KR102148120B1 - 다중 소스, 유량-가중 복합 샘플 시스템 - Google Patents

다중 소스, 유량-가중 복합 샘플 시스템 Download PDF

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케니스 오. 톰슨
케빈 워너
티모시 엘. 퀘리
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무스탕 샘플링, 엘엘씨
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Abstract

샘플링 디바이스(sampling device)는 대응하는 공급 원료 입력 라인과 샘플 어큐물레이터(accumulator)로부터 샘플을 수신하도록 각각 구성되는 적어도 두 개의 입력들을 갖는다. 또한, 디바이스는 각 공급 원료 입력 라인과 연관된 질량 유량 제어기를 포함하고, 각 질량 유량 제어기는 샘플 출력을 갖고, 각 입력에서의 유량을 나타내는 신호를 수신하도록 구성되며, 각 질량 유량 제어기는 해당 신호들의 수신에 응답하여, 그 개별적인 샘플 출력으로부터의 그 개별적인 샘플의 유량을 조절한다. 더구나, 디바이스는 각 질량 유량 제어기의 샘플 출력과 개별적으로 연결된 적어도 제1 및 제2 샘플 출력 라인을 포함하고, 각 샘플 출력 라인은 질량 유량 제어기들의 출력으로부터의 샘플들의 샘플 어큐물레이터로의 도입을 위해 샘플 어큐물레이터의 입력에 연결된다.

Description

다중 소스, 유량-가중 복합 샘플 시스템
본 개시는, 그 전체가 참조로서 여기에 포함되는, 2017년 9월 29일에 출원된 미국 특허 출원 제62/565,865호의 이익을 주장한다.
본 발명은 다수의 개별 입력 소스(source)들로부터 고정 저장 탱크 또는 유조선과 같은 하나 이상의 수용 용기들로의 및/또는 하나 이상의 수용 용기들로부터의 입력 샘플(sample) 분석에 있어서, 각각의 개별적인 입력 소스들 사이의 유량(flow rate) 차이에 대해 계산함으로써, 향상된 정확도를 제공하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
다른 형태의 열 에너지와 마찬가지로, 천연 가스는 영국 열량 단위(British Thermal units), 즉 BTU로 측정된다. 1 BTU는 대기압에서 1 파운드의 물을 화씨 1도만큼 높이기 위해 요구되는 열과 같다. LNG는 그 BTU 값, 즉 LNG의 구성 성분들의 분석뿐만 아니라 어떤 특정 LNG 선적의 BTU 값의 정확한 분석에 따라 판매되기 때문에, 유조선에 로딩되거나(on-loaded) 오프로딩되는(off-loaded) 것이 중요하다. 예를 들어, 특정 선적에 대한 예상 가격을 결정하기 위해, LNG가 트리니다드 토바고(Trinidad and Tobago)와 같은 해외 지역에서 유조선에 로딩될 때, 공급자는, LNG가 선박의 선체에 로딩될 때 그 BTU 값을 계산한다. 이에 따라, 운송 업체가 일반적으로 선박을 구동하기 위해 운송 중에 기화되는 LNG를 태우고, 이를 통해 운송 중에 기화된 LNG의 비용에 대한 책임을 지기 때문에, LNG 선적을 수행하는 유조선의 운영자는 로딩된 LNG 뿐만 아니라 오프로딩된 LNG의 정확한 BUT 측정에 크게 관심이 있다.
현재, LNG 탱커(tanker)가 다수의 저장 탱크들 또는 예컨대 둘 내지 네 개의 다른 파이프라인(pipeline)들을 사용하는 일련의 철도 탱크 차량들로부터 로딩되는 경우, 이송/로딩 프로세스 중에 결합된 입력들로부터 정확한 합성 데이터를 생성하고 개별 입력들의 각각의 유량들에서의 변화들에 대해 계산하기 위한 디바이스나 방법이 없다. 이러한 문제는, 하나 이상의 탱크들 및/또는 하나 이상의 철도 탱커 차량들을 로딩하기 위해 다수의 파이프라인들을 사용하는 하나 이상의 탱커들 및/또는 철도 탱커 차량들의 콘텍스트에서 유사하게 적용된다.
예를 들어, 극저온 LNG의 콘텍스트에서, 카고 로드(cargo load)들은 종종 다른 조정 또는 다른 물리적 특성들을 포함하는 다른 저장 용기들로부터 동시 전송되는 입력들로 구성된다. 유량들은 개별적인 소스들로부터의 입력 사이에서 달라질 수 있으며, 운영자가 각 소스로부터의 기여들을 실질적으로 예측하거나 추정하고, 획득된 예상 숫자를 결과로 전송된 혼합물의 결정된 에너지 함량/조성 분석에 적용하도록 남겨진다.
