CN108760773B - 在线碳氢化合物含水率及纯油密度分析撬座系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于油品含水率检测技术领域，涉及在线碳氢化合物含水率及纯油密度分析撬座系统。本发明提供的在线碳氢化合物含水率及纯油密度分析撬座系统，包括设置在被测量介质管道上的取样器、与所述取样器相连接的含水分析撬主体，以及数据采集系统；所述含水分析撬主体包括依次相连接的过滤装置、取样泵、密度测量装置和含水分析仪；所述密度测量装置和含水分析仪分别电连接所述数据采集系统。该系统实现了对碳氢化合物的含水率及品质的在线实时、高效的监控，减少了人为因素的干扰和油品组分变化对含水测量的影响，提高了测量数据的可靠性、精准性，能够得到高性能的测量值，易于实现工业化应用。
Description
技术领域
本发明属于油品含水率检测技术领域，涉及在线碳氢化合物含水率及纯油密度分析撬座系统。
背景技术
在线碳氢化合物(原油及其炼制产品)的含水率及纯油密度分析需求，广泛存在于油气开采的原油生产过程和成品原油的储运、交接、石化/炼油企业的原料油，如原油和重(渣)油及其下游炼制产品如汽柴油及其它轻组分炼制产品、重油、燃料油等的输配交接、生产的品质控制及炼油生产的过程控制中。由于产地、批次不同的原油的组分波动很大，以及炼制产品也存在纯度、密度的波动，特别是这些油品大多都是通过海运的方式从卖方运送至买方的，尤其是国际油品贸易，而在船运过程中不可避免的混入压舱水以致影响到量值交接或直接影响到油品的质量。
在过去的几十年里，对原油及其炼制产品的在线含水率监测由于油品的组分及品质波动而成为行业的一大诟病。市场上应用的很多在线含水分析产品由于这种组分的波动而无法准确的测量油品的含水率而最终以失败而告终。由于在线含水分析产品利用的传感器不同而至今为止没有一个全球统一的技术标准和规范。最终不得不采用在线取样+实验室分析的方式进行含水及油品密度的分析，但是这种方法又受到管道内油水混合是否均匀、以及取得的样本是否能真正的代表管道内部油水混合的真实情况的问题，还有自动取样器是否采用密闭取样瓶也会影响到最终分析质量；加上整套取样系统回路管线尺寸较小，极易受到原油品中的杂质、结蜡及挂壁影响而造成管路堵塞。因此，油品的在线取样+实验室分析方法在实际操作过程中还是存在很大的不确定性且非连续性操作，很可能因为人为、设备等随机因素影响到最终含水率及密度分析的结果。
因此，寻找一种可靠的、连续的、将随机误差降到最低的在线含水率及纯油密度(品质)分析设备就变得尤为重要了。
长久以来，各石化、炼化企业使用过大量进口的、国产的原油在线含水监测仪器，但是一直没有取得有效的、成功的应用，这也成为行业内的一大诟病。目前原油在线含水仪微波法居多，主要代表厂家有：美国相动(Phase－Dynamics的微波吸收法和美国Agar公司的微波法(插入式代表)以及美国艾默生旗下的Roxar公司的微波共振原理为基础的全通径(管道式)设计产品；加拿大DeltaC的电容式原理的在线油中水分析仪；还有国产的以锦州锦研为代表的射频原理的产品。除艾默生Roxar外的几家产品在国内炼油和油气生产领域有过广泛的实践，但最终都不能满足生产的需要。因而，目前原油含水分析手段采用最多的还是自动或人工取样后用蒸馏法进行实验室分析。但是取样+实验室分析还是很难做到实时、准确的进行油中含水量的分析，误差较大，这是因为取样时很难保证取到之样本就是管道内实际含水分布的样本，因为混合很重要，无论高低含水情形都一样。并且，带回到实验室进行含水率分析，化验时间长，劳动强度、人力物力消耗多，不安全环保。而由于原油产地，组分，品质不同，也造成了在线含水分析仪很难满足现有频繁切换的需求。
现在市面上在线含水分析仪器无论进口还是国产产品，都不具备油品自动组分修正功能。当油品组分变化时，也就是密度发生变化时，都需要用人工的方法进行取样经实验室分析得出的含水率与仪表检测含水率进行人工调零，以消除组分变化对含水测量的影响。以上也是在假定油水混合条件是很理想的情况下进行的。但是实际上，油水混合很难保证均匀。如此而言，如果炼油企业的油品非常多样性，例如就同一根原油管道，通过对镇海炼化参与管道调和的原油管线进行测试，得出的结论是几乎每隔1－2天就要更换油种。这样的话，就意味着在换油品时就要重新取样分析和调零，才能保证油品组分影响的消除，这里还没考虑就同一个10万立方的原油罐灌顶和底部组分变化对测量的影响。但实际这种油品组分的变化很难跟踪，这种频繁调整仪表参数的做法是炼油企业不能接受的。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种在线碳氢化合物含水率及纯油密度分析撬座系统，该系统实现了对碳氢化合物的含水率及品质的在线实时、高效的监控，减少了人为因素的干扰和油品组分变化对含水测量的影响，提高了测量数据的可靠性、精准性，能够得到高性能的测量值，易于实现工业化应用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
根据本发明的一个方面，本发明提供一种在线碳氢化合物含水率及纯油密度分析撬座系统，包括设置在被测量介质管道上的取样器、与所述取样器相连接的含水分析撬主体，以及数据采集系统；
所述含水分析撬主体包括依次相连接的过滤装置、取样泵、密度测量装置和含水分析仪；
所述密度测量装置和含水分析仪分别电连接所述数据采集系统。
作为进一步优选技术方案，所述含水分析仪包括微波式在线含水分析仪和/或射频式在线含水分析仪；
优选地，所述微波式在线含水分析仪包括基于微波共振原理的在线含水分析仪和/或微波吸收原理的在线含水分析仪；
优选地，所述含水分析仪为Roxar微波共振的在线含水分析仪。
作为进一步优选技术方案，所述密度测量装置为智能在线密度计；
优选地，所述密度测量装置为在线科氏力密度计或带密度输出的科氏力流量计；
优选地，所述密度测量装置的安装方式为竖直安装。
作为进一步优选技术方案，所述过滤装置包括Y型过滤器和/或磁性过滤器；
优选地，所述过滤装置为Y型过滤器；
优选地，所述过滤装置的进出口两端旁接差压变送器，所述差压变送器与所述数据采集系统电连接。
作为进一步优选技术方案，所述取样泵为增压泵；
优选地，所述取样泵的进口端设置有泵前三通；
优选地，所述取样泵的出口端设置有泵后三通。
作为进一步优选技术方案，所述含水分析撬主体还包括采样阀和人工采样口，用于人工采样；所述采样阀和人工采样口与所述含水分析仪的出口连接；
优选地，所述含水分析撬主体还包括带接点输出的采样阀，所述带接点输出的采样阀与所述含水分析仪的出口连接，所述带接点输出的采样阀还与所述数据采集系统电连接。
作为进一步优选技术方案，所述取样器为毂辐式多点油品取样器；
优选地，所述取样器包括安装管件、毂辐式多点油品采样管件和回流管；所述安装管件的外壁上设有用于与被测量介质管道连接的连接件，所述回流管与所述安装管件连通；
优选地，所述取样器通过取样阀与含水分析撬主体中的过滤装置连接；
优选地，所述取样器通过回流阀与含水分析撬主体中的含水分析仪连接；
优选地，所述取样器与过滤装置和/或含水分析仪之间设置有连接管。
作为进一步优选技术方案，所述数据采集系统包括用于采集或接收传感器和/或分析仪器的数据信息的数据采集单元，用于将数据采集单元所获得的数据信息进行分析处理的数据分析处理单元，用于存储经所述数据分析处理单元后的数据信息，并为所述数据分析处理单元提供数据信息的数据存储单元，以及用于向用户端输出上述数据的输出单元；
优选地，所述数据采集系统的输出端与无线远程传输接收单元连接；
优选地，所述数据采集系统与云端服务器无线连接。
作为进一步优选技术方案，所述密度测量装置和含水分析仪分别通过信号传输电缆连接数据采集系统；
优选地，所述数据采集单元采集所述密度测量装置测得的密度信号、流量/流速信号和驱动线圈发出的振幅信号，并将信号发送给数据分析处理单元进行分析处理；
优选地，所述数据采集单元采集所述含水分析仪测得的含水率信号和温度信号，并将信号发送给数据分析处理单元进行分析处理；
优选地，基于密度信号、流量/流速信号、温度信号和含水率信号，所述数据分析处理单元对含水率信号按温度进行修正，对含水率信号按密度进行修正，进一步的对含水率信号利用密度分段的方式进行修正；通过采用密度分段修正方式来消除油水分布形态或油品粘度高低不同对测量结果造成的影响，以得到精准的含水率数值。
