KR20160128332A - 천연가솔린 압력 조절 기화기 샘플링 시스템 - Google Patents
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Abstract
본원은 샘플 인풋, 기화기, 가열 조절기, 가스 샘플 아웃렛, 및 관련 분석기로 진입 이전에 조정된 샘플의 상 분리 및 재액화를 방지하기 위한 제어 시스템을 포함하며, 그리고 특정 실시예에서 샘플 액체가 추가 프로세싱되며 관련 분석기로 통과하는 것을 방지하기 위한 자동 차단 시스템을 갖춘 천연가솔린 샘플 조절을 위한 시스템 및 방법을 제공한다.
Description
이 PCT 국제출원은 2014년 2월12일 출원된 미국 가출원 시리얼 넘버 61/938,905의 우선권을 주장한다.
본 발명은, 액화 천연가스 인풋(장치)으로부터 더 무거운 탄화수소를 함유한 샘플을 수집하고 조절을 고려한 개선에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 분석을 위한 재-액화 없이 가스를 저압으로 유지하기 위해 셰일과 같은 천연가솔린 소스로부터의 파이프라인 샘플의 열 조절(thermal conditioning에 관한 것이다.
부유시켜 운반된 상당한 액화천연가스를 포함하는 경향이 있는 기화 후에, 기체 NGL(천연가솔린)은 극저온이 되지 않는다. 이러한 부유시켜 운반된 액체의 존재는 측정가스의 에너지 가치(값)의 질적 정확도를 손상시킨다. 이 문제는 수압파쇄(fracking)로부터 NGL 회수의 실질적 개발을 악화시켰다.
종래의 소스로부터 획득되는 일반적인 가스와 달리, NGL은 전통적인 가스정으로부터 획득되는 스트림에 존재하지 않는 중질 탄화수소(heavy hydrocarbons)(예컨대, 5개의 탄소 원자보다 많은 원자로 구성되고 일반적으로 액체 형태인)의 존재로 인해 새로운 분석 복잡화를 도입한다. 예컨대, C5 및 아스팔트와 같은 더 무거운 성분, 300-400℉(148-204℃)의 기화온도를 지닌 물질을 통해 다양한 등급 함유실질적 범위의 메탄이 상 분리를 야기하게 충분히 냉각될 수 있으며 상 전이 커브(phase transition curve)가 있는 곳에 따라 측정이 언제 취해지느냐에 따라 성분 불균일이 발생한다. 이것은 편차를 일으키고 분석을 빗나가게 하는 가볍고 무거운 성분의 계층화이다. 분석 이전에 기화에 뒤이은 재액화는 더욱 심각한 시나리오를 야기한다. 대다수의 GCs 는 150℉(65℃) 및 180℉(82℃) 이하의 온도 및 10psig 미만의 압력에서 적절하게 작동하지 않기에, 만약 액체가 종래의 가스 크로마토그래프(GC)로 도입되면, 분석기를 플러딩시켜 망가뜨린다.
NGL을 위한 많은 설비는, 25개 가스 크로마토그래프, 및 대부분 중간스트림에 배치되는, 수분 분석기들에 이르기까지 다수의 여분(중복)을 필요로 한다. 이런 분석기들은, 특히 가스 크로마토그래프들은, 비싼 것으로 잘 알려져 있는데- 각각 ＄50,000까지 비용이 든다. 만약 GC의 플러딩(flooding)이 일어나면, GC가 정지되어 복구하거나 교체해야 한다. 이러한 정지에 의해 야기되는 중단의 비용 이외에, 상당한 유지, 노동 및 설비 비용이 초래된다.
많은 샘플 테이크오프(takeoff) 및 조절 유닛은, 플러딩(flooding) 문제를 피하기(방지) 위해 액체 블록(liquid block) 특징을 포함한다. 그러나, 이런 종래의 액체 블록의 배치는, 조절 캐비넷 내에서 온도 및 압력 제한을 제거함으로 현저히 증가된 "중질 액체"(liquid heavies)의 완전한 기화를 허용하는 것이 밝혀졌다.
본 발명의 목적은, 중질 액체를 함유한 NGL의 상황에서 종래 기술 이상의 개선된 성능을 제공하기 위한 대안을 제공하는 새로운 액화천연가스 샘플링 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 양태의 다른 목적은 액체 침입으로부터 관련 가스 분석기의 플러딩에 대한 보호를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 NGL을 함유한 액체 및 중질 탄화수소의 인-라인(in-line), 리얼-타임(real-time) 분석과 관련된 설비 및 노동 비용을 감소하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 증기 및/또는 액체의 두개/다중 상(two/multiphase) 분리의 발생을 방지하는 NGL 샘플링 및 분석을 허용하는 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 조절 시스템(conditioning system)의 패러미터를 모니터링하여 미리-설정된 패러미터 편차 임계치 및/또는 전력 상실을 탐지시 샘플 분석을 중단하는 것이다.
