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      用于測(cè)量氣體管線內(nèi)氣體中的硫元素的方法和設(shè)備的制作方法

      文檔序號(hào):6095499閱讀:318來源:國(guó)知局
      專利名稱:用于測(cè)量氣體管線內(nèi)氣體中的硫元素的方法和設(shè)備的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及氣體的取樣,更特別地,涉及用于測(cè)量在氣體管線內(nèi)氣體中存在的硫元素的等級(jí)的裝置和方法。
      背景技術(shù)
      已知?dú)怏w管線內(nèi)的氣體中硫元素的存在對(duì)于工作在氣體加工系統(tǒng)的工程師來說是高度重要的。氣體管線內(nèi)的硫元素蒸汽可以在氣體管線內(nèi)或進(jìn)一步下游處經(jīng)受凝結(jié)或沉積,并且產(chǎn)生許多問題,包括不安全、不可靠操作以及增加的維修費(fèi)用。在加工單元操作中凝結(jié)或沉積的硫可以導(dǎo)致腐蝕加速和/或由硫沉淀物產(chǎn)生的阻塞,硫沉淀物可以中斷氣體加工工廠的正常操作,并且在一些情況下要求工廠停工并將氣體轉(zhuǎn)移到其它工廠。這些類型的中斷代表安全上的危險(xiǎn)并且經(jīng)常導(dǎo)致環(huán)境問題。例如,如果阻塞材料必須轉(zhuǎn)移到爐坑,可能產(chǎn)生不希望的化學(xué)煙塵。另外,中斷是昂貴的并且經(jīng)常要求人力去定位并消除阻塞材料。因此,具有測(cè)量氣體管線內(nèi)氣體中硫元素的量的能力以避免這些及其它問題是希望的。
      用于測(cè)量在氣體管線內(nèi)氣體中存在的硫元素的量的不同的裝置和方法已經(jīng)建議;然而,它們效率較低并且具有許多缺點(diǎn)。例如,這些裝置和方法不能提供精確的測(cè)量,部分因?yàn)榱蛟赝ǔR苑浅P〉牧看嬖?,即,百萬(wàn)分之幾或十億分之幾。同樣,可用的分析技術(shù)和儀器僅測(cè)量在氣體中存在的全部硫,并沒有區(qū)別游離硫元素和其它含硫化學(xué)劑中的硫,尤其在含硫石油氣系統(tǒng)中。進(jìn)一步,這些先前建議的裝置和方法并不特別適于測(cè)量在加壓氣體管線內(nèi)氣體中的硫元素的等級(jí)。為此,已經(jīng)先前建議使用取樣氣缸。然而,因?yàn)榱蛟卣羝诘陀?2攝氏度時(shí)凝結(jié),當(dāng)從用于實(shí)驗(yàn)室分析的加壓氣體管道取得氣體樣品時(shí),硫在取樣氣缸的內(nèi)壁上凝結(jié),從而使取樣氣缸無(wú)效率。已完成并建議實(shí)驗(yàn)室仿真。然而,這些仿真在高受控環(huán)境內(nèi)完成并包括硫粉末的蒸發(fā),并且在例如涉及加壓氣體流的真實(shí)世界應(yīng)用中并不顯得實(shí)用或精確。
      因此,在本發(fā)明開發(fā)前沒有用于測(cè)量在氣體管線內(nèi)氣體中硫元素的單一的裝置和方法,該裝置和方法提供了硫元素的精確測(cè)量,能夠區(qū)分游離的硫元素和其它含硫化學(xué)劑中的硫,并且當(dāng)在加工工廠的應(yīng)用,尤其在加壓氣體管線內(nèi)使用時(shí)是實(shí)用且有效的。因此,本技術(shù)尋找到用于測(cè)量氣體管線內(nèi)氣體中的硫元素的裝置和方法,該裝置和方法提供了硫元素的精確測(cè)量,可以區(qū)分游離的硫元素和其它含硫化學(xué)劑中的硫,并且當(dāng)在加工工廠應(yīng)用,尤其在加壓氣體管線內(nèi)使用時(shí)是實(shí)用且有效的。

      發(fā)明內(nèi)容
      根據(jù)本發(fā)明,上述優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)通過用于測(cè)量氣體管線內(nèi)氣體中存在的硫元素的本方法達(dá)到。本發(fā)明的這個(gè)方面包括以下步驟采集來自氣體管線中含硫元素氣體的樣品,其中當(dāng)氣體管線可操作時(shí)通過將在氣體管線內(nèi)的一些或全部含硫元素氣體凝結(jié)到探針的表面上將樣品采集到探針的外表面上,探針可移開地放置到來自氣體管線的氣體流內(nèi);將硫元素與樣品中的其它種類(species)分離得到硫元素的量;以及分析采集的硫元素的量。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例包括冷卻探針以促進(jìn)在探針外表面上的氣體蒸汽的凝結(jié)。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例包括使用在探針內(nèi)部的內(nèi)部冷卻劑以冷卻探針。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例為內(nèi)部冷卻劑是冷卻水。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例是將硫元素與樣品中的其它種類分離的步驟進(jìn)一步包括用溶劑清洗探針以基本上移除在探針的外表面上除了硫元素的所有種類;將探針浸沒在二硫化碳中;在二硫化碳中溶解探針上的硫元素;以及蒸發(fā)二硫化碳。
