天然气是一种几种不同碳氢化合物的可燃、气态混和物，并且典 型地从由多孔岩石形成的地下深层储藏层开采。从不同储藏层开采的天 然气的成份根据储藏层的地理位置而不同。实际上，对于从单个给定储 藏层开采的气体成份改变到某种程度也不是完全罕见的。然而，不管任 何变化，天然气的主要成份是甲烷，一种无色、无味的气态饱和碳氢化 合物。甲烷通常占任何天然气样本的80％到95％，并且剩余部分由不 同数量的乙烷、丙烷、丁烷、戊烷和其它碳氢化合物组成。
天然气广泛用于住宅、商用和工业应用。它是家用取暖用的主要 能源，超过半数美国家庭使用天然气。天然气的使用在发电和制冷中的 应用也快速增加，并作为运输燃料。
天然气，类似于其它形式的热源，采用英国热量单位测量，即 BTU。1BTU等于在大气压下使1磅水的温度升高1华氏度所需的热 量。
一立方英尺天然气具有约1,027BTU。天然气通常以千立方英尺 (Mcf)的标准容量单位从井头(wellhead)销售，即在气体从地球开 采处的位置，销售给购买者。然而，消费票据通常以热函或千卡测量。 一千卡是等于100,000BTU的热量单位。
天然气工业的三个分离并且通常独立部分涉及将天然气从井头传 送到消费者。生产公司探测、钻井和从地下开采天然气；运输公司操作 将气田连接到主要消费区域的管道系统；并且销售公司是将天然气运送 到消费者的本地公共事业。
仅在美国，经延伸超过百万英里的地下管道网，天然气被运送给 近200百万消费者。为生产和运送这种天然气，存在超过25万个生产 天然气井，超过一百家天然气管道公司和将燃气服务提供给所有50个 州的超过1000家本地销售公司(LDC)。
在实质重构产业的管理改革前，生产者将气体销售给管道公司， 其再将气体销售给LDC，LDC再将其销售给居民和其它客户。然而，调 整后，管道公司不再购买气体用于再销售。代替地，管道公司仅将气体 从诸如生产方或卖主的销售方运送到诸如电力设施、工厂和LDC的买 方。因此，LDC现有能够在多个天然气销售方中选择，然而之前，它们 仅能够从一个来源即管道公司购买气体。此外，一些州已实现了使LDC 接受州公共设施委员会的规定的附加重组。在这些附加州条例前，LDC 居民客户仅能够从一种来源购买气体，即LDC。然而，在州条例后，居 民客户能够选择除购买气体的其LDC以外的不同的供应方。如同以前， 作为分配网络的拥有者/操作者，消费者的LDC将气体送到顾客，但 LDC仅向顾客收取气体运送费用，并且独立的供应商为气体付账。
因此，天然气对US能源供应非常重要。然而，美国的天然气消 耗已超过了国内天然气可利用的供应。一种增加供应的可用选择是增加 液化天然气(LNG)的进口。
更具体地说，根据一种估计，美国的天然气消耗到2025年前将 从2004年的约22万亿立方英尺(Tcf)到约31Tcf。因此，与从加拿 大经管道进口结合的国内生产将不足以满足需求。因此，少量但比例增 加的气体供应经油轮作为LNG被进口和接收。
LNG通过从生产气田接收天然气、去除杂质并使天然气液化生 产。在液化过程中，气体被冷却到约-260华氏度的温度。这种天然 气的凝固液体形式的一个体积占用在炉燃烧器头部处的天然气的体积的 约1/600。“LNG”被装载到用于安全和隔离目的的双船体轮船。一旦 轮船到达接收港口，LNG典型地卸载入很好密封的存储罐。汽化或再汽 化用于将LNG重新转换为其气体形式，进入国内管道分布系统并最终 传送到末端用户。
因为LNG根据其BTU值销售，当它从各个油轮卸载时，任何特 定LNG船货的BTU值的准确分析以及LNG的组成成份的分析是至关 重要的。例如，为确定特定船货的期望价格，当LNG被装载到海外地 点(诸如发现巨大天然气的Trinidad和Tobago)的油轮上时，供应 商计算将它装载入船的船体内时的LNG的BTU值。另外，由于装船的 BTU值将在转移中变化，例如由于当它在船的船体中时，一些LNG汽 化，LNG船货的接收者也期望准确地确定运送的LNG船货的BTU值。 当托运方典型地在运输中燃烧汽化的LNG以运转轮船，并且因此负责 运输中汽化的LNG的成本时，运送LNG船货的油轮的操作人员也对装 载的LNG以及卸载的LNG的准确BTU测量感兴趣。
