CN105158164A - 无源激光探测储油罐油气浓度的方法 - Google Patents

Abstract

无源激光探测储油罐油气浓度的方法涉及信息技术中的激光气体探测技术。本发明的具体步骤包括：测定原油在0℃至70℃时，油气平衡状态下的气相组成情况；计算出各种温度下，二次密封舱油气爆炸极限值；给出爆炸极限值时油气中丙烷及丁烷所占百分比；使用无源激光探头测量二次密封舱内的丙烷及丁烷浓度。通过本发明，选择不同地域的石油样品进行温度梯度场环境下，油气组分挥发实验，描绘出各种原油在外浮顶储油罐二次密封舱油气泄漏爆炸极限值及油气中丙烷及丁烷所占百分比，为储油罐无源分布式激光探测主动安全防护系统，提供理论及数据支撑，从而实现了对石油储罐二次密封仓内的油气挥发过程的精确实时无源激光监测。

Description

无源激光探测储油罐油气浓度的方法

技术领域

本发明涉及信息技术领域，尤其是光电子中激光气体探测技术中的无源激光探测储油罐油气浓度的方法。

背景技术

目前，石油化工作为工作区的重大隐患，工作区域需要对可燃气体采用一种可靠、稳定的方法对其浓度进行实时检测，监测其不超过临界值，以保证日常安全生产。储油罐是一种大型容器，是炼油厂、油田、油库以及石油管道行业中的重要设备，专门用于接收、储存和发放易燃、易爆的油品介质。正是由于它储存的油品具有易燃、易爆、易产生静电的特殊性质，使其成为石油储运行业中安全管理工作的重要对象。在油罐日常的使用和管理中，任何一个人的不安全行为和物的不安全状态，都可能造成事故的发生，导致巨大的经济损失和人身伤害事故。储油罐的安全管理是油库管理的其他各项工作的前提，是安全生产的生命线，也是改善经营环境、提高企业经济效益的基础。因此，加强储油罐的安全管理，及时发现和消除储油罐的不安全因素，杜绝各类事故的发生，对石油储运企业具有重要意义。

公知石油化工使用的常用二次密封舱管道抽气、管道传输、安全区域化验，抽气方式感知，感知滞后性，抽气形成负压，空气进入密封舱，给石油安全生产带来极大危害。倘若因此发生燃烧或爆炸，那将是极其重大的安全事故，对社会安定以及人类进步也会造成巨大的影响。如何避免在可燃气体检测时无源，即不带电，、实时状态，能够安全、高效直接判断大型应用场所中可燃气体的泄漏范围，已经成为亟需解决的问题。

目前中国石油在储油罐的二次密封舱使用定时抽风装置，将混合油气抽出到安全区域用带电的传感器进行检测，如果出现浓度过大，再启动注入氮气的装置来降低储油罐风险。此方法面临几个现实问题，第一抽取的时间频率过频繁耗能大，抽取的时间频率过稀疏无法及时发现险情，即使不断抽取储油罐气体用来检测由于安全区域距离油罐事发地距离很远也不能保证及时发现问题；第二抽取气体的方位固定，无法对储油罐全区域进行检测尤其是储油罐的中心区域。

本发明针对现有技术的不足，提出用无源激光气体探测技术对储油罐二次密封舱油气进行检测，本发明的技术难点在于以下两点：第一，油气类气体是混合气体组成成分复杂，不同品质的原油的油气其组成成分有所差别；第二，同品质原油的油气气体在不同温度下其混合成分不同。通过本发明所描述的方法和步骤可以有效监测储油罐二次密封舱的油气浓度，监测的先决条件即根据本发明所述方法测定原油在0℃至70℃时，油气平衡状态下的气相组成情况，温度梯度5℃；根据结论与数据，结合外浮顶原油储罐的结构和理查特里Lechatlier定律，给出各种温度梯度场下，二次密封舱油气爆炸极限值VOL%；根据结论与数据，给出各种温度梯度场下，油气中丙烷及丁烷所占百分比；根据结论与数据，结合无源激光探头测量的二次密封舱内的丙烷及丁烷浓度VOL%及温度，给出二次密封舱内油气浓度VOL%；根据结论与数据，给出二次密封舱内油气浓度LEL%。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明的目的是，提供一种无源激光探测储油罐油气浓度的方法，选择不同地域，现场采集俄罗斯原油、大庆原油、渤海原油、阿曼原油油样，进行温度梯度场环境下，油气组分挥发实验，通过实验，描绘出各种原油，在不同储存温度梯度场下，与油气组分挥发浓度的函数关系，进而，给出不同温度环境下，外浮顶储油罐二次密封舱油气泄漏爆炸极限值及油气中丙烷及丁烷所占百分比，为储油罐无源分布式激光探测主动安全防护系统，提供理论及数据支撑，从而实现了对石油储罐二次密封仓内的油气挥发过程的精确实时无源激光监测。

