CN107677520B - 一种天然气样品采集装置及采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种天然气样品采集装置及采集方法，其属于实验分析技术领域，采集装置包括储气管、密封闸和导气机构，储气管为两端开口并连通的铜管，用于容置天然气；两个密封闸间隔设置于储气管上，密封闸能够沿储气管的轴向滑动并沿储气管的径向压紧或者松开储气管，通过调节两个密封闸之间的距离，实现对储气管内储气、放气体积的定量控制。采集方法包括将储气管的一端与导气机构连接，供气口流出的天然气经导气机构从储气管的一端流入另一端流出，冲洗储气管预定时间，顺序关闭远离供气口的密封闸和靠近供气口的密封闸，使密封闸压紧储气管，位于两个密封闸之间的储气管内的天然气即为采集到的样品。

Description

一种天然气样品采集装置及采集方法

技术领域

本发明涉及实验分析技术领域，尤其涉及一种天然气样品采集装置及采集方法。

背景技术

天然气指自然界中天然存在的一切气体，包括大气圈、水圈和岩石圈中各种自然过程形成的气体。在石油地质学中，通常指油田气和气田气，其组成以烃类为主，并含有非烃气体。天然气的组成研究包括天然气的化合物组成及同位素组成的分析。实验分析化合物的组成涉及的分析仪器为气相色谱仪，同位素组成的分析涉及同位素质谱仪。两种仪器的进样要求为气体压力0.5-1.0MPa，气相色谱仪进样体积为5mL，同位素质谱仪进样体积为20-40μL，进样量要求均很低。

样品采集主要针对于研究分析，是实验室进行仪器分析的重要组成部分，采集的样品质量要求纯度要高，密封性要好，要能长久保存，还要便于从采样地到实验室以及不同实验室之间的运输。

现有用于天然气实验分析的采样装置有两种：铝箔气袋与钢瓶。

铝箔气袋材质为覆膜铝箔，一般规格大小为19cm*19cm，容积为1L，带有一个或者两个直杆阀，其充气压力不超过3KPa，其密封性差，样品不能长期保存，气体承压小，气袋易损坏，不能与尖物触碰，更不能摔、磕、碰擦，而且要远离热源。由于密封性差，气体有散失，只能进行化合物组成分析，同位素分析的结果不准确，得不到广泛应用。样品袋易破损，对物流运输要求高，而且不能空运，时效性差。

钢瓶材质为无缝不锈钢或者其他金属材料，规格随容积变化，一般容积0.7L的钢瓶，长50cm，直径7cm，充气压力15MPa，重量约1kg，另有配有一个或两个阀门，其承压高，密封性好，容积大，但是成本高，重量大，携带不便，不能空运和委托给物流公司，只能自行运输，运输成本高。容积不能调节，采样量太多，远远大于实验分析的进样量，实际上造成了资源浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种天然气样品采集装置及采集方法，以解决现有技术中存在的样品采集装置成本高、重量大、运输携带不便、容量不能调节的技术问题。

如上构思，本发明所采用的技术方案是：

一种天然气样品采集装置，包括：

储气管，其为两端开口并连通的铜管，用于容置天然气；

密封闸，两个所述密封闸间隔设置于所述储气管上，所述密封闸能够沿所述储气管的轴向滑动并沿所述储气管的径向压紧或者松开所述储气管；

导气机构，其一端与所述储气管可拆卸连接，另一端与供气口连接。

其中，所述密封闸包括：

主闸体，其上开设有导向槽，所述储气管穿设过所述导向槽；

闸芯，包括滑动设置于所述导向槽内的下压楔和用于驱动所述下压楔移动的螺杆，所述闸芯能够沿所述储气管的径向移动。

其中，所述主闸体上开设有与所述导向槽连通的安装孔，所述螺杆与所述安装孔螺接并与所述下压楔连接，通过转动所述螺杆带动所述下压楔于所述导向槽内滑动。

其中，所述下压楔上开设有容置槽和位于所述容置槽一侧并与所述容置槽连通的限位孔，所述螺杆的端部开设有环形槽，所述螺杆的端部位于所述容置槽内，所述限位孔内设置有与所述环形槽插接的限位销。