因此，期望提供一种准确地测量从油轮卸载时LNG船货的BTU 值。
一种解决上述问题的相关领域的方法在授予Forster等人的美国 专利号3,933,030中进行了公开。按Forster的说法，公开了一种用 于连续监控诸如LNG的低温学液体的密度的系统。根据Forster系 统，通过在存储罐中使用传感器瞬时确定存储的LNG的介电常数。每 个包括一个电容探针的多个传感器被放置在存储罐内的多个位置处。然 后，传感器可操作以瞬时测量箱内液体的介电常数，并利用该数据，确 定箱内的液体的密度。通过密度测量，则可以计算每单位容量的BTU， 并且能够计算每BTU的适合的装载量。
然而，从诸如Forster中公开的系统，出现了几个问题。例如， BTU测量的精度对于目前的标准是不可接受的。
其它的更近期的相关领域的系统使用色谱技术以确定LNG的BTU 值。然而，这些相关领域系统也受到精度差与/或维护级别高的问题。 例如，一种已知的系统使用其中在淹没在加热溶液中的管子中循环液态 气体的方法。接着，溶液中的热量加热管道，使液态气体汽化。然而， 这种汽化方法效率不高，并且任何产生的BTU测量值的精度是不能接 受的，例如，少于5BTU，也就是说，BTU测量的浮动大于5BTU。
因此，期望提供一种系统，该系统不存在至少这些问题并能够提 供更准确和详细估计液化气并且同时需要比当前系统更少的维护量。

本发明的说明性、非限制性的实施例可克服与相关领域的液化气 汽化和测量系统相关的上述和其它缺点。此外，本发明并不一定需要克 服上述缺点，并且本发明的说明性、非限制性的实施例可能不会克服上 述的任何问题。
本发明的一个目的在于提供一种用于有效和准确取样和测量液化 气的新颖的系统和方法。
为实现上述和其它目标，根据本发明的实施例包括一种用于汽化 和测量液化气的系统，该系统包括：可操作用于传输液化气的传输设 备；测量设备，其可操作以在由传输设备传输时，从传输设备连续提取 至少一部分液化气，将提取的液化气从液体形式转换为汽化形式，和确 定汽化气体的组成成份。
本发明的另一个实施例包括一种用于取样和汽化液化气的设备， 该设备包括：第一平台汽化器，其可操作以第一流速从输入端口接收液 化气，并将接收的液化气转换为汽化气体；第二平台汽化器，可操作以 第二流速接收液化气，并将接收的液化气转换为汽化气体；积蓄器，其 被连接到第一和第二平台汽化器并可操作以接收和存储汽化气体；和第 三平台汽化器，其被连接到积蓄器并可操作以从积蓄器接收存储的汽化 气体，并控制接收汽化气体的压力以在期望的压力范围内。在这个典型 实施例中，不锈钢管道用于传送系统任何地方的气体。另外，第二平台 汽化器内的管道具有与1/8英寸同样小的直径，并螺旋地围绕一个或多 个筒形加热器以有效快速汽化液化气。穿过系统的恒定气流也通过使用 速度环路保持。
本发明的另一个实施例包括一种测量液化气组成成份的方法，该 方法包括：将液化气接收入汽化设备；选择性地将接收的液化气导入汽 化设备内的第一和第二平台汽化器的一个或多个；将导入第一和第二平 台汽化器的一个或多个的液化气转换为汽化气体；和将汽化气体积蓄在 相对较小的例如一半立方英尺体积的存储设备中。该典型方法还包括： 输出积蓄在存储设备中的汽化气体；并将从存储设备输出的汽化气体引 导到可操作确定汽化气体的组成成份的测量设备。
这里使用的“气体”意味着能够管道传输的任何类型的气化物 质，包括天然气、有机气体、工业气体、医疗气体、单分子气体、气体 混和物和等价物。
