便携式LNG取样器的开发和测试

毛佳伟，邹勇，王立金，丁劲松，吴宇，郭桦

(1. 成都产品质量检验研究院有限责任公司，四川 成都 610100;2. 四川省产品质量监督检验检测院，四川 成都 610100;3. 上海锐宇流体系统有限公司，上海 201803)

便携式LNG取样器的开发和测试

毛佳伟1,2，邹勇1,2，王立金3，丁劲松1,2，吴宇1,2，郭桦1,2

(1. 成都产品质量检验研究院有限责任公司，四川 成都 610100;2. 四川省产品质量监督检验检测院，四川 成都 610100;3. 上海锐宇流体系统有限公司，上海 201803)

针对液化天然气(LNG)在生产和贸易过程中的质量控制,就LNG试样的有效性和代表性及多点取样难题，设计了一种便携式LNG取样器，由气化系统、数字显示系统、接收装置、电源等部分组成，并进行了现场取样测试及仪表功能测试。结果表明： 该便携式取样器具有性能稳定、容易配置、使用方便的特点，有效解决了LNG的多点取样难题。

液化天然气 取样器 便携式

随着中国液化天然气 (LNG)产业的蓬勃发展，LNG作为一种清洁、廉价的能源，广泛应用于车用和船用燃料、特种工业燃料、冷冻食品以及低温医疗等多个领域[1]。特别是作为车用燃料，LNG相对于常规的石油类燃料显示出巨大的环保和价格优势，大幅促进了LNG 汽车及加气站在国内的应用和推广[2-4]。

作为重要的能源类商品，LNG在生产和贸易过程中的质量控制显得尤为重要[5]，而如何取到具有代表性的LNG试样则是质量判定的关键。LNG的物理性质特殊，在对LNG进行取样时极易气化，任何温度和压力的改变都能导致LNG组分的快速闪蒸，容易使气液两相的混合组分比值不一致。为避免因闪蒸效应产生不真实的分析结果，需要专门的取样方法和装置来保证所取试样的代表性。

1 现有LNG取样方法和取样装置

为了保证取样的代表性，国内采用ISO 8943—1991RefrigeratedLightHydrocarbonFluids-SamplingofLiquefiedNaturalGas-continuousMethodFirstEdition制定了LNG取样方法GB/T 20603—2006《冷冻轻烃流体 液化天然气的采样 连续法》[6]，而国际上采用的取样标准是2007年更新的ISO 8943版[7]。GB/T 20603和ISO 8943的取样方法都是通过安装在输送LNG的管道上的固定面板式LNG取样装置进行取样，只适用于贸易港口LNG接收站和部分LNG生产厂。其工作过程是： 通过LNG输送管线上取样探头采集到的试样在样品气化器中气化，气化后的LNG经过压力调节器调整到所需的压力后被输入到气体试样容器中。但是面板取样装置体积庞大，且只能满足单点取样；若要多点取样，则必须拆卸后重新安装和校验，操作繁琐且费用较高。

该种固定式大型取样装置，需要有专门的空间用于安装且投入成本较大，不适合应用在如LNG加气站这种小型单元，目前LNG取样方法的研究报道也仅限于国际LNG贸易时的取样分析[8]。因此，在LNG车运交接、LNG加气站的产品质量控制取样作业中就出现了直接气化取样和使用杜瓦瓶取样，但是这两种取样方式均无法保证试样具有代表性。所以如何对LNG加气站和LNG槽车取得代表性LNG试样，成为迫切需要解决的问题。

2 开发创新

针对上述问题，笔者提出一种便携式LNG取样装置设计方案。该方案所设计的便携式取样器具备多点取样的优点，能保证取样的代表性，方便快捷又可节约成本。同时，便携式取样器自备可充电电池，为取样操作提供持续电力。