其中，还包括支撑板，其设置于所述储气管的一侧并沿所述储气管的轴向延伸，所述密封闸与所述支撑板滑动连接。

其中，所述密封闸还包括底槛，其与所述主闸体可拆卸连接并与所述支撑板滑动连接，所述底槛上开设有与所述支撑板配合的导向孔和位于所述导向孔一侧并与所述导向孔连通的定位孔，所述定位孔内设置有与所述支撑板抵接的定位销。

其中，所述主闸体和所述底槛通过螺钉可拆卸连接，所述主闸体上设置有通孔，用于穿设所述螺钉，所述底槛上与所述通孔对应的位置开设有螺纹孔。

其中，所述导气机构包括：

导气管，其一端通过连接阀与所述储气管连接，另一端与减压阀连接；

连接管，其一端与所述减压阀连接，另一端与所述供气口连接。

其中，还包括前处理机构，其与所述储气管的一端可拆卸连接，所述前处理机构包括定量腔体和真空泵，所述定量腔体的外壁上设有与所述储气管连通的第一通道和与所述真空泵连通的第二通道，所述定量腔体的外壁上还设有若干个与所述定量腔体的内腔连通的接口，所述接口处设置有连接阀。

一种天然气样品采集方法，包括：

将储气管的一端与导气机构连接，供气口流出的天然气经导气机构从储气管的一端流入，从储气管的另一端流出，冲洗储气管预定时间，顺序关闭远离导气机构的密封闸和靠近导气机构的密封闸，使密封闸压紧储气管，位于两个密封闸之间的储气管内的天然气即为采集到的样品。

本发明的有益效果：

本发明提出的一种天然气样品采集装置，储气管为两端开口并连通的铜管，用于容置天然气，成本低，可以采用航空运输，时效性强，携带方便，可回收利用；两个密封闸间隔设置于储气管上，密封闸能够沿储气管的轴向滑动并沿储气管的径向压紧或者松开储气管，通过调节两个密封闸之间的距离，实现对储气管内储气、放气体积的定量控制，使得储气容量合适，避免样品浪费；导气机构的一端与储气管连接，另一端与供气口连接，用于向储气管内导气。

附图说明

图1是本发明提供的天然气样品采集装置的结构示意图；

图2是本发明提供的天然气样品采集装置的密封闸的剖视结构示意图；

图3是图2的分解结构示意图；

图4是本发明提供的天然气样品采集装置进行采样时的结构示意图；

图5是本发明提供的天然气样品采集装置进行取样时的结构示意图。

图中：

1、储气管；2、密封闸；3、支撑板；

21、主闸体；211、导向槽；212、安装孔；213、通孔；

22、下压楔；221、容置槽；222、限位孔；

23、螺杆；231、环形槽；

24、底槛；241、垫板；242、导向孔；243、定位孔；244、螺纹孔；

41、导气管；42、减压阀；43、连接管；

51、定量腔体；52、真空泵。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

参见图1，本发明实施例提供一种天然气样品采集装置，包括储气管1、密封闸2、导气机构和支撑板3。

储气管1为两端开口并连通的铜管，用于容置天然气，两个密封闸2间隔设置于储气管1上，密封闸2能够沿储气管1的轴向滑动并沿储气管1的径向压紧或者松开储气管1。支撑板3设置于储气管1的一侧并沿储气管1的轴向延伸，密封闸2与支撑板3滑动连接。

在本实施例中，储气管1的材质为纯紫铜，T2材质99.9％，规格为外径8mm，内径6mm，长度55cm，容积约15.6mL。天然气运输时，采用储气管1对天然气进行存储，储气管1在天然气运输过程中，利用铜管材质软，抗压能力强的特点，满足气体的耐压性要求，同时具有延展性特点，使得密封闸2压紧储气管1时，对储气管1进行封闭，当密封闸2松开后，储气管1放松有一定的缝隙，其内天然气流出。通过储气管1对天然气进行容置，利用密封闸2对储气管1的两端进行压紧密封，使得天然气在运输过程中，体积小，易携带，物流方便，提高了天然气采样装置的运输便利性。当然，储气管1可以选用其它容积的规格大小，以适应不同的测试环境需要。

