CN101344498A - 用于zbx型航煤冰点在线分析系统的微型分析器 - Google Patents

Abstract

一种用于ZBX型航煤冰点在线分析系统的微型分析器，包括分析杯体，分析杯体大致中间位置设有通孔，通孔的两端分别与进油口、出油口相连接；通孔中段、孔壁约一半的圆弧面上设有内腔表面黑色层，在孔壁的另一半圆弧面上装置有镜面反射片；分析杯体上与镜面反射片对应的位置设有与通孔垂直贯通的横孔，横孔内装有光纤传感器，光纤传感器的进光丝和出光丝分别与镜面反射片的两端连接，进光丝另一端与红外入射光相接，出光丝另一端与红外接收光相接；分析杯体上还设有沉孔，沉孔内安装测温电阻。本发明结构合理、体积小巧、油样检测容腔仅装有0.1ml油样；分析重复精度达到0.7℃；可与各炼油厂的先进控制系统配套；它性能可靠、运行稳定、测量精确。

Description

用于ZBX型航煤冰点在线分析系统的微型分析器

技术领域

本发明涉及一种航空煤油在炼油生产过程中在线分析其特定技术指标的自动分析系统；具体地说是一种用于ZBX型航煤冰点在线分析系统的微型分析器。

背景技术

作为航空发动机燃料的航空煤油(以下简称航煤)，在使用中会处于温度低达-50℃的条件下，若这时航煤中出现结晶会堵塞输油管，造成重大飞行事故。所以，冰点值是航煤最重要的一项质量指标。目前，在炼油生产过程中主要采用人工化验方法来分析航煤冰点，进而指导生产操作。随着国内各炼油厂自动化水平的提高和先进控制系统的推广应用，人工化验方法即费时又大大滞后于生产过程，已不能满足生产需要，尽快研制出航煤冰点的在线分析设施非常必要。由于航煤冰点在线分析系统研制难度大，目前，在国内属于空白。德国、美国、加拿大等几家公司有该产品，例如兰炼进口的德国在线冰点分析处理系统为120多万元人民币，该分析仪采用传统的外加冷冻机与内部热点制冷器打接力的方式对样品降温。据了解，国外最新型的为加拿大PHASETECHNOLOGY进阶公司生产的在线冰点分析系统Aquanot，具有无需外置冷冻机的特点，直接用热电致冷器对样品降温，其报价为每套系统11.3万美金，分析器容腔为几百毫升。

为了实现航煤在线分析系统国产化，申请人研制出在炼油生产过程中能连续自动分析航空煤油冰点的防爆智能型的在线质量分析系统，即ZBX型航空煤油在线冰点分析系统。该分析系统适用于Ex d II CT₄防爆等级的场所，可与先进控制系统配套，能够提高生产装置的控制水平，实现“卡边”操作，提高航空煤油的产品质量及产品收率。该分析系统不需要外置式防爆型机械压缩冷冻机，能大大降低分析系统成本，避免用户对冷冻机的维护工作量。

针对国、内外航煤冰点在线分析系统的各种产品的性能、分析原理、应用情况等，申请人对其研制开发的ZBX型航煤冰点在线分析系统提出的关键技术方案是：直接用热电致冷器一步式降温到冰点温度；去掉国外绝大多数产品采用的外置冷冻机的两步式致冷降温方案。即直接使用30℃的自来水对热电致冷器进行散热；而国外绝大多数同类产品是先用冷冻机将水加乙二醇溶液降温到0℃左右，然后作为热电致冷器的散热液体。加拿大PHASE TECHNOLOGY公司生产的在线冰点分析系统Aquanot，虽然也采取一步式降温，但分析器容腔为几百毫升。

由于航煤冰点温度可达-60℃以下，属于深度降温系统，而申请人研制的ZBX型航煤冰点在线分析系统热电致冷器是直接使用30℃的自来水对热电致冷器进行散热，故要求热电致冷器产生90~100℃的温差。为此，申请人研制开发出四级半导体热电致冷器，该致冷器可产生很大温差，但其致冷功率小，即带负载能力小，宝塔形的四级热电致冷器，其实只有第四级直接对分析器的分析杯体致冷降温，第三、二、一级依次为前一级的散热端，而整体分析系统的体积容积有限，分析杯体作为热电致冷器的负载，体积越小越好。从技术上要求与第四级致冷器直接接触的、作为热电致冷器负载的分析器的分析杯体，其体积进一步减小、越小越好，客观上要求研制微型分析器。