다중 입력 혼합물의 시간 경과 혼합 샘플링이 미국 특허 제9,562,833 호에 기술된 라인들과 함께 혼합 시스템을 통해 처리될 때, 분석적 목적을 위한 상대적 유량 추정치들의 사용은 신뢰할 수 없고, 부정확하며, 불안정하다.
본 발명은, 개별 소스들로부터의 입력 유량들에 있어서의 변화들을 반영하는 에너지 함량/조성 분석을 위해, 다수의 입력 소스들로부터 획득되는 정확한 복합 샘플을 제공할 수 있는 단일 분석 시스템을 제공하는 솔루션을 제공한다. 본 발명은 독립형 유닛 또는 기존의 시스템, 예컨대 머스탱(Mustang)® 혼합 샘플링 시스템(Composite Sampling System)(MCSSTM), 즉 ISO 8943의 요구 사항을 준수하고 고정된 또는 유량에 비례하여 일정한 간격들로 작은 샘플들을 포획함으로써 해당 샘플을 어큐물레이팅(accumulating)할 수 있는 간헐적인 워터리스(waterless) 샘플링 시스템의 부속물로서 사용될 수 있다. 이러한 시스템은 웨스트 버지니아 주(West Virginia) 레이븐스우드(Ravenswood)의 머스탱 샘플링, 엘엘씨(Mustang Sampling, LLC)로부터 이용 가능하고, 그 전체가 참조로서 본 문서에 포함되는 미국 특허 제9,562,833호에 기술된 혼합 샘플링 시스템의 실시예이다.
본 발명의 시스템 및 방법은 각 개별적인 샘플 테이크오프(take off) 소스에 대해 요구되는 다른 장비 요구 사항들을 통합한다.
본 문서에 기술되는 발명은 다수의 개별적인 입력 소스들로부터의 혼합 샘플들을 제공하는 능력을 갖는 시스템에 의한 혼합 샘플링을 고려하고, 천연 가스의 에너지 함량/조성 분석을 위해 혼합 입력들의 각각의 유량에 대해 계산한다.
LNG 시스템의 콘텍스트(context)에서, 다중 소스 샘플링 시스템은 나중에 혼합될 복수, 예컨대 둘 이상의 소스들로부터 분석을 위해 정확한 샘플을 제공한다. 이에 따라, LNG의 구성 요소들뿐만 아니라, 다양한 입력 소스들로부터 탱커에 로딩되거나 탱크 다양한 입력 소스들로부터 철도 탱커 차량으로 오프로딩된 LNG의 BTU 값이 정확하게 결정될 수 있다.
시스템은, 특정 소스(예컨대, 파이프라인)에 대해 설정된 유량에 대응하도록 설정되는 질량 유량계(mass flow meter)에 의해 모니터링되고 제어되는 각각의 개별 소스로부터의 입력에 의존한다. 예로서, 탱커에 들어가는 샘플의 전체 유량에 대해, 제1 탱커 차량의 출발 파이프라인이 60% 유량을 갖고, 제2 탱커 차량 출발 파이프라인이 40% 유량을 갖는 경우, 개별적인 질량 유량 제어기(mass flow controller)들을 통한 각 총 체적 유량이 각 소스들의 비례하는, 고유 유량들에 대응하는 일반적인 증기(vapor) 샘플 어큐물레이터(accumulator)에 처리량을 각각 제공하도록 조절된다. 또한, 시스템은 하나 이상의 개별 소스들이 흐름 없이 종료된 경우에도 적어도 하나의 활성 소스로부터 샘플들이 추출되고 분석되도록 허용한다.
한마디로, 본 발명은, 분석 전에 샘플 프로브(probe) 또는 샘플 컨디셔닝 시스템으로부터 분리될 수 있는 개별 소스들로부터의 기화된 가스 샘플들은 계산된 비율로 어큐물레이터 챔버(chamber)로 결합되는 것을 고려한다. 이 비율은 개별 소스들 사이의 개별적인 유량들을 반영한다. 설명의 목적으로, 이하의 설명은 두-소스(two-source) 스트림 실시예를 고려할 것이나, 발명의 개념은 한정되지 않으며 어떤 개수의 소스들도 포함한다. 두-소스 입력의 경우에, 어큐물레이터로의 기화된 가스의 흐름은, 입력 유량들에 비례하는 혼합 샘플을 생성하기 위해, 각 소스에 하나씩, 두 개의 질량 유량 제어기들을 사용하여 제어된다. 질량 유량 제어기에 서 나오는 각 기화된 가스 스트림은 어큐물레이터 충돌 튜브(tube)/어큐물레이터의 내부로 돌출되는 믹싱(mixing) 원드(wand)를 통해 믹싱 어큐물레이터로 도입된다. 그 결과, 어큐물레이터로부터의 출력은 입력 가스들의 혼합이고, 전송 로딩에 포함된 최종 혼합물과 동일할 것이며, 이를 통해 최종 결합된 카고 로드로서의 분석에 적합할 것이다. 시스템이 추가적인, 예컨대 5개 또는 6개의 입력 소스들을 포함하면, 각 추가적인 입력은 하나 이상의 질량 유량 제어기들과 연관된다.