（二）技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种无源激光探测储油罐油气浓度的方法，本发明的主要步骤为：

1）测定原油在0℃至70℃时，油气平衡状态下的气相组成情况，温度梯度5℃；

2）根据步骤1）结论与数据，结合外浮顶原油储罐的结构和理查特里Lechatlier定律，给出各种温度梯度场下，二次密封舱油气爆炸极限值VOL%；

3）根据步骤2）结论与数据，给出各种温度梯度场下，油气中丙烷及丁烷所占百分比；

4）根据步骤3）结论与数据，结合无源激光探头测量的二次密封舱内的丙烷及丁烷浓度VOL%及温度，给出二次密封舱内油气浓度VOL%；

5）根本步骤1）至4）据结论与数据，给出二次密封舱内油气浓度LEL%；

具体的实现方法包括：

1）测定俄罗斯原油、大庆原油、渤海原油、阿曼原油在0℃至70℃时，油气平衡状态下的气相组成情况，温度梯度5℃，包括：将可伸缩气体存储缓冲装置抽真空，真空状态下，该装置内体积为零，即为完全扁平状态；将恒温空气浴温度设定在实验温度，装置放入恒温空气浴中进行恒温预热；装置预热充分后，向储油装置中加入指定量的油样；待油温达到要求温度后，恒温三小时，使储油装置达到气液相平衡状态，由采集阀门处采取气样。该过程中，会有气体挥发，多出的气体会进入气体缓冲装置；利用具有刻度的注射器从气体采集口往外抽气，抽至气体缓冲结构重新完全扁平，因为整个装置为全密封结构，则此时抽出的气量即为原油挥发产生的气量；调整实验条件，更换油样或改变温度，重复以上步骤；

2）根据具体的实现方法步骤1）的结论与数据，结合外浮顶原油储罐的结构和理查特里Lechatlier定律，给出各种温度梯度场下，二次密封舱油气爆炸极限值VOL%，包括：利用气相色谱检测装置进行气样分析，获得气体组成以及各组分含量的相关数据；根据理查特里Lechatlier定律，计算出各种温度梯度场下，二次密封舱油气爆炸极限值VOL%；

3）根据具体的实现方法步骤2）的结论与数据，给出各种温度梯度场下，油气中丙烷及丁烷所占百分比，包括：利用气相色谱仪获得的相关数据，计算出各种温度梯度场下，不同油品油气中丙烷及丁烷所占百分比；

4）根据具体的实现方法步骤3）结论与数据，结合无源激光探头测量的二次密封舱内的丙烷及丁烷浓度VOL%及温度，给出二次密封舱内油气浓度VOL%，包括：利用无源激光探头测量的二次密封舱内的丙烷及丁烷浓度VOL%及温度，结合不同油品油气中丙烷及丁烷所占百分比，计算出二次密封舱内油气浓度VOL%。

5）根据具体的实现方法步骤1）至4）结论与数据，给出二次密封舱内油气浓度LEL%，包括：根据二次密封舱内温度、油气浓度VOL%及各种温度梯度场下，二次密封舱油气爆炸极限值VOL%，计算出二次密封舱内油气浓度LEL%，从而达到只要激光气体探测技术探测到丙烷及丁烷浓度VOL%，结合温度采集数据，即可得到二次密封舱油气爆炸极限值VOL%，计算出二次密封舱内油气浓度LEL%，从而可以有效的通过激光气体探测技术给出油气浓度达到爆炸极限值的告警信息。

