KR20180108569A - 유체 샘플링 - Google Patents

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KR20180108569A
KR20180108569A KR1020187014761A KR20187014761A KR20180108569A KR 20180108569 A KR20180108569 A KR 20180108569A KR 1020187014761 A KR1020187014761 A KR 1020187014761A KR 20187014761 A KR20187014761 A KR 20187014761A KR 20180108569 A KR20180108569 A KR 20180108569A
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conduit
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KR1020187014761A
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짐 홀
스벤 라테르
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에스지에스 노쓰 아메리카 인크.
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Abstract

본 발명은, 유체 샘플링 장치로서, 유체 공급원의 출구를 샘플 입구 포트에 결합하도록 구성된 제1 도관; 샘플 출구 포트를 유체 공급원의 입구에 결합하도록 구성된 제2 도관; 밸브 조립체에 의해 제1 및 제2 도관에 연결된 입구 및 출구를 포함하는 팽창 챔버; 및 팽창 챔버의 출구를 유체 공급원의 입구에 결합하도록 구성된 압력 릴리프 밸브를 포함하는 유체 샘플링 장치를 제공한다. 상기 유체 샘플링 장치는 유체 샘플의 취득과 그 내부 구성요소의 후속 퍼징을 용이하게 하면서 샘플 유체의 주변 환경으로의 방출을 방지하여 환경 및 샘플링 인력을 유해한 화학 물질 방출로부터 보호한다. 유체 샘플링 장치는 샘플 용기의 적절한 충전 밀도에서 대표 샘플을 얻기 위한 폐루프 플러싱 및 팽창 동작을 제공하는 샘플 취득 프로세스를 용이하게 할 수 있다.

Description

유체 샘플링
우선권 주장
본 출원은 2015년 10월 27일자로 출원된 미국 특허 출원 제14/923,997호의 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.
기술 분야
본 명세서는 일반적으로 유체 샘플을 얻기 위한 시스템, 장치 및 방법에 관한 것이다.
유체 샘플링 장치는 독립적인 유체 공급원에서 원격 테스트 위치로 이송하기 위해 측정된 체적의 유체를 취득하기 위해 많은 산업에서 사용되고 있다. 유체 샘플의 시험은 오염물의 존재를 검출하는 것 및/또는 유체의 물리적 특성 및 조성을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 일반적으로, 유체 공급원으로부터의 유체는 유체 샘플링 장치를 통해 순환되며, 이는 샘플링 장치로부터 분리 가능한 샘플 용기에서의 대표 샘플의 포획을 용이하게 한다.
본 명세서는 유체 샘플을 취득하기 위한 시스템, 장치 및 방법과 관련된 기술을 설명한다.
본 개시내용의 일 양태에서, 유체 샘플링 장치는, 유체 공급원의 출구를 샘플 입구 포트에 결합하도록 구성된 제1 도관; 샘플 출구 포트를 유체 공급원의 입구에 결합하도록 구성된 제2 도관; 밸브 조립체에 의해 제1 및 제2 도관에 연결된 입구 및 출구를 포함하는 팽창 챔버; 및 팽창 챔버의 출구를 유체 공급원의 입구에 결합하도록 구성된 압력 릴리프 밸브를 포함한다. 제1 도관은 불활성 가스 공급원에 결합되도록 추가 구성되며, 그래서, 불활성 가스 공급원으로부터의 불활성 가스는 밸브 조립체가 제1 위치에 있을 때 제1 및 제2 도관 내의 유체를 유체 공급원의 입구쪽으로 밀어 제1 및 제2 도관을 퍼징하고, 불활성 가스 공급원으로부터의 불활성 가스는 밸브 조립체가 제2 위치에 있고 압력 릴리프 밸브가 개방되어 있을 때 팽창 챔버 내의 유체를 유체 공급원의 입구쪽으로 밀어 팽창 챔버를 퍼징한다.
일부 실시예에서, 유체는 액화 가스를 포함한다.
일부 실시예에서, 불활성 가스는 이산화탄소, 분자 산소 및 분자 질소 중 적어도 하나를 포함한다.
일부 실시예에서, 유체 샘플링 장치는 제1 및 제2 도관, 팽창 챔버 및 압력 릴리프 밸브를 지지하는 휴대용 하우징을 더 포함한다.
일부 실시예에서, 샘플 입구 포트 및 샘플 출구 포트는 신속 연결 피팅을 포함한다.
일부 실시예에서, 밸브 조립체는 한 쌍의 3방향 밸브를 포함하는 탠덤 밸브를 포함하고, 3방향 밸브 중 제1 밸브는 팽창 챔버의 입구를 제2 도관에 결합하고, 3방향 밸브 중 제2 밸브는 팽창 챔버의 출구를 제1 도관에 결합한다.
일부 실시예에서, 유체 샘플링 장치는 제1 도관에 결합되도록 구성된 부스터 펌프를 더 포함하고, 부스터 펌프의 작동은 유체 공급원의 출구로부터의 유체를 제1 도관을 통해 샘플 입구 포트를 향해 유동하도록 유도한다. 일부 실시예에서, 부스터 펌프는 가스 구동부를 포함하고, 가스 구동부의 흡기 포트는 불활성 가스 공급원에 결합되도록 구성된다. 일부 실시예에서, 유체 샘플링 장치는 제1 도관과 부스터 펌프의 가스 구동부의 흡기 포트 사이에서 불활성 가스 공급원의 결합을 조절하도록 구성된 불활성 가스 라우팅 밸브를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 유체 샘플링 장치는 부스터 펌프의 고압 출구와 제1 도관의 결합을 조절하도록 구성된 부스터 펌프 밸브를 더 포함한다.
본 개시내용의 다른 양태에서, 유체 샘플링 장치는 유체 공급원의 출구를 샘플 입구 포트에 결합하도록 구성된 제1 도관; 샘플 출구 포트를 유체 공급원의 입구에 결합하도록 구성된 제2 도관; 밸브 조립체에 의해 제1 및 제2 도관에 연결된 입구 및 출구를 포함하는 팽창 챔버; 부스터 펌프로서, 부스터 펌프의 작동이 유체 공급원의 출구로부터의 유체를 제1 도관을 통해 샘플 입구 포트를 향해 유도하도록 제1 도관에 결합되도록 구성된 부스터 펌프; 및 제1 및 제2 도관, 팽창 챔버 및 부스터 펌프를 지지하는 휴대용 하우징을 포함한다.
일부 실시예에서, 유체 샘플링 장치는 샘플 입구 포트 및 샘플 출구 포트에 결합된 샘플 용기를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 유체 공급원으로부터의 유체는 밸브 조립체가 제1 위치에 있을 때 샘플 용기와 유체 공급원 사이의 폐루프 내에서 유동하여 샘플 용기를 플러싱하고, 유체는 밸브 조립체가 제2 위치에 있을 때 샘플 용기와 팽창 챔버 사이의 폐루프에서 유동하여 샘플 용기 내의 유체의 일부를 팽창시킨다.
일부 실시예에서, 부스터 펌프는 가스 구동부를 포함하고, 가스 구동부의 흡기 포트는 불활성 가스 공급원에 결합되도록 구성된다. 일부 실시예에서, 유체 샘플링 장치는 제1 도관과 부스터 펌프의 가스 구동부의 흡기 포트 사이에서 불활성 가스 공급원의 결합을 조절하도록 구성된 불활성 가스 라우팅 밸브를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 유체 샘플링 장치는 부스터 펌프의 고압 출구와 제1 도관의 결합을 조절하도록 구성된 부스터 펌프 밸브를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 밸브 조립체는 한 쌍의 3방향 밸브를 포함하는 탠덤 밸브를 포함하고, 3방향 밸브 중 제1 밸브는 팽창 챔버의 입구를 제2 도관에 결합하고, 3방향 밸브 중 제2 밸브는 팽창 챔버의 출구를 제1 도관에 결합한다.
본 개시내용의 또 다른 양태에서, 유체 샘플링 장치를 퍼징하는 방법은, 유체 샘플링 장치의 유체 도관을 불활성 가스 공급원에 결합시키는 단계; 유체 도관을 통해 불활성 가스를 순환시키는 단계; 유체 샘플링 장치의 팽창 챔버를 통해 불활성 가스를 순환시키는 단계; 및 유체 도관 및 팽창 챔버로부터 퍼징된 불활성 가스의 적어도 일부 및 임의의 샘플 유체의 적어도 일부를 직접적으로 유체 샘플링 장치로부터 유체 샘플링 장치에 결합된 샘플 유체의 공급원으로 투입시키는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 불활성 가스는 이산화탄소, 분자 산소 및 분자 질소 중 적어도 하나를 포함한다.
일부 실시예에서, 방법은 한 쌍의 3방향 밸브를 포함하는 탠덤 밸브를 포함하는 밸브 조립체를 통해 불활성 가스를 순환시키는 단계를 더 포함하고, 3방향 밸브 중 제1 밸브는 팽창 챔버의 입구를 유체 도관에 결합하고, 3방향 밸브 중 제2 밸브는 팽창 챔버의 출구를 유체 도관에 결합한다. 일부 실시예들에서, 방법은 제1 위치와 제2 위치 사이에서 밸브 조립체를 조절하여 불활성 가스의 불연속적인 퍼프(discrete puffs)가 팽창 챔버를 통해 순환하게 하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 방법은 팽창 챔버의 출구에 결합된 압력 릴리프 밸브의 오버라이드 장치를 결부시킴으로써 팽창 챔버를 샘플 유체의 공급원과 유동적으로 결합하는 단계를 더 포함한다.
본 명세서에서 설명된 주제의 하나 이상의 구현의 세부 사항이 첨부 도면 및 이하의 설명에서 설명된다. 주제의 다른 특징, 양태 및 장점은 상세한 설명, 도면 및 청구범위로부터 명백해질 것이다.
도 1은 유체 샘플링 장치의 도면이다.
도 2는 휴대용 유체 샘플링 장치의 사시도이다.
도 3은 사용자가 운반하고 있는 도 2의 휴대용 유체 샘플링 장치의 측면도이다.
도 4는 유체 샘플링 장치를 작동시키는 프로세스를 예시하는 흐름도이다.
도 5는 유체 샘플링 장치를 사용하여 유체 샘플을 취득하는 프로세스를 도시하는 흐름도이다.
도 6은 불활성 가스로 유체 샘플링 장치를 퍼징하는 프로세스를 도시하는 흐름도이다.
본 개시내용은 유체 공급원으로부터 대표적인 유체 샘플을 취득하는 시스템, 장치 및 방법에 관한 것이다. 일부 실시예에서, 유체 샘플링 장치는 주변 환경으로의 샘플 유체의 방출을 억제하면서 유체 샘플의 취득 및 그 내부 구성요소의 후속 퍼징을 용이하게 하도록 적절히 구성된다. 이는 유해한 화학 물질 방출로부터 환경과 샘플링 인력을 보호한다. 일부 예에서, 유체 샘플링 장치는 샘플 용기의 적절한 충전 밀도에서 대표 샘플을 얻기 위한 폐루프 플러싱 및 팽창 동작을 제공하는 샘플 취득 프로세스를 용이하게 할 수 있다. 일부 예에서, 유체 샘플링 장치는 이전 샘플링 동작으로부터의 잔류 샘플 유체를 유체 공급원으로 직접 다시 투입하는 불활성 가스 퍼징 프로세스를 용이하게 할 수 있다. 일부 실시예에서, 유체 샘플링 장치는 샘플 유체의 압력을 그 증기압보다 높게 유지하여 2상 샘플 유체가 가스상으로 비의도적으로 증발하는 것을 방지하도록 작동 가능한 내부 부스터 펌프를 포함한다. 따라서, 유체 샘플링 장치는 독립적인 압력 공급원(예를 들어, 탱크 또는 저장조)없이 외부 유체 공급원으로부터의 샘플 취득을 용이하게 할 수 있다.