시스템은 비례하는 유량을 측정할 수 있고, 전용 샘플링 포인트 및 그 연관 장비의 추가 없이, 다른 유량들에 관계 없이, 다수의 스트림들에 대한 효과적인(유량 가중된) 혼합 또는 에너지 값을 결정할 수 있는 디바이스를 포함한다. 이는, 이슬점(dew point) 드롭아웃(dropout) 문제를 피하면서, LNG를 혼합하는 기능을 제공한다.
본 발명의 목적은, 다수의 입력 및/또는 출력 흐름 경로들로부터 LNG 유량의 혼합 분석과 같은 기존의 구조들과 연관된 전술된 문제들을 극복하는 데 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 탱크, 탱커, 바지(barge), 트럭 또는 철도 탱커 차량과 같은 용기로 로딩되거나 용기로부터 오프로딩되는 다수의 소스들로부터의 프로덕트(product)의 혼합을 편리하고 보다 정확하게 측정하기 위한 시스템, 디바이스 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 유량을 기반으로 하는 퍼센티지(percentage) 혼합(composition)이 각 경로에 대해 결정될 수 있도록, 프로덕트(product)의 다수 입력 및/또는 출력 흐름 경로들에 대해 향상된 비례하는 혼합 분석을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 로딩되고 오프로딩되는 LNG에 대한 조성 및/또는 BTU의 보다 정확한 계산을 제공하고, 이로써 LNG의 향상된 판매 거리들을 가능하게 하는 데 있다.
본 발명의 목적들은, 이송 처리 동안 다수의 입력 소스들로부터의 합성 가스 샘플을 포획하기 위한 시스템: 적어도 제1 및 제2 공급 원료 입력 라인들; 상기 공급 원료 입력 라인들로부터 샘플들을 추출하기 위해 각 입력 라인과 연관된 샘플 테이크오프 어셈블리; 각 샘플 테이크오프 어셈블리와 연관된 질량 유량 제어기를 갖는 샘플링 디바이스 - 각 질량 유량 제어기는 샘플 출력(sample output)을 갖고, 상기 제1 및 제2 공급 원료 입력 라인들의 각각으로부터 유량(flow rate)을 나타내는 신호를 수신하도록 구성되며, 해당 신호들의 수신에 응답하여, 그 개별적인 샘플 출력으로부터의 그 개별적인 샘플의 유량을 조절하도록 구성됨 -; 및 각 질량 유량 제어기의 샘플 출력과 개별적으로 연결된 적어도 제1 및 제2 샘플 출력 라인 - 각 샘플 출력 라인은 질량 유량 제어기들의 출력으로부터의 샘플들의 샘플 어큐물레이터로의 도입을 위해 샘플 어큐물레이터의 입력에 연결됨 -를 포함하는 시스템에 의해 달성된다.
본 발명의 다른 목적들은, 샘플링 디바이스: 대응하는 공급 원료 입력 라인으로부터 샘플들을 수신하도록 각각 구성되는 적어도 두 개의 입력들; 샘플 어큐물레이터; 각 공급 원료 입력 라인과 연관된 질량 유량 제어기 - 각 질량 유량 제어기는 샘플 출력을 갖고, 각 입력에서의 유량을 나타내는 신호를 수신하도록 구성되며, 해당 신호들의 수신에 응답하여, 그 개별적인 샘플 출력으로부터의 그 개별적인 샘플의 유량을 조절함 -; 및 각 질량 유량 제어기의 샘플 출력과 개별적으로 연결된 적어도 제1및 제2 샘플 출력 라인 - 각 샘플 출력 라인은 상기 질량 유량 제어기들의 출력으로부터의 샘플들의 상기 샘플 어큐물레이터로의 도입을 위해 상기 샘플 어큐물레이터의 입력에 연결됨 -을 포함하는 샘플링 디바이스에 의해 달성된다.