储气管1对天然气进行容置运输，其细长形结构受挤压容易产生形变或者折弯，容易导致储气管1内气压变化影响其密封性能，多次折弯容易导致储气管1的断裂开口，支撑板3的设置，由支撑板3将两个密封闸2连接为一体，同时，由支撑板3对储气管1的径向进行支撑，支撑板3对储气管1起到一定防护作用。通过储气管1、密封闸2和支撑板3的支撑结构，组成对天然气进行运输的采样装置主体。优选地，支撑板3采用横截面为矩形的长铝条，长约55cm。铝材质减少天然气采样装置的重量。

密封闸2可以在支撑板3上移动，通过两个密封闸2的距离实现对储气、放气体积的定量控制。优选的，密封闸2采用不锈钢保证密封能力的稳定性。

参见图2和图3，密封闸2包括主闸体21和闸芯，主闸体21上开设有导向槽211，储气管1穿设过导向槽211，闸芯包括滑动设置于导向槽211内的下压楔22和用于驱动下压楔22移动的螺杆23，螺杆23用于驱动下压楔22沿储气管1的径向移动，靠近或远离储气管1。

螺杆23设置于主闸体21上，主闸体21上开设有与导向槽211连通的安装孔212，螺杆23与安装孔212螺接并与下压楔22连接，通过转动螺杆23带动下压楔22于导向槽211内滑动。下压楔22上开设有容置槽221和位于容置槽221一侧并与容置槽221连通的限位孔222，螺杆23的端部开设有环形槽231，螺杆23的端部位于容置槽221内，限位孔222内设置有与环形槽231插接的限位销。螺杆23转动过程中，螺杆23在容置槽221内转动，由限位销避免螺杆23由容置槽221内脱出。打开密封闸2具体为转动螺杆23带动下压楔22对储气管1进行放松，关闭密封闸2具体为转动螺杆23带动下压楔22对储气管1进行压紧密封，通过螺杆23调节下压楔22高度，给铜管施加压力，达到密封铜管的作用。

密封闸2还包括底槛24，其与主闸体21可拆卸连接并与支撑板3滑动连接，底槛24连接于导向槽211的开口处，通过转动螺杆23驱动下压楔22平移，当下压楔22与储气管1相抵时，继续转动螺杆23，驱动下压楔22与底槛24压紧配合，将储气管1沿径向压紧形变，实现对储气管1的压紧密封。下压楔22的压紧端面与底槛24的承压端面均为平面，通过下压楔22与底槛24的压紧配合，将储气管1沿径向压平，储气管1的内壁受压缩相互贴紧，从而避免储气管1内部气体由密封闸2位置溢出。

下压楔22于导向槽211内可通过滑轨或轴承进行滑动导向，避免下压楔22对储气管1进行压紧时，下压楔22与导向槽211的侧壁相抵导致下压楔22倾斜，影响对储气管1的压紧密封性。

底槛24上正对导向槽211的位置设置有垫板241，垫板241具有承压作用，用于支撑储气管1。下压楔22与垫板241压紧配合对储气管1压紧形变。

底槛24上开设有与支撑板3配合的导向孔242和位于导向孔242一侧并与导向孔242连通的定位孔243，定位孔243内设置有与支撑板3抵接的定位销。支撑板3插装于导向孔242内，导向孔242的形状与支撑板3的横截面形状相配合。密封闸2可沿支撑板3的长度方向滑移，即支撑板3可由导向孔242内伸入或抽出，从而改变密封闸2在支撑板3上的位置。在储气管1运输过程中，需要保证密封闸2和储气管1之间连接结构的稳定性，避免密封闸2及储气管1之间的晃动，在底槛24的侧壁开设连通导向孔242的定位孔243，支撑板3装入到导向孔242内后，定位孔243的轴向与支撑板3的侧壁相对，储气管1采样完成后，通过定位销将支撑板3上的密封闸2限位，进而通过支撑板3将两个密封闸2连接为一体。