ZBX型航煤冰点在线分析系统其核心部分是分析器，在分析器中要完成对被测油样的致冷降温，连续监测油样被降温后是否产生结晶、当油样被降温到结晶点产生结晶时要测定出该点温度，马上停止致冷并测出油样升温后结晶消失时的温度即冰点温度值等多项功能。为了实现ZBX型航煤冰点在线分析系统的分析器微型化的目的，申请人反复攻关实验，终于研制出能满足需要的、体积小的微型分析器。

发明内容

如上所述，本发明要解决的技术问题在于提供一种结构合理、体积小巧用于ZBX型航煤冰点在线分析系统的微型分析器。

本发明解决上述技术问题采取的技术方案是：一种用于ZBX型航煤冰点在线分析系统的微型分析器，包括分析杯体，其特征在于：分析杯体大致中间位置设有通孔，通孔的两端分别与进油口、出油口相连接；通孔中段、孔壁约一半的圆弧面上设有内腔表面黑色层，在孔壁的另一半圆弧面上装置有镜面反射片；分析杯体上与镜面反射片对应的位置设有与通孔垂直贯通的横孔，横孔内装有光纤传感器，光纤传感器的进光丝和出光丝分别与镜面反射片的两端连接，进光丝另一端与红外入射光相接，出光丝另一端与红外接收光相接；分析杯体上还设有沉孔，沉孔内安装测温电阻。

测温电阻是测温铂电阻。

作为本发明的完善，为了使通孔的两端与进油口、出油口连接稳固，通孔的两端分别固装有进油接头与出油接头；同理，横孔外端固装有光纤接头；沉孔外端固装有电阻接头。

本发明的分析杯体是20×20×8mm的铝块制成，为完成在线分析的需要，在这样小的分析杯铝块上，安装有进油接头、出油接头、光纤传感器接头及光纤传感器、测温铂电阻及接头；分析杯铝块体积十分有限。在分析杯铝块的φ3检测腔中，一侧内壁表面进行了发黑氧化处理，形成暗室来吸收杂散光的干扰，保证光电检测精度；在另一侧杯壁上镶有一块微型的镜面反射片作为光检测反射镜，来完成油样是否产生结晶颗粒的光电检测需要。油样检测容腔很小，仅装有0.1ml油样，即实现了对油样的在线检测，而国外同类产品腔体容积为几百毫升，因而本发明结构合理、体积小巧。由于采用光纤传感器对冰点结晶点进行检测，分析重复精度达到0.7℃左右。该微型分析器已经过试验室试验及生产现场长时间检验，具有性能可靠、运行稳定、测量精确等优点；它可与各炼油厂的先进控制系统配套，从而提升我国炼油自动化控制的水平。

本发明在航煤生产过程中在线分析的工作原理：

油样进入分析杯体后，被热电致冷器降温，当油温高于冰点温度时，油样为透明液体，其上半部光纤丝发出的入射光照射到镜面杯壁后，全反射回来，由光纤下半部分的光纤丝接收，经放大器放大后为最大光强值并作为光强曲线的基线，当油样降温到冰点时，油样中出现蜡结晶颗粒，油样不透明了，入射光照射在镜面杯壁上形成的反射光大大降低，光强曲线出现向下的尖峰，并由设定的光强曲线下降的门限值来判定对应的结晶点温度及冰点温度，从而完成油样结晶点及冰点的测定。

本发明的工作过程：油样进入分析杯体，首先“加热”置换前一周期的油样，然后冲洗分析腔体并充满新油样，定时进油程序完成后，分析系统进入致冷降温阶段，这时油样被热电致冷器降温，当油样出现结晶后又消失时，由光纤传感器检测出光强的峰值变化，并由铂电阻记录下对应的冰点值，系统停止致冷，开始延时升温，又进入下一周期的自动分析。由整个ZBX型航煤冰点在线分析系统完成自动进油排油、自动降温、自动测定出现结晶时的结晶点温度和结晶消失时的冰点温度等一系列自动控制自动检测措施，实现快速、准确、连续测定的要求。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，

图2是本发明的光纤传感器的截面图。

图中：1-镜面反射片，2-测温电阻，3-电阻接头，4-出油口，5-出油接头，6-内腔表面黑色层，7-光纤接头，8-红外入射光，9-红外接受光，10-光纤传感器，1001-进光丝，1002-出光丝，11-分析杯体，1101-左杯体，1102-右杯体，12-进油接头，13-进油口，14-通孔，15-横孔，16-沉孔。

