CN101226141A - 一种免维护的油品在线光谱分析采样方法及其系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种免维护的油品在线光谱分析采样方法及其系统。该方法依次包括油品的快速采样、油品的恒温预处理和油品的光谱测量，其中，油品预处理采用空气压缩冷却方式对流经管内的油品实行制冷恒温，光谱测量采用电磁阀开关切换的间歇式周期性测量方式，并使油品以湍流方式流入光谱分析池，在快速采样回路设置调节管线流阻分配的管路，对电磁阀开关切换时油品预处理和光谱测量设备所承受的压强变化进行控制。采用本发明可免去杂质、气泡和水的去除过程；具有自清洁，免维护，系统结构简单，成本低，占地面积小，运行可靠等特点。
Description
技术领域
本发明涉及炼油企业油品在线分析领域，特别是免维护的油品在线光谱分析采样方法及其系统。
背景技术
目前，我国的炼油企业对油品分析普遍采用人工取样分析法。该方法分析周期长，准确性差，导致油品生产的操作水平低下，产品质量波动大，能耗高，同时伴随产生了一系列的经济问题和环境问题。对油品进行实时在线分析，实现对产品质量的精确控制，必将显著提高油品生产过程的自动化水平与经济效益。
在众多的油品在线分析技术之中，光谱分析技术具有分析速度快、分析效率高、无需化学试剂、光谱特征性强等优势。光谱分析技术通过采集透射或反射光中被吸收的谱段，确定被测样品中各基团的组分和含量，通过化学计量学方法预测被测样品的相关属性。随着光纤传输技术、光传感技术与化学计量学的成熟，油品的在线光谱分析技术的发展已开始广泛应用在工业过程。
光谱的在线分析具有两种方式：(1)直接在油品生产管路上进行光谱测量；(2)将油品从生产管路引出，通过实时采样进行光谱测量。前者受油品生产的工况影响较大，设计结构复杂，测量精度难于保证，制造价格高昂；而后者虽然具有一定的测量滞后，但是不容易改变工况，结构较为简单，制造成本较低。所以光谱在线分析倾向于采用后一种方式。
然而，油品中的水、杂质、气泡和油品的温度都会对光谱测量结果产生不利影响，水中含有带氢基团羟基，对油品中带氢基团在光谱图上的体现产生影响。另外，水还容易附着在玻璃窗体表面影响光路的性质，使测量结果产生变化。油品中的杂质主要是装置中催化剂的粉末、管线内壁铁锈等，过多的杂质会阻碍光线的入射和接收。气泡由油品自身运动，工艺温度变化和管线压力波动产生，过多气泡会使样品厚度减小，同时改变光路上油品物理属性，严重影响测量。温度变化会导致光谱沿波长方向偏移，影响测量准确度。
根据上述情况，现行油品光谱分析采样系统被设计为快速采样环节、油品预处理环节和光谱测量环节三部分。快速采样环节使油品能快速流入光谱测量环节，尽可能减少测量滞后。现有的技术实现方案有两种，一种是在快速采样回路中安装采样泵，另一种是增加采样进出管路之间的压差，如在样本回流管路安装文丘里管等。油品的预处理环节用于排除水、杂质、气泡和温度因素对测量光谱的影响。目前的做法是采用水浴或油浴对油品进行温度控制，利用短径旁路结构等除气泡，同时安装一到二级的过滤器和除水器。光谱测量环节中光的照射方式有垂直于液面照射和平行于液面照射两种。垂直照射方式易受气泡等因素的影响，所以平行照射方式已被普遍采纳。
然而，目前炼油企业使用的在线光谱分析采样系统在结构功能上仍存在不少缺陷。由于需要排除杂质、气泡、水及温度对光谱测量的影响，现有的光谱分析采样系统总是在测量环节前安装除水器、除泡器、过滤器和水浴或油浴恒温器。这些预处理设备大大提高了在线光谱分析系统的制造成本，增加了许多维护检修工作，同时增大了系统整体故障率，降低了系统运行可靠性。
为了更好的适应工况的变化，降低维护成本，提高在线光谱采样系统的可靠性，开发一套全新的油品光谱采样系统成为必然。
