CN104535519A - 油田污水中聚丙烯酰胺浓度的在线检测装置 - Google Patents
油田污水中聚丙烯酰胺浓度的在线检测装置 Download PDFInfo
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Abstract
一种油田污水含聚丙烯酰胺浓度的在线检测装置，包括取样部分，测量部分和数控部分，其中，取样部分包括：输送管道，取液装置，四个阀门，两个管段，放空阀，测量部分：三个搅拌设备，三个检测段，三个石英窗口，渐扩管；数控部分：三个光源，三个单色仪，三个数据采集器，PLC可编程逻辑控制器，在含聚丙烯酰胺油田污水输送管道上安装专用取液装置使含聚丙烯酰胺油田污水进入检测段进行光学检测，获取多波长、多吸收光距的三组测量吸光度数据，经光电传感器将吸光度数据传入数据采集器，最后由PLC可编程逻辑控制器接收,并自动比对数据库中储存不同浓度含聚丙烯酰胺油田污水的吸光度值，通过反演计算获得油田污水中含聚丙烯酰胺的浓度。
Description
技术领域:
本发明涉及环保检测技术领域，具体涉及一种油田污水中聚丙烯酰胺浓度的在线检测装置。
背景技术：
我国的大型油田都已进入开发末期，产量都有不同程度的递减，三次采油技术可以控制含水、稳定目前原油产量、最大程度的提高最终采收率，对整个石油工业有着举足轻重的作用。聚合物的投加、油田污水中聚丙烯酰胺的处理、回收与利用在整个三次采油过程中十分重要。
目前的检测方法有取样测量方法，其中包括化学方法：淀粉—碘化镉检测聚丙烯酰胺类聚合物浓度测量条件的优化（舒炼，柳建新，吕鑫，郭拥军[J].应用化工.2010，11：1766-1769）和浊度方法：聚丙烯酰胺质量浓度的测定—浊度法（关淑霞，范洪富，吴松，宋春红[J].东北石油大学学报.2007,02:106-109）。目前测量聚丙烯酰胺浓度的方法大多为取样测量，不能够实时监测油田出水含聚合物浓度，并且化学法测量中使用的化学药品会对环境造成污染也对人体的伤害很大。
本发明采用的是光谱监测的方法，提供了一种在线测量油田污水聚合物浓度的方法。光谱法不会对环境造成二次污染，测量结果准确可靠，并被广泛运用在浓度测量上。很多实验室开始采用光学方法测量聚合物浓度，此方法将逐渐被应用在实际的油田污水聚合物浓度测量中。利用紫外吸光度法测量待测液体中目标物质的浓度。其原理为：由于分子结构不同,不同分子对不同波长光谱的吸收也存在差异。即每一种物质对于紫外光的吸收是有选择性的,都具有各自的特征吸收光谱，而在特定波长下不同浓度的目标物质的吸光度也存在差别。本发明采用的紫外吸光度法就是利用物质的这种吸光特性来测定物质浓度的。现如今光学方法已经逐步开始应用到不同物质的浓度测量上面。
紫外吸收光谱技术是以朗伯比尔定律为基础。当一束单色平行光穿过非色散均匀介质时,介质浓度为C,沿光束传播方向上长度为L,则穿过介质前的光强I0和穿过介质后的光强I的关系为:
式中：I(λ)--透射光强；
I0 (λ)--发射光强；
T—透射比，或称透光度；
C--被测液体浓度；
L--光通过吸收介质的距离；
A(λ)--吸收度,与介质浓度和光程成正比；
σ(λ)--吸收截面,随波长、压力、温度的不同而变化而与I0(λ)、C、L等无关。
此种方法忽略了容器腔体的存在，然而容器腔体的透射率和不同界面的折射率是测量中不容忽略的重要部分。
发明内容：