（三）有益效果

区别于背景技术，本发明提供一种无源激光探测储油罐油气浓度的方法，能够对各种原油，在不同储存温度梯度场下，进行精确探测，同时，根据探测的各种浓度信息计算应用激光分布式混合气体无源监测器，探测外浮顶储油罐二次密封舱油气泄漏浓度值，从而实现了对石油储罐二次密封仓内的油气泄漏挥发过程的精确实时无源激光监测，并且本发明实现简单，针对性强，只要根据激光气体探测技术探测出丙烷及丁烷浓度VOL%即可得到油气浓度达到爆炸极限值的告警信息。

附图说明

图1是本发明的流程示意图；

图2是本发明的实施例中空气浴内装置连接安装示意图；

图3是本发明的实施例中俄罗斯原油混合气体比例曲线图；

图4是本发明的实施例中大庆原油混合气体比例曲线图；

标号说明:

1.恒温空气浴;2.气体采集阀;

3.温度指示器;4.储油装置;

5.可伸缩气体储存缓冲装置。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。请参阅图1，本实施方式提供了一种无源激光探测储油罐油气浓度的方法，包括：

步骤101：测定原油在0℃至70℃时，油气平衡状态下的气相组成情况，温度梯度5℃；

请参阅图2，原油中存在轻质组分，轻质组分会在相应的温度下挥发成为气相。在封闭体系中，不断有液相挥发为气相的同时，气相中一些组分又重新液化回到液相中，给予充分反应时间后，这个过程会达到动态平衡，即气相和液相的组成、物质的量不再发生变化。将可伸缩气体存储缓冲装置抽真空，真空状态下，该装置内体积为零，即为完全扁平状态；将恒温空气浴温度设定在实验温度，装置放入恒温空气浴中进行恒温预热；装置预热充分后，向储油装置中加入指定量的油样；待油温达到要求温度后，恒温三小时，使储油装置达到气液相平衡状态，由采集阀门处采取气样。该过程中，会有气体挥发，多出的气体会进入气体缓冲装置；利用具有刻度的注射器从气体采集口往外抽气，抽至气体缓冲结构重新完全扁平，因为整个装置为全密封结构，则此时抽出的气量即为原油挥发产生的气量；调整实验条件，更换油样或改变温度，重复以上步骤。步骤102：根据结论与数据，结合外浮顶原油储罐的结构和理查特里Lechatlier定律，给出各种温度梯度场下，二次密封舱油气爆炸极限值VOL%；

请参阅图3，根据原料质量换算，可得到单位质量原油在不同温度下因挥发而损失的轻组分的物质量，以及损失的轻组分的组成情况。利用气相色谱检测装置进行气样分析，获得气体组成以及各组分含量的相关数据；根据理查特里Lechatlier定律，计算出各种温度梯度场下，二次密封舱油气爆炸极限值VOL%。