具体实施方式

如图1所示：一种用于ZBX型航煤冰点在线分析系统的微型分析器，包括分析杯体11，分析杯体11是铝块制品；分析杯体11大致中间位置设有供被测油样通过的通孔14，通孔14的两端分别与进油口13、出油口4相连接；通孔14中段、孔壁约一半的圆弧面上设有内腔表面黑色层6，在孔壁的另一半圆弧面上装置有镜面反射片1；分析杯体11上与镜面反射片1对应的位置设有与通孔14垂直贯通的横孔15，横孔15内装有光纤传感器10，光纤传感器10的进光丝1001和出光丝1002分别与镜面反射片1的两端连接，进光丝1001另一端与红外入射光8相接，出光丝1002另一端与红外接收光9相接；分析杯体11上还设有沉孔16，沉孔16内安装铂测温电阻2。分析杯体11外形体积是20×20×8mm。

为便于对分析杯体11腔体内表面、即通孔14内壁表面的氧化发黑处理及镶装镜面反射片1，分析杯体11由左杯体1101、右杯体1102两块铝块镶嵌插入组合成一体。

作为本发明的完善，为了使通孔14的两端与进油口13、出油口4连接稳固，通孔14的两端分别固装有进油接头12与出油接头5；同理，横孔15外端固装有光纤接头7；沉孔16外端固装有电阻接头4。

作为本发明的进一步完善，尽力保证微型分析杯体结构紧凑与完整，保证温度测量的敏感度和精确度；参见图2：光纤传感器10安装一根多芯大孔径光纤，在φ2mm的光纤内有几百根细光纤丝，其上半部分作为发射光纤丝即进光丝1001，下半部分为接收光纤丝即出光丝1002。

为了实现最佳致冷效果，作为本发明的更进一步完善，确保分析杯体11与致冷器的两个接触面接触吻合达到最佳效果，将分析杯体11与致冷器相贴合的两个接触面精铣成高平整度的平面。

Claims (7)

1、一种用于ZBX型航煤冰点在线分析系统的微型分析器，包括分析杯体(11)，其特征在于：所述分析杯体(11)大致中间位置设有通孔(14)，所述通孔(14)的两端分别与进油口(13)、出油口(4)相连接；所述通孔(14)中段、孔壁约一半的圆弧面上设有内腔表面黑色层(6)，在所述孔壁的另一半圆弧面上装置有镜面反射片(1)；所述分析杯体(11)上与所述镜面反射片(1)对应的位置设有与所述通孔(14)垂直贯通的横孔(15)，所述横孔(15)内装有光纤传感器(10)，所述光纤传感器(10)的进光(1001)和出光(1002)分别与所述镜面反射片(1)的两端连接，所述进光丝(1001)另一端与红外入射光(8)相接，所述出光(1002)另一端与红外接收光(9)相接；所述分析杯体(11)上还设有沉孔(16)，所述沉孔(16)内安装测温电阻(2)。

2、如权利要求1所述的一种用于ZBX型航煤冰点在线分析系统的微型分析器，其特征在于：所述测温电阻是(2)铂测温电阻。

3、如权利要求1所述的一种用于ZBX型航煤冰点在线分析系统的微型分析器，其特征在于：所述分析杯体(11)是铝分析杯体(11)；所述铝分析杯体(11)由左杯体(1101)、右杯体(1102)两铝块镶嵌插入组合成一体。

4、如权利要求1所述的一种用于ZBX型航煤冰点在线分析系统的微型分析器，其特征在于：所述光纤传感器(10)安装一根多芯大孔径光纤，其上半部分为所述进光丝(1001)，下半部分为所述出光(1002)。

5、如权利要求1至4任意一项所述的一种用于ZBX型航煤冰点在线分析系统的微型分析器，其特征在于：所述通孔(14)的两端分别固装有进油接头(12)与出油接头(5)；所述横孔(15)外端固装有光纤接头(7)；所述沉孔(16)外端固装有电阻接头(3)。

6、如权利要求5所述的一种用于ZBX型航煤冰点在线分析系统的微型分析器，其特征在于：所述分析杯体(11)外形体积是20×20×8mm。

7、如权利要求6所述的一种用于ZBX型航煤冰点在线分析系统的微型分析器，其特征在于：所述分析杯体(11)与致冷器相贴合的两个接触面是经精铣加工的高平整度的平面。

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