本发明的目的是完善现有的聚合物测量方法，现有测量聚合物浓度的方法多数是化学法测量并且需要取样，进而提供一种油田污水含聚合物浓度的在线检测方法和装置。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：一种油田污水中聚丙烯酰胺浓度的在线检测装置，包括取样部分，测量部分和数控部分，其中，取样部分包括：输送管道，取液装置，第一阀门，第二阀门，第三阀门，第四阀门，第一管段，第二管段，放空阀，测量部分：第一搅拌设备，第二搅拌设备，第三搅拌设备，第一检测段，第二检测段，第三检测段，第一石英窗口，第二石英窗口，第三石英窗口，渐扩管；数控部分：第一光源，第二光源，第三光源，第一单色仪，第二单色仪，第三单色仪，第一数据采集器，第二数据采集器，第三数据采集器，PLC可编程逻辑控制器，输送管道内部设有取样装置，取样装置连接第一管段，且第一管段上设有第一阀门，第三阀门和放空阀，第一管段通过渐扩管连接第二管段，第二管段上设有第二阀门和第四阀门，第一管段上设置有第一检测段和第二检测段，第二管段上设有第三检测段，第一检测段的前方设有第一搅拌设备，第一搅拌设备位于第一管段上，第一检测段和第二检测段之间设有第二搅拌设备，第二检测段和第三检测段之间设有第三搅拌设备，第一检测段上设有第一石英窗口、第一光源、第一单色仪和第一数据采集器，第二检测段上设有第二石英窗口第二光源、第二单色仪和第二数据采集器，第三检测段上设有第三石英窗口、第三光源、第三单色仪和第三数据采集器，第一数据采集器、第二数据采集器和第三数据采集器均连接PLC可编程逻辑控制器。
第一检测管段、第二检测管段、第三检测管段外设置密封箱。
垂直射入第一检测段的激光束波长为195nm，射入第二检测段、第三检测段的激光束波长为200nm。
渐扩管材料为Q235-A，工作压力为1.6MPa，小口公称直径为400mm，大口公称直径为450mm。
放空阀型号为J59H-40。
第一光源，第二光源，第三光源均采用型号为HIPD30的氘灯。
第一单色仪、第二单色仪和第三单色仪选用型号为HIMS102A的单色仪或选用型号为HOG1200-250的光栅。
第一数据采集器、第二数据采集器和第三数据采集器采用型号为HIDA1的数据采集器。
第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门均为电动调节阀。
第一搅拌设备、第二搅拌设备和第三搅拌设备均依靠自身螺旋结构和管内液体压力实现检测段内油田污水的水力搅拌过程。
本发明的有意效果：结构设计合理，构思巧妙新颖，结构灵活，布局合理，结果准确性高，计算机数学控制实现自动化减少人力资源浪费，在线检测实时反馈测量数据，光学检测方法不会造成二次污染。
附图说明：
图1是污水含聚合物浓度的在线检测装置的结构示意图。
具体实施方式：
参照图1，该油田污水中聚丙烯酰胺浓度的在线检测装置，包括取样部分，测量部分和数控部分，其中，取样部分包括：输送管道1，取液装置2，第一阀门3，第二阀门4，第三阀门5，第四阀门6，第一管段26，第二管段27，放空阀28，测量部分：第一搅拌设备7，第二搅拌设备8，第三搅拌设备9，第一检测段10，第二检测段11，第三检测段12，第一石英窗口19，第二石英窗口20，第三石英窗口21，渐扩管29；数控部分：第一光源13，第二光源14，第三光源15，第一单色仪16，第二单色仪17，第三单色仪18，第一数据采集器22，第二数据采集器23，第三数据采集器24，PLC可编程逻辑控制器25，输送管道1内部设有取样装置，取样装置连接第一管段26，且第一管段26上设有第一阀门3，第三阀门5和放空阀28，第一管段26通过渐扩管29连接第二管段27，第二管段27上设有第二阀门4和第四阀门6，第一管段26上设置有第一检测段10和第二检测段11，第二管段27上设有第三检测段12，第一检测段10的前方设有第一搅拌设备7，第一搅拌设备7位于第一管段26上，第一检测段10和第二检测段11之间设有第二搅拌设备8，第二检测段11和第三检测段12之间设有第三搅拌设备9，第一检测段10上设有第一石英窗口19、第一光源13、第一单色仪16和第一数据采集器22，第二检测段11上设有第二石英窗口20第二光源14、第二单色仪17和第二数据采集器23，第三检测段12上设有第三石英窗口21、第三光源15、第三单色仪18和第三数据采集器24，第一数据采集器22、第二数据采集器23和第三数据采集器24均连接PLC可编程逻辑控制器25。