在本实施例中，主闸体21和底槛24通过螺钉可拆卸连接，主闸体21上设置有通孔213，用于穿设螺钉，底槛24上与通孔213对应的位置开设有螺纹孔244，螺钉穿过通孔213后与螺纹孔244锁紧连接。

参见图4，导气机构的一端与储气管1可拆卸连接，另一端与供气口连接，安装拆卸方便。具体地，导气机构与储气管1的进气口连接。

供气口指的是能提供要收集样品的端口，可以是油气井的出气口，也可以是其他工业气流的出气口，也可以是其他大型储气设施的出气口。供气口因压力过大，不能直接与储气管1相连，需要通过其他设备进行连接，将供气口的高压气体转换至预定气压后，再通入到储气管1内，因此需要安装导气机构。

导气机构包括导气管41、减压阀42和连接管43，导气管41的一端通过连接阀与储气管1连接，另一端与减压阀42连接；连接管43的一端与减压阀42连接，另一端与供气口连接。在本实施例中，导气管41为铜管；首先通过3mm的导气管41将储气管1与减压阀42连接，再通过耐高压的连接管43将减压阀42与供气口相连接。优选的，各个连接部分均采用直通连接阀，密封采用纯铜卡套进行密封。

参见图5，天然气样品采集装置还包括前处理机构，前处理机构与储气管1的一端可拆卸连接。样品前处理也是实验分析的重要部分，由于仪器的要求限制，采集的样品不能直接送入仪器中进行测试分析，需要前处理装置有针对性的进行处理。现有的气袋与钢瓶均没有专门匹配合适统一的进样前处理装置。进样量主要靠实验人员的经验把握，这样实验人员的素质对实验结果影响很大，并且有可能造成样品的损失浪费。

前处理机构包括定量腔体51和真空泵52，定量腔体51的外壁上设有与储气管1连通的第一通道和与真空泵52连通的第二通道。第一通道与储气管1连通并将储气管1内天然气导入到定量腔体51内，为保证储气管1与定量腔体51之间的连接稳定性，采用不锈钢套箍与密封圈结合的方式实现储气管1与定量腔体51的密封与连接。第二通道连通真空泵52，真空泵52通过针阀与定量腔体51连接，通过真空泵52将定量腔体51内的内压降低至目的压力，排除定量腔体51内的干扰气体。同时，通过对定量腔体51降压，使得储气管1与定量腔体51的内腔之间存在压力差，开启密封闸2后，利用压力差自动将储气管1被压扁部分撑开一定缝隙，完成天然气的供给。

定量腔体51的外壁上还设有若干个与定量腔体51的内腔连通的接口，接口处设置有连接阀。储气管1与定量腔体51之间通过不锈钢套箍与密封圈结合实现密封与连接。可通过连接阀连接气相色谱仪和同位素质谱仪。气相色谱仪在线进样部分通过针阀与定量腔体51的接口直连。同位素质谱仪离线进样部分为带孔螺帽，通过橡胶垫进行密封，进样时用针形取样器通过螺帽小孔穿透橡胶垫抽取天然气。

前处理装置能够实现铜管中的天然气顺利按照仪器要求进样。在本实施例中，定量腔体51材质为不锈钢，腔内规格为3cm*3cm*1cm，容积为9mL，实现进样量定量的目的。

储气管1的一端开口为进气口，另一端开口为出气口，对进气口和出气口不作固定限制，只是在使用时，与导气机构连接的一端是进气口，与前处理机构连接的一端是出气口。

综上，本发明实施例提供的天然气样品采集装置，采用铜质的储气管1与不锈钢材质的密封闸2压紧配合的气体运输装置，其体积小，结构设计用料少，铜管可回收利用，成本相对降低，经济性提高。铜管材质软，结构强度高，满足样品天然气的压力要求，铜管安全不渗漏，坚固耐腐蚀。当然，储气管1也可以采用其他金属材质的能够满足天然气承压要求的关键，如不锈钢零件等。