도 1은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 예시적인 유체 샘플링 장치(100)의 도면이다. 이 예에서, 유체 샘플링 장치(100)는 유체 공급원 출구(102), 유체 공급원 입구(120), 샘플 입구 포트(104), 샘플 출구 포트(118) 및 팽창 챔버(128)를 포함한다. 이하에서 설명되는 바와 같이, 유체 샘플링 장치(100)의 다양한 구성요소는 유체 도관의 여러 세그먼트에 의해 서로 유동적으로 결합된다. 유체 도관은 유체 샘플링 장치(100) 전체에 걸쳐 가압 유체(예를 들어, 액화 가스)를 운반하는 데 적합하다. 따라서, 도관은 샘플링 장치(100)의 용례에 따라 다르게 설계되거나 구성될 수 있다. 예를 들어, 샘플링 장치(100)의 다양한 용례에서, 하나 이상의 도관 세그먼트는 금속 또는 폴리머 재료로 형성된 실질적으로 강성이거나 가요성인 도관일 수 있다. 다양한 용례에서, 도관 세그먼트는 특정 유체 유동 특성(예를 들어, 유량 및 압력)을 달성할 수 있는 크기로 이루어진다. 특정 예에서, 하나 이상의 도관 세그먼트는 약 1/4 인치의 직경을 갖는 관형 도관을 포함한다.
일부 실시예에서, 유체 공급원 출구(102) 및 입구(120)는 샘플링될 유체를 함유하는 외부 유체 공급원(10)의 정합 하드웨어와의 연결에 적합한 커플링(예를 들어, 신속 연결 커플링)을 포함한다. 일부 구현예에서, 유체 공급원(10)은 액화 석유 가스를 처리하기 위한 화학 처리 시스템을 포함할 수 있다. 물론, 다양한 다른 구현예가 본 개시내용의 범위 내에서 고려될 수 있다. 특히, 샘플링을 위한 다양한 다른 유형의 유체(예를 들어, 액화 천연 가스 및 부타디엔과 같은 다른 유형의 액화 탄화수소 가스)뿐만 아니라 다양한 다른 유형의 샘플링 플랫폼(예를 들어, 생산 파이프 라인 및 저장 탱크가 고정 시설 또는 기차, 트럭, 선박 또는 바지선에서의 운송 중)이 고려된다. 일부 실시예에서, 샘플 입구 포트(104) 및 출구 포트(118)는 획득된 유체 샘플을 보유하기 위해 적절히 설계된 샘플 용기(20)의 정합 하드웨어와의 연결에 적합한 커플링(예를 들어, 신속 연결 커플링)을 포함한다. 일부 구현예에서, 샘플 용기(20)는 입구 및 출구 격리 밸브가 구비된 금속 압력-정격 실린더를 포함할 수 있다. 다른 적절한 샘플 용기 구성도 본 개시내용의 범위 내에 있다.
유체 공급원 출구(102)는 유체 도관(106)에 의해 샘플 입구 포트(104)에 결합된다. 이 예에서, 유체 도관(106)은 제1 도관 세그먼트(108), 제2 도관 세그먼트(112) 및 제3 도관 세그먼트(116)를 포함한다. 도관 세그먼트(108)는 유체 공급원 출구(102)로부터 부스터 펌프 밸브(110)로 이어진다. 도관 세그먼트(112)는 부스터 펌프 밸브(110)로부터 팽창 밸브(114a)로 이어진다. 도관 세그먼트(116)는 팽창 밸브(114a)로부터 샘플 입구 포트(104)로 이어진다. 샘플 출구 포트(118)는 유체 도관(122)에 의해 유체 공급원 입구(120)에 결합된다. 이 예에서, 유체 도관(122)은 제1 도관 세그먼트(124) 및 제2 도관 세그먼트(126)를 포함한다. 도관 세그먼트(124)는 샘플 출구 포트(118)로부터 팽창 밸브(114b)로 이어진다. 도관 세그먼트(126)는 팽창 밸브(114b)로부터 유체 공급원 입구(120)로 이어진다.
팽창 챔버(128)는 본체(130), 입구 단부(132) 및 출구 단부(134)를 포함한다. 입구 단부(132)는 도관 세그먼트(136)에 의해 팽창 밸브(114b)에 결합되고 따라서 유체 도관(122)에 결합된다. 출구 단부(134)는 도관 세그먼트(138)에 의해 팽창 밸브(114a)에 결합되고 따라서 유체 도관(106)에 결합된다. 따라서, 사용 중에, 팽창 밸브(114a, 114b)는 유체 공급원(10), 샘플 용기(20) 및 팽창 챔버(128) 사이의 유체 유동을 관장하는 밸브 조립체(114)를 제공한다. 이 예에서, 팽창 밸브(114a, 114b) 각각은 3방향 밸브를 포함한다. 또한, 일부 구현예에서, 팽창 밸브(114a, 114b)는 직렬식으로 조정 가능하도록 서로 작동 가능하게 결합(예를 들어, 기계적으로, 전자적으로 및/또는 통신 가능하게)될 수 있다.
밸브 조립체(114)는 샘플 유체를 위한 유동 패턴을 용이하게 한다. 제1 유동 패턴에서, "샘플" 위치로 조정될 때, 팽창 밸브(114a 및 114b)는 팽창 챔버(128)로의 유동을 억제 또는 방지하고 샘플 유체가 유체 공급원(10)과 샘플 용기(20) 사이의 폐루프에서 유동하게 한다. 보다 구체적으로, 유체는 유체 공급원 출구(102)로부터 유체 도관(106)을 통해 샘플 입구 포트(104)로 흐르고, 샘플 출구 포트(118)로부터 유체 도관(122)을 통해 유체 공급원 입구(120)로 흐른다. 따라서, 샘플 용기(20)는 연속적으로 소정 시간 기간(약 15 분과 30분 사이) 동안 유체로 "플러싱"되어 유체 샘플링 장치(100)의 다양한 구성요소로부터 잠재적 오염물을 제거할 수 있으며, 이는 더욱 대표 샘플을 제공할 수 있다. 제2 유동 패턴에서, "팽창" 위치로 조정될 때, 팽창 밸브(114a 및 114b)는 유체 공급원(10)으로의 유동을 억제 또는 방지하고, 샘플 유체가 샘플 용기(20)와 팽창 챔버(128) 사이의 폐루프에서 유동할 수 있게 한다. 보다 구체적으로, 유체는 샘플 출구 포트(118)로부터 팽창 챔버(128)의 입구 단부(132)로 그리고 팽창 챔버 출구 단부(134)로부터 샘플 입구 포트(104)로 흐른다. 팽창 챔버(128)는 샘플 용기(20)보다 낮은 압력으로 유지되며, 따라서 압력이 균등해짐에 따라 샘플 용기(20) 내에 함유된 유체의 일부를 인출하는 압력 차이를 생성한다. 일부 구현예에서, 팽창 챔버(128)는 대기압 수준보다 낮은 진공 압력(예를 들어, 약 -100 psig와 약 -150 psig 사이 같은)으로 유지된다. 샘플 유체가 압축 가스(예를 들면, 액화 석유 또는 천연 가스)인 경우, 팽창 챔버(128)의 저압에 대한 노출은 샘플 용기(20) 내의 압축된 액체의 일부(예를 들어, 약 20%)를 기체로 팽창시켜 샘플 용기(20)의 충전 밀도를 감소시킨다. 따라서, 팽창 챔버(128)는 샘플 용기(20)의 미리 결정된 최대 충전 밀도(예를 들어, 약 80%)를 달성하도록 적절하게 구성될 수 있다.