第一检测管段、第二检测管段、第三检测管段外设置密封箱，避免外界光线影响检测结果。
垂直射入第一检测段10的激光束波长为195nm，射入第二检测段11、第三检测段12的激光束波长为200nm。
渐扩管29材料为Q235-A，工作压力为1.6MPa，小口公称直径为400mm，大口公称直径为450mm。
放空阀28型号为J59H-40。
第一光源13，第二光源14，第三光源15均采用型号为HIPD30的氘灯。
第一单色仪16、第二单色仪17和第三单色仪18选用型号为HIMS102A的单色仪或选用型号为HOG1200-250的光栅。
第一数据采集器22、第二数据采集器23和第三数据采集器24采用型号为HIDA1的数据采集器。
第一阀门3、第二阀门4、第三阀门5和第四阀门6均为电动调节阀。
第一搅拌设备7、第二搅拌设备8和第三搅拌设备9均依靠自身螺旋结构和管内液体压力实现检测段内油田污水的水力搅拌过程。
第一石英窗口19、第二石英窗口20和第三石英窗口21均采用石英玻璃窗口，石英玻璃具有极低的热膨胀系数，高的耐温性，极好的化学稳定性，优良的电绝缘性，低而稳定的超声延迟性能，最佳的透紫外光谱性能以及透可见光及近红外光谱性能，并且高于普通玻璃的机械性能。
检测过程每2小时进行一次，其过程为：
（1）保持阀门5、阀门6关闭，开启阀门3、阀门4。含聚丙烯酰胺油田污水输送管道11中的含聚丙烯酰胺油田污水，经专用取液装置22采集含聚丙烯酰胺油田污水样本，由阀门3依次流经搅拌设备7，搅拌设备8，搅拌设备9，进入检测段10、检测段11、检测段12，最后经过阀门4后流至含聚丙烯酰胺油田污水输送管道11。待含聚丙烯酰胺油田污水充满检测装置内的管段，且待测含聚丙烯酰胺油田污水流入检测装置2分钟后将阀门3和阀门4关闭，开始测量过程。
（2）由光源13、光源14、光源15发光，光线射入单色仪产生所需不同波长的紫外光，并且将不同波长的紫外光射入石英窗口19，石英窗口20，石英窗口21，然后透射的紫外光分别被数据采集器22，数据采集器23，数据采集器24接收，然后数据采集器将数据输入到PLC可编程逻辑控制器2517，最后由PLC可编程逻辑控制器2517实现数据的处理及油田污水含聚丙烯酰胺浓度的计算。
（3）完成测量后检测装置实现自动清洗，其过程为：阀门5、阀门6开启，反冲洗水由阀门5流入，并从阀门6流出。持续冲洗5分钟后，关闭阀门5，打开放空阀2828，放空检测管段内剩余的冲洗水，最后关闭阀门6和放空阀2828。
本发明采用多组测量数据综合得出结论，使结果更加精准。依据测量过程中195nm紫外光波长下400mm距离、200nm紫外光波长下400mm距离、200nm紫外光波长下的450mm距离的三组多波长、多吸收光距的不同测量结果，利用PLC可编程逻辑控制器25反演污水中含聚丙烯酰胺的浓度，最后取三组测量浓度的平均值作为最终测量浓度。
本发明中公式的获取过程如下：由于朗伯比尔定律中忽略了容器腔体的存在，考虑光在石英窗口-待测液-石英窗口装置中的一次反射，紫外光线只有在待测液层中是满足朗伯比尔定律的，
即：
τ2—待测液透射率；
对于石英窗口-待测液-石英窗口装置来说
(λ)—待测液的实际吸光度值；
(λ)—待测液的测量吸光度值；
ρ1 —空气和石英界面(气固界面)的反射率；
ρ2—待测液和石英界面(气液界面)的反射率；
τ1—石英玻璃透射率。
根据测量的吸光度值和已知不同浓度物质在不同波长下的吸光光谱，计算系统可直接得到准确的待测液吸光度值，从而得到待测液浓度值。