이런저런 목적들이 비-극저온의 다양한 등급(widegrade) 함유 천연가스 액체 샘플을 분석하기 위해 추출 및 조절을 위한 시스템으로 특징되는 제1 실시예의 본 발명에 의해 충족되는데, 상기 시스템은,
a)절연 캐비넷(insulated cabinet);
b)액체 샘플 인풋라인(input line);
c)인풋라인과 연결된 액체를 플래시 기화(flash vaporizing)하기 위한 기화기(vaporizer);
d)기화된 샘플 아웃풋라인(output line);
e)기화된 샘플 아웃풋라인으로부터 기화된 샘플을 받아들이기 위한 가열 압력 조절기(heated pressure regulator);
f)절연된 캐비넷의 외부에 위치되는 가스 샘플 분석기에 대한 아웃풋 샘플 가스 관로; 및-상기 아웃풋 관로는 하나의 단부가 가열 압력 조절기에 연결됨-.
g)기화기 및 가열 압력 조절기와 전기적으로 연결된 콘트롤러 유닛(controller unit); -상기 콘트롤러는 전원(electrical power source)에 연결되어 있으며, 가열 압력 조절기로부터 아웃풋된 기화된 샘플의 온도 및 압력을 모니터링하기 위한 콘트롤러는 가스 샘플 분석기의 허용가능한 작동 범위 내에 들어있음-. 에 의해 특징된다.
본 발명의 시스템은 기화기와 관련된 속도 루프(speed loop)에 의해 특징되는 제2 실시예로 특징된다.
본 발명의 시스템은 가열 압력 조절기로부터 아웃풋된 가스 샘플이 가스 샘플 분석기의 허용가능한 작동 범위를 넘어서는 경우 압력 완화를 위한 릴리프 밸브(relief valve)에 의해 더 특징되는 제3 실시예로 특징된다.
본 발명의 시스템은 콘트롤러 유닛와 관련된 통신시설에 의해 제4 실시예로 특징된다.
본 발명의 시스템은 샘플 인풋라인 및 기화기에 배치된 액체 필터(liquid filter)에 의해 더 특징되는 제5 실시예로 특징된다.
본 발명의 시스템은 기화기로 액체 샘플의 흐름을 중단하기 위해 기화기의 인풋 및 액체 필터 사이에 배치된 솔레노이드 작동 밸브에 의해 더 특징되는 제6 실시예로 특징된다.
본 발명의 시스템은 다운스트림 분석기(downstream analyzer)에 의한 분석을 위해 비-극저온 액체 샘플(non-cryogenic liquid sample)을 추출 및 조절하기 위한 시스템으로서 추가 실시예로 특징되는데, 상기 시스템은,
a)절연 캐비넷;
b)샘플 인풋라인(input line);
c)인풋라인과 연결된 샘플을 플래시 기화하기 위한 기화기;
d)기화된 샘플 아웃풋라인(output line);
e)기화된 샘플 아웃풋라인으로부터 기화된 샘플을 받아들이기 위한 가열 압력 조절기;
f)절연된 캐비넷의 외부에 위치되는 가스 샘플 분석기에 대한 아웃풋 샘플 가스 관로; 및-상기 아웃풋 관로는 하나의 단부가 가열 압력 조절기에 연결됨-.
g)미리 설정된 범위로부터 벗어나는 프로세싱 조건을 탐지할 시 액체가 기화기로 흐르는 것을 중단하기 위한 솔레노이드 밸브 작동을 포함하는, 절연 캐비넷의 프로세싱 조건을 모니터링하는 콘트롤러 유닛; -상기 콘트롤러는, 허용가능한 작동 범위 내에 있을, 샘플이 기화 샘플 아웃풋라인으로 시스템을 통과함에 따른 샘플 온도 및 압력을 모니터링하기 위해, 작동 중에 기화기, 가열 압력 조절기, 솔레노이드 밸브, 및 조건 탐지 센서(condition detection sensors)와 신호 통신을 하며, 상기 콘트롤러는 전원에 연결되고, 콘트롤러 및 원격 통신을 위한 통신 모듈에 조건이 모니터 됨-. 에 의해 특징된다.
