便攜式LNG取樣器的開發和測試

毛佳偉，鄒勇，王立金，丁勁松，吳宇，郭樺

(1. 成都產品質量檢驗研究院有限責任公司，四川 成都 610100;2. 四川省產品質量監督檢驗檢測院，四川 成都 610100;3. 上海銳宇流體系統有限公司，上海 201803)

便攜式LNG取樣器的開發和測試

毛佳偉1,2，鄒勇1,2，王立金3，丁勁松1,2，吳宇1,2，郭樺1,2

(1. 成都產品質量檢驗研究院有限責任公司，四川 成都 610100;2. 四川省產品質量監督檢驗檢測院，四川 成都 610100;3. 上海銳宇流體系統有限公司，上海 201803)

針對液化天然氣(LNG)在生產和貿易過程中的質量控制,就LNG試樣的有效性和代表性及多點取樣難題，設計了一種便攜式LNG取樣器，由氣化系統、數字顯示系統、接收裝置、電源等部分組成，并進行了現場取樣測試及儀表功能測試。結果表明： 該便攜式取樣器具有性能穩定、容易配置、使用方便的特點，有效解決了LNG的多點取樣難題。

液化天然氣 取樣器 便攜式

隨著中國液化天然氣 (LNG)產業的蓬勃發展，LNG作為一種清潔、廉價的能源，廣泛應用于車用和船用燃料、特種工業燃料、冷凍食品以及低溫醫療等多個領域[1]。特別是作為車用燃料，LNG相對于常規的石油類燃料顯示出巨大的環保和價格優勢，大幅促進了LNG 汽車及加氣站在國內的應用和推廣[2-4]。

作為重要的能源類商品，LNG在生產和貿易過程中的質量控制顯得尤為重要[5]，而如何取到具有代表性的LNG試樣則是質量判定的關鍵。LNG的物理性質特殊，在對LNG進行取樣時極易氣化，任何溫度和壓力的改變都能導致LNG組分的快速閃蒸，容易使氣液兩相的混合組分比值不一致。為避免因閃蒸效應產生不真實的分析結果，需要專門的取樣方法和裝置來保證所取試樣的代表性。

1 現有LNG取樣方法和取樣裝置

為了保證取樣的代表性，國內采用ISO 8943—1991RefrigeratedLightHydrocarbonFluids-SamplingofLiquefiedNaturalGas-continuousMethodFirstEdition制定了LNG取樣方法GB/T 20603—2006《冷凍輕烴流體 液化天然氣的采樣 連續法》[6]，而國際上采用的取樣標準是2007年更新的ISO 8943版[7]。GB/T 20603和ISO 8943的取樣方法都是通過安裝在輸送LNG的管道上的固定面板式LNG取樣裝置進行取樣，只適用于貿易港口LNG接收站和部分LNG生產廠。其工作過程是： 通過LNG輸送管線上取樣探頭采集到的試樣在樣品氣化器中氣化，氣化后的LNG經過壓力調節器調整到所需的壓力后被輸入到氣體試樣容器中。但是面板取樣裝置體積龐大，且只能滿足單點取樣；若要多點取樣，則必須拆卸后重新安裝和校驗，操作繁瑣且費用較高。

該種固定式大型取樣裝置，需要有專門的空間用于安裝且投入成本較大，不適合應用在如LNG加氣站這種小型單元，目前LNG取樣方法的研究報道也僅限于國際LNG貿易時的取樣分析[8]。因此，在LNG車運交接、LNG加氣站的產品質量控制取樣作業中就出現了直接氣化取樣和使用杜瓦瓶取樣，但是這兩種取樣方式均無法保證試樣具有代表性。所以如何對LNG加氣站和LNG槽車取得代表性LNG試樣，成為迫切需要解決的問題。

2 開發創新

針對上述問題，筆者提出一種便攜式LNG取樣裝置設計方案。該方案所設計的便攜式取樣器具備多點取樣的優點，能保證取樣的代表性，方便快捷又可節約成本。同時，便攜式取樣器自備可充電電池，為取樣操作提供持續電力。

3 便攜式取樣器的結構組成和取樣步驟

便攜式取樣裝置的結構如圖1所示，主要由氣化系統、接收裝置、電源、箱體等幾部分組成。

圖1 便攜式LNG取樣器結構示意

3.1 氣化系統和接收裝置

氣化系統為取樣器的關鍵部分，主要包括電加熱控制器、溫壓顯示器、帶電加熱的調壓閥、均質罐和安全閥等。

LNG經過氣化后可以儲存在接收裝置中。接收裝置為一種專門的恒壓鋼瓶或雙通鋼瓶，材質滿足GB/T 13609—2012《天然氣采樣導則》[9]對取樣容器材質的要求。

3.2 電源和箱體

該取樣器的電源模塊為取樣器的控制器、顯示器和電加熱調壓閥提供電力。電源模塊被設計成電池供電和外接電源供電兩種工作模式，當使用充電電池供電時，一次充電量可滿足5～10個批次的試樣采集；也可根據需要通過電源適配器連接市電完成取樣工作。