作为进一步优选技术方案，还包括报警器，所述报警器与所述数据采集系统连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明提供的撬座系统，设置了取样器、过滤装置、取样泵、密度测量装置、含水分析仪以及数据采集系统，通过将数据采集系统分别与密度测量装置和含水分析仪连接，实现了将油品组分变化对含水率测量的影响进行系统性的修正，从而消除了组分变化对含水率测量的影响。本发明能够消除组分变化及油水分布形态或油品粘度高低不同对测量造成结果的影响，得到高性能的测量值，确保在超低含水率下碳氢化合物密度宽范围波动时在线含水分析仪的高性能，推进了在线含水分析仪的工业化应用，能缓解现有技术需要频繁调整仪表参数、操作繁琐、劳动强度大等问题。同时，该系统还能输出代表油品品质的标态纯油密度，为油品的质量分析提供了进一步的理论依据。
2、本发明实现了对碳氢化合物的含水率及品质的在线实时、高效的监控，减少了人为因素的干扰和油品组分变化对含水测量的影响，能够保证在线含水分析仪在超低含水率下仪表的高性能，将随机误差降到极低，具有实时性可靠性高、普及性强、连续性好、测量精确、准确度高的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的线碳氢化合物含水率及纯油密度分析撬座系统结构示意图；
图2为本发明实施例提供的含水分析撬主体主视示意图；
图3为本发明实施例提供的含水分析撬主体俯视示意图；
图4为本发明实施例提供的含水分析撬主体侧视示意图。
图标：1－被测量介质管道；2－取样器；3－含水分析撬主体；4－数据采集系统；301－过滤装置；302－取样泵；303－密度测量装置；304－含水分析仪；305－采样阀；306－差压变送器；307－泵前三通；308－泵后三通；309－取样阀；310－回流阀；311－入口弯管；312－出口弯管。
具体实施方式
下面将结合实施方式和实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施方式和实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。
第一方面，在至少一个实施例中提供一种在线碳氢化合物含水率及纯油密度分析撬座系统，包括设置在被测量介质管道上的取样器、与所述取样器相连接的含水分析撬主体，以及数据采集系统；
所述含水分析撬主体包括依次相连接的过滤装置、取样泵、密度测量装置和含水分析仪；
所述密度测量装置和含水分析仪分别电连接所述数据采集系统。
应当理解的是，上述“碳氢化合物”包括原油及其炼制产品，对于具体的原油及其炼制产品的具体类型本发明不作特殊限制。
需要说明的是，上述“数据采集系统”为数据采集、分析和输出系统，简称数据采集系统。
自2015年6月开始，发明人发现美国艾默生公司旗下的Roxar有一款微波共振原理的带多油品组分密度自动修正功能的管道式设计的在线含水分析仪，结合一台在线密度计就能够实现油品组分变化对密度实现自动补偿修正。但如前所述，在实际应用中，遇到频繁的油品组分变化时，该产品需要频繁调整仪表参数，这是炼油企业不能接受的。因此在Roxar推广微波共振技术+自动归零功能前几乎在线含水分析就处于停摆状态了。进一步地讲：
本领域技术人员可以理解的是，目前的在线含水分析仪中，无论采用何种物理原理，都是为了寻找不同时刻流经管道的油水混合介电常数εmix。而利用布吕格曼方程可以看出，含水率β不仅仅与油水混合介电常数εmix有关，还和纯油介电常数εoil和水的介电常数εwater有关。布吕格曼方程如下所示：
式中，β为含水率，εmix为混合介电常数，εwater为水的介电常数，εoil为纯油介电常数。
一般情况下分析仪在开车投用时会通过人工取样的方法对油品进行组分(即密度)和瞬时原油含水率的分析，记忆下取样时刻仪表的原始含水率检测值，将分析得来的密度值组态输入含水仪电子单元和通过人工分析含水率值与仪表原始读书值之间的偏差设置零点迁移值；这都是在当前油品组分前提下进行的。由于油品的介电常数和密度的对应关系可通过植入电子单元的数据库很容易找到，包括水的介电常数。因此，假设油品组分不变的情况下，也即密度和纯油介电常数不变的情况下，那么通过仪表检测出来的含水率是不会受组分变化的影响。而含水率输出精度就只与油水混合程度有关系了。但是，就一个10万立方的原油罐来说，通过一段时间的静置切水后，实际上罐的顶部和底部密度组分也不会相同。因此，实际仪表的读数精度就会因为油品组分不同而导致纯油介电常数的变化，那么这种情况下，输出的含水率原始读数值的精度就很难保证是由于油水混合物含水的多少引起混合介电常数变化还是由于纯油介电常数变化导致的油水混合介电常数的变化？这里就假设油水混合是均匀的。但是事实上特别是在超低的含水率(含水率低于±0.2％时)时，油水是很难保证完全混合均匀的。