본 발명의 시스템은 샘플 인풋라인에 배치된 필터 및 관련 속도 루프에 의해 더 특징되는 바로 이전 실시예의 추가 실시예로 특징된다.
본 발명의 시스템은 콘트롤러 유닛에 전기적으로 연결되며 액체 샘플 인풋라인에 배치된 볼 밸브(ball valve)가 샘플 흐름을 차단시키게 작동하게끔 압축 공기를 가동 해제시, 일반적으로 폐쇄 위치(closed position) 를 갖는 솔레노이드 밸브에 의해 더 특징되는 제2 추가 실시예로 특징된다.
본 발명의 시스템은 콘트롤러 유닛에 전기적으로 연결된 다수의 솔레노이드 밸브에 의해 특징되는 제3 추가 실시예로 특징되는데, 각각의 솔레노이드 밸브는, 기화기로 액체 흐름을 차단하도록 액체 샘플 인풋라인 및 분석기로 증기 샘플 흐름을 차단하도록 기화된 샘플 아웃풋라인에 배치된 관련 볼 밸브가 작동하게끔 압축 공기를 각각 해제하는 디-에너자이징(de-energizing)(전원 차단)시, 일반적으로 폐쇄 위치를 갖는다.
본 발명의 시스템은 분석기의 탐지 온도가 소정의 최소 이하로 떨어질때, 샘플 흐름을 차단하도록 솔레노이드 밸브가 작동하게끔 콘트롤러 유닛과 통신하는 분석기과 관련된 써머커플 인풋(thermocouuple input)에 의해 더 특징되는 제4 추가 실시예로 특징된다.
이 상세 설명에서, "하나의 실시예", "일 실시예" 또는 "실시예에서" 는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되게 언급된 특징을 의미한다. 또한, "하나의 실시예", "일 실시예" 또는 "실시예들" 에 대한 별도의 언급은 반드시 동일한 실시예를 언급하는 것은 아니다; 그러나, 이러한 실시예들은, 명시되지 않는 한, 상호 배타적이지도 예외적이지도 않아서 당업자에게는 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 여기에서 설명된 실시예의 임의의 다양한 결합 및/또는 통합을 포함할 수 있다.
여기에서 사용된 용어는 단지 특정 실시예를 설명하기 위한 것이지 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 여기에서 사용된 바와 같이, 단수형, "하나의", "어떤 하나" 및 "그" 는 문맥상 명확하게 다르게 명시하지 않는 한, 복수형도 포함하는 것으로 의도된다. 이 명세서에서 사용되는 경우, 근본 용어 "포함하다" 및/또는 "갖다" 는 명시된 특징, 단계, 작동, 구성요소 및/또는 성분의 존재를 명기하며, 적어도 하나의 다른 특징, 단계, 작동, 구성요소, 성분 및/또는 이들의 그룹의 부가 또는 존재를 배제하지 않는다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
여기에서 사용된, 용어 " 구성하다", " 구성하여", "포함하다" "포함하여","갖다", "갖는" 또는 이들의 다양한 변형은 배타적이지 않은 포함을 커버하게끔 의도된다. 예컨대, 특징들의 목록을 포함하는 프로세스, 방법, 항목 또는 장치는 그 특징들 만에 한정되는 것이 아니라, 이러한 프로세스, 방법, 항목, 또는 장치를 명백히 내재하거나 기재하지 않은 다른 특징들을 포함할 수 있다.
명확한 목적을 위해 여기에서 사용된 "연결된" 은 직접적이든 간접적이든 물리적으로 부착되거나 조정가능하게 설치된 것을 포함하며, 예컨대, 통신 유닛이, 직접적으로 또는 이격된 경우 종래의 무선 링크를 통해 PID 콘트롤러에 연결된 것과 같습니다.
여기에서 사용되어 달리 명백히 명시하지 않는 한, "또는" 은 포괄적-또는 배타적이지 않은- 것을 나타낸다. 예컨대, 조건 A 또는 B는 다음 중 임의의 하나에 의해 충족된다 : A가 진실(또는 존재함)이고 B가 거짓(또는 존재하지 않음)이며, A가 거짓(존재하지 않음)이고 B가 진실(또는 존재함)이며, A 및 B 양쪽이 진실(존재함)이다.
여기에서 사용된 "실질적으로", "일반적으로", 및 정도에 대한 다른 단어들은 수정(한정된)된 특성으로부터 허용되는 변형을 나타내도록 의도된 상대적인 한정어(수식어)이다. 이는 수정된 절대적 가치 및 특성을 한정하는 것이 아니라, 그 반대로 물리적 또는 기능적 특성을 더 보유하는 것이며, 바람직하게는 이러한 물리적 또는 기능적 특성에 접근하거나 가깝게되는 것이다.