如这里使用的，“连接的”包括物理，或直接或间接，永久附加 或可调安装。因此，除非指明，“连接的”期望包括任何操作性功能连 接。
如这里使用的，“实质”、“通常”和程度的其它词汇是相对性 修饰词，期望指示由如此修改的特性的允许变化。它并不期望局限于它 修改的绝对值或特征，而宁可说是拥有不同于其相反特征的更多物理或 功能特征，并优选地接近或近似物理或功能特征。
在如下描述中，将参照提供用于说明目的的附图，表示作为其中 发明可实践的特定典型实施例。如下说明性实施例得到充分详细的描 述，以使本领域的技术人员能够实践本发明。应该理解可使用其它实施 例，并且在不背离本发明的范围的情况下，可以进行当前已知结构与/ 或功能等价物的结构变化。
考虑如下详细描述，对于具有本领域的普通技能的人员将很明 显：这里的发明提供了新颖的液化气汽化和测量系统及其方法，用于提 供显著提高的效能，同时减轻了现有技术的问题。

参照附图，通过对说明性、非限制性实施例的详细描述，本发明 的各方面将会更加清楚，其中：
图1是根据本发明的系统的框图。
图2是根据本发明的汽化和测量设备的示意图。

本发明的典型、非限制性实施例将在下面详细描述。虽然讨论特 定结构和尺寸以提供清晰的理解，应该理解：公开的尺寸和配置仅提供 用于说明的目的。本领域的技术人员将意识到：除非另外说明，在不背 离本发明的精神和范围的情况下，可以使用其它尺寸和结构。
图1是说明根据本发明的系统的典型框图。如所示，图1的系 统包括运送液化天然气(LNG)的船货的油轮1。根据这个实施例，在 被再汽化并运送到多种气体顾客前，油轮1停靠LNG的货物将被卸 载入存储罐处的港口。根据当前实施例，油轮1是海船。然而，专业 技术人员将理解：油轮1也可以是能够运送或存储液化气的任何交通 工具或设备，诸如罐车或其它存储设备。为准确测量从油轮1卸载的 LNG的BTU值，根据本发明和在下面详细讨论的汽化单元2与例如经 由管道3与正从油轮1运送到存储罐4的LNG管道连接。当LNG在 管道3被运送到存储罐4时，LNG的至少一部分被传送到汽化单元2 以进行分析和测量。
如下面详细讨论的，汽化单元2从管道3连续接收一定数量的 LNG，将LNG汽化成气体形式，并例如通过色谱仪，分析汽化的LNG 以非常精确地确定气体的组成成分。因此，在连续的基础上，也就是 说，当LNG在管道3中连续运输到存储罐4时，正运送的LNG的 BTU值得到实时或至少近实时地计算。因此，对正卸载或运送到存储罐 4中的LNG确定了LNG及其BTU值与/或成本的准确统计。应该指 出：对于这种计算，不仅汽化单元2的放置很重要，例如，LNG汽化 单元2应尽可能靠近LNG排放管道，而且气体单元的结构和构造另外 有助于LNG的BTU值的极准确的计算。
LNG(典型样本从其提取并在单元2中使用)被泵送或输送入其 中它保持适合压力和温度以减小爆炸危险以及不注意汽化入空气的危险 的存储罐4中。LNG留在罐4中，直到它需要时，例如采用消费者使 用的天然气蒸汽形式，在这时，LNG被从罐4泵送并由脱气设备5再 气化或汽化。脱气或汽化设备5能够是已知汽化设备的一个或组合。 例如，汽化设备5能够是开架式汽化器(ORV)、沉没燃烧汽化器 (SCV)、与SCV组合的加热和动力单元(CHP-SCV)、周围空气加热汽化 器或这些或其它类型的汽化器的任何组合。
在用于顾客消耗的大批存储的LNG已被转换为汽化气体后，汽化 气体例如经管道系统6被传送到本地分销商，即LCD，并到最终用 户。在LNG已被汽化设备5转换回气体后的任意时刻，气体能够通过 诸如转让给与本发明相同的受让人的美国专利申请No.11/169,619中 公开的气体取样调节系统7取样和使达到要求，但根据本发明这并不 必需的。