而Roxar微波共振的在线含水仪具有油品组分自动修正功能或者说自动归零技术。它通过与一台安装在含水分析仪上游或下游附近的在线密度计相结合，通过油水混合密度的实时测量，在已知含水率的前提下，从而得出纯油密度，通过纯油密度得出纯油的介电常数，从而又通过布吕格曼方程得出含水率，含水率又用作与实时油水混合密度计算得出纯油密度，这样通过前后两个含水率比较值＜0.001，就输出含水率测量值，也即通过以下两个公式式(1)和式(2)之间的计算就能实现自动归零技术，从而保证含水率测量不受油品组分变化的影响。
式中，β为含水率，εmix为混合介电常数，εwater为水的介电常数，εoil为纯油介电常数，ρoilTP为纯油的密度的初始值，ρmix为混合密度，ρwater为水的密度。
具体步骤可解析为：
初始化：
从不同的传感器得到混合物温度、压力、密度和混合物的频率(T，P，ρmix，fmix)；
计算混合介电常数(εmix)；
计算在工况压力和温度下水的密度和介电常数(ρwater，εwater)；
假设在工况温度和压力条件下含水率和油的密度的初始值(β，ρoilTP)；
迭代：
储存之前的β值；
计算εoil＝f(ρoilTP)；
计算β＝f(εmix，εoil，εwater)
计算ρoilTP＝f(ρmix，β，ρwater)
重复以上步骤直到先前的和新计算的β值之差＜0.001，即可。
简而言之，Roxar带Autozero功能的含水分析产品是通过式(1)和式(2)两个公式，在“超高速”运算状态下不断的初始化、迭代重复的过程中确保了含水分析仪能实现对多油品组分发生变化时的高可靠、高精度的测量。以上就是Roxar自动归零技术，也是我们整个原油含水分析性能保证的基础。
然而，Roxar在线含水分析仪对油水混合要求较低，一般建议油中的水团直径小于仪表通径1/10即可保证资料中标注的最低性能。特别是在超低含水时，由于轻重原油粘度不同，在相同的超低含水率时(假设含水率值为0.065％)，由于油品粘度高低的不同，在假设含水率下油水分布形态并不一样，这就会导致含水仪原始输出值不同。那么在很宽的原油密度范围，例如镇海炼化，其纯油密度从720kg/m3至930kg/m3，一方面通过上述自动归零技术能够解决组分变化时对测量的影响，另一方面其还是会受到油品特性即油水分布形态不一的影响，当密度波动范围较大时还是需要对仪表输出能力进行校准，即重新标定归零，这就给含水分析仪的实际工业应用设置了一大障碍。特别是在±0.2％以内的超低含水率情况下，仪表原始输出值变化会在0.9％到0.2％之间波动，但实际含水率并没有这么高，可能还只有0.05％或0.025％，因为蒸馏法的分辨率就在0.025％。这就增大了仪表在超低含水率下的测量误差。
基于此，发明人开发了一套数据采集软件，即利用密度分段修正方式来消除油水分布形态对测量结果造成的影响，这套数据采集系统软件所采用的分密度区间进行修正的方法能够使得在超低含水率下原油密度宽范围波动时原油的在线含水分析的性能得到保证。采用本发明的这套数据采集系统软件和修正方法能够使得在采用了Roxar带多油品组分密度自动修正功能(Autozero组分修正功能)的在线含水分析仪后实现更为有效的在超低含水下的工业应用。
因此，本发明设置了包含取样器、过滤装置、取样泵、密度测量装置、含水分析仪以及数据采集系统的线碳氢化合物含水率及纯油密度分析撬座系统，通过将数据采集系统分别与密度测量装置和含水分析仪连接，实现了将油品组分变化对含水率测量的影响进行系统性的修正，从而消除了组分变化对含水率测量的影响，得到了可靠、精准的数据，进而实现对油品的含水率及品质的在线实时、高效的监控。
在一种优选的实施方式中，所述含水分析仪包括微波式在线含水分析仪和/或射频式在线含水分析仪；
优选地，所述微波式在线含水分析仪包括基于微波共振原理的在线含水分析仪和/或微波吸收原理的在线含水分析仪；