      根據(jù)本發(fā)明的另一方面,上述優(yōu)點(diǎn)還通過用于測(cè)量在氣體管線內(nèi)流動(dòng)的氣體中硫元素的等級(jí)的本方法達(dá)到。本發(fā)明的這個(gè)方面可以包括以下步驟將探針插入到來自氣體管線的氣體流內(nèi);采集來自在探針的外表面上的氣體的可凝結(jié)成分的樣品;從來自氣體管線的氣體流移除探針;將樣品中的硫元素與樣品中存在的其它種類分離以形成硫元素的量;以及分析采集的硫元素的量。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例包括冷卻探針以促進(jìn)在探針的外表面上的氣體蒸汽的凝結(jié)。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例為內(nèi)部冷卻劑用于冷卻探針。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例為內(nèi)部冷卻劑是冷卻水。
      根據(jù)本發(fā)明的另一方面,上述優(yōu)點(diǎn)還通過用于采集來自氣體管線的凝結(jié)的硫的本裝置達(dá)到。本發(fā)明可以包括與氣體管線可分離連接具有第一端和第二端的入口配件;與入口配件的至少一端可分離連接的探針,并且探針適于插入到來自氣體管線的氣體流內(nèi)以回收在探針外表面上的凝結(jié)成分;以及部分設(shè)置在探針內(nèi)用于向探針提供冷卻媒介的管線。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例是外殼與入口配件的至少一端可分離連接。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例是管線設(shè)置在外殼、入口配件以及探針內(nèi)。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例是外殼具有管線進(jìn)口以及管線出口。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例是入口配件是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)尺寸。
      根據(jù)本發(fā)明的另一方面,上述優(yōu)點(diǎn)還通過用于采集來自氣體管線的凝結(jié)硫的本裝置達(dá)到,氣體管線具有設(shè)置其上的一個(gè)或多個(gè)取樣點(diǎn)。本發(fā)明可以包括探針盒;與探針盒可分離連接的探針,并且探針適于插入到來自氣體管線的氣體流內(nèi)以回收在探針外表面上的凝結(jié)成分;設(shè)置在探針盒和在氣體管線上的取樣點(diǎn)之間用于將來自氣體管線的氣體傳遞到探針盒的第一管段;以及設(shè)置在探針盒和在氣體管線上的取樣點(diǎn)之間用于將沒有回收凝結(jié)成分的氣體從探針盒傳遞到氣體管線的第二管段。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例包括部分設(shè)置在探針內(nèi)用于向探針提供冷卻媒介的管線。
      當(dāng)與先前建議裝置和方法比較時(shí),本發(fā)明用于測(cè)量在氣體管線內(nèi)氣體中存在的硫元素的等級(jí)的裝置和方法具有以下優(yōu)點(diǎn)提供硫元素的精確測(cè)量,可以區(qū)別游離硫元素和其它含硫化學(xué)劑中的硫,并且對(duì)于在加工工廠的應(yīng)用,尤其是加壓氣體管線中使用是實(shí)用且有效的。


      圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于測(cè)量氣體管線內(nèi)氣體中的硫元素的裝置的部分截面圖。
      圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于測(cè)量氣體中的硫元素的裝置的部分截面圖,其連接到氣體管線上的入口配件上。
      圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于測(cè)量氣體中的硫元素的裝置的部分截面圖,其連接到氣體管線上的取樣點(diǎn)或通氣口點(diǎn)上。
