УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВОДЫ В НЕФТИ ИЛИ НЕФТЕПРОДУКТАХ

Полезная модель относится к устройствам анализа за содержанием воды в нефтях, конденсатах, нефтепродуктах и может быть использовано в промысловых и научно-исследовательских лабораториях, на нефтеперерабатывающих заводах, в нефтегазодобывающих управлениях, в пунктах сдачи-приемки нефтяного сырья и продуктов его переработки, для контроля качества топлива автомобилистами.
Известно устройство для визуального определения уровней нефти и воды в резервуарах (RU 74205), в ходе измерений цилиндры с тросиками, расположенные в резервуаре с водо-нефтяной эмульсией, с помощью колец перемещаются вертикально по штоку и устанавливаются на границе раздела вода-нефть и на поверхности нефти. При этом цилиндры за счет тросиков и роликовых устройств перемещают указательные пластины на измерительных металлических линейках, по верхнему положению которых и определяется уровень нефти и воды.
Данное устройство позволяет производить измерения концентрации водо-нефтяной эмульсии только в резервуарах и не предусматривает возможности измерений малых концентраций воды. Устройство не позволяет производить измерения в трубопроводе и является стационарным.
Известно устройство для измерения удельного содержания воды в нефти и нефтепродуктах (RU 58219), основанной на измерении диэлектрической проницаемости смеси способом определения резонансной частоты в контуре образованном двумя антеннами, находящимися на расстоянии друг от друга много меньше их длинны, которые помещены в измеряемую среду.
Данное устройство предусматривает проведение измерений в большом объеме (размер антенн 0,5-1 м) с условием, что водо-нефтяная эмульсия распределена равномерно, следовательно, точность измерений не достаточно высока. Устройство не позволяет производить измерения малых концентраций воды.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели и выбранным за прототип является портативный оптический анализатор содержания воды в нефти на основе оптопары. (К.В. Калинина, С.С. Молчанов; Портативный оптический анализатор содержания воды в нефти на основе оптопары «светодиодная матрица-широкополосный фотодиод» среднего ИК диапазона (1,6-2,4 мкм); ЖТФ, том 80, вып. 2, 99-104, 2010).
В прототипе измерение концентрации воды в нефти осуществляется после забора пробы в кювету и размещения последней между светоизлучающей матрицей и фотоприемником. Светоизлучающая матрица включает в себя три светодиода LED 16, LED 19 и LED 22, спектры испускания которых совпадают с характерными линиями поглощения анализируемых сред. Сигнал со светодиодной матрицы попадает в электронный блок для обработки. В ходе измерений анализируется относительное падение сигнала трех светодиодов и по заранее построенным калибровочным кривым определяется концентрация воды в нефти. После обработки конечные данные выводятся на дисплей устройства.
Выбор прототипа определялся тем, что оптический метод позволяет производить измерения в лабораторных и внелабораторных условиях, так и вести непрерывный мониторинг концентрации водонефтяной эмульсии в трубопроводах.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание устройства для определения содержания воды в водонефтяной эмульсии с высокой точностью с учетом неравномерности распределения смеси и оптических эффектов рассеяния анализирующего излучения на границе раздела двух сред: вода - нефть (нефтепродукт) и нефть (нефтепродукт) - вода.
На фиг. 1 представлена схема устройства.
На фиг. 2 представлена схема узла гомогенизации и прокачки
анализируемой смеси.
На фиг. 3 представлены спектры испускания трех светодиодов и спектры поглощения воды с нефтью.
На фиг. 4 представлены характерные линии поглощения нефти или нефтепродуктов.
На фиг. 5 представлены характерные пики спектров поглощения ультрафиолетовой области нефтепродуктами.
Устройство для определения содержания воды в нефти и нефтепродуктах (фиг. 1) состоит из блока 1, включающего три светодиода, фотоприемника 2, блока обработки информации и вывода ее на дисплей или персональный компьютер 3, проточной кюветы 4, узла гомогенизации и прокачки 5; прокачивающей роторной помпы 6, производящей перемешивание смеси; проточной кюветы 4 с боковыми гранями (стенками) 7, изготовленными из материала прозрачного в диапазоне 1500-2400 нм.