优选地，所述含水分析仪为Roxar微波共振的在线含水分析仪。
本发明的含水分析仪优选采用的是美国艾默生(Emerson)公司旗下的Roxar微波共振原理的带多油品组分密度自动修正功能的在线含水分析仪。即本发明以艾默生公司旗下Roxar公司的带自动组分修正功能(Autozero)的微波共振技术HighCut型(简称HC型0～50％含水率范围)在线含水分析产品作为含水分析撬主体的核心传感器。该产品通过可通过市购获得。但并不限于此，本领域技术人员应该能够理解的是，也可以选用类似的分析仪或具有类似性能与需求的含水分析仪。
在一种优选的实施方式中，所述密度测量装置为智能在线密度计；
优选地，所述密度测量装置为在线科氏力密度计或带密度输出的科氏力流量计。
本发明的密度测量装置优选采用的是在线科氏力密度计或带密度输出的科氏力流量计，该测量装置具有高性能的特点，即使在恶劣的工作环境下也能表现出优异的性能，具有抗干扰能力强，压力损失小，易清洗，可靠性高，测量精度高，安装简单，适用范围广等优点。该密度测量装置可通过市购获得。
优选地，所述密度测量装置的安装方式为竖直安装。将上述密度测量装置竖直或垂直的安装在系统中，且流体下进上出，可保证密度计中不夹杂气体，密度计中充满液体，进而确保油品密度测量数据的准确性，进一步确保得到的油品含水率数据的准确性。
在一种优选的实施方式中，所述过滤装置包括Y型过滤器和/或磁性过滤器；
优选地，所述过滤装置为Y型过滤器。
本发明在取样泵之前安装过滤器，可以有效的将碳氢化合物中的杂质去除掉，有利于后续的密度和含水率的测量。优选采用的是结构简单、安装方便、处理效果好的Y型过滤器。
在一种优选的实施方式中，所述取样泵为增压泵；
优选地，所述过滤装置的进出口两端旁接差压变送器，所述差压变送器与所述数据采集系统电连接。
在过滤装置与密度测量装置之间安装增压泵，用于保证所取样品能达到仪表测量精度所要求的的流速，以及保证不同黏度的被测介质在泵的作用下使其油水混合达到比较理想的状态(均匀)。在过滤装置的进出口两端旁接差压变送器，可以通过差压值检查过滤器是否有堵塞并由系统发出“清洗过滤器”的提示。
优选地，所述取样泵的进口端设置有泵前三通；泵前三通与过滤器的出口连通；
优选地，所述取样泵的出口端设置有泵后三通；泵后三通与密度测量装置的进口连通。
在一种优选的实施方式中，所述含水分析撬主体还包括采样阀和人工采样口，用于人工采样；所述采样阀和人工采样口与所述含水分析仪的出口连接；
优选地，所述含水分析撬主体还包括带接点输出的采样阀，所述带接点输出的采样阀与所述含水分析仪的出口连接，所述带接点输出的采样阀还与所述数据采集系统电连接。
在含水分析仪的下游或出口连接管路上设置采样阀和人工采样口，可利用人工采样对系统测量的数据的可靠性进行比对和校准。
在一种优选的实施方式中，所述取样器为毂辐式多点油品取样器；
优选地，所述取样器包括安装管件、毂辐式多点油品采样管件和回流管；所述安装管件的外壁上设有用于与被测量介质管道连接的连接件，所述回流管与所述安装管件连通；
上述毂辐式多点油品取样器优选采用的是公开号为CN205958295U，名称为“毂辐式多点油品采样管组件及采样器”的专利中提到的毂辐式多点油品采样器，该采样器(取样器)为发明人之前所研发的一种采样器(取样器)。
优选地，该毂辐式多点油品采样器，包括：安装管件，所述安装管件的外壁上设有用于与输油管路(被测量介质管道)连接的连接件；
毂辐式多点油品采样管组件，其中，汇总管的第一子段位于安装管件的轴线处，汇总管的第二子段从安装管件的外壁引出；
回流管，所述回流管用于将检测之后流体样品重新回流，所述回流管与安装管件连通。
其中，毂辐式多点油品采样管组件，包括：多根采样单管，所述采样单管的一侧设有采样孔；汇总管，所述汇总管包括用于连接采样单管的第一子段和用于将采样单管采集的流体引出输油管路的第二子段；多根采样单管呈放射状安装在第一子段上，且采样单管的第一端与第一子段连通，采样单管的第二端封闭。
优选地，所述采样孔的数量唯一，该采样孔沿着采样单管的轴向布置；优选地，所述采样孔的宽度在采样单管的第一端至第二端方向上逐渐增大；优选地，所有的采样单管均向采样孔的开口方向倾斜；优选地，所述采样孔设有多个，多个采样孔沿着采样单管的轴向分布在采样单管上；优选地，所述汇总管的外壁上设有一周均匀分布的多个螺纹孔，所述螺纹孔连接封堵块或者采样单管。