从航空与陆运物流方面考虑，储气管1体积小，强度高，储存气压满足航空运输要求，也可以满足陆运要求，避免了专门运输的麻烦。

储气管1由支撑板3支撑，由密封闸2压紧密封，其结构简单，重量轻，便携性好，且各零件组装拆卸都很方便。密封闸2在支撑板3上滑动布置，因此可根据天然气取样用量要求，截取预定长度储气管1内的天然气进行取样实验，未取样部分的储气管1继续用密封闸2进行压紧密封，从而避免样品多余浪费，将储气管1容量设计符合每次取样样品满足3-5次的测试用量，物尽其用，提高样品的利用率。

储气管1与前处理机构和导气机构的连接用金属密封连接，保证了密封性与安全性。储气管1由于重复压紧和放松操作，为易损件，而前处理机构和导气机构均可重复利用，且铜本身具有再生利用价值，有助于环保。

基于上述天然气样品采集装置，本发明实施例还提供一种采集天然气样品的方法，具体步骤如下：

1)预压紧；

根据采样要求，截取预定长度的储气管1，两个密封闸2分别滑动至支撑板3长度方向两端，预留出储气管1两端的进气口和出气口，将储气管1预压紧于密封闸2的下压楔22和底槛24之间，完成储气管1的预安装。

优选地，储气管1截取55cm，满足天然气样品3-5次的测试用量。两个密封闸2间距50cm左右。

2)连接导气机构；

选定储气管1的一端为进气口，安装铜质卡套，后按照连接关系完成从供气口-减压阀42-导气管41-储气管1的连接，导气管41一端通过连接阀与储气管1连接，导气管41的另一端通过接口与减压阀42的出口连接，减压阀42的进口通过连接管43连接至供气口。

铜质卡套保证导气管41和储气管1之间的密封性，导气管41可以采用高压橡胶管，高压橡胶管与储气管1和减压阀42的连接可以采用卡箍直接连接。

3)采样；

具体地，保持密封闸2处于开启状态，打开气源供气端开关，调节减压阀42将气源以预定导气压力导出至储气管1，观察供气端进气压力至预定压力，气流从储气管1的进气口流入并由出气口流出，对储气管1进行冲洗，冲洗预定时间后，储气管1内的空气被排出。先关闭两个密封闸2中远离导气机构的密封闸2，将储气管1出气端压紧密封，再关闭靠近导气机构的密封闸2，将天然气封闭于储气管1内，即顺序关闭出气口处的密封闸2和进气口处的密封闸2，并依次关闭减压阀42和供气端。位于两个密封闸2之间的储气管1内的天然气即为采集到的样品。最后将导气管41和储气管1拆卸分离，完成对储气管1的采样。

优选地，将减压阀42的出气压力调整至1.0MPa左右。冲洗预定时间20s。

4)连接前处理机构；

将储气管1运输至实验室进行样品分析，选定储气管1的一端为出气口，连接储气管1和前处理机构，储气管1的端部套装密封圈，定量腔体51的第一通道的进气口套上不锈钢套箍，拧紧套箍的螺丝将储气管1的出气口与定量腔体51的进气口连接，实现储气管1的安装。

定量腔体51的接口处的连接阀处于关闭状态，真空泵52与定量腔体51连通。开启真空泵52，将定量腔体51的内压降至预定气压值，避免定量腔体51内空气对天然气的干扰。定量腔体51内压力状态稳定后，关闭真空泵52。

优选地，定量腔体51内的预定气压值为0.1MPa。

5)取样；

打开靠近前处理机构的密封闸2，即位于储气管1的出气口处的密封闸2，由于定量腔体51与储气管1之间存在压力差，密封闸2松开后，储气管1内的天然气推动储气管1压紧端面相互分离，储气管1的封闭处打开一定缝隙，从而使得天然气样品在压差的作用下通入到定量腔体51内。

沿支撑板3将打开的密封闸2向远离前处理机构的方向滑移预定长度后，关闭密封闸2以压紧储气管1，滑移后预定长度的储气管1内的天然气流入到定量腔体51内，实现了对储气管1一次测试样品的取样。具体地，密封闸2的滑移长度为10cm，压力0.1MPa下，体积约2.8mL。