압력 릴리프 밸브(140)는 팽창 챔버(128)의 출구 단부(134)에 결합되고, 도관 세그먼트(148)는 압력 릴리프 밸브(140)로부터 유체 공급원 입구(120)로 이어진다. 미리 결정된 활성화 압력(예를 들어, 적어도 약 135 psig, 예컨대 약 150 psig)이 도달될 때 자동으로 개방되고 팽창 챔버(128)로부터의 유체를 다시 유체 공급원(10)으로 배출시키도록 압력 릴리프 밸브(140)가 설정될 수 있다. 또한, 아래에서 설명되는 바와 같이, 압력 릴리프 밸브(140)는 불활성 가스로 팽창 챔버(128)로부터의 샘플 유체의 온-디멘드 퍼징을 용이하게 하도록 오버라이드 장치(예를 들어, 오버라이드 핸들)를 통해 작동될 수 있다. 일부 예에서, 오버라이드 장치는 미리 결정된 활성화 압력을 변경하지 않고 압력 릴리프 밸브(140)를 개방하도록 구성된다.
계속 도 1을 참조하면, 유체 샘플링 장치(100)는 불활성 가스 입구(150) 및 가스 라우팅 밸브(152)를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 불활성 가스 입구(150)는 불활성 가스 공급원(30)의 정합 하드웨어와의 연결에 적합한 커플링(예를 들어, 신속 연결 커플링)을 포함한다. 일부 구현예에서, 불활성 가스 공급원(30)은 불활성 가스를 함유하는 가압 용기를 포함한다. 본 명세서에서 불활성 가스는 압축 공기, 이산화탄소, 질소 가스 및 산소 가스와 같이 샘플 유체와 반응하지 않는 가스를 의미한다. 불활성 가스 공급원(30)을 제공하기 위한 다른 적절한 구성도 본 개시내용의 범위 내에 있다. 불활성 가스 입구(150)는 도관 세그먼트(154)를 통해 가스 라우팅 밸브(152)에 결합된다. 이 예에서, 가스 라우팅 밸브(152)는 불활성 가스 공급원(30)을 부스터 펌프(156)에 결합하는 3방향 밸브를 포함한다. 일부 실시예에서, 부스터 펌프(156)는 약 1.25와 약 10 사이의 부스트 비율을 제공한다. 일부 실시예에서, 부스터 펌프(156)는 약 150 psig까지 샘플 유체의 압력을 상승시킬 수 있다. 부스터 펌프(156)는 유체 공급원(10)이 샘플링 장치(100)를 통해 샘플 유체를 구동하기에 충분한 압력 차이를 제공하지 않는 경우 및/또는 액화 샘플 유체가 증발을 피하기 위해 그 증기압보다 높게 유지되어야 하는 경우의 다양한 용례에서 샘플링 프로세스를 용이하게 하도록 설계된다. 따라서, 부스터 펌프(156)는 열차, 트럭 또는 바지선 수송시의 저장 탱크와 같은 독립적인 압력 장치를 포함하지 않는 다양한 환경에서 유체 샘플링 장치(100)의 작동을 용이하게 한다.
부스터 펌프(156)는 흡입 포트(158), 배출 포트(160), 흡기 포트(162) 및 배기 포트(164)를 포함한다. 흡입 포트(158)와 배출 포트(160)는 부스터 펌프(156)의 펌프 부분(161)에 결합되고; 흡기 포트(162) 및 배기 포트(164)는 펌프 부분(161)을 구동하는 부스터 펌프(156)의 구동 부분(165)에 결합된다. 일부 예에서, 펌프 부분(161)은 구동 부분(165)에 의해 구동될 때 샘플 유체의 압력을 상승시키도록 설계된 피스톤 또는 플런저형 장치를 포함할 수 있다. 따라서, 샘플링 절차 동안, 부스터 펌프(156)는 흡입 포트(158)에서 샘플 공급원으로부터 상대적으로 낮은 압력 유체를 수용하고 배출 포트(160)를 통해 더 높은 압력에서 유체를 배출하도록 설계된다. 이 예에서, 구동 부분(165)은 불활성 가스 공급원(30)으로부터의 가압된 가스에 의해 추진된다. 불활성 가스는 흡기 포트(162)를 통해 부스터 펌프의 공압 구동 부분(165)으로 유입되고, 저장된 에너지가 펌프 부분(161)을 작동시키는 기계 일로 변환되고 나면 배기 포트(164)를 통해 펌프(156)로부터 배출된다. 체크 밸브(166a)는 도관 세그먼트(167) 상의 배출 포트(160)의 바로 하류에 제공되어 부스터 펌프(156)를 통한 유체 역류를 억제 또는 방지한다. 도시된 바와 같이, 도관 세그먼트(167)는 샘플 유체를 팽창 밸브(114a)로 안내하는 유체 도관(106)과 교차한다. 부스터 펌프 밸브(110)(이 예에서 3방향 밸브)가 "샘플 부스트" 위치로 조정될 때, 유체 공급원(10)으로부터의 유체는 도관 세그먼트를 통해 부스터 펌프(156)의 흡입 포트(158)로 라우팅되어 가압된다. 반대로, 부스터 펌프 밸브(110)가 "샘플 스트레이트" 위치로 조정되면, 샘플 유체는 흡입 포트(158)로부터 차단되고 부스터 펌프(156)를 우회하여 도관 세그먼트(112)를 통해 팽창 밸브(114a)로 직접 라우팅된다. 전술한 바와 같이, 샘플 유체에 충분한 압력을 제공하는 유체 공급원(10)과 함께 사용하기 위해 유체 샘플링 장치(100)가 설치될 때, "샘플 스트레이트" 위치가 사용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 불활성 가스는 부스터 펌프(156)를 구동하는 데 사용될 수 있다. 또한, 불활성 가스는 이전 샘플링 동작으로부터 잔류 유체를 샘플링 장치(100)에서 퍼징시키는데 사용될 수 있다. 가스 라우팅 밸브(152)가 "작동" 위치로 조정될 때, 불활성 가스는 도관 세그먼트(168)를 통해 부스터 펌프(156)의 흡기 포트(162)로 보내지고 샘플링 작동은 전술한 바와 같이 진행될 수 있다. 일부 실시예에서, 가스 라우팅 밸브(152)는 또한 부스터 펌프(156)가 사용되지 않을 때 "오프 위치(도시되지 않음)"로 조정될 수 있다. 그러나, 가스 라우팅 밸브(152)가 "퍼지" 위치로 조정될 때, 불활성 가스는 흡기 포트(162)로부터 차단되고, 대안적으로, 역류를 억제 또는 방지하기 위해 체크 밸브(166b)가 설치된 도관 세그먼트(169)로 라우팅된다. 부스터 펌프 밸브(110)가 "샘플 스트레이트" 위치로 조정되면, 불활성 가스는 부스터 펌프(156)의 흡입 포트(158)로 들어가고 펌프 부분(161)을 퍼징한다. 부스터 펌프 밸브(110)가 "샘플 부스트" 위치로 조정되면, 불활성 가스의 적어도 일부가 부스터 펌프 밸브(110)를 통해 역방향 추진되어 유체 공급원 출구(102)를 퍼징한다.