3 便携式取样器的结构组成和取样步骤

便携式取样装置的结构如图1所示，主要由气化系统、接收装置、电源、箱体等几部分组成。

图1 便携式LNG取样器结构示意

3.1 气化系统和接收装置

气化系统为取样器的关键部分，主要包括电加热控制器、温压显示器、带电加热的调压阀、均质罐和安全阀等。

LNG经过气化后可以储存在接收装置中。接收装置为一种专门的恒压钢瓶或双通钢瓶，材质满足GB/T 13609—2012《天然气采样导则》[9]对取样容器材质的要求。

3.2 电源和箱体

该取样器的电源模块为取样器的控制器、显示器和电加热调压阀提供电力。电源模块被设计成电池供电和外接电源供电两种工作模式，当使用充电电池供电时，一次充电量可满足5～10个批次的试样采集；也可根据需要通过电源适配器连接市电完成取样工作。

取样器的箱体容纳并固定取样接头、气化系统和电源模块，相互连接并固定于箱体中。箱体设计成可开合式，并装有滚轮、拖手和提手以方便取样过程使用。

3.3 取样操作步骤

取样器的入口快速接头与LNG加气机或LNG管路连接，将LNG导入到取样器中，然后通过电加热控制器调节电加热调压阀，加热LNG使其完全气化，并使温度和压力达到设定值。气化后的气体在均质罐中被混合均匀，然后通过单向阀输出。气化系统的输出口和取样装置通过两端带快速接口的软管相连，后输出并储存于接收装置中。

4 取样器取样测试

用便携式LNG取样器到LNG加气站进行了实地取样测试，测试内容包括携带方便程度、设备坚固程度、取样接口的适配程度、试样压力、电源供电能力和取样的稳定性等。其中仪器的功能测试情况见表1所列，功能测试情况表明该取样器完全能满足设计的功能要求。

表1 便携式取样器的功能测试

取样器取样的稳定性测试是通过对同一加液枪分别进行3次平行的完整取样操作，将所取试样分别储存于3个恒压钢瓶中并对试样组分摩尔分数进行了检测，其测试数据见表2所列。

表2 3次取样所得试样的组分检测数据

从表2的数据可看出，3次取样的试样组分含量数据非常吻合，这说明取样器的取样重复性好、稳定可靠。

以上测试的结果表明： 取样器完全可以满足日常LNG取样工作的要求，操作简单快速，仪器的稳定性良好，能准确取到具有代表性的试样。

5 结束语

便携式LNG取样器体积小、操作简便、工作稳定可靠、运行时间长且适合于户外操作。该装置可以同时满足对LNG生产产品质量分析的多点取样、LNG贸易交接时产品质量判定取样、监管部门对LNG产品的质量监督取样和LNG加气站的质量控制取样等多种场合的取样工作。

在后续的设计改进中，将考虑在取样器中引入微型气质分析系统，为客户提供准确高效的LNG质量实时监测解决方案。

[1] 王晓芸.LNG应用概况[J].科技信息，2009(11)： 384.

[2] 林才顺.液化天然气(LNG)汽车发展现状及优势展望[J].节能与环保，2014(03)： 58-59.

[3] 丁微波.关于LNG汽车加气站设计的研究[J].化工管理，2015(20)： 83.

[4] 张菁.LNG加气站行业发展及存在问题研究[J].四川水泥，2016(07)： 312.

[5] 王楼明，叶锐钧.我国液化天然气标准的现状和展望[J].石油工业技术监督，2009(04)： 24-26.

[6] 唐蒙，陈勇，张孔明，等.GB/T 20603—2006冷冻轻烃流体 液化天然气的采样 连续法[S]．北京： 中国标准出版社，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] 赵波，魏宇，锋邱丰，等.进口液化天然气在线取样系统对比研究[J].检验检疫学刊,2016,25(05)： 32-35.

[9] 唐蒙，陈勇，罗勤，等.GB/T 13609—2012天然气采样导则[S]．北京： 中国标准出版社，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

毛佳伟(1983—)，男，毕业于武汉大学无机化学专业，现就职于四川省产品质量监督检验检测院，主要从事石油天然气产品的检验检测研究工作。

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。