본 발명의 다른 목적들은, 에너지 함량/조성 분석에서 향상된 측정 정확도를 위해 복수의 샘플 유체 소스들로부터 결합된 입력까지의 유량을 계산하는 방법: 상기 복수의 샘플 유체 소스들의 각각에서 샘플 유체의 유량을 결정하는 단계; 상기 복수의 샘플 유체 소스들의 각각으로부터 샘플을 추출하는 단계; 그 샘플 유체 소스의 결정된 유량에 대응하여 조절된 유량으로, 각 추출된 샘플을 샘플 어큐물레이터로 통과시키고 샘플을 샘플 어큐물레이터로 입력하는 단계; 복합 샘플을 생성하기 위해, 상기 어큐물레이터 내 복수의 유체 샘플들을 어큐물레이팅하는 단계; 및 상기 복합 샘플의 에너지 함량/조성 분석을 위해, 상기 어큐물레이터로부터 상기 복합 샘플의 선택량을 출력하는 단계를 포함하는 방법에 의해 달성된다.
도 1은 본 발명과 연관된 시스템을 도시하는 블록도이다.
도 2는 이진(두-입력) 시스템의 콘텍스트에서, 다중 소스, 유량-가중 혼합 샘플 시스템의 실시예의 개략적인 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 장비 캐비닛(equipment cabinet)의 개략적인 도면이다.
본 문서에 사용된 "실질적으로(substantially)", "상대적으로(relatively)", "일반적으로(generally", "약(about)", 및 "대략적으로(approximately)"는 수정되는 특성에 대응하여 허용 가능한 변화를 나타내기 위한 상대적인 수정 표현들이다. 그들은 절대 값 또는 특성으로 제한되는 것이 아니라, 물리적 또는 기능적 특성에 접근하거나 근사화될 수 있다.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에서, "한 실시예(one embodiment)", "일 실시예(an embodiment)" 또는 "실시예들에서(in embodiments)"는 후술되는 특징이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함됨을 의미한다. 더구나, "한 실시예", "일 실시예" 또는 "실시예들에서"에 대한 별도의 참조가 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니나, 달리 언급되지 않는 한, 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 용이하게 명백한 것을 제외하고, 이러한 실시예들은 상호 배타적이지 않다. 따라서, 본 발명은 본 문서에 기술되는 실시예들의 어떤 다양한 조합 및/또는 통합도 포함할 수 있다.
본 문서에 사용된 용어는 특정 실시예들 만을 기술하는 것을 목적으로 하며, 본 발명을 제한하지 않는다. 본 문서에서 사용된 바와 같이, "일(a)", "하나(an)" 및 "상기(the)"는 문맥상 다르게 나타내지 않는 한, 복수 형태도 포함하도록 의도된다. 본 명세서에서 사용될 때 "포함한다(include)" 및/또는 "가지고 있다(have)"라는 용어는 언급된 특징들, 정수(integer)들, 단계(step)들, 동작(operation)들, 엘리먼트(element)들 및/또는 구성 요소(component)들의 존재를 명시하지만, 적어도 하나의 다른 특징, 정수, 단계, 동작, 엘리먼트, 구성 요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 것으로 이해될 것이다.
본 문서에서 사용된 바와 같이, "포함한다(comprises, includes)", "포함하는(comprising, including)", "가지고 있다(has)", "가지고 있는(having)" 라는 용어 또는 이들의 다른 변형은 비배타적인 포함을 포함하도록 의도된다. 예를 들어, 명시된 특징들을 포함하는 프로세스, 방법, 기술 또는 장치는 이러한 특징들로만 국한되지는 않지만, 이러한 프로세스, 방법, 기술 또는 장치에 명확하게 명시되지 않았거나 고유하지 않은 다른 기능을 포함할 수 있다.
또한, 본 문서에서 사용된 바와 같이, 값들의 범위에 대한 언급은 달리 명시되지 않는 한 상기 범위의 종점들을 포함하는 그 범위 내의 모든 값을 포함하도록 의도된다.