      雖然將結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例描述本發(fā)明,應(yīng)當(dāng)理解,其并不意圖將本發(fā)明限定到那個(gè)實(shí)施例。正相反,其意圖覆蓋包括在如所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有備選、修改以及等同物。
      具體實(shí)施例方式
      圖1中顯示了根據(jù)本發(fā)明用于測(cè)量氣體管線內(nèi)氣體中存在的硫元素的裝置10。裝置10包括特別設(shè)計(jì)的、直徑優(yōu)選為大約1.3″以及長(zhǎng)度優(yōu)選為大約3″、5″或8″的探針20。探針20與連接到氣體管線的標(biāo)準(zhǔn)為2″的例如COSASCO配件的入口配件30(未示)的底部接合。優(yōu)選地,探針20裝入入口配件30的底部,并且探針的外表面20暴露在氣體管線內(nèi)。在特定實(shí)施例中,將對(duì)氣體管線加壓。裝置10還包括與入口配件30的頂部接合的上部40。優(yōu)選地,上部40裝入到入口配件30的頂部。內(nèi)部冷卻劑,例如冷卻水,通過冷卻劑管線55在或接近上部40的頂部處進(jìn)入裝置10。在圖1所示的優(yōu)選實(shí)施例中,冷卻劑管線55經(jīng)上部40和入口配件30向探針20供應(yīng)冷卻水。冷卻水通過直徑優(yōu)選為大約1/4″的進(jìn)口管50進(jìn)入冷卻劑管線55。冷卻水在探針20的內(nèi)部釋放并冷卻探針的外表面20。在所示的實(shí)施例中,冷箱或其它冷卻機(jī)構(gòu)可以用于減少在冷卻劑管線55內(nèi)的冷卻水的溫度。然而,可以利用其它機(jī)構(gòu)冷卻裝置10的部件并且對(duì)裝置10的部件提供溫度控制。離開探針20的冷卻水通過在上部40內(nèi)的直徑優(yōu)選為1/4″的冷卻劑出口管60離開裝置10。
      圖2說明了如一般在氣體加工設(shè)施中所見的裝置的優(yōu)選實(shí)施例。標(biāo)準(zhǔn)為2″的入口配件30連接在氣體管線80上。圖2所示的入口配件是COSASCO類型配件。探針20連接到入口配件30的底部32并且部分設(shè)置在氣體管線80的內(nèi)部以便與氣體管線80內(nèi)的氣體流接觸。裝置10的上部40連接到入口配件30的上部34上。
      用于測(cè)量在氣體管線80內(nèi)的硫元素的量的程序包括經(jīng)由標(biāo)準(zhǔn)入口配件30將裝置10連接到氣體管線80,探針20部分設(shè)置在氣體管線80的內(nèi)部。來自氣體管線80的凝結(jié)氣體樣品采集到探針的外表面20上。裝置10運(yùn)用了“指形冷凍器”概念,其中冷卻劑管線55用于將探針20冷卻到允許氣體管線80內(nèi)的蒸汽凝結(jié)并采集到探針的外表面20上的溫度。一旦探針20設(shè)置在氣體管線80內(nèi),探針20優(yōu)選為保持在這個(gè)位置至少24小時(shí)以允許其盡可能在氣體管線80內(nèi)的氣體中暴露。在至少24小時(shí)的暴露之后,探針20將從氣體管線80移除。探針20將被視覺檢測(cè)任何液體凝結(jié)物的存在。任何這種凝結(jié)物將溶解在不能溶解硫的有機(jī)溶劑中,優(yōu)選為二甲苯(二甲基苯dimethylbenzene),以移除探針20的外面除了硫元素的所有凝結(jié)的種類。在優(yōu)選實(shí)施例中,移除的凝結(jié)種類是C6+的碳?xì)浠衔?。一旦液體凝結(jié)物溶解,探針20將浸沒在預(yù)先稱重的容器中或噴涂二硫化碳(CS2)以溶解硫元素。優(yōu)選地,取決于探針20的尺寸,將使用大約250-500ml的二硫化碳(CS2)。這個(gè)程序?qū)⒃诰哂辛己猛L(fēng)的通風(fēng)櫥內(nèi)完成。一旦硫元素溶解,探針20將從容器移除,并且CS2將允許自然蒸發(fā)不需要加熱,在容器內(nèi)僅剩余硫元素。一旦所有CS2蒸發(fā),將對(duì)容器及其內(nèi)含物稱重。容器及其內(nèi)含物的重量和單獨(dú)容器的初始的預(yù)先稱重的重量差代表在24小時(shí)暴露時(shí)間過程中采集的來自氣體管線80的硫的量。這個(gè)結(jié)果可以通過計(jì)算探針20的表面積以及估算在24小時(shí)暴露時(shí)間過程中經(jīng)過計(jì)算面積的氣體體積用于確定氣體管線80內(nèi)的每氣體體積的硫的等級(jí)。