6)样品分析；

连接定量腔体51上的连接阀与仪器，通过两个连接阀可分别连通气相色谱仪和同位素质谱仪，完成对天然气的样品分析。

天然气样品完成进样分析后，可将储气管1由定量腔体51上拆卸，并截掉已进样过的储气管1部分，避免对下次进样时储气管1无效体积对气压的干扰。

以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种天然气样品采集装置，其特征在于，包括：

储气管(1)，其为两端开口并连通的铜管，用于容置天然气；

密封闸(2)，两个所述密封闸(2)间隔设置于所述储气管(1)上，所述密封闸(2)能够沿所述储气管(1)的轴向滑动并沿所述储气管(1)的径向压紧或者松开所述储气管(1)；

导气机构，其一端与所述储气管(1)可拆卸连接，另一端与供气口连接。

2.根据权利要求1所述的天然气样品采集装置，其特征在于，所述密封闸(2)包括：

主闸体(21)，其上开设有导向槽(211)，所述储气管(1)穿设过所述导向槽(211)；

闸芯，包括滑动设置于所述导向槽(211)内的下压楔(22)和用于驱动所述下压楔(22)移动的螺杆(23)，所述闸芯能够沿所述储气管(1)的径向移动。

3.根据权利要求2所述的天然气样品采集装置，其特征在于，所述主闸体(21)上开设有与所述导向槽(211)连通的安装孔(212)，所述螺杆(23)与所述安装孔(212)螺接并与所述下压楔(22)连接，通过转动所述螺杆(23)带动所述下压楔(22)于所述导向槽(211)内滑动。

4.根据权利要求3所述的天然气样品采集装置，其特征在于，所述下压楔(22)上开设有容置槽(221)和位于所述容置槽(221)一侧并与所述容置槽(221)连通的限位孔(222)，所述螺杆(23)的端部开设有环形槽(231)，所述螺杆(23)的端部位于所述容置槽(221)内，所述限位孔(222)内设置有与所述环形槽(231)插接的限位销。

5.根据权利要求2所述的天然气样品采集装置，其特征在于，还包括支撑板(3)，其设置于所述储气管(1)的一侧并沿所述储气管(1)的轴向延伸，所述密封闸(2)与所述支撑板(3)滑动连接。

6.根据权利要求5所述的天然气样品采集装置，其特征在于，所述密封闸(2)还包括底槛(24)，其与所述主闸体(21)可拆卸连接并与所述支撑板(3)滑动连接，所述底槛(24)上开设有与所述支撑板(3)配合的导向孔(242)和位于所述导向孔(242)一侧并与所述导向孔(242)连通的定位孔(243)，所述定位孔(243)内设置有与所述支撑板(3)抵接的定位销。

7.根据权利要求6所述的天然气样品采集装置，其特征在于，所述主闸体(21)和所述底槛(24)通过螺钉可拆卸连接，所述主闸体(21)上设置有通孔(213)，用于穿设所述螺钉，所述底槛(24)上与所述通孔(213)对应的位置开设有螺纹孔(244)。

8.根据权利要求1-7任一项所述的天然气样品采集装置，其特征在于，所述导气机构包括：

导气管(41)，其一端通过连接阀与所述储气管(1)连接，另一端与减压阀(42)连接；

连接管(43)，其一端与所述减压阀(42)连接，另一端与所述供气口连接。

9.根据权利要求1-7任一项所述的天然气样品采集装置，其特征在于，还包括前处理机构，其与所述储气管(1)的一端可拆卸连接，所述前处理机构包括定量腔体(51)和真空泵(52)，所述定量腔体(51)的外壁上设有与所述储气管(1)连通的第一通道和与所述真空泵(52)连通的第二通道，所述定量腔体(51)的外壁上还设有若干个与所述定量腔体(51)的内腔连通的接口，所述接口处设置有连接阀。

10.一种天然气样品采集方法，其特征在于，包括：

将储气管(1)的一端与导气机构连接，供气口流出的天然气经导气机构从储气管(1)的一端流入，从储气管(1)的另一端流出，冲洗储气管(1)预定时间，顺序关闭远离导气机构的密封闸(2)和靠近导气机构的密封闸(2)，使密封闸(2)压紧储气管(1)，位于两个密封闸(2)之间的储气管(1)内的天然气即为采集到的样品。