 위한 방법.
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