다음의 설명에서, 참조부호는 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 나타내는 설명을 위해 제공되는 첨부도면에 제공된다. 다음에 설명된 실시예는 본 발명을 당업자가 실시 가능하게 충분히 상세하게 설명된다. 다른 실시예를 이용할 수 있으며 현재 알려진 구조적 및/또는 기능적 등가물에 기반한 변경은 본 발명의 범주를 벗어나지 않고 이루어질 수 있다는 것을 이해해야한다.
본 발명은 액화천연가스 샘플링 시스템 및 방법은 개선된 성능을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 천연 가솔린 압력 조절 기화기 시스템의 일 실시예의 개요도이다.
도 2는 본 발명에 따른 천연 가솔린 압력 조절 기화기 시스템의 대안적 실시예의 개요도이다.
도 3은 도 2의 실시예와 관련된 자동 샘플 차단 회로의 개요도이다.
도 4는 본 발명의 추가 양태에 따른 정지 시스템(shutdown system)의 일 실시예 개요도이다.
도 2는 본 발명에 따른 천연 가솔린 압력 조절 기화기 시스템의 대안적 실시예의 개요도이다.
도 3은 도 2의 실시예와 관련된 자동 샘플 차단 회로의 개요도이다.
도 4는 본 발명의 추가 양태에 따른 정지 시스템(shutdown system)의 일 실시예 개요도이다.
도 1은 본 발명의, 단일 스트림, 천연 가솔린 샘플 기화기 시스템(10)의 일 실시예를 도시한다. 상기 시스템은, 바람직하게는 클래스1, 디비젼1 그룹 C,D,t3( ＜200℃) 요건의 표준에 부합하는 캐비넷(1)을 포함한다. 캐비넷(12)은 절연체(14,insulation)로 완전히 절연되어 상승된 내부 온도를 유지한다. 내부 캐비넷 구성요소는, 가스라인(gas lines,16,18 및 20), 인라인 압력 게이지(in line pressure gauges,22 및 24), 절연된 캐비넷(12) 내에 견고히 장착되는 미국 웨스트버지니아, 레벤스우드의 무스탕 샘플링으로부터 입수가능한 375와트 무스탕 기화기와 같은 샘플NGL 기화기(26,sample NGL vaporizer), 및 200와트 가열 압력 조절기(28,heated pressure regulator)의 양자를 포함한다.
외부 캐비넷 벽에 적절하게 치수화된 피드스루(feedthrough)에 부착되어 그로부터 돌출된 것은, 미국 미주리 세인트루이스의 와트로우로부터 입수가능한 와트로우 단일 콘트롤러(Watlow Single Controller)(EZ-Zone)와 같은 매입형 PID 콘트롤러 시스템(30,encased PID controller system)이며, 이는 전기적으로 상호연결되어 샘플 시스템 구성요소를 제어한다. 상기 콘트롤러(30)는 적절한 전원에 전기적으로 연결되고, 예컨대 RS 485 또는 USB와 같은 표준 하드웨어 연결, 또는 무선통신 기술을 제공하는 디지털 통신 연결을 포함한다.
PID 콘트롤러(30)는, 관련된 씨일 피팅 이음쇠(seal fittings reducersw) 등으로 적절하게-직경화된 아연 관로(예컨대, 3/4 인치)를 포함하는 밀봉된 피드스루 관로(32)를 통과하는 하드와어링(hard wiring)를 통해 내부 캐비넷 구성요소들과 전기적으로 연결된다. 피드스루 및 관련 관로의 구성은 NEC Sec.500(2011)과 같은 적용 기준을 충족해야 한다.
예시된 실시예에 의해 고려된 캐비넷(11)에 대한 가스 샘플 통로로 전환(thurning)하면, 전형적으로 가스 샘플은, 캐비넷(12)의 벽에 형성된 피드스루(32)와 연결된 일반적으로 작은 직경의 스테인레스 스틸 튜빙으로 구성된 작은 샘플 가스 라인(sample gas line)을 통해 NGL 추출 지점에서 이동한다. 캐비넷 내부로 진입하면, 샘플을 함유한 중질 탄화수소는 라인을 통해 가열된 액체 샘플 기화기(26)로 이동한다. 기화기(26)는, 샘플이 즉시 기화되는 매우 큰 열전달 표면적을 갖는 저용량(low volume) 플래시 챔버에 진입할 때까지 샘플 액체를 기포점(bubble point) 압력 및 온도 이하로 유지한다. 기화를 위한 열은 기화기와 관련되고 콘트롤러(30)에 연결된 전기 카트리지 히터로부터 전달된다. 플래시 챔버(flash chamber)는 실제 액체 샘플 조성물을 나타내는 균질한 샘플 증기를 유지하는 역할을 한다.