부스터 펌프(156)를 통과하는 불활성 가스는 팽창 밸브(114a)로 이어지는 유체 도관(106)에 진입한다. 팽창 밸브(114a, 114b)가 "샘플" 위치로 조정될 때, 불활성 가스는 유체 도관(106 및 122)의 세그먼트를 통해 샘플 입구 포트(104) 및 샘플 출구 포트(118)를 퍼징하도록 라우팅된다. 불활성 가스 및 임의의 퍼징된 유체는 그 후 유체 공급원 입구(120)를 통해 샘플링 장치(100)를 빠져나간다. 일부 실시예에서, 샘플 용기(20)는 퍼징 프로세스 중에 샘플 입구 포트(104)와 출구 포트(118) 사이의 유체 유동을 유지하기 위해 도관 세그먼트(도시되지 않음)로 대체된다. 팽창 밸브(114a, 114b)가 "팽창" 위치로 조정되면, 불활성 가스는 도관 세그먼트(136)를 통해 샘플 출구 포트(118)로부터 팽창 챔버(128)의 입구 단부(132)로 라우팅된다. 불활성 가스는 팽창 챔버(128)를 통해 밀려서 본체(130)를 퍼징한다. 또한, 퍼징 동작 중에, 압력 릴리프 밸브(140)는 개방 위치로 오버라이드 장치를 통해 작동되어, 팽창 챔버(128)로부터 퍼징된 불활성 가스 및 임의의 샘플 유체가 유체 공급원 입구(120)를 통해 샘플링 장치(100)를 빠져나갈 수 있게 한다. 유체 샘플링 장치에서 잔류 샘플 유체가 충분히 퍼징되고 나면, 팽창 챔버(128)는 챔버(128)의 입구 단부(132)에 결합된 진공 포트(137)를 사용하여 진공 압력으로 복구될 수 있다.
도 2는 휴대용 유체 샘플링 장치(200)의 사시도이다. 이 예에서, 휴대용 유체 샘플링 장치(200)는 도 1의 샘플링 장치(100)와 관련하여 전술한 것과 유사한 또는 구성요소의 구성을 지지하는 하우징(270)을 포함한다. 따라서, 도 2에 도시되고 하우징(270)에 의해 지지되는 다양한 구성요소는 샘플링 장치(100)로부터의 대응하는 구조를 참조하여 설명될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 하우징(270)은 사용자가 핸들(271)을 잡고 하우징(270)을 운반함으로써 작업장 전반에서 쉽게 운송될 수 있는 휴대형 구조이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 이 예에서, 하우징(270)은 커버(274)에 힌지식으로 부착된 베이스(272)를 특징으로 하는 클램 쉘 구조를 포함한다. 함께, 베이스(272) 및 커버(274)는 내부 공동(276)을 형성한다. 일부 예에서, 커버(274)는 하우징(270)을 폐쇄하기 위해(예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 사용자에 의한 운송 중에) 베이스(272)에 잠글 수 있다. 페이스 플레이트(278)는 하우징(270)의 베이스(272)에 장착된다. 하우징(270)에 의해 운반되는 것으로서 아래에 설명된 구성요소 중 일부는 페이스 플레이트(278)에 장착되는 반면, 다른 구성요소는 하우징의 베이스(272)의 오목부에서 페이스 플레이트(278) 아래에 위치될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 페이스 플레이트(278)는 유체 공급원 출구(202), 유체 공급원 입구(220), 샘플 입구 포트(204) 및 샘플 출구 포트(208)를 지지한다. 유체 공급원 출구(202) 및 유체 공급원 입구(220)는 샘플 유체의 적절한 공급원에 결합될 수 있으며, 이러한 공급원은 유체 샘플링 장치(200)를 통해 유체를 순환시키기에 충분한 압력을 제공하거나 제공하지 않을 수 있다. 전술한 바와 같이, 유체 공급원 출구(202)에서 수용된 유체는 페이스 플레이트(278) 아래에 위치한 하나 이상의 유체 도관 세그먼트를 통해 샘플 입구 포트(204) 및 출구 포트(208)에 결합된 샘플 용기[예를 들어, 샘플 용기(20)]로 순환될 수 있다. 페이스 플레이트(278)는 유체 샘플링 장치(200)를 퍼징하고 및/또는 유체 공급원[예를 들어, 유체 공급원(10)]으로부터 샘플 유체의 압력을 증가시키도록 구성된 부스터 펌프[예를 들어, 부스터 펌프(156)]를 구동하기 위해 불활성 가스의 가압된 공급원[예를 들어, 불활성 가스 공급원(30)]에 결합될 수 있는 불활성 가스 입구(250)를 추가로 지지한다. 페이스 플레이트(278)는 페이스 플레이트(278) 아래에 위치된 팽창 챔버[예를 들어, 팽창 챔버(128)]의 입구 단부에 결합된 진공 포트(237)를 추가로 지지한다. 전술한 바와 같이, 유체 샘플링 장치에서 잔류 샘플 유체가 충분히 퍼징되고 나면, 팽창 챔버는 진공 포트(237)를 사용하여 진공 압력으로 복구될 수 있다. 일부 실시예에서, 약 -200 psig의 진공 압력으로 준비된 외부 1,000cc 실린더가 진공 포트(237)에 결합되어 팽창 챔버에 진공 압력을 복구시킬 수 있다.