도 1은 탱크(4)와 철도 탱커 차량(2)으로부터 탱커(14)로의 LNG와 같은 가스 전송을 위한 시스템(100)을 도시하는 블록도이다. 그러나, 본 문서의 설명은 그러한 예로 한정되지 않으며, LNG는 다양한 소스들 사이에서, 예컨대 두 개의 탱크로부터 세 번째 탱크로 전송될 수 있다. 먼저, 탱크(4)와 철도 탱커 차량(2) 둘 다로부터의 LNG는 개별적인 가스 스트림들/라인들(3) 상에서 탱커(14)를 향해 전송된다. LNG가 개별적인 라인들/스트림들(3) 상에서 탱커(14)를 향해 이동함에 따라, 바람직하게는, 웨스트 버지니아 주 레이븐스우드의 머스탱 샘플링, 엘엘씨로부터 이용 가능한 써티프로브(Certiprobe)®와 같은 ASME B31.3-214의 요구 사항들을 준수하면서, 각각의 개별적인 스트림/라인(3)에서의 LNG의 유량이 센서들(9)에 의해 측정되어 기록되고, LNG의 샘플들이 대응하는 테이크오프 프로브들(7)을 통해 추출된다. 일 예에서, LNG가 입력 스트림들/라인들(3)로부터 추출되는 포인트에서 유량이 측정되도록, 각 센서(9)가 개별적인 테이크오프 프로브(7)와 함께 통합될 수 있다. 그리고, 각 테이크오프 프로브(7)로부터 추출된 LNG는, 예를 들어 미국 특허 제8,056,399호에 기술된 유형의 기화기(6)로 통과될 수 있다. 또한, 기화된, 추출된 LNG 샘플은, 단일 또는 중복 다중 경로 샘플 컨디셔닝 시스템(8)에 의해, 탄화수소 액체 응축을 주울-톰슨(Joule-Thomson) 냉각 등으로부터 방지하기 위해, 컨디셔닝되어 조절된다. 이러한 목적들에 부합하고 본 문서의 발명에 사용할 수 있는 추출된 컨디셔닝된 샘플들을 획득하기 위한 예시적인 시스템은 웨스트 버지니아 주 레이븐스우드의 머스탱 샘플링, 엘엘씨로부터 이용 가능한 머스탱 지능형 기화기 샘플링 시스템 및/또는 그 전체가 참조로서 본 문서에 포함되는 미국 특허 제9,057,668호에 도시되고 기술된 유형의 시스템이다. 소스들, 예컨대 탱크(4)와 철도 탱커 차량(2)으로부터의 LNG 샘플이 기화기들(6)에 의해 기화되도록 전환되고 다운스트림 샘플 컨디셔너들(8)을 통과되면, 컨디셔닝된 샘플 스트림들은 다중 소스, 유량-가중 샘플 시스템(200)로 도입되어 어큐물레이팅되고 균질화된다. 도시되지는 않았으나, 일 예에서, 시스템(100)은, 샘플 스트림들이 샘플 컨디셔닝 시스템(80)으로부터 시스템(200)으로 출력될 수 있는 포인트에서 시스템(100)의 모든 스트림들/라인들(3)을 처리하기 위해, 각 스트림/라인(3)으로부터의 입력을 수신하는 단일 기화기(6)와 샘플 컨디셔닝 시스템(8)을 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 이진 실시예에 따른 샘플 시스템(200)의 예시를 개략적으로 나타낸다. 두 개의 병렬 입력 소스들(예컨대, 하나 이상의 탱커 트럭들, 철도 차량들 및 저장 탱크들로 구성되는 그룹으로부터의)의 경우에 사용하기 위한 도시된 샘플 시스템(200)은 입력 스트림들/라인들(3)의 수에 대응하는 많은 입구 라인들(202)을 고려한다. 이에 따라, 도시된 바와 같이, 각 샘플 입구(202)의 유량은 대응하는 MFC(206)에 의해 제어된다. MFC들(206)은 분리되거나, 다수의 입력들, 다수의 MFC들(206) 및 다수의 개별적인 출력들을 갖는 전체 MFC 유닛의 일부로 될 수 있다. 도시된 이진 시스템의 경우에, 두 개의 MFC들(206)은 알렌 브래들리 850 시리즈(Allen Bradley 850 series) 프로그래머블 로직 컨트롤러(Programmable Logic Controller)(PLC) 또는 동등한 디지털 컨트롤러를 갖는 전자 신호 통신 내 회로를 갖는다. 도시된 예시에서, MFC들(206)은 기존의 질량 유량 제어기들의 형태이다. 본 문서에 사용된 바와 같이, MFC는 볼륨(volumetric), 비율(ratio), 차등(differential), 터빈(turbine), 로터(rotor), 초음파(ultrasonic) 및/또는 코리올리스(Coriolis) 등 어떤 기존의 유량 제어 수단을 포함하도록 의도된다.
PLC 자체는 분산 제어 시스템(distributed control system)(DCS) 또는 적절한 등가 통신 제어 시스템과 원격 신호 통신을 하며, 그에 의해 제어될 수 있다. DCS는 적절한 유량 센서(9) 판독값들을 처리함으로써 각각의 개별적인 전송 스트림/라인(3)의 유량들을 모니터링하고, MODBUS 원격 터미널 유닛(Remote Terminal Unit)(RTU)와 같은 기존의 통신 프로토콜의 방식으로 개별적인 MFC(206)에 대한 퍼센티지(%) 유량 설정을 PLC로 전송한다. 이것은, 결합된 퍼센티지의 총 합이 100%인 결합된 샘플에 기여하는 센서들(9)에 의해 측정된 각각의 개별적인 전송 라인(3)의 퍼센티지(5) 유량을 나타낸다. 그리고, PLC는 하나 이상의 신호들을 DCS로부터 수신된 데이터에 기반하여 각각의 개별적인 전송 라인에 대한 퍼센티지(5) 유량을 식별하는 각 MFC(206)로 전송한다. 각 라인(3)으로부터의 각 MFC(206)의 증기 출력이 대응하는 라인(3)의 검출된 유량에 대응하도록, 각 MFC(206)는 하나 이상의 신호들을 수신하고 개별적인 라인(3)의 유량을 조절한다. 일 예에서, 각 MFC(206)는 솔레노이드 밸브(solenoid valve)의 사용에 의해 그 개별적인 라인(3)의 유량을 제어할 수 있다.