优选地，所述汇总管的第二子段上设有吹扫阀口，所述吹扫阀口上连接有反向吹扫装置；优选地，所述汇总管的第二子段通过采样阀与样品分析系统连接，所述回流管通过回流阀与安装管件连通；优选地，还包括一三通阀，所述三通阀的第一端与汇总管的第二子段连接，第二端与回流管连接，第三端连接一采样阀。
优选地，所述取样器通过取样阀与含水分析撬主体中的过滤装置连接；
优选地，所述取样器通过回流阀与含水分析撬主体中的含水分析仪连接；
优选地，所述取样器与过滤装置和/或含水分析仪之间设置有连接管；进一步地，所述取样器与过滤装置之间设有入口弯管，所述取样器与所述含水分析仪之间设有出口弯管。
在一种优选的实施方式中，所述数据采集系统包括用于采集或接收传感器和/或分析仪器的数据信息的数据采集单元，用于将数据采集单元所获得的数据信息进行分析处理的数据分析处理单元，用于存储经所述数据分析处理单元后的数据信息，并为所述数据分析处理单元提供数据信息的数据存储单元，以及用于向用户端输出上述数据的输出单元；
优选地，所述数据采集系统的输出端与无线远程传输接收单元连接；
优选地，所述数据采集系统与云端服务器无线连接。
进一步地，所述密度测量装置和含水分析仪分别通过信号传输电缆连接数据采集系统；
优选地，所述数据采集单元采集所述密度测量装置测得的密度信号、流量/流速信号和驱动线圈发出的振幅信号，并将信号发送给数据分析处理单元进行分析处理；其中的振幅信号可用于显示仪表是否出现故障，即在一定的振幅信号范围内，密度仪正常运行，振幅信号异常，则表示密度仪出现了故障。
优选地，所述数据采集单元采集所述含水分析仪测得的含水率信号和温度信号，并将信号发送给数据分析处理单元进行分析处理。
应该理解的是，在密度测量装置中设有密度传感器、流量/流速传感器、驱动线圈，含水分析仪中设有含水率传感器、温度传感器，上述数据采集单元通过上述传感器分别采集密度、流量/流速、含水率、温度等数据，本发明对于数据的采集或获取方式，传感器的具体形式等不再详细描述，其均是本领域技术人员可以得知的。
优选地，基于密度信号、流量/流速信号、温度信号和含水率信号，所述数据分析处理单元对含水率信号按温度进行修正，因温度变化会引起密度变化，而油品密度变化又造成按布吕格曼方程计算出的含水率产生误差，所以，本含水率检测装置设计了根据实时温度来修正这一误差的功能。即将实时工况下随被测介质温度变化而变化的纯油密度，转化为标准状态下(15℃)固定的纯油密度，并按此标态密度计算含水率；
对含水率信号按密度进行修正。由于油品的变化，其组分也相应发生变化；而油品组分的变化可以反映在油品密度的变化上，所以通过检测油品的密度变化来得知其组分的变化；油品密度变化又造成按布吕格曼方程计算出的含水率产生误差，所以，本含水率检测装置设计了根据实时密度来修正这一误差的功能；
进一步的含水率信号按利用密度分段的方式进行修正；尽管前面已经按温度和密度对含水率进行了修正，但由于含水分布不均匀，在每个瞬间流经仪表的油品的密度也会存在差异，为了更进一步的提高输出精度，系统将整个测量过程中油品的密度分段为很多个小区间，并针对每一个小区间所对应的含水率进行进一步的修正。通过采用密度分段修正方式来消除油水分布形态或油品粘度高低不同对测量结果造成的影响，以得到精准的含水率数值。
本发明是基于Roxar微波共振含水分析仪配置的Autozero功能而实现了将油品组分变化对含水率测量的影响进行系统性的修正，从而消除了组分变化对含水率测量的影响。结合在线密度计测得的操作工况下油水混合密度并利用含水分析仪Autozero软件计算得出工况下纯油密度，在通过含水分析仪上的温度传感器得出测得的在线温度信号计算得出标态下的纯油密度。使得整个系统实现油品在线含水率及纯油密度的检测，实现原油及其炼制产品的品质检测中重要的两个指标的在线检测。进一步的，系统可通过GPRS发送至云端大数据服务器进行远程数据管理、对仪表运行数据进行分析和对设备状态进行远程诊断、组态及保运服务。
上述密度分段修正法包括：采用密度分段修正方式来消除油水分布形态或油品粘度高低不同对测量结果造成的影响，以得到精准的含水率数值。还包括(其基础是)通过自动归零技术来消除油品组分变化对含水率测量的影响。