페이스 플레이트(278)는 또한 4개의 밸브-액추에이터 핸들(280, 282, 284, 286)을 더 포함한다. 제1 밸브-액추에이터 핸들(280)은 외부 샘플 공급원, 외부 샘플 용기 및 팽창 챔버 사이의 유체 유동을 관장하도록 구성된 팽창 밸브 조립체[예를 들어, 밸브 조립체(114)]를 작동시키도록 설치된다. 밸브-액추에이터 핸들(282)은 페이스 플레이트(278) 아래에 위치한 부스터 펌프의 흡입 포트로의 유동 샘플 유체를 조정하도록 구성된 부스터 펌프 밸브[예컨대, 부스터 펌프 밸브(110)]를 작동시키도록 설치된다. 밸브-액추에이터 핸들(284)은 페이스 플레이트(278) 아래에 위치한 부스터 펌프의 흡기 포트와 흡입 포트 사이의 유동 불활성 가스를 관장하도록 구성된 가스 라우팅 밸브[예컨대, 가스 라우팅 밸브(152)]를 작동시키도록 설치된다. 밸브-액추에이터 핸들(286)은 미리 결정된 활성화 압력에 도달할 때 페이스 플레이트(278) 아래에 위치된 팽창 챔버를 자동으로 퍼징하도록 구성된 압력 릴리프 밸브[예를 들어, 압력 릴리프 밸브(140)]를 작동시키도록 설치된다. 따라서, 이 예에서, 밸브-액추에이터 핸들(286)은 예를 들어 도 6의 프로세스(600)에 따라 아래에서 설명되는 바와 같이 불활성 가스로 팽창 챔버로부터의 샘플 유체의 온-디멘드 퍼징을 용이하게 하기 위해 압력 릴리프 밸브를 개폐하기 위한 수동 오버라이드 장치로서 작용한다. 압력 지시기(288)는 샘플링 장치(200)를 통해 순환하는 유체의 압력 판독을 제공하도록 설치된다. 따라서, 예를 들어, 샘플링 프로세스 중에, 사용자는 샘플 유체의 증발을 억제 또는 방지하기 위해 내부 부스터 펌프를 결부시킬지 여부를 결정할 수 있다.
도 4는 유체 샘플링 장치를 작동시키는 프로세스(400)를 예시하는 흐름도이다. 도 5는 유체 샘플링 장치를 사용하여 유체 샘플을 취득하는 프로세스(500)를 도시하는 흐름도이다. 도 6은 불활성 가스로 유체 샘플링 장치를 퍼징하는 프로세스(600)를 예시하는 흐름도이다. 프로세스(400, 500 및 600)는 예를 들어 도 1에 도시된 유체 샘플링 장치(100)의 하나 이상의 구성요소 및/또는 도 2에 도시된 휴대용 유체 샘플링 장치(200)와 관련하여 구현될 수 있다. 또한, 프로세스의 동작은 바람직한 결과를 얻기 위해 어떠한 특정 순서도 요구하지 않는다. 또한, 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않으면서 설명된 프로세스로부터 다른 동작이 제공되거나 동작이 제거될 수 있다.
도 4의 프로세스(400)에 따르면, 유체 샘플링 장치, 유체 공급원 및 샘플 용기를 통한 샘플 유체의 폐루프 순환을 통해 유체 샘플이 획득된다(402). 전술한 바와 같이, 유체 샘플링 장치는 유체 공급원으로부터 샘플 용기로의 샘플의 순환을 용이하게 하기 위한 하나 이상의 유체 도관, 밸브 및 챔버를 포함할 수 있다. 유체 공급원은 유체(예를 들어, 탄화수소 유체)를 처리하기 위한 처리 시스템, 유체를 저장하기 위한 탱크, 및/또는 유체를 수용 또는 운반하기 위한 임의의 다른 적절한 기기 또는 장치를 포함할 수 있다. 샘플 유체는 액화 석유 가스, 액화 천연 가스 또는 임의의 다른 순환 가능한 유체(예를 들어, 압축 가스)를 포함할 수 있다. 샘플 용기 및 팽창 챔버는 샘플 유체를 수용하기에 적합한 임의의 크기 또는 유형의 가압 용기를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 샘플 용기는 입구 및 출구 격리 밸브가 구비된 금속 압력-정격 실린더를 포함할 수 있다. 샘플이 획득되고 나면(402), 유체 샘플링 장치로부터 샘플 용기가 제거된다(404). 샘플 용기가 제거된 후(404), 유체 샘플링 장치는 유체 샘플링 장치를 통한 불활성 가스의 순환을 통해 퍼징된다(406). 불활성 가스는 샘플 유체와 반응하지 않는 임의의 기체 상 유체(예를 들어, 압축 공기, 이산화탄소, 질소 가스 및 산소 가스)를 포함할 수 있다. 순환된 불활성 가스 및 퍼징된 샘플 유체는 유체 공급원에 직접 투입된다(408). 예를 들어, 전술한 바와 같이, 불활성 가스 및 샘플 유체는 퍼징을 위해 유체 샘플링 장치의 다양한 구성요소 전반에 걸쳐 순환될 수 있고, 그 후, 유체 공급원에 결합된 유체 공급원 입구를 통해 유도될 수 있다.