步骤103：根据结论与数据，给出各种温度梯度场下，油气中丙烷及丁烷所占百分比；

请参阅图3，利用气相色谱仪获得的相关数据，计算出各种温度梯度场下，不同油品油气中丙烷及丁烷所占百分比。

步骤104：根据结论与数据，结合无源激光探头测量的二次密封舱内的丙烷及丁烷浓度VOL%及温度，给出二次密封舱内油气浓度VOL%；

请参阅图3，利用无源激光探头测量的二次密封舱内的丙烷及丁烷浓度VOL%及温度，结合不同油品油气中丙烷及丁烷所占百分比，计算出二次密封舱内油气浓度VOL%。

步骤105：根据结论与数据，给出二次密封舱内油气浓度LEL%；

根据二次密封舱内温度、油气浓度VOL%及各种温度梯度场下，二次密封舱油气爆炸极限值VOL%，计算出二次密封舱内油气浓度LEL%。

在本实施方式中，选择不同地域，现场采集俄罗斯原油、大庆原油、渤海原油、阿曼原油油样，进行温度梯度场环境下，油气组分挥发实验，通过实验，描绘出各种原油，在不同储存温度梯度场下，与油气组分挥发浓度的函数关系，进而，给出不同温度环境下，外浮顶储油罐二次密封舱油气泄漏爆炸极限值及油气中丙烷及丁烷所占百分比，为储油罐无源分布式激光探测主动安全防护系统，提供理论及数据支撑，从而实现了对石油储罐二次密封仓内的油气挥发过程的精确实时无源激光监测。完全符合油田作业区应用中检测的需求，能够解决背景技术中提到的问题。本领技术人员应该理解的是，其他类似的大型场所的天然气检测均可应用本发明的技术方案，还可以广泛的应用在厂矿企业、大型油田油库等需要重点加强监控、防范等所有室内外环境。当然对于其他需要监测的气体如CO，SO2等，也可根据本发明的思想进行变换，属于本发明的保护范围。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.无源激光探测储油罐油气浓度的方法，其特征在于，实现步骤包括：

1）测定原油在0℃至70℃时，油气平衡状态下的气相组成情况，温度梯度5℃；

2）根据步骤1）结论与数据，结合外浮顶原油储罐的结构和理查特里Lechatlier定律，给出各种温度梯度场下，二次密封舱油气爆炸极限值VOL%；

3）根据步骤2）结论与数据，给出各种温度梯度场下，油气中丙烷及丁烷所占百分比；

4）根据步骤3）结论与数据，结合无源激光探头测量的二次密封舱内的丙烷及丁烷浓度VOL%及温度，给出二次密封舱内油气浓度VOL%；

5）根本步骤1）至4）据结论与数据，给出二次密封舱内油气浓度LEL%。

2.根据权利要求1所述的无源激光探测储油罐油气浓度的方法，其特征在于测定俄罗斯原油、大庆原油、渤海原油、阿曼原油在0℃至70℃时，油气平衡状态下的气相组成情况，温度梯度5℃，包括：将可伸缩气体存储缓冲装置抽真空，真空状态下，该装置内体积为零，即为完全扁平状态；将恒温空气浴温度设定在实验温度，装置放入恒温空气浴中进行恒温预热；装置预热充分后，向储油装置中加入指定量的油样；待油温达到要求温度后，恒温三小时，使储油装置达到气液相平衡状态，由采集阀门处采取气样；该过程中，会有气体挥发，多出的气体会进入气体缓冲装置；利用具有刻度的注射器从气体采集口往外抽气，抽至气体缓冲结构重新完全扁平，因为整个装置为全密封结构，则此时抽出的气量即为原油挥发产生的气量；调整实验条件，更换油样或改变温度，重复以上步骤。

3.根据权利要求1所述的无源激光探测储油罐油气浓度的方法，其特征在于结合外浮顶原油储罐的结构和理查特里Lechatlier定律，给出各种温度梯度场下，二次密封舱油气爆炸极限值VOL%，包括：利用气相色谱检测装置进行气样分析，获得气体组成以及各组分含量的相关数据；根据理查特里Lechatlier定律，计算出各种温度梯度场下，二次密封舱油气爆炸极限值VOL%。

4.根据权利要求1所述的无源激光探测储油罐油气浓度的方法，其特征在于给出各种温度梯度场下，油气中丙烷及丁烷所占百分比，包括：利用气相色谱仪获得的相关数据，计算出各种温度梯度场下，不同油品油气中丙烷及丁烷所占百分比。

5.根据权利要求1所述的无源激光探测储油罐油气浓度的方法，其特征在于结合无源激光探头测量的二次密封舱内的丙烷及丁烷浓度VOL%及温度，给出二次密封舱内油气浓度VOL%，包括：利用无源激光探头测量的二次密封舱内的丙烷及丁烷浓度VOL%及温度，结合不同油品油气中丙烷及丁烷所占百分比，计算出二次密封舱内油气浓度VOL%。

6.根据权利要求1所述的无源激光探测储油罐油气浓度的方法，其特征在于给出二次密封舱内油气浓度LEL%，包括：根据二次密封舱内温度、油气浓度VOL%及各种温度梯度场下，二次密封舱油气爆炸极限值VOL%，计算出二次密封舱内油气浓度LEL%，从而达到只要激光气体探测技术探测到丙烷及丁烷浓度VOL%，结合温度采集数据，即可得到二次密封舱油气爆炸极限值VOL%，计算出二次密封舱内油气浓度LEL%，从而可以有效的通过激光气体探测技术给出油气浓度达到爆炸极限值的告警信息。