吳小飛 馬 凱 汪世濤（中石油江蘇液化天然氣有限公司，江蘇 南通 226400）

LNG取樣系統(tǒng)在裝車管線上的應(yīng)用

吳小飛 馬 凱 汪世濤（中石油江蘇液化天然氣有限公司，江蘇 南通 226400）

為了實(shí)現(xiàn)分儲分輸，確保接收站公平開放，江蘇LNG接收站4號儲罐設(shè)計一條專供槽車裝車的管線，并在管線上加裝采樣系統(tǒng)，本文對該采樣系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)介紹，并對采樣過程中的關(guān)鍵要素進(jìn)行研究，確保采集樣品具有代表性，保證相關(guān)方經(jīng)濟(jì)利益不受損失。

公平開放；采樣系統(tǒng)；代表性

1 LNG采樣系統(tǒng)介紹

1.1 采樣流程

采樣系統(tǒng)采樣全自動設(shè)計，采樣時用戶僅需按下采樣按鈕，等待采樣完成指示燈亮起，即可取下采樣鋼瓶進(jìn)行離線分析。

1.2 采樣程序

(1)采樣初期，液體進(jìn)入系統(tǒng)后不斷氣化成NG，經(jīng)定量采樣管、緩沖罐后從氣體排放口排至BOG總管。

(2)當(dāng)定量采樣管出口溫度達(dá)到該壓力下液體介質(zhì)臨界溫度后，關(guān)閉定量采樣管兩端的截止閥，進(jìn)行液體取樣。

(3)啟動真空泵，對整個管路進(jìn)行抽真空處理，排除殘余氣體。

(4)打開出液閥并對定量采樣管通入熱風(fēng)使樣品氣化，緩沖罐壓力會持續(xù)上升，當(dāng)壓力不再變化時標(biāo)志氣化完成，關(guān)閉出液閥。

(5)樣品轉(zhuǎn)移至取樣鋼瓶，緩沖罐壓力會緩慢下降，當(dāng)壓力達(dá)到平衡時，樣品轉(zhuǎn)移結(jié)束，取樣完成指示燈亮起，取下鋼瓶待測。

(6)緩沖罐內(nèi)殘余氣體釋放至BOG總管，壓力平衡后關(guān)閉采樣系統(tǒng)。

2 采樣過程關(guān)鍵控制點(diǎn)

2.1 合理設(shè)計裝車流速和管徑

要想采集到具有代表性的樣品要求管道內(nèi)LNG的流態(tài)須為過渡流，雷諾數(shù)Re=2320-4000，雷諾數(shù)Re=ρvd/η，其中Re為雷諾數(shù)，ρ為LNG密度，ν為管線內(nèi)LNG流速，D為管線管徑，η為LNG動力粘度，流體常見的三種流態(tài)見圖1。

由圖可見當(dāng)流速較低（Re＜2320），流體分層流動互不混合稱為層流。逐漸增加流速（Re=2320-4000），流體的流線開始出現(xiàn)波浪狀的擺動，擺動的頻率及振幅隨流速的增加而增加，此種流態(tài)稱為過渡流。當(dāng)流速增加到很大（Re＞4000），流線不再清楚可辨，流場中有許多小漩渦，相鄰流層間有混合,形成湍流。

2.2 對采樣探頭的要求

(1)ISO8943-2007《冷凍液態(tài)輕烴液化天然氣取樣-連續(xù)取樣法》對LNG取樣有明確的要求，即LNG在氣化前必須保持過冷狀態(tài)，不得有任何組分的分餾氣化發(fā)生[1]。LNG是超低溫的液體混合物且極易氣化，任何溫度或壓力的變化都很容易導(dǎo)致LNG組分的快速分餾氣化，要獲取能真實(shí)代表管道內(nèi)液體混合物的LNG樣品存在很大的難度。

江蘇LNG裝車管線上的采樣系統(tǒng)采樣探頭到定量取樣管之間的連接管線為真空絕熱管道，可以有效隔絕外部熱量，確保采樣管線內(nèi)LNG焓增加量小于定量采樣管入口壓力下的過冷度。

(2)采樣探頭所處管道前后應(yīng)有足夠長的直管段，足夠長的直管段可以使LNG各組分充分混合均勻。根據(jù)流體力學(xué)要求，探頭安裝位置前后直管段的長度至少為10倍和5倍的管徑。

(3)采樣探頭安裝與管道軸心線垂直，且插入深度應(yīng)考慮液體流動對探頭產(chǎn)生的渦激效應(yīng)而引發(fā)的風(fēng)險，一般情況下插入管道1/3～1/2處，因?yàn)楣艿乐行奶幜黧w流態(tài)最為平穩(wěn)，所采樣品最具代表性。

2.3 采樣定量管出口溫度的控制

根據(jù)熱力學(xué)定律，任何氣體在一定溫度和壓力下都可以液化，溫度越高，液化所需要的壓力也越高。當(dāng)溫度高于某一數(shù)值時，無論施加多大壓力都不能使氣體液化，此時的溫度稱為臨界溫度，在臨界溫度下使氣體液化所需的最低壓力稱為臨界壓力。

2.4 采樣定量管體積的確定

LNG樣品采集后經(jīng)氣化轉(zhuǎn)移至兩個300mL鋼瓶，樣品壓力過低會導(dǎo)致樣品量不足，為了確保樣品量能完成多次重復(fù)分析，要求鋼瓶壓力不得低于0.5MPa，這就對采樣定量管的體積提出了要求。

江蘇LNG采樣系統(tǒng)一次采集LNG體積50mL，按氣化后體積膨脹600倍計算，完全氣化后體積會達(dá)到30L（0.1MPa下），已知緩沖罐的體積為2L，兩個采樣鋼瓶的體積為0.6 L，連接管線的體積為0.05 L，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程PV=nRT，最終鋼瓶壓力能達(dá)到1.1MPa。

3 結(jié)語

(1)為了確保接收站公平開放，實(shí)現(xiàn)分儲分輸，很有必要在裝車管線上加裝采樣系統(tǒng)，用來檢測裝車LNG組成。

(2)要想獲得具有代表性的樣品，需要從裝車流速、裝車管徑、采樣探頭、樣品溫度及樣品體積等方面加以控制。

(3)實(shí)踐證明，江蘇LNG公司裝車管線上采樣系統(tǒng)性能可靠，所采樣品具有代表性，最大程度上保護(hù)相關(guān)方經(jīng)濟(jì)利益。

[1]ISO8943-2007Refrigerated light hydrocarbon fluids-sam?pling of liquefied natural gas-continuous and intermittentmethods (second edition)[S]．2007.

[2]GB/T20603-2006冷態(tài)輕烴流體液化天然氣的取樣連續(xù)法.