기화기 인풋의 접합부(junction)는 기화 단계 동안 샘플이 과다로 가압되는 것을 방지하기 위해 압력 교정 속도 루프 또는 벤트(36)를 포함할 수 있다. 중간 일 방향 체크 밸브를 포함할 수 있는 속도 루프/벤트는 피드스루 벤트(feedthrough vent)를 통해 캐비넷 외부와 연결된다. 이러한 속도 루프 및 이의 기능은 양수인의 이전에 발행된 미국 특허7844404호에 설명되어 있고, 이의 내용은 참조로 여기에 전체가 포함된다. 조절기의 특정 형태, 다이아프램 또는 피스톤은 특정한 설치에 대해 사용자에 의해 선택될 수 있다. 특히, 다이아프램 조절기는 액체 샘플 스트림의 경우에 우수한 성능을 제공할 것으로 생각된다.
기화된 샘플은 라인(18)을 통해 압력 및 온도 조절이 적용되는 가열 압력 조절기(28)로 아웃풋되어, 기화된 샘플이, 샘플 아웃풋라인(20) 및 게이지(24)에 의해 측정된 분석기-안전 압력을 초과하는 기화된 샘플을 배출하기 위한 내부 벤트 라인(25)으로 공급되는 T 커넥터(27)를 통해 상기 가열 조절기를 빠져나가서, 적절하게 가열되고 가압된 증기 샘플이, 벌레/곤충 방지 벤트를 특징으로 하는 배출 능력(venting capability)을 포함할 수 있는, 캐비넷 외부를 통해 제공되는 적절하게 격리(분리)된(isolated) 피드스루에 배치된 샘플 아웃풋(33)를 통해서 관련된 분석기로 전달된다.
통상의 작동시에, 기화된 액체 샘플은, 압력 감소 동안 샘플을 가열하는 것을 유지함으로서, 기화된 샘플 스트림의 중질 탄화수소의 이슬점 탈락/주울-톰프슨 응축이 방지되게끔 높은 온도 및 압력으로 기화기로부터 가열 조절기로 통과하고, 상기 샘플 스트림은 샘플 분석기 피드스루를 통해 캐비넷의 밖으로 통과하기 위해 적절하게 조절된다. 시스템 그 자체는 바람직하게는 원격 모니터링 및 적절하다겨 생각되는 경우 시스템의 변경을 고려한 제어 시스템을 허용하는 통신 시설을 포함한다.
위에서 설명된 변형으로 전환하면, 도 2의 실시예는 분석기 보호를 위해 시스템 아웃풋으로부터 관련 크로마토그래프로 액체 침입(유입)을 방지하기 위해 샘플 컨디셔너 정지시스템(sample conditioner shutdown system)을 포함한다. 이 실시예에서, PID 콘트롤러(37)는, 와트로우 이중 콘트롤러(Watlow Dual Controller)(EZ-Zone)와 같은 와트로우로부터 재차 입수가능한 매입형 이중 콘트롤러(encased dual controller)이다. 예시된 실시예는, 예컨대 열, 압력, 흐름속도, 배압, 후-기화 액체 탐지와 같은 비정상적인 조절시스템 패러미터, 및 심지어 시스템 전력 상실 탐지시 활성화되는, 샘플 통로를 따라 선택 지점에 배치된 세개의 솔레노이드 제어 차단밸브들을 특징으로 한다. 차단밸브들의 중복은 비정상 패러미터(deviant parameter)가 올바르게 될때까지 작동 준비시에 시스템 구성요소를 유지하기 위해 사용된다. 이 정지 시스템 밸브들은, 만약 샘플 컨디셔너 캐비넷 구성요소 및 심지어 콘트롤러와 연결된 써머커플(46,thermocouple)을 통해 모니터된 분석기(즉, 가스 크로마토그래피의 오븐)에서 온도가 설정점 이하로 떨어지는 것이 모니터링 되면 액체 흐름을 차단한다(도3 참조). 압력은, 예컨데 예시된 압력 게이지(16 및 24)와 관련될 수 있는 통상적으로 배치된 압력 트랜스미터(pressure transmitters)를 사용하여 모니터링 된다. 또한 배압 센서/트랜스미터가 공급 압력에 대해 비교하기 위해 포함할 수 있다. 이중 콘트롤러(37,dual controller)에 의해 전기적으로 제어되는 추가 압력 스위치(44)가 GC 작동에 충분한 분석기 캐리어 가스를 보장하기 위해 시스템에 포함될 수 있다. 캐리어 가스가, 예컨대 75psig의, 임계 압력 이하로 떨어지는 경우, 문제가 정정될 때까지 일반적으로 폐쇄 접점(closed contact)이 개방되어 크로마토그래프 및 샘플 인풋이 유휴상태(idles)로 된다. 비록 예시되지는 않았지만, 시스템은, 허용가능한 패러미터 내에서 기화된 샘플 흐름속도가 감소하는 것을 보장하기 위해 샘플 통로를 따라 배치된 하나 이상의 전자 유량계(electronic flow meters)를 기꺼이 포함할 수 있다.