发明内容
针对现有油品光谱在线采样系统的缺陷和不足，本发明的目的是提供一种免维护的油品在线光谱分析采样方法及其系统。
本发明的免维护的油品在线光谱分析采样方法，依次包括利用快速采样回路子系统从管线采样油品、利用样品预处理子系统对油品进行恒温预处理，利用光谱测量子系统对油品进行光谱测量，油品再经快速采样回路子系统返回管线，其特征在于：所说的油品预处理采用空气压缩冷却方式对流经管内的油品实行制冷恒温，光谱测量采用电磁阀开关切换的间歇式周期性测量方式，并使油品以湍流方式流入光谱分析池，在快速采样回路子系统设置调节管线流阻分配的管路，对电磁阀开关切换时油品预处理子系统和光谱测量子系统所承受的压强变化进行控制。
上述的电磁阀开关切换的间歇式周期性测量方式，其一个测量周期过程如下：关闭管线上的电磁阀，使油品在光谱分析池中静置数秒，直到气泡、水、杂质和油品分层，油品中段性质稳定，利用油品中段进行光谱测量，测量结束后打开电磁阀，将油品连同气泡、杂质和水一同冲出光谱分析池。
实现免维护的油品在线光谱分析采样方法的系统，包括依次相连的快速采样回路子系统、油品预处理子系统和光谱测量子系统，光谱测量子系统包括具有光纤探头玻璃窗体的光谱分析池、防爆热电阻、光纤、光源和光谱仪，其特征是：在快速采样回路子系统的进样管和出样管之间设置带可调节手阀的管道，在油品预处理子系统的出口与光谱分析池的进口之间接入电磁阀和湍流发生管。
本发明的有益效果在于：
本发明采用在线间歇式周期性光谱测量方式，免去了杂质、气泡和水的去除过程；利用空气压缩制冷方式恒温，使用空气作为冷却剂，清洁方便，无需冗余的油水供给管路，占地面积小；油品以湍流方式流入光谱分析池，利用湍流的冲刷作用可以实现光纤探头玻璃窗体的自清洁；通过调节快速采样回路子系统流阻的分配，实现电磁阀开关切换时样品预处理和光谱测量子系统承受压强变化可控，提高了系统整体的可靠性。实施本发明方法的系统结构简单，制造成本。
附图说明
图1为实施本发明方法的系统结构示意图。图中，1-工业控制计算机，2-工艺管线，3-第一手阀，4-限流孔板，5-可调节手阀，6-管道，7-第二手阀，8-快速采样回路子系统，9-油品预处理子系统，10-光谱测量子系统，11-压缩空气冷却管，12-进气管，13-第一电磁阀，14-电磁阀，15-湍流发生管，16-光谱分析池，17-光纤探头玻璃窗体，18-光纤，19-光源，20-光谱仪，21-防爆热电阻。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明。
参照图1，免维护的油品在线光谱分析采样方法的系统，包括依次相连的快速采样回路子系统8、油品预处理子系统9和光谱测量子系统10，光谱测量子系统10包括具有光纤探头玻璃窗体17的光谱分析池16、防爆热电阻21、光纤18、光源19和光谱仪20。快速采样回路子系统8的进样管和出样管分别与工艺管线2连接，在进样管和出样管分别接有第一手阀3和第二手阀7，进样管和出样管之间设置带可调节手阀5的管道6，构成用于调节管线流阻分配的管路。
为了更加有效的调节管线流阻分配，可在进样管路中设置限流孔板4。在油品预处理子系统9的出口与光谱分析池16的进口之间接入电磁阀14和湍流发生管15，湍流发生管一般采用盘管。