图2是根据本发明的LNG汽化器单元2的示意图。根据图2中 所示的汽化器单元2的典型实施例，LNG经包括例如包括具有1/4英 寸直径的不锈钢管的LNG入口端口11被输入机柜(cabinet)10。 机柜10包括用于为其中各个部件提供对诸如下雨、下雪、冰、风等的 保护的外壳。入口端口11被连接到外壳10内的1/4英寸的管道，其 接着分别连接到第一和第二汽化器平台12，13。第一和第二汽化器平 台12，13独立操作以将LNG汽化成其气体形式。特别地，LNG以约- 249华氏度的温度以液体形式进入入口端口11，虽然本领域中的普通 技术人员将理解：LNG在通常在低于100华氏度时保持液体形式，并 且因此，符合本发明的情况下，也可以是其它温度。输入到入口端口 11的LNG然后选择性地被引导到第一和第二汽化器平台12，13中的 一个或两个。
因为一LNG开始加热就开始汽化，并且运送LNG的管道越长， LNG变得越热，在外壳10内运送LNG并连接汽化单元2内的多个设 备的管道被保持得尽可能地短，即在LNG进入第一和第二汽化器平台 12，13中的一个或两个前，使发生汽化的量最小。此外，诸如两英寸 的polyisocurnat绝缘材料的绝缘层被放置在并围绕将LNG从输入端 口运送到第一和第二平台汽化器设备中的每一个的1/4英寸的管道。
阀14被附于将入口端口11连接到第一平台蒸发器12的1/4 英寸的管道。阀14操作以关闭或打开LNG流入第一平台汽化器12的 通路。第一平台汽化器12使用加热的螺旋进入(未示出)和出热传递 (exiting heat transfer)，并且气体以18 SCFH(每小时标准立方 英尺)的速度、约100华氏度排出。
当气体从第一平台汽化器12出来，它通过1/4英寸的管道传送 到积蓄器设备18的顶部。积蓄器设备18是能够存储天然气蒸汽的气 缸。
第二平台汽化器13经另外的1/4英寸的管道和一个或多个阀 15，16被连接到入口端口11。第二平台汽化器13包括每个都围绕长 度为1/8英寸的管道的多个筒形加热器13a，13b，13c。例如，如图 2所示，三个筒形加热器每个具有围绕其外部表面的长度为1/8英寸 的管道。围绕每个加热器的管道被连接到将LNG运送到第二平台汽化器 2的1/4英寸的管道。
应该指出：理想地，由于低温LNG流经阀14-17，阀14-17适合 用于低温操作。相应地，阀14-17是可选的并且对于LNG机柜的操作 不一定需要。
图3是类似于图2中所示的第二平台汽化器13的典型第二平 台汽化器的靠近视图。与图2的实施例显示的三个筒形加热器不同， 图3中所示的第二平台汽化器使用四个筒形加热器113a到113d。否 则，图3中所示的第二平台汽化器与图2中的所示的相同。此外，如 图3所示，各个长度为1/8英寸的管道t1-t4围绕每个筒形加热器 113a-113d。
参考图3，LNG经四个各自为1/4英寸的输入管道IT1-IT4，在 底部进入第二平台汽化器。在第二平台汽化器内，LNG然后被引导入四 个各自为1/8英寸的管道t1-t4。每个管道t1-t4螺旋地围绕各个筒 形加热器113a-113d，各个筒形加热器113a-113d快速加热窄螺旋管 道内的LNG，将管道内的LNG转换为汽化气体。然后，来自每个各自 为1/8英寸的管道的汽化气体被导入相应的输出管OT1-OT4，并且汽化 气体以关于图2讨论的类似方式导入积蓄器。
参照图2，各个阀(未示出)控制LNG流进入围绕每个圆筒13a， 13b和13c的各个管道。特别地，进入每个1/8英寸的管道的流动受 到控制，以便：1/4英寸的管道中的LNG总流以任意组合流经三个 1/8英寸的管道，例如，在三个1/8英寸的管道中每个分别为1/3，在 两个1/8英寸的管道中每个分别为1/2，而在第三1/8英寸的管道中 没有，等等。此外，应该指出：阀14-17也被构造以便：进入输入端 口11的LNG能够以任何期望的比例引导到第一和第二平台汽化器12 和13。例如，可以将任何量X(其中X＝0％到100％)的进入端口11 的LNG导入第一或第二平台汽化器，和一定量的Y(其中Y＝100-X)导 入第一和第二平台汽化器中的另一个。因此，即使第一或第二平台汽化 器中的一个故障，也可以运行汽化器机柜10。