进一步地，采用密度分段修正方式包括：将宽范围波动的原油密度分割成若干个子密度区间，各子密度区间对应有各自的偏差修正系数；
通过油品密度值来自动寻找其所对应的子密度区间，根据密度值的不同调用不同子密度区间的修正偏差系数，从而消除油水分布形态或油品粘度高低不同对测量结果造成的影响。
其中，子密度区间的密度增量值为2～6kg/m3，优选为3～5kg/m3；更优选为3kg/m3或5kg/m3。
需要说明的是，所述的宽范围波动的原油密度可以理解为原油密度在较为宽的范围内波动，该宽范围可以是大于子密度区间的增量值的任意范围，例如，该宽范围波动的原油密度可以是720～930kg/m3、720～900kg/m3、750～800kg/m3、750～850kg/m3、800～900kg/m3等等，本发明对此不做过多的限制，可根据各炼油企业所包含的油品种类或油品密度的不同而设定。
可以理解的是，所述的子密度区间的密度增量值表示的是各子密度区间的最大值和最小值之间的差值，例如油品密度范围为850～880kg/m3时，则可将其将其分隔成多个子密度区间，包括：850～853kg/m3、853～886kg/m3、856～860kg/m3、860～865kg/m3、865～868kg/m3、868～872kg/m3、872～875kg/m3和875～880kg/m3。
进一步地，获取各子密度区间所对应的偏差修正系数的方式包括：
将原油含水率监测仪器调试后先运行20～40天，通过对这20～40天油品品种的变化得出每个子密度区间的修正偏差系数，再将每个子密度区间的修正偏差系数组态到数据采集系统的软件中，以实现后续应用过程中对于不同子密度区间的修正偏差系数的调用。
本发明的数据采集系统能实现在较宽原油密度波动范围内分割成密度增量值为+3～+5kg/m3不同的子密度区间，在不同的子密度区间对应有不同的偏差修正系数，通过纯油密度来自动寻找油品特性区间，根据密度值的不同调用不同子密度区间的偏差修正系数，从而消除了油水分布形态对测量造成的影响，这种影响在超低含水时更为突出。
进一步地讲，每个子密度区间的偏差修正系数值可以通过仪表开车调试后先运行一个月左右，通过对这一个月左右原油油品品种的变化得出每个子密度区间的偏差修正系数，在将每个子密度区间的偏差修正系数组态到数据采集系统的软件中，以保证在线含水分析仪在超低含水率下仪表的高性能。
同时，每个子密度区间的偏差修正系数会受到管道内油水混合物的流速的影响，在宽密度波动范围内，若流速越高且稳定，则仪表在不同的密度区间输出的原始含水率波动越小，也就是说各子密度区间的偏差修正系数波动也就越小。一般情况下，推荐大管道内的流速≥1m/s。
上述数据采集系统的软件所采用的分密度区间进行修正的方法有效解决了在超低含水率下原油密度宽范围波动时原油的在线含水分析仪的高性能保证。采用密度分段修正方法能够解决Roxar带Autozero组分修正功能的在线含水分析仪在超低含水下的工业应用。
在一种优选的实施方式中，还包括报警器，所述报警器与所述数据采集单元连接；优选地，所述报警器为声光报警器。当仪器出现故障或测量出现问题等异常情况的时候，可通过报警器提示操作人员，并实时的进行调整、检修。
需要说明的是，本发明的撬座系统还包括还包括连接法兰、阀门等辅助部件，其具体的结构形式、连接方式等本发明不作特殊限制，本领域技术人员可以根据实际情况进行适当的配置。
本发明的在线碳氢化合物含水率及纯油密度分析撬座系统可以应用在原油炼化、油品交易、油品结算等领域中。在原油炼化中，为保证炼化装置的安全，需要严格控制原油的含水率；在油品交易、结算中，为保证公平，也需要精确测量油品中的含水量。
应当理解的是，本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
下面结合具体实施例和附图，对本发明作进一步说明。
实施例
如图1至图4所示，本实施例提供一种在线碳氢化合物含水率及纯油密度分析撬座系统，包括设置在被测量介质管道1上的取样器2、与取样器2相连接的含水分析撬主体3，以及数据采集系统4；
含水分析撬主体3包括依次相连接的过滤装置301、取样泵302、密度测量装置303和含水分析仪304，以及设置在含水分析仪304下游，与含水分析仪304的出口连接的采样阀305或人工采样口；
密度测量装置303、含水分析仪304和采样阀305分别电连接数据采集系统4。