그리고, 개별적인 MFC들(206)의 각각으로부터의 출력은 믹싱 어큐물레이터(208)로의 개별적인 출력 라인(204)을 통해, 미국 특허 제8,056,399호에 기술되고 개시된 유형일 수 있는 임핀지먼트(impingement) 튜브들/원드와 연통된다. 이러한 혼합된 샘플은 두 개의 전송 소스들(즉, 탱크(4)와 철도 탱커 차량(2))로부터 선박(즉, 탱커(14) 또는 대형 정적 저장 시설일 수 있는 수용 용기로 수신된 입력들의 결합을 나타낸다. 믹싱 어큐물레이터(208)로부터 출력된 혼합된 샘플은, 미국 특허 제8,056,399호에 기술되거나 머스탱® 혼합 샘플링 시스템의 가스 크로마토그래피(gas chromatograph)와 같은 에너지 함량/조성 분석을 위한 분석기/가스 크로마토그래피(13) 또는 본 문서와 상기된 미국 특허 제9,562,833호에 이미 기술된 것과 같은 그랩 실린더 어레이(grab cylinder array)(12)와 같은 선택된 대상으로 연결될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 샘플 시스템(200)은, 개별적인 MFC들(206)으로 기화된 샘플들의 입력 전에 에너지 함량/조성에 대해 샘플 증기들을 직접 샘플링하기 위해 각 입력 입구 라인(202)으로부터 입력 증기 샘플들을 수신하기 위한 가스 크로마토그래피(13)로의 입력들을 더 포함한다. 이것은, 샘플 시스템(200)이 MFC들(206)에 의한 유량 제어 전에 혼합 데이터를 생성하도록 허용하고, 이로써 샘플 시스템(200)이 샘플 시스템(200)의 테스팅(testing) 및 교정(calibration)을 위해 테스트 데이터를 생성하도록 허용한다. 또한, 입구 입력으로부터 가스 크로마토그래피(13)로의 각 입력 라인은, 스트림들을 개별적으로 분석하기를 원하는 경우 하나의 라인을 분로시키기 위해, PLC에 의해 제어되는 하나 이상의 체크 밸브(check valve)들을 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 샘플 시스템(200)을 하우징하기 위한 장비 캐비닛(300)의 개략적인 도면이다. 도 3이 도 2에 도시된 샘플 시스템(200)의 인클로저(encclosure)를 도시함에 따라, 같은 설명이 반복된다. 장비 캐비닛(300)은 내부에 구성된 두 개의 MFC들(206), 믹싱 어큐물레이터(208), 각 MFC(206)의 출력에 대응하는 유량계들(306), 가스 크로마토그래피(13), 수분 또는 과도한 액체를 제거하기 위한 드레인들(drains)(305), 폭발을 방지하기 위해 인클로저를 균일화하는 브리저들(breathers)(307), 혼합 샘플의 온도 조절을 유지하기 위한 히터(heater)(308) 및 히터(308)와 함께 작동하는 온도 조절기(thermostat)(310)를 갖는 하우징(housing)(302)을 포함한다. 도 3이 두 개의 질량 유량 제어기들(206)만을 개시하고 있으나, 본 문서의 설명은 이러한 개시로 제한되지 않으며, 장비 캐비닛(300)은 추가적인 입력 라인들을 처리하기 위한 추가적인 MFC들(206)을 하우징할 수 있거나, 다수의 입력들 및 출력들을 갖는 하나의 MFC가 다수의 라인들의 유량들을 제어하는 데 사용될 수 있음은 물론이다. 믹싱 어큐물레이터(208)로부터의 혼합된 샘플 출력은 제1 출력(314)을 통해 머스탱® 혼합 샘플링 시스템으로 및/또는 제2 출력(316)을 통해 그랩 실린더 어레이로 출력될 수 있다.