还应该指出：即使当前实施例包括三个筒形加热器，例如13a， 13b和13c，本发明并不局限于这种结构。一个普通技术人员应理解： 倘若充分LNG/蒸汽流经第二平台汽化器，则可以使用任何数目的筒形 加热器。
当汽化气体从第二平台汽化器13出来时，汽化气体被1/4英寸 的管道运送到积蓄器18。如所示，汽化气体在顶部进入积蓄器18，并 经积蓄器内部的管道19运送到达罐18的内部位置。当汽化气体从管 道19出来时，它被引导向罐18的内壁。当汽化气体碰撞罐18的内 壁时，它与罐内已存在的任何气体完全混和。管道19的长度可变，并 能够在罐内在任意高度排出罐18内的汽化气体。然而，根据本发明， 管道19的输出约百分之80到90向下朝向罐的底部。
在积蓄罐18内完全混和的汽化气体经罐18的顶部附近的附加 管道20排出。去除的气体在1/4英寸的管道21中被运送到“T”型 接头22。在“T”型接头22处，汽化气体或被引入管道28，直通阀 23或两者的一些组合。阀23控制允许流入汽化器平台3(标号24) 的汽化气体的量。汽化器平台3实质操作为减压器。也就是说，平台 3(24)控制允许进入管26的汽化压力，其将样本汽化气体运送到后 面描述的色谱仪。例如，根据一个场景，汽化器柜10位于从油轮向一 个或多个存储罐运送LNG的总管道附近(例如参照图1)。当存储罐 4开始填充LNG时，管道3内的压力必须增加以连续填充罐4。随着 管道3中的压力增加，在到机柜10和经过多个汽化平台的取样管中 的压力也增加。因此，平台3(24)操作以控制进入管26的汽化气体 的压力。例如，管21和直通阀23中的压力可在10-65 PSI附近的 某处。这种范围的压力典型地对色谱仪设备有害，并且因此，平台3 将压力减小到可接受的水平，诸如5-10 PSIG。然后，可接受压力的汽 化气体在端口29处从机柜10输出。
根据图2中所示的实施例，管27被连接到进一步被连接到管 26的“T”型接头25。管27还被连接到在管26中的压力超过预定 最大值时通过其释放汽化气体的安全阀30。也就是说，当管26中的 压力低于特定值时，安全阀30通常不限制流经它的气体。然而，如果 管26中的压力超过这个值，安全阀30打开、并释放将管26中的压 力减小到预定值以下所需量的气体。由安全阀30释放的任何汽化气体 经过单向阀31，并经管32提供给LNG蒸汽返回管线。
不经过阀23并进入平台3(24)的自积蓄器18输出的任何汽 化气体进入管28并在端口33处离开机柜10。一个或多个阀V1-V14 被提供以控制流入样本罐ST1-ST5的气体。例如，一个或多个样本罐 (例如ST1-ST5)被提供以存储从积蓄器18抽出的汽化气体的样本。 例如，不同样本能够在不同时刻取出和存储，例如在转移到存储罐内 时，从油轮卸载LNG负载的整个过程期间的多个时刻。阀Vn被单独打 开或关闭，以在适合的时刻将样本存储在样本罐STn中。
存储在任一个样本罐STn中的气体能够受到控制以直接来自积蓄 器18的输出，或它能够是从汽化器平台3(24)的输出取出的样本。 例如，在油轮未被卸载时的期间，被输入到输入端口11的LNG是从 诸如图1中所示的罐4的存储罐再循环的LNG。通过以这种方式从存 储罐4再循环LNG，在汽化器10的管线中保持恒定压力(和温 度)。因为与油轮如上所述被卸载时的情况相比，主管线3中的压力 未明显改变，无需使用平台3(24)调节或减小压力。