应用于使用三次采油技术的油田工业园区含聚丙烯酰胺污水的检测，实现了油田污水含聚丙烯酰胺浓度的在线获取。在含聚丙烯酰胺油田污水输送管道上安装专用取液装置使含聚丙烯酰胺油田污水进入检测段进行光学检测，获取多波长、多吸收光距的三组测量吸光度数据，经光电传感器将吸光度数据传入数据采集器，最后由PLC可编程逻辑控制器接收,并自动比对数据库中储存不同浓度含聚丙烯酰胺油田污水的吸光度值，通过反演计算获得油田污水中含聚丙烯酰胺的浓度。本发明具有测试原理简单，装置结构灵活，测量过程受干扰小，节约人力资源不造成二次污染等优点。
Claims (10)
1.一种油田污水中聚丙烯酰胺浓度的在线检测装置，其特征在于：包括取样部分，测量部分和数控部分，其中，取样部分包括：输送管道，取液装置，第一阀门，第二阀门，第三阀门，第四阀门，第一管段，第二管段，放空阀，测量部分：第一搅拌设备，第二搅拌设备，第三搅拌设备，第一检测段，第二检测段，第三检测段，第一石英窗口，第二石英窗口，第三石英窗口，渐扩管；数控部分：第一光源，第二光源，第三光源，第一单色仪，第二单色仪，第三单色仪，第一数据采集器，第二数据采集器，第三数据采集器，PLC可编程逻辑控制器，输送管道内部设有取样装置，取样装置连接第一管段，且第一管段上设有第一阀门，第三阀门和放空阀，第一管段通过渐扩管连接第二管段，第二管段上设有第二阀门和第四阀门，第一管段上设置有第一检测段和第二检测段，第二管段上设有第三检测段，第一检测段的前方设有第一搅拌设备，第一搅拌设备位于第一管段上，第一检测段和第二检测段之间设有第二搅拌设备，第二检测段和第三检测段之间设有第三搅拌设备，第一检测段上设有第一石英窗口、第一光源、第一单色仪和第一数据采集器，第二检测段上设有第二石英窗口第二光源、第二单色仪和第二数据采集器，第三检测段上设有第三石英窗口、第三光源、第三单色仪和第三数据采集器，第一数据采集器、第二数据采集器和第三数据采集器均连接PLC可编程逻辑控制器。
2.根据权利要求所述的一种油田污水中聚丙烯酰胺浓度的在线检测装置，其特征在于：第一检测管段、第二检测管段、第三检测管段外设置密封箱。
3. 根据权利要求所述的一种油田污水中聚丙烯酰胺浓度的在线检测装置，其特征在于：垂直射入第一检测段的激光束波长为195nm，射入第二检测段、第三检测段的激光束波长为200nm。
4. 根据权利要求所述的一种油田污水中聚丙烯酰胺浓度的在线检测装置，其特征在于：渐扩管材料为Q235-A，工作压力为1.6MPa，小口公称直径为400mm，大口公称直径为450mm。
5. 根据权利要求所述的一种油田污水中聚丙烯酰胺浓度的在线检测装置，其特征在于：放空阀型号为J59H-40。
6. 根据权利要求所述的一种油田污水中聚丙烯酰胺浓度的在线检测装置，其特征在于：第一光源，第二光源，第三光源均采用型号为HIPD30的氘灯。
7. 根据权利要求所述的一种油田污水中聚丙烯酰胺浓度的在线检测装置，其特征在于：第一单色仪、第二单色仪和第三单色仪选用型号为HIMS102A的单色仪或选用型号为HOG1200-250的光栅。
8. 根据权利要求所述的一种油田污水中聚丙烯酰胺浓度的在线检测装置，其特征在于：第一数据采集器、第二数据采集器和第三数据采集器采用型号为HIDA1的数据采集器。
9. 根据权利要求所述的一种油田污水中聚丙烯酰胺浓度的在线检测装置，其特征在于：第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门均为电动调节阀。
10. 根据权利要求所述的一种油田污水中聚丙烯酰胺浓度的在线检测装置，其特征在于：第一搅拌设备、第二搅拌设备和第三搅拌设备均依靠自身螺旋结构和管内液体压力实现检测段内油田污水的水力搅拌过程。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Application publication date: 20150422 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |