LNG取樣系統在裝車管線上的應用

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）

LNG取樣系統在裝車管線上的應用

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）

為了實現分儲分輸，確保接收站公平開放，江蘇LNG接收站4號儲罐設計一條專供槽車裝車的管線，并在管線上加裝采樣系統，本文對該采樣系統進行詳細介紹，并對采樣過程中的關鍵要素進行研究，確保采集樣品具有代表性，保證相關方經濟利益不受損失。

公平開放；采樣系統；代表性

1 LNG采樣系統介紹

1.1 采樣流程

采樣系統采樣全自動設計，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行離線分析。

1.2 采樣程序

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

(2)當定量采樣管出口溫度達到該壓力下液體介質臨界溫度后，關閉定量采樣管兩端的截止閥，進行液體取樣。

(3)啟動真空泵，對整個管路進行抽真空處理，排除殘余氣體。

(4)打開出液閥并對定量采樣管通入熱風使樣品氣化，緩沖罐壓力會持續上升，當壓力不再變化時標志氣化完成，關閉出液閥。

(5)樣品轉移至取樣鋼瓶，緩沖罐壓力會緩慢下降，當壓力達到平衡時，樣品轉移結束，取樣完成指示燈亮起，取下鋼瓶待測。

(6)緩沖罐內殘余氣體釋放至BOG總管，壓力平衡后關閉采樣系統。

2 采樣過程關鍵控制點

2.1 合理設計裝車流速和管徑

要想采集到具有代表性的樣品要求管道內LNG的流態須為過渡流，雷諾數Re=2320-4000，雷諾數Re=ρvd/η，其中Re為雷諾數，ρ為LNG密度，ν為管線內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見圖1。

由圖可見當流速較低（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，此種流態稱為過渡流。當流速增加到很大（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《冷凍液態輕烴液化天然氣取樣-連續取樣法》對LNG取樣有明確的要求，即LNG在氣化前必須保持過冷狀態，不得有任何組分的分餾氣化發生[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致LNG組分的快速分餾氣化，要獲取能真實代表管道內液體混合物的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。根據流體力學要求，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，且插入深度應考慮液體流動對探頭產生的渦激效應而引發的風險，一般情況下插入管道1/3～1/2處，因為管道中心處流體流態最為平穩，所采樣品最具代表性。

2.3 采樣定量管出口溫度的控制

根據熱力學定律，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。當溫度高于某一數值時，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樣品采集后經氣化轉移至兩個300mL鋼瓶，樣品壓力過低會導致樣品量不足，為了確保樣品量能完成多次重復分析，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，根據理想氣體狀態方程PV=nRT，最終鋼瓶壓力能達到1.1MPa。

3 結語

(1)為了確保接收站公平開放，實現分儲分輸，很有必要在裝車管線上加裝采樣系統，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)實踐證明，江蘇LNG公司裝車管線上采樣系統性能可靠，所采樣品具有代表性，最大程度上保護相關方經濟利益。

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

[2]GB/T20603-2006冷態輕烴流體液化天然氣的取樣連續法.