因此，在这些环境下，样本LNG被平台1和平台2(图2中 的12和13)的一个或多个汽化，蒸汽被收集并在积蓄器18中混 和，并且汽化气体经管21和28被抽离，并经端口33从机柜10出 来。然后，来自再循环的LNG样本的蒸汽被导到或样本罐STn，旁路 样本罐STn并返回LNG蒸汽返回管线，或引导经过阀Vn中的一个并 经可选的液封51进入色谱仪52。例如，可选的液封51被用于其中 液体典型存在的天然气生产气体。类似地，如果期望，通过打开或关闭 阀Vn的适当组合，自平台3(24)输出的汽化气体被导到或样本罐 STn，旁路样本罐STn并返回LNG蒸汽返回管线，或引导经过阀Vn中 的一个、并经可选的液封51进入色谱仪52。
为了校准色谱仪52，具有已知成份的一罐校准气体被存储在校准 罐50中。因此，当期望校准色谱仪52时，或通过端口29或通过端 口23从机柜10输出的汽化气体被自动切断，并且校准气体自罐50 被供应到色谱仪52。
虽然本发明的多个方面已参照上述典型、非限制性实施例进行了 特别显示和描述，但本领域的技术人员会知道：在不背离本发明的精神 和范围的情况下，可以想到多种其它方面和实施例。
例如，图4A和4B显示了与图2中所示的汽化器2有些不同 的汽化器柜的可选实施例。图4A显示了可选实施例的内部后透视图， 并且图4B显示了该实施例的内部左侧。图4A和4B中所示的汽化器 在大多方面类似于图2中所示的汽化器。然而，图4A和4B的实施 例使用类似于图3中所示的四筒形加热器，而多种其它部件的结构不 同。
特别地，如图4所示，LNG经位于机柜110的顶部附近的入口 端口111被输入到汽化器柜110。第一平台汽化器112接收一部分 LNG并且第二平台113接收剩余的LNG。应该指出：从总管3(图 1)使LNG进入柜的管道的管道长度保持尽可能地短，以使入口管道内 的LNG的任何加热最小。第二平台汽化器113使用如图3所示的四 个筒形加热器。第一和第二平台均加热LNG，并且将它转换成积蓄在积 蓄器118中的汽化气体。此外，在出口133处从柜110排放到LNG 蒸汽返回管线(未示出)的管道132被连接到第一和第二平台112和 113中的每一个，以及积蓄器118。加热器135位于LNG汽化器柜 内，以将出口管保持在例如最小温度处或以上，以便：出口管内的气体 保持气态形式。
另外，对于图4中所示的实施例，如同关于图1的实施例的情 况，与监控进入色谱仪内的压力不同，系统压力被监控。特别地，在储 蓄罐118近似中间处取样汽化气体压力。汽化气体经端口134被去除 并且测量压力。因此，通过监控，当LNG正从油轮1泵送(图1) 时，提供了有关卸载泵顺序、压力和泵故障的系统压力数据。此外，在 图4的实施例中，如同参照图1的实施例在上面讨论的，速度环路蒸 汽(peed loop vapor)，即用于保持通过系统的恒定流动，被从储蓄 罐118的排放端口取出，以形成更完全混和的样本。
对图2和4的实施例进行修改以更严密地监控系统压力。例 如，在油轮卸载期间，例如从油轮1(图1)进入存储罐4的样本， BTU值计算受到诸如油轮泵压力的变化和存储罐填充水平的变化的情况 的影响。特别地，诸如这些改变了速度循环流速，这转而能够影响BTU 计算的值。因此，通过仔细监控和控制速度环路中的流速，可以探测和 调节这些类型的异常。
也已认识到；当油轮泵的一个或多个突然开始泵送时，或改变其 泵速时，BTU值读数也以与上述类似的方式受影响。相应地，根据另一 实施例，其它设备也能够添加到LNG柜内以帮助控制流速。例如，诸 如来自Brooks Instrument of Hatfield，Pennsylvania的Brooks 5850i质量流量控制器的流量控制器(未示出)能够包括在LNG柜内， 以控制速度环路内的流速。速度环路内的流量控制设备的位置并不关 键。然而，一种可行的位置例如在积蓄器箱18的输出处的管道21 上。
本领域的技术人员将理解到：如根据下述权利要求及其等价物确 定的，加入上述任何附加或可选细节的设备或方法将落入本发明的范围 内。
本发明的其它方面、目标和优点能够通过研究附图、说明书和所 附权利要求而获得。