取樣器的箱體容納并固定取樣接頭、氣化系統和電源模塊，相互連接并固定于箱體中。箱體設計成可開合式，并裝有滾輪、拖手和提手以方便取樣過程使用。

3.3 取樣操作步驟

取樣器的入口快速接頭與LNG加氣機或LNG管路連接，將LNG導入到取樣器中，然后通過電加熱控制器調節電加熱調壓閥，加熱LNG使其完全氣化，并使溫度和壓力達到設定值。氣化后的氣體在均質罐中被混合均勻，然后通過單向閥輸出。氣化系統的輸出口和取樣裝置通過兩端帶快速接口的軟管相連，后輸出并儲存于接收裝置中。

4 取樣器取樣測試

用便攜式LNG取樣器到LNG加氣站進行了實地取樣測試，測試內容包括攜帶方便程度、設備堅固程度、取樣接口的適配程度、試樣壓力、電源供電能力和取樣的穩定性等。其中儀器的功能測試情況見表1所列，功能測試情況表明該取樣器完全能滿足設計的功能要求。

表1 便攜式取樣器的功能測試

取樣器取樣的穩定性測試是通過對同一加液槍分別進行3次平行的完整取樣操作，將所取試樣分別儲存于3個恒壓鋼瓶中并對試樣組分摩爾分數進行了檢測，其測試數據見表2所列。

表2 3次取樣所得試樣的組分檢測數據

從表2的數據可看出，3次取樣的試樣組分含量數據非常吻合，這說明取樣器的取樣重復性好、穩定可靠。

以上測試的結果表明： 取樣器完全可以滿足日常LNG取樣工作的要求，操作簡單快速，儀器的穩定性良好，能準確取到具有代表性的試樣。

5 結束語

便攜式LNG取樣器體積小、操作簡便、工作穩定可靠、運行時間長且適合于戶外操作。該裝置可以同時滿足對LNG生產產品質量分析的多點取樣、LNG貿易交接時產品質量判定取樣、監管部門對LNG產品的質量監督取樣和LNG加氣站的質量控制取樣等多種場合的取樣工作。

在后續的設計改進中，將考慮在取樣器中引入微型氣質分析系統，為客戶提供準確高效的LNG質量實時監測解決方案。

[1] 王曉蕓.LNG應用概況[J].科技信息，2009(11)： 384.

[2] 林才順.液化天然氣(LNG)汽車發展現狀及優勢展望[J].節能與環保，2014(03)： 58-59.

[3] 丁微波.關于LNG汽車加氣站設計的研究[J].化工管理，2015(20)： 83.

[4] 張菁.LNG加氣站行業發展及存在問題研究[J].四川水泥，2016(07)： 312.

[5] 王樓明，葉銳鈞.我國液化天然氣標準的現狀和展望[J].石油工業技術監督，2009(04)： 24-26.

[6] 唐蒙，陳勇，張孔明，等.GB/T 20603—2006冷凍輕烴流體 液化天然氣的采樣 連續法[S]．北京： 中國標準出版社，2007．

[7] ISO. ISO 8943—2007 Refrigerated Light Hydrocarbon Fluids — Sampling of Liquefied Natural Gas-Continuous and Intermittent Methods[S]. 2nd ed. Geneva： International Organization for Standardization， 2007.

[8] 趙波，魏宇，鋒邱豐，等.進口液化天然氣在線取樣系統對比研究[J].檢驗檢疫學刊,2016,25(05)： 32-35.

[9] 唐蒙，陳勇，羅勤，等.GB/T 13609—2012天然氣采樣導則[S]．北京： 中國標準出版社，2013．

Development and Test of Portable LNG Sampler

Mao Jiawei1,2, Zou Yong1,2, Wang Lijin3, Ding Jinsong1,2, Wu Yu1,2, Guo Hua1,2

(1. Chengdu Products Quality Inspection Co. Ltd., Chengdu, 610100, China; 2. Sichuan Institute of Product Quality Supervision and Inspection, Chengdu, 610100, China;3. Shanghai Reaflow Fluid System Co. Ltd., Shanghai, 201803, China)

s： Aiming at quality control of liquefied natural gas (LNG) in the manufacture and commerce, a new portable sampler for LNG are designed for the problem of effectiveness, representativeness and multi-sampling. The sampler mainly consiss of the gasification system, digital display system, receiving device and power supply, etc. The field sampling test and instrument function test are conducted. The tests results prove the portable sampler is with stable performance, easy configuration and convenient application. It effectively solves the multi-sampling problem for LNG.

liquefied natural gas; sampler; portable

毛佳偉(1983—)，男，畢業于武漢大學無機化學專業，現就職于四川省產品質量監督檢驗檢測院，主要從事石油天然氣產品的檢驗檢測研究工作。

TH83

B

1007-7324(2017)04-0052-02

稿件收到日期： 2017-02-27，修改稿收到日期： 2017-06-13。