바림직하지 않은 조건의 탐지 또는 관련 분석기을 작동못하게 할 수 있는 편차(deviations) 탐지시, 즉 너무 높은 샘플 압력, 너무 낮은 샘플 온도, 또는 액체의 탐지 결과로 분석기가 플러딩되면, 본 발명의 정지 실시는, 기화기로 유체 샘플 인풋, 가열 조절기로 기화된 샘플 인풋 및 컨디셔너로부터 관련 분석기로 샘플 아웃풋을 정지시키기 위해, 예컨대 통상적인 공압 작동 볼 밸브를 제어하는 솔레노이드(38,40 및 42)에 신호를 보내는 콘트롤러(30)를 전자적으로 링크한다.
이제, 도 4를 참조하면, 액체 샘플 조절 시스템을 포함하는 정지 시스템이 도시되어 있다. 상기 시스템은, 표준 형태 샘플 기화기(52) 및 가열 압력 조절기(54)를 특징으로 하며, 하우징(50) 내에 포함된다. 이 실시예에서, 샘플을 프로세스 샘플 인렛(56)를 통해 샘플링 선택 지점으로부터 캐비넷(50)으로 통과시켜 궁극적으로 샘플 아웃풋(57)을 통해 분석기로 전달한다. 액체 샘플 통로는 최초 인풋(56)으로부터, 바람직하게는 602T 토네이도 필터와 같은 자가-세정 0.5마이크론 미립자 필터의 필터 부재(58), 바이패스 흐름 표시기(60), 필터 부재(58)의 업스트림 및 다운스트림 양쪽에 배치된 압력 게이지(62)를 갖춘 필터 액체 속도 루프로 이어지며, 프로세스(64)로 복귀하고 미터제 인렛 및 아웃렛을 지닌다. 필터링된 샘플은, 오일이 존재할 수 있는 경우 특히 중요한, 샘플 스트림에 있는 액체의 커다란 액적을 제거하기(드레인을 통해)위해 필터 부재(58)로부터 유착 필터(66,coalescing filter)로 적절한 튜빙을 통해 이동한다. 필터링 요소의 통합은, 특정한 상황, 즉 높은 오일 함량, 커다란 에어로졸 액적 등, 이 필요하지 않으면 선택적이다.
위에서 개시된 바와 같이, 유착 필터로부터 샘플 통로는, 그 자체로 내장된 바이패스(built-in bypass)를 갖춘 액체 속도 루프를 갖출 수 있는 기화기(52)로 이어진다. 그러나, 샘플 통로가 기화기에 도달하기 전에 솔레노이드 작동 액체 중단 밸브(68)가 라인에 개재된다. 중단 밸브(68)은 바람직하게는 공기 작동 밸브이며 필터로부터 기화로 액체 흐름을 막는다. 공기는, 계기용 공기 포트(70)로부터 공기 라인(69)을 통해 외부 소스(예컨대, 질소 실린더)로부터 제공된다. 상기 밸브(68)는, PID 콘트롤러(72)와 전기적으로 연결된 솔레노이드 밸브(70)로부터 공압 라인(69)을 통해서 공급되는 계기용 공기(instrument air)에 의해 작동된다. 솔레노이드 밸브(70)는 일반적으로 전원이 차단되면(de-energized) 폐쇄된다.- 즉 전력이 상실되는 경우 자동적으로 흐름을 차단한다. PID 콘트롤러는, 또한 모니터링된 시스템 패러미터가 선택 임계치 이상으로 벗어나는 경우, 예컨대, 만약 온도가 특정용도 설정점 이하로 떨어지면, 상기 콘트롤러가 솔레노이드에게 접점을 개방하라는 신호를 보내서 솔레노이드에 전원을 차단할 수 있다. 다수의 분석기 어레이가 통로를 따라 배치된 경우, 통합된 통신 시설(73)을, 즉 RS485 통신 포트를, 사용하여 연속적으로 온도를 모니터링함으로서 샘플 컨디셔너(50)는 별개의 경보를 다운스트림 분석기 또는 디지털 제어 시스템으로 보낼 수 있다.