工作时，工艺管线2中的油品流入快速采样回路子系统8的进样管，首先经过第一手阀3，再经过限流孔板4，流入预处理子系统9，预处理子系统9利用压缩空气释放吸热原理对管内油品进行制冷，实现恒温控制。然后，油品经过电磁阀14和湍流发生管15进入光谱分析池16，间歇式测量方式的一个测量周期过程如下：首先关闭电磁阀14，使油品在光谱分析池中静置，直到气泡、水、杂质和油品分层，油品中段性质稳定，从光源19发出的光经过光纤18照射到油品中段，利用光谱仪20对透过油品中段的光进行测量，测得谱图质量较高。测量结束后打开电磁阀14，将油品连同气泡、杂质和水一同冲出光谱分析池，电磁阀14的开关由工业控制计算机1控制。湍流发生管使油品产生湍流，对光纤探头玻璃窗体17进行冲刷，实现光纤探头玻璃窗体的自清洁。光谱分析池16内温度由防爆热电阻21检测，防爆热电阻21将温度信号传送给工控计算机1，根据温度信号工业控制计算机1控制第一电磁阀13的开关，调节空气压缩制冷管11进气管12的通断，实现压缩空气制冷管11工作时间的控制，从而使光谱分析池16内的温度得到控制。油品经过光谱测量子系统10测量后，回到快速采样回路子系统8，经过第二手阀7返回工艺管线2。
调节管线流阻分配的管路的设置有如下意义：首先，为满足快速实时采样的要求，快速采样回路管线总流阻必须设计得小，以保证高的流速，但是间歇式测量方式同时也造成在电磁阀14开关切换时，油品预处理子系统9和光谱测量子系统10承受的压强变化较大，上述两个子系统中的设备会受到冲击。调节管线流阻分配的管路可以避免冲击的发生，其原理是调节手阀5，使调节管线流阻分配的管路上的流阻小于快速采样回路管线总流阻，同时也远小于油品预处理子系统9和光谱测量子系统10的总管线流阻。当电磁阀14关闭，预处理子系统9和光谱测量子系统10总管线流阻变为无穷大，当电磁阀14开启，此时预处理子系统9和光谱测量子系统10总管线流阻虽然是有限值，但仍远大于调节管线流阻分配的管路上的流阻，所以电磁阀14开关切换时，调节管线流阻分配的管路的两端，即预处理子系统9和光谱测量子系统10两端承受的压强变化较小，从而避免了冲击的产生。
Claims (6)
1.一种免维护的油品在线光谱分析采样方法，依次包括利用快速采样回路子系统(8)从工艺管线采样油品、利用样品预处理子系统(9)对油品进行恒温预处理，利用光谱测量子系统(10)对油品进行光谱测量，油品再经快速采样回路子系统(8)返回工艺管线，其特征在于：所说的油品预处理采用空气压缩冷却方式对流经管内的油品实行制冷恒温，光谱测量采用电磁阀开关切换的间歇式周期性测量方式，并使油品以湍流方式流入光谱分析池，在快速采样回路子系统8设置调节管线流阻分配的管路，对电磁阀开关切换时油品预处理子系统和光谱测量子系统所承受的压强变化进行控制。
2.根据权利要求1所述的免维护的油品在线光谱分析采样方法，其特征在于：所说的电磁阀开关切换的间歇式周期性测量方式，其一个测量周期过程如下：关闭管线上的电磁阀，使油品在光谱分析池中静置数秒，直到气泡、水、杂质和油品分层，油品中段性质稳定，利用油品中段进行光谱测量，测量结束后打开电磁阀，将油品连同气泡、杂质和水一同冲出光谱分析池。
3.根据权利要求1所述的免维护的油品在线光谱分析采样方法的系统，包括依次相连的快速采样回路子系统(8)、油品预处理子系统(9)和光谱测量子系统(10)，光谱测量子系统(10)包括具有光纤探头玻璃窗体(17)的光谱分析池(16)、防爆热电阻(21)、光纤(18)、光源(19)和光谱仪(20)，其特征是：在快速采样回路子系统(8)的进样管和出样管之间设置带可调节手阀(5)的管道(6)，在油品预处理子系统(9)的出口与光谱分析池(16)的进口之间接入电磁阀(14)和湍流发生管(15)。
4.根据权利要求3所述的免维护的油品在线光谱分析采样方法的系统，其特征是：湍流发生管(15)为盘管。
5.根据权利要求3所述的免维护的油品在线光谱分析采样方法的系统，其特征是：油品预处理子系统(9)为空气压缩冷却管。
6.根据权利要求3所述的免维护的油品在线光谱分析采样方法的系统，其特征是：在快速采样回路子系统(8)进样管路中设有限流孔板(4)。
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20080723 |