도 5의 프로세스(500)에 따르면, 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 유체 샘플링 장치의 유체 공급원 입구 및 유체 공급원 출구는 적절한 유체 공급원에 결합된다(502). 유체 샘플링 장치의 샘플 입구 포트 및 샘플 출구 포트는 적절한 샘플 용기에 결합된다(504). 선택적으로, 내부 부스터 펌프는 샘플 유체를 적절한 압력으로 유지하도록 작동될 수 있다. 부스터 펌프를 결부시키기 위해, 유체 샘플링 장치의 불활성 가스 입구는 불활성 가스 공급원에 결합되고(506); 가스 라우팅 밸브는 "작동" 위치로 조정되며(508); 부스터 펌프 밸브는 "샘플 부스트(Sample Boost)" 위치로 조정된다(510). 또는 부스터 펌프를 바이패스하기 위해 가스 라우팅 밸브를 "오프" 위치로 조정할 수 있고, 부스터 펌프 밸브를 "샘플 스트레이트" 위치로 조정할 수 있으며, 및/또는 불활성 가스 공급원을 불활성 가스 입구로부터 분리할 수 있다. 부스터 펌프의 상태에 관계없이 팽창 밸브 조립체는 "샘플" 위치로 조정(512)된다. 유체 공급원 출구를 통한 샘플 유체의 유동이 시작되고(514), 샘플 유체의 유동이 유체 샘플링 장치를 통해 순환되어 샘플 용기를 플러싱한다(516). 전술한 바와 같이, 일부 예들에서, 유체 샘플링 장치는 샘플 용기와 유체 공급원 사이의 샘플 유체의 폐루프 순환을 용이하게 하도록 구성된다. 샘플 용기가 플러싱되고 나면, 팽창 밸브 조립체는 "팽창" 위치로 조정되고(518), 샘플 용기와 내부 팽창 챔버 사이의 압력은 안정화될 수 있다(520). 전술한 바와 같이, 일부 예에서, 팽창 챔버는 샘플 용기와 비교하여 상대적으로 낮은 압력(예를 들어, 진공 압력)으로 유지되어, 압력 차이가 유체의 일부를 팽창 챔버쪽으로 샘플 용기를 벗어나게 한다. 샘플 유체가 압축된 가스인 일부 구현예에서, 샘플 용기 내의 유체의 적어도 일부는 압력 안정화의 결과로서 액체 대 가스상 변화를 겪을 수 있다. 유체 샘플이 팽창된 후, 유체 공급원 출구를 통한 유체 유동은 중단되고(522), 샘플 용기는 유체 샘플링 장치로부터 분리된다(524).
도 6의 프로세스(600)에 따르면, 도관 세그먼트가 유체 샘플링 장치의 샘플 입구 및 출구 포트를 가로질러 삽입되어(602), 분리된 샘플 용기를 대체한다. 팽창 밸브 조립체는 "샘플" 위치로 조정되어(604), 삽입된 도관 세그먼트를 가로질러 유체 공급원 출구와 입구 사이에 연속적인 유로를 제공한다. 가스 라우팅 밸브는 "퍼지" 위치로 조정된다(606). 부스터 펌프 밸브는 "샘플 스트레이트" 위치로 조정된다(608). 불활성 가스 입구를 통해 불활성 가스의 유동이 개시되고(610), 샘플링 프로세스[예를 들어, 도 5의 샘플링 프로세스(500)]로부터 잔류 유체를 그 구성요소에서 퍼징하기 위해 유체 샘플링 장치를 통해 순환된다(612). 부스터 펌프 밸브는 "샘플 스트레이트"와 "샘플 부스트" 위치 사이에서 조절된다(614). 전술한 바와 같이, 부스터 펌프 밸브가 "샘플 부스트" 위치에 있을 때, 불활성 가스는 부스터 펌프 밸브 및 유체 공급원 출구를 통해 뒤로 밀려나간다. 따라서, 일부 예에서, 부스터 펌프 밸브를 앞뒤로 조절하면 불활성 가스의 불연속 "퍼프" 또는 "제트"가 샘플 유체의 이들 구성요소를 퍼지하게 할 수 있으며, 이는 부스터 펌프 밸브가 "샘플 스트레이트" 위치에 유지될 때는 우회될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 팽창 밸브 조립체는 "팽창" 위치로 조정(616)되어 팽창 챔버의 입구 단부를 불활성 가스 유동에 노출시킨다. 압력 릴리프 밸브가 개방되어(618), 팽창 챔버의 출구 단부가 유체 공급원 입구에 노출된다. 팽창 밸브 조립체는 불활성 가스의 불연속 "퍼프" 또는 "제트"가 팽창 챔버를 퍼지하게 하기 위해 "팽창" 및 "샘플" 위치 사이에서 조절된다(620). 팽창 챔버로부터 퍼징된 불활성 가스 및 잔류 샘플 유체는 유체 공급원 입구를 통해 유체 공급원으로 직접 흐른다. 유체 샘플링 장치가 잔류 샘플 유체를 충분히 퍼징하고 나면, 팽창 챔버는 챔버의 입구 단부에서 진공 포트를 사용하여 진공 압력으로 복귀된다(622).
다수의 실시예가 설명되었다. 그럼에도 불구하고, 본 개시내용의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 변형이 이루어질 수 있음이 이해될 것이다.

Claims (23)

  1. 유체 공급원의 출구를 샘플 입구 포트에 결합하도록 구성된 제1 도관;
    샘플 출구 포트를 유체 공급원의 입구에 결합하도록 구성된 제2 도관; 및
    밸브 조립체에 의해 제1 및 제2 도관에 결합된 입구 및 출구를 포함하는 팽창 챔버
    를 포함하는 유체 샘플링 장치.
  2. 제1항에 있어서, 팽창 챔버의 출구를 유체 공급원의 입구에 결합하도록 구성된 압력 릴리프 밸브를 포함하고,
    제1 도관은 불활성 가스 공급원에 결합되도록 추가로 구성되어,
    밸브 조립체가 제1 위치에 있을 때 불활성 가스 공급원으로부터의 불활성 가스가 제1 및 제2 도관 내의 유체를 유체 공급원의 입구쪽으로 밀어 넣어 제1 및 제2 도관을 퍼징하고,
    밸브 조립체가 제2 위치에 있고 압력 릴리프 밸브가 개방되어 있을 때 불활성 가스 공급원으로부터의 불활성 가스가 팽창 챔버 내의 유체를 유체 공급원의 입구쪽으로 밀어 팽창 챔버를 퍼징하는 것인 유체 샘플링 장치.