Анализируемая смесь заливается в узел гомогенизации и под действием роторной помпы, одновременно производящей перемешивание смеси, начинает движение по замкнутому циклу, и проходит через проточную кювету 4.
Расстояние между боковыми гранями проточной кюветы 4 составляет 1 мм и может варьироваться в зависимости от оптической плотности анализируемой смеси.
Узел гомогенизации и прокачки анализируемой смеси (фиг. 2) состоит из: отверстие для заливки пробы 8, входного штуцера замкнутого цикла 9, резервуара под анализируемую среду 10, роторную помпу 11, моторчика приводящего помпу в движение 12, выходной штуцера замкнутого цикла 13.
Перпендикулярно потоку анализируемой среды, с одной стороны проточной кюветы размещен блок со светодиодами, с противоположной стороны размещен широкополосный фотоприемник. Таким образом, проточная кювета просвечивается анализирующим излучением и по уровню падения оптического сигнала измеряется концентрация смеси. Измерение концентрации смеси производится оптическим абсорбционным методом, основанным на избирательном поглощении оптического излучения анализируемыми средами.
Для определения воды в нефти или в нефтепродуктах предлагается использовать три светодиода. Первый светодиод с длиной волны максимума спектра испускания 1600-1800 нм, совпадающей с одним из пиков поглощения излучения нефтью, таким образом, этот диод отвечает за анализ поглощения излучения нефтью или нефтепродуктами. Второй светодиод с длиной волны максимума спектра испускания 1800-2100 нм, совпадающей с одним из пиков поглощения излучения воды, таким образом, этот светодиод отвечает за анализ поглощения излучения водой. Третий светодиод с длиной волны максимума спектра испускания 2000-2400 нм, приходящейся на область без характерных линий поглощения анализируемых жидкостей, этот светодиод используется как опорный сигнал. На фиг. 3 представлены спектры испускания трех вышеуказанных светодиодов - кривые 1, 4, 5 и спектры поглощения нефти и воды - кривые 2, 3 соответственно.
Для анализа концентрации воды в нефтепродуктах используют аналогичные светодиоды, что и для анализа воды в нефти, т.к. характерные линии поглощения нефти и нефтепродуктов лежат в одном диапазоне фиг. 4.
Сигнал с фотоприемного диода попадает в электронный блок обработки информации. Определение концентрации воды происходит в результате анализа поглощенного излучения трех светодиодов и сверки сигналов с заранее построенными калибровочными кривыми для трех светодиодов и общей калибровочной кривой учитывающей влияние трех оптических каналов либо на основе расчетов системы уравнений Бугера - Ламберта - Бера.
После обработки конечные данные выводятся на дисплей или на подключенный персональный компьютер.
Нефтепродукты имеют отличительные характерные пики в спектре поглощения ультрафиолетовой области, которые изображены на фиг. 5: керосин, бензин, дизельное топливо - кривые 6, 7, 8 соответственно.
Для анализа и идентификации нефтепродуктов предлагается использовать широкополосный источник ультрафиолетового диапазона 100-400 нм, фотоприемник на этот диапазон и узкополосные фильтры с полушириной спектра пропускания не более 10 нм. Для идентификации керосина используется линия 235 нм, бензина 250 нм, дизельного топлива 320 нм.
Таким образом, созданная полезная модель определения содержания воды в нефтях и нефтепродуктах позволяет производить измерения в широком диапазоне концентраций с учетом эффектов рассеяния на границе раздела двух сред и неравномерности распределения анализируемой эмульсии. Высокая точность достигнута за счет выбора новых, ранее не использованных источников, излучающих в диапазоне характерных линий поглощения анализируемых сред, и за счет реализованного замкнутого цикла с предварительным этапом гомогенизации анализируемой пробы.