      圖3說明了本發(fā)明利用取樣點(diǎn)或通氣口點(diǎn)90、92得到來自氣體管線內(nèi)80氣體中的硫元素的樣品的實(shí)施例。當(dāng)氣體管線80不具有如COSASCO型配件的入口配件,或入口配件安裝在不方便或不適當(dāng)?shù)奈恢脮r(shí)使用取樣點(diǎn)或通氣口點(diǎn)90、92。取樣點(diǎn)或通氣口點(diǎn)90、92允許來自氣體管線80的氣體流離開氣體管線80,通過外管95流動(dòng)并與探針20接觸且通過附加外管98流動(dòng)并重新進(jìn)入氣體管線80。根據(jù)本實(shí)施例,來自加壓氣體管線80的氣體進(jìn)入第一取樣點(diǎn)或通氣口點(diǎn)90。取樣點(diǎn)或通氣口點(diǎn)90優(yōu)選為與管95可分離連接。氣體從樣品點(diǎn)90通過到管95內(nèi)。當(dāng)在管95內(nèi)時(shí),使用壓力調(diào)節(jié)器82減少氣體壓力,優(yōu)選為大約30psi??梢允褂萌鐗毫τ?jì)86監(jiān)控管95內(nèi)的氣體壓力。在大約30psi,氣體中的硫元素在或接近其凝結(jié)點(diǎn)。減少的壓力氣體傳遞到內(nèi)部設(shè)置有探針20的探針盒72。優(yōu)選地,氣體在接近探針盒72的底部進(jìn)入,并且來自氣體的在或接近其凝結(jié)點(diǎn)的硫元素在探針的外表面20上凝結(jié)。優(yōu)選地,探針20可以從探針盒72移除以便在探針的外表面20上采集的硫元素樣品可以回收。優(yōu)選地,在壓力調(diào)節(jié)器82處發(fā)生的壓力減少將足以單獨(dú)允許硫元素在探針的外表面20上凝結(jié)。然而,如果需要附加冷卻以促進(jìn)凝結(jié),探針的外表面20可以使用如前所述的“指形冷凍器”概念(例如冷卻水)冷卻。一旦硫元素凝結(jié)在探針20上,剩余的未凝結(jié)的氣體優(yōu)選為接近盒72的頂部離開探針盒72,并且通過管98傳輸?shù)降诙狱c(diǎn)或通氣口點(diǎn)92以沉積回到氣體管線80內(nèi)。在特定實(shí)施例中,第一取樣點(diǎn)90和第二取樣點(diǎn)92可以是相同的取樣點(diǎn)。
      優(yōu)選地,管95內(nèi)的氣體流速使用流量計(jì)84調(diào)節(jié)并且通過例如流量指示計(jì)88監(jiān)控。優(yōu)選地,氣體流速將大約是150ml/min。使用這個(gè)近似流速,根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例使用取樣管線或通氣口點(diǎn)90、92安裝探針20可以在24小時(shí)的暴露內(nèi)檢測(cè)氣體中百萬(wàn)分之一的硫元素。
      由于顯而易見的修改和等同物對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是明顯的,可以理解,本發(fā)明并不限于所示和所描述的結(jié)構(gòu)、操作、確切材料或?qū)嵤├拇_切詳細(xì)資料。因此,本發(fā)明僅由附加權(quán)利要求的范圍限制。
      權(quán)利要求
      1.一種用于測(cè)量氣體管線內(nèi)氣體中硫元素的等級(jí)的方法,所述方法包括采集來自所述氣體管線的含硫元素氣體的樣品,其中當(dāng)所述氣體管線可操作時(shí),通過將所述氣體管線內(nèi)的至少一些所述含硫元素氣體凝結(jié)在探針的表面上將所述樣品采集到所述探針的外表面上,所述探針可移開地放置到來自所述氣體管線的氣體流內(nèi);將所述硫元素與所述樣品中其它種類分離以確定硫元素的量;以及分析采集的所述硫元素的量。
      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于進(jìn)一步包括冷卻所述探針以促進(jìn)在所述探針的外表面上的氣體蒸汽的凝結(jié)。
      3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的方法,其特征在于內(nèi)部冷卻劑用于冷卻所述探針。
      4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的方法,其特征在于所述內(nèi)部冷卻劑是冷卻水。
      5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的方法,其特征在于將所述硫元素與所述樣品中其它種類分離的步驟進(jìn)一步包括用溶劑清洗所述探針以移除在所述探針的外表面除了硫元素的所有種類;將所述探針浸沒在二硫化碳中;在所述二硫化碳中溶解所述探針上的所述硫元素;以及蒸發(fā)所述二硫化碳。
      6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的方法,其特征在于用于清洗所述探針的所述溶劑是二甲苯。
      7.一種用于測(cè)量氣體管線內(nèi)流動(dòng)的氣體中硫元素的等級(jí)的方法包括將探針插入到來自所述氣體管線的氣體流內(nèi);采集所述探針的外表面上的所述氣體的可凝結(jié)成分的樣品;將所述探針從來自所述氣體管線的所述氣體流中移除;將所述樣品中的所述硫元素與所述樣品中存在的其它種類分離以形成硫元素的量;以及分析采集的所述硫元素的量。