따라서, 액체 또는 상-분리 증기 샘플은 분석기로부터 진입이 막히는데, 이는 왜곡된 샘플 구성요소 분석 및/또는 분석기 손상을 방지하는데 이용된다. 차단 실시예는 정전시에 또한 컨디셔너 시스템 샘플 흐름이 정지하는 것을 고려한다. 정전은, 가열 조절기를 막 빠져나가는 샘플에 대해 필연적으로 압력 문제 및 상당한 온도 손실을 발생시킨다. 정전시 완전한 증발이 영향을 받아 샘플이 기화기 플래시 챔버를 빠져나가는 동안 상 분리가 용이하게 일어난다. 그 결과, 본 발명은 이 어플리케이션에서 이용할 수 없었던 분석기 및 데이타 보호를 제공한다.
비록 NGL 샘플 프로세싱에 가장 적용가능하지만, 여기에서 고려된 차단 시스템은 분석기에 도입을 위해 처리되는 다양한 기화된 샘플 스트림의 조절 패러미터를 모니터링하는데 또한 적용가능하다.
본 발명의 예시된 실시예들은 앞의 설명서에 제공되었다. 본 발명의 많은 수정 및 실시예들이 앞의 설명 및 관련 도면에서 제시된 지침의 이익을 갖으며, 본 발명에 속할 것이라는 것은 당업자에 의해 이해될 것이다. 따라서, 본 발명은 여기에 개시된 특정 실시예에 한정되지 않은 것으로 이해될 수 있으며, 본 발명의 많은 수정 및 다른 실시예들이 본 발명의 범주 내에 포함될 것으로 의도된다. 또한 비록 여기에서 특정 용어들이 사용되지만, 이들은 단지 일반적이고 서술적인 의미로 사용되며, 본 발명의 설명을 제한할 목적은 아니다.
(산업상 이용가능성)
본 발명은, 양적 및 질적 구성 성분 분석을 왜곡하는 상 분리 및 재액화 (reliquification)및/또는 분석기를 플러딩하고 손상하는 것을 최소화하는 관련 분석기에 대한 액체 인풋으로부터 다양한 등급 함유 천연가스 액체(NGL)와 같은 비-극저온의 액체에서 균일하게 기화된 샘플을 적절하게 수집, 조절 및 전달(소통)하기 위한 시스템에 결합한다. 일 실시예에서, 본 발명은 또한 조절 시스템에서 작동 조건이 유지될 수 있게 고려되는 한편 분석기로 도입되는 샘플을 격리(분리)하기 위한 차단 시스템을 포함한다.
Claims (15)
- 비-극저온의 다양한 등급(widegrade) 함유 천연가스 액체 샘플을 분석하기 위해 추출 및 조절을 위한 시스템에서, 상기 시스템은,
a)절연 캐비넷;
b)액체 샘플 인풋라인;
c)인풋라인과 연결된 액체를 플래시 기화하기 위한 기화기;
d)기화된 샘플 아웃풋라인;
e)기화된 샘플 아웃풋라인으로부터 기화된 샘플을 받아들이기 위한 가열 압력 조절기;
f)절연된 캐비넷의 외부에 위치되는 가스 샘플 분석기에 대한 아웃풋 샘플 가스 관로; 및-상기 아웃풋 관로는 하나의 단부가 가열 압력 조절기에 연결됨-.
g)기화기 및 가열 압력 조절기와 전기적으로 연결된 콘트롤러 유닛; -상기 콘트롤러는 전원에 연결되어 있으며, 가열 압력 조절기로부터 아웃풋된 기화된 샘플의 온도 및 압력을 모니터링하기 위한 콘트롤러는 가스 샘플 분석기의 허용가능한 작동 범위 내에 들어있음-. 에 의해 특징되는 시스템. - 제 1항에 있어서,
기화기와 관련된 속도 루프(speed loop)에 의해 더 특징되는 시스템. - 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
가열 압력 조절기로부터 아웃풋된 가스 샘플이 가스 샘플 분석기의 허용가능한 작동 범위를 넘어서는 경우 압력 완화를 위한 릴리프 밸브(relief valve)에 의해 더 특징되는 시스템.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
콘트롤러 유닛와 관련된 통신시설에 의해 더 특징되는 시스템.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
샘플 인풋라인 및 기화기에 배치된 액체 필터에 의해 더 특징되는 시스템.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
기화기로 액체 샘플의 흐름을 중단하기 위해 기화기의 인풋 및 액체 필터 사이에 배치된 솔레노이드 작동 밸브에 의해 더 특징되는 시스템.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
기화기로 액체 샘플의 흐름을 중단하기 위해 기화기의 인풋 및 액체 필터 사이에 배치된 솔레노이드 작동 밸브에 의해 더 특징되는 시스템.