또한, 도 3은 샘플 시스템(200)으로의 입력 파워를 하우징하기 위한 제1 인클로저(311) 및 PLC와 DCS 처리 회로를 하우징하기 위한 제2 인클로저(312)를 도시하고 있다. 대안적으로, DCS는 원격으로 위치되거나 PLC와 직접 또는 무선으로 통신할 수 있다. 제1 인클로저(311)는 실제 유량계 퍼센티지 유량의 현장 검증을 위해 시각적 표시기를 제공할 수 있다. 이에 더하여 또는 대안적으로, 실제 유량계 퍼센티지 유량 정보는 원격 통지 및 검증을 위해 PLC를 통해 DCS로 전송될 수 있다. 장비 캐비닛(300)은 복수의 압력 조절기들(318, 320)을 더 포함한다. 압력 조절기들(318)은 입력 입구 라인들(202) 상에서 수신되는 들어오는 입력 증기 샘플들에 대해 내부적으로 적절한 압력을 유지한다. 다시 말해서, 압력 조절기들(318)은 각 MFC(206)의 퍼센티지 유량 설정을 기반으로 개별적인 라인들 상에 적절한 압력을 보장한다. 압력 조절기(320)는, 믹싱 어큐물레이터(208)로부터 출력된 혼합된 샘플에 대해 적절한 압력을 유지하는 동안 전후(forward or back) 압력 조절기일 수 있다.
도 3은 샘플 시스템(200)을 위한 하우징의 일 예를 도시한다. 그러나, 본 발명은 이러한 구성에 제한되지 않으며, 추가적인 실시예들이 고려된다. 따라서, 본 발명은 본 문서에 개시된 특정 실시예로 제한되지 않으며, 본 발명의 많은 수정들과 다른 실시예들이 본 발명의 범주 내에 포함될 수 있음에 유의해야 한다. 더구나, 특정 용어들이 본 문서에서 사용되었으나, 그것들은 일반적인 의미로만 사용되며 본 발명의 설명을 제한하기 위한 것은 아니다.
또한, 도시된 본 발명의 이진 실시예가 전술되었으나, 본 발명의 많은 수정 및 구현은 전술된 설명 및 연관 도면에서 제시된 교시의 이전을 가지면서, 본 발명의 변형 및 구현이 이루어지도록 하는 기술에 의해 이해된다. 예를 들어, 네 개, 다섯 개, 여섯 개 또는 그 이상의 입력들을 갖는 시스템은, 각각 본 발명의 범위 내에서 비례하는 무게에 종속될 수 있다. 극저온, LNG의 콘텍스트에서 주로 개시된 반면, 본 발명은 결합된 비-극저온 유체들 분석에도 적용 가능하다. 따라서, 본 발명은 본 문서에 개시된 특정 실시예로 제한되지 않으며, 본 발명의 많은 변형 및 다른 실시예가 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 이해된다. 더구나, 특정 용어들이 본문서에서 사용되었으나, 그것들은 일반적인 의미로만 사용되며 본 발명의 설명을 제한하기 위한 것은 아니다.

Claims (18)

  1. 이송 처리 동안 다수의 입력 소스들로부터의 복합(composite) 샘플을 포획하기 위한 시스템에 있어서,
    적어도 제1 및 제2 공급 원료 입력 라인;
    상기 제1 및 제2 공급 원료 입력 라인들에 각각(repectively) 부착되는 적어도 제1 및 제2 유량(flow rate) 센서;
    상기 공급 원료 입력 라인들로부터 샘플들을 추출하기 위해 각 공급 원료 입력 라인과 연관된 샘플 테이크오프(takeoff) 어셈블리;
    각 샘플 테이크오프 어셈블리와 연관된 질량 유량 제어기를 갖는 샘플링 디바이스 - 각 질량 유량 제어기는 샘플 출력(sample output)을 갖고, 상기 제1 및 제2 유량(flow rate) 센서들로부터, 상기 제1 및 제2 공급 원료 입력 라인들의 각각에서의 유량을 나타내는 신호를 수신하도록 구성되며, 각 질량 유량 제어기는, 상기 나타내는 신호의 수신에 응답하여, 그 개별적인 샘플 출력의 유량을 조절함 -; 및
    각 질량 유량 제어기의 샘플 출력과 개별적으로 연결된 적어도 제1 및 제2 샘플 출력 라인 - 각 샘플 출력 라인은 질량 유량 제어기들의 출력으로부터의 샘플들의 샘플 어큐물레이터(accumulator)로의 도입을 위해 샘플 어큐물레이터의 입력에 연결됨 -를 포함하는,
    시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 샘플 테이크오프 어셈블리는,
    상기 샘플 어큐물레이터로의 입력 전의 에너지 함량 또는 조성 중 적어도 하나의 분석을 위해, 추출된 샘플의 직접 샘플링을 위한 공급 원료 샘플 출력을 포함하는,
    시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 적어도 제1 및 제2 입력 라인들의 각각과 연관되는 샘플 기화기 및 샘플 컨디셔너
    를 더 포함하는,
    시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    각 샘플 기화기는,
    개별적인 샘플 테이크오프 어셈블리의 출력으로부터 수신되는 샘플들을 수신하고 기화시키는,
    시스템.