      8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法,其特征在于進(jìn)一步包括冷卻所述探針以促進(jìn)在所述探針的外表面上的氣體蒸汽的凝結(jié)。
      9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的方法,其特征在于內(nèi)部冷卻劑用于冷卻所述探針。
      10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的方法,其特征在于所述內(nèi)部冷卻劑是冷卻水。
      11.一種用于采集來自氣體管線的凝結(jié)的硫的裝置包括與所述氣體管線可分離連接的入口配件,所述入口配件具有第一端和第二端;與所述入口配件的至少一端可分離連接的探針,所述探針適于插入到來自所述氣體管線的氣體流內(nèi)以回收在所述探針外表面上的凝結(jié)成分;以及部分設(shè)置在所述探針內(nèi)用于向所述探針提供冷卻媒介的管線。
      12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置,其特征在于進(jìn)一步包括與所述入口配件的至少一端可分離連接的外殼。
      13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的裝置,其特征在于所述管線設(shè)置在所述外殼、所述入口配件和所述探針內(nèi)。
      14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的裝置,其特征在于所述外殼具有管線進(jìn)口和管線出口。
      15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的裝置,其特征在于所述入口配件是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)尺寸。
      16.一種用于采集來自氣體管線的凝結(jié)硫的裝置,所述氣體管線具有設(shè)置在其上的一個(gè)或多個(gè)取樣點(diǎn),所述裝置包括探針盒;與所述探針盒可分離連接的探針,所述探針適于插入到來自氣體管線的氣體流內(nèi)以回收在所述探針外表面上的凝結(jié)成分;設(shè)置在所述探針盒和所述氣體管線上的取樣點(diǎn)之間用于將來自所述氣體管線的氣體傳送到所述探針盒的第一管段;以及設(shè)置在所述探針盒和在所述氣體管線上的取樣點(diǎn)之間用于將沒有回收凝結(jié)成分的氣體從所述探針盒傳送到所述氣體管線的第二管段。
      17.根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的裝置,其特征在于進(jìn)一步包括部分設(shè)置在所述探針內(nèi)用于向所述探針提供冷卻媒介的管線。
      全文摘要
      一種用于測(cè)量氣體管線內(nèi)氣體中存在的硫元素的等級(jí)的裝置和方法。該裝置可包括與氣體管線可分離連接具有第一端和第二端的入口配件;與入口配件的至少一端可分離連接的探針,探針適于插入到來自氣體管線的氣體流內(nèi)以回收在探針外表面的凝結(jié)成分;以及部分設(shè)置在探針內(nèi)以向探針提供冷卻媒介的管線。該方法可包括以下步驟采集來自氣體管線的含硫元素氣體的樣品,其中當(dāng)氣體管線可操作時(shí),通過凝結(jié)氣體管線內(nèi)的一些或全部含硫元素氣體到探針的表面上將樣品采集到探針的外表面上,探針可移開地放置在來自氣體管線的氣體流內(nèi);將硫元素與樣品中其它元素分離得到硫元素的量;以及分析采集的硫元素的量。當(dāng)與先前建議的裝置和方法相比時(shí),本發(fā)明的用于測(cè)量在氣體管線內(nèi)氣體中存在的硫元素的等級(jí)的裝置和方法具有以下優(yōu)點(diǎn)提供硫元素的精確測(cè)量,能夠區(qū)別游離的硫元素和其它含硫化學(xué)劑中的硫,并且對(duì)于在加工工廠應(yīng)用,尤其是加壓氣體管線中使用是實(shí)用且有效的。
      文檔編號(hào)G01N1/40GK1886182SQ200480035262
      公開日2006年12月27日 申請(qǐng)日期2004年10月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月3日
      發(fā)明者I·阿爾-泰, A·A·阿爾-馬塔米, H·M·阿爾-穆泰里 申請(qǐng)人:沙特阿拉伯石油公司, 阿拉姆科服務(wù)公司
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