- 다운스트림 분석기에 의한 분석을 위해 비-극저온 액체 샘플을 추출 및 조절하기 위한 시스템에서, 상기 시스템은,
a)절연 캐비넷;
b)샘플 인풋라인;
c)인풋라인과 연결된 샘플을 플래시 기화하기 위한 기화기;
d)기화된 샘플 아웃풋라인;
e)기화된 샘플 아웃풋라인으로부터 기화된 샘플을 받아들이기 위한 가열 압력 조절기;
f)절연된 캐비넷의 외부에 위치되는 가스 샘플 분석기에 대한 아웃풋 샘플 가스 관로; 및-상기 아웃풋 관로는 하나의 단부가 가열 압력 조절기에 연결됨-.
g)미리 설정된 범위로부터 벗어나는 프로세싱 조건을 탐지할 시 액체가 기화기로 흐르는 것을 중단하기 위한 솔레노이드 밸브 작동을 포함하는, 절연 캐비넷의 프로세싱 조건을 모니터링하는 콘트롤러 유닛; -콘트롤러는, 허용가능한 작동 범위 내에 있을, 기화 샘플 아웃풋라인으로 샘플이 시스템을 통과함에 따른 샘플 온도 및 압력을 모니터링하기 위해, 작동 중에 기화기, 가열 압력 조절기, 솔레노이드 밸브, 및 조건 탐지 센서와 신호 통신을 하며, 콘트롤러는 전원에 연결되고, 콘트롤러 및 원격 통신을 위한 통신 모듈에 조건이 모니터 됨-. 에 의해 특징되는 시스템.
- 제 8항에 있어서,
샘플 인풋 라인에 배치된 관련 속도 루프 및 필터에 의해 더 특징되는 시스템.
- 제 9항에 있어서,
콘트롤러 유닛에 전기적으로 연결되며 액체 샘플 인풋라인에 배치된 볼 밸브가 샘플 흐름을 차단시키게 작동하게끔 압축 공기를 가동 해제시, 일반적으로 폐쇄 위치(closed position) 를 갖는 솔레노이드 밸브에 의해 더 특징되는 시스템.
- 제 9항에 있어서,
콘트롤러 유닛에 전기적으로 연결된 다수의 솔레노이드 밸브에 의해 더 특징되는데, 상기 각각의 솔레노이드 밸브는, 기화기로 액체 흐름을 차단하도록 액체 샘플 인풋라인 및 분석기로 증기 샘플 흐름을 차단하도록 기화된 샘플 아웃풋라인에 배치된 관련 볼 밸브가 작동하게끔 압축 공기를 각각 해제하는 디-에너자이징(de-energizing)시, 일반적으로 폐쇄 위치를 갖는 것으로 특징되는 시스템.
- 제 11항에 있어서,
분석기의 탐지 온도가 소정의 최소 이하로 떨어질때, 샘플 흐름을 차단하도록 솔레노이드 밸브가 작동하게끔 콘트롤러 유닛과 통신하는 분석기과 관련된 써머커플 인풋(thermocouuple input)에 의해 더 특징되는 시스템.
- 제 12항에 있어서,
캐리어 가스 레벨이 초소로 미리조정된 경우 분석기가 유휴상태가 되게끔 콘트롤러 유닛과 통신하는 분석기에 대해 캐리어 가스와 관련된 압력 센서에 의해 더 특징되는 시스템.
- 제 9항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
가열 압력 조절기로부터 아웃풋된 가스 샘플이 가스 샘플 분석기의 허용가능한 작동 범위를 넘어서는 경우 압력 완화를 위한 릴리프 밸브에 의해 더 특징되는 시스템.
- 제 9항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
가열 압력 조절기로부터 아웃풋된 가스 샘플이 가스 샘플 분석기의 허용가능한 작동 범위를 넘어서는 경우 압력 완화를 위한 릴리프 밸브 및 액체인 샘플에 의해 더 특징되는 시스템.
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