  5. 제4 항에 있어서,
    각 샘플 컨디셔너는,
    개별적인 기화기의 출력으로부터 수신되는 기화된 샘플들을 수신하고 컨디셔닝하는,
    시스템.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 샘플링 디바이스는,
    각 샘플 컨디셔너로부터 상기 컨디셔닝된 샘플들을 개별적인 샘플들로서 수신하는,
    시스템.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 샘플 어큐물레이터의 출력은 복합 샘플링 시스템에 연결되는,
    시스템.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 샘플 어큐물레이터의 출력은,
    어큐물레이팅된 샘플의 에너지 함량 또는 조성 중 적어도 하나의 분석을 위한 분석기에 연결되는,
    시스템.
  9. 샘플링 디바이스에 있어서,
    대응하는 공급 원료 입력 라인으로부터 샘플들을 수신하도록 각각 구성되는 적어도 두 개의 입력들;
    샘플 어큐물레이터;
    각 공급 원료 입력 라인과 연관된 질량 유량 제어기 - 각 질량 유량 제어기는 샘플 출력을 갖고, 각 공급 원료 입력 라인 상의 유량 센서로부터, 각 입력에서의 유량을 나타내는 신호를 수신하도록 구성되며, 각 질량 유량 제어기는, 상기 나타내는 신호의 수신에 응답하여, 그 개별적인 샘플 출력으로부터의 그 개별적인 샘플의 유량을 조절함 -; 및
    각 질량 유량 제어기의 샘플 출력과 개별적으로 연결된 적어도 제1 및 제2 샘플 출력 라인 - 각 샘플 출력 라인은 상기 질량 유량 제어기들의 출력으로부터의 샘플들의 상기 샘플 어큐물레이터로의 도입을 위해 상기 샘플 어큐물레이터의 입력에 연결됨 -을 포함하는,
    샘플링 디바이스.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 샘플링 디바이스는,
    개별적인 질량 유량 제어기들로의 입력 전의 에너지 함량 또는 조성 중 적어도 하나의 분석을 위해, 수신된 샘플들의 직접 샘플링을 위한 각 입력에 연결되는 분석 디바이스를 포함하는,
    샘플링 디바이스.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 샘플링 디바이스는,
    상기 적어도 제1 및 제2 입력 라인들의 각각과 연관되는 샘플 기화기 및 샘플 컨디셔너에 의해 처리되는 샘플들을 수신하는,
    샘플링 디바이스.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 샘플 어큐물레이터의 출력은,
    합성 가스 샘플링 시스템에 연결되는,
    샘플링 디바이스.
  13. 제9 항에 있어서,
    상기 샘플 어큐물레이터의 출력은,
    어큘레이팅된 샘플의 에너지 함량 또는 조성 중 적어도 하나의 분석을 위한 분석기에 연결되는,
    샘플링 디바이스.
  14. 에너지 함량 또는 조성 중 적어도 하나의 분석에서 향상된 측정 정확도를 위해 복수의 샘플 유체 소스들로부터 결합된 입력까지의 유량을 계산하는 방법에 있어서,
    상기 복수의 샘플 유체 소스들의 각각에서 샘플 유체의 유량을 결정하는 단계;
    상기 복수의 샘플 유체 소스들의 각각으로부터 샘플을 추출하는 단계;
    해당 샘플 유체 소스의 결정된 유량에 비례하는 조절된 유량으로, 각 추출된 샘플을 샘플 어큐물레이터로 통과시키고 이러한 샘플을 샘플 어큐물레이터로 입력하는 단계;
    복합 샘플을 생성하기 위해, 상기 어큐물레이터 내 복수의 유체 샘플들을 어큐물레이팅하는 단계; 및
    상기 복합 샘플의 에너지 함량 또는 조성 중 적어도 하나의 분석을 위해, 상기 어큐물레이터로부터 상기 복합 샘플의 선택량을 출력하는 단계를 포함하는,
    방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 에너지 함량 또는 조성 중 적어도 하나의 분석은,
    가스 크로마토그래피(gas chromatograph)에 의해 수행되는,
    방법.
  16. 제14 항에 있어서,
    각 추출된 샘플은,
    상기 샘플 어큐물레이터로 통과되기 전에, 상기 샘플을 기화시키기 위한 개별적인 기화기에 의해 처리되는,
    방법.
  17. 제16 항에 있어서,
    각 기화된 샘플은,
    상기 샘플 어큐물레이터로 통과되기 전에, 상기 샘플들을 컨디셔닝하기 위한 샘플 컨디셔너에 의해 처리되는,
    방법.
  18. 제14 항에 있어서,
    복합 샘플링 시스템으로 상기 복합 샘플의 선택량을 출력하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
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US16/137,135 2018-09-20
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