  3. 제2항에 있어서, 유체는 액화 가스를 포함하는 것인 유체 샘플링 장치.
  4. 제2항에 있어서, 불활성 가스는 이산화탄소, 분자 산소 및 분자 질소 중 적어도 하나를 포함하는 것인 유체 샘플링 장치.
  5. 제2항에 있어서, 제1 및 제2 도관, 팽창 챔버 및 압력 릴리프 밸브를 지지하는 휴대용 하우징을 포함하는 유체 샘플링 장치.
  6. 제1항에 있어서, 샘플 입구 포트 및 샘플 출구 포트는 신속 연결 피팅을 포함하는 것인 유체 샘플링 장치.
  7. 제1항에 있어서, 밸브 조립체는 한 쌍의 3방향 밸브를 포함하는 탠덤 밸브를 포함하고, 3방향 밸브 중 제1 밸브는 팽창 챔버의 입구를 제2 도관에 결합하고, 3방향 밸브 중 제2 밸브는 팽창 챔버의 출구를 제1 도관에 결합하는 것인 유체 샘플링 장치.
  8. 제1항에 있어서, 제1 도관에 결합되도록 구성된 부스터 펌프를 포함하고, 부스터 펌프의 작동은 유체 공급원의 출구로부터의 유체가 제1 도관을 통해 샘플 입구 포트를 향해 유동하도록 유도하는 것인 유체 샘플링 장치.
  9. 제8항에 있어서, 부스터 펌프는 가스 구동부를 포함하고, 가스 구동부의 흡기 포트는 불활성 가스 공급원에 결합되도록 구성되는 것인 유체 샘플링 장치.
  10. 제9항에 있어서, 제1 도관과 부스터 펌프의 가스 구동부의 흡기 포트 사이에서 불활성 가스 공급원의 결합을 조절하도록 구성된 불활성 가스 라우팅 밸브를 포함하는 유체 샘플링 장치.
  11. 제8항에 있어서, 부스터 펌프의 고압 출구와 제1 도관의 결합을 조절하도록 구성된 부스터 펌프 밸브를 포함하는 유체 샘플링 장치.
  12. 제8항에 있어서, 제1 및 제2 도관, 팽창 챔버 및 부스터 펌프를 지지하는 휴대용 하우징을 포함하는 유체 샘플링 장치.
  13. 제12항에 있어서, 샘플 입구 포트 및 샘플 출구 포트에 결합된 샘플 용기를 포함하는 유체 샘플링 장치.
  14. 제13항에 있어서, 유체 공급원으로부터의 유체는, 밸브 조립체가 제1 위치에 있을 때 샘플 용기와 유체 공급원 사이의 폐루프 내에서 유동하여 샘플 용기를 플러싱하고,
    유체는, 밸브 조립체가 제2 위치에 있을 때 샘플 용기와 팽창 챔버 사이의 폐루프 내에서 유동하여 샘플 용기 내의 유체의 일부를 팽창시키는 것인 유체 샘플링 장치.
  15. 제12항에 있어서, 부스터 펌프는 가스 구동부를 포함하고, 가스 구동부의 흡기 포트는 불활성 가스 공급원에 결합되도록 구성되는 것인 유체 샘플링 장치.
  16. 제15항에 있어서, 제1 도관과 부스터 펌프의 가스 구동부의 흡기 포트 사이에서 불활성 가스 공급원의 결합을 조절하도록 구성된 불활성 가스 라우팅 밸브를 포함하는 유체 샘플링 장치.
  17. 제12항에 있어서, 부스터 펌프의 고압 출구와 제1 도관의 결합을 조절하도록 구성된 부스터 펌프 밸브를 포함하는 유체 샘플링 장치.
  18. 제12항에 있어서, 밸브 조립체는 한 쌍의 3방향 밸브를 포함하는 탠덤 밸브를 포함하고, 3방향 밸브 중 제1 밸브는 팽창 챔버의 입구를 제2 도관에 결합하고, 3방향 밸브 중 제2 밸브는 팽창 챔버의 출구를 제1 도관에 결합하는 것인 유체 샘플링 장치.
  19. 유체 샘플링 장치를 퍼징하는 방법으로서,
    유체 샘플링 장치의 유체 도관을 불활성 가스 공급원에 결합시키는 단계;
    유체 도관을 통해 불활성 가스를 순환시키는 단계;
    유체 샘플링 장치의 팽창 챔버를 통해 불활성 가스를 순환시키는 단계; 및
    불활성 가스의 적어도 일부와, 유체 도관 및 팽창 챔버로부터 퍼징된 임의의 샘플 유체의 적어도 일부분을, 유체 샘플링 장치로부터 유체 샘플링 장치에 결합된 샘플 유체의 공급원에 직접 투입하는 단계
    를 포함하는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 불활성 가스는 이산화탄소, 분자 산소 및 분자 질소 중 적어도 하나를 포함하는 것인 방법.
  21. 제19항에 있어서, 한 쌍의 3방향 밸브를 포함하는 탠덤 밸브를 포함하는 밸브 조립체를 통해 불활성 가스를 순환시키는 단계를 포함하고, 3방향 밸브 중 제1 밸브는 팽창 챔버의 입구를 유체 도관에 결합하고, 3방향 밸브 중 제2 밸브는 팽창 챔버의 출구를 유체 도관에 결합하는 것인 방법.
  22. 제21항에 있어서, 불활성 가스의 불연속 퍼프를 팽창 챔버를 통해 순환시키도록 밸브 조립체를 제1 위치와 제2 위치 사이에서 조절하는 단계를 포함하는 방법.
  23. 제21항에 있어서, 팽창 챔버의 출구에 결합된 압력 릴리프 밸브의 오버라이드 장치를 결부시킴으로써, 팽창 챔버를 샘플 유체의 공급원과 유동적으로 결합시키는 단계를 포함하는 방법.
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