其中，含水分析仪304为Roxar微波共振的在线含水分析仪(HC型)；密度测量装置303为在线科氏力密度计；密度测量装置303的安装方式为竖直安装。
过滤装置301为Y型过滤器；过滤装置301的进出口两端旁接差压变送器306，差压变送器306与数据采集系统4电连接。
取样泵302为增压泵；取样泵302的进口端设置有泵前三通307；取样泵302的出口端设置有泵后三通308。
取样器2为毂辐式多点油品取样器；取样器2包括安装管件、毂辐式多点油品采样管件和回流管；安装管件的外壁上设有用于与被测量介质管道连接的连接件，回流管与安装管件连通。
取样器2通过取样阀309与含水分析撬主体3中的过滤装置301连接；取样器2通过回流阀310与含水分析撬主体3中的含水分析仪304连接；取样器2与过滤装置301之间设有入口弯管311，取样器2与含水分析仪304之间设有出口弯管312。
数据采集系统4包括用于采集或接收传感器和/或分析仪器的数据信息的数据采集单元，用于将数据采集单元所获得的数据信息进行分析处理的数据分析处理单元，用于存储经数据分析处理单元后的数据信息，并为数据分析处理单元提供数据信息的数据存储单元，以及用于向用户端输出上述数据的输出单元；数据采集系统与云端服务器无线连接。
密度测量装置303和含水分析仪304分别通过信号传输电缆连接数据采集系统4；数据采集单元采集密度测量装置测得的密度信号、流量/流速信号和驱动线圈发出的振幅信号，并将信号发送给数据分析处理单元进行分析处理；数据采集单元采集含水分析仪测得的含水率信号和温度信号，并将信号发送给数据分析处理单元进行分析处理；基于密度信号、流量/流速信号、温度信号和含水率信号，数据分析处理单元对含水率信号按温度进行修正，对含水率信号按密度进行修正，进一步的对含水率信号利用密度分段的方式进行修正；通过采用密度分段修正方式来消除油水分布形态或油品粘度高低不同对测量结果造成的影响，以得到精准的含水率数值。
由以上可知，本发明以下Roxar公司的带自动组分修正功能(Autozero)的微波共振技术HighCut型在线含水分析产品作为核心传感器，结合一台高性能的在线科氏力密度计及智能数据采集系统为核心部件而组成的撬座系统，辅以系统内的取样泵及安装在被测量介质管道上的毂辐式多点油品采样器以及智能数据采集系统的根据油品特性进行分段修正的软件算法，从而实现油品的超低含水率在线分析并得到高可靠的数据，可通过智能数据采集系统进行远程在线数据管理及设备诊断服务，实现对油品的含水率及品质的在线实时、高效的监控，减少了人为因素的干扰和油品组分变化对含水测量的影响；系统还可通过设置在含水分析仪下游的人工取样口取样对系统测量的数据的可靠性进行比对和校准。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (21)
1.一种在线碳氢化合物含水率及纯油密度分析撬座系统，其特征在于，包括设置在被测量介质管道上的取样器、与所述取样器相连接的含水分析撬主体，以及数据采集系统；
所述含水分析撬主体包括依次相连接的过滤装置、取样泵、密度测量装置和含水分析仪；
所述密度测量装置和含水分析仪分别电连接所述数据采集系统；
所述数据采集系统包括用于采集或接收传感器和/或分析仪器的数据信息的数据采集单元，用于将数据采集单元所获得的数据信息进行分析处理的数据分析处理单元，用于存储经所述数据分析处理单元后的数据信息，并为所述数据分析处理单元提供数据信息的数据存储单元，以及用于向用户端输出数据的输出单元；
所述数据采集系统的输出端与无线远程传输接收单元连接；
所述数据采集系统与云端服务器无线连接；
所述密度测量装置和含水分析仪分别通过信号传输电缆连接数据采集系统；
所述数据采集单元采集所述密度测量装置测得的密度信号、流量/流速信号和驱动线圈发出的振幅信号，并将信号发送给数据分析处理单元进行分析处理；
所述数据采集单元采集所述含水分析仪测得的含水率信号和温度信号，并将信号发送给数据分析处理单元进行分析处理；
基于密度信号、流量/流速信号、温度信号和含水率信号，所述数据分析处理单元对含水率信号按温度进行修正，对含水率信号按密度进行修正，进一步的对含水率信号利用密度分段的方式进行修正；通过采用密度分段修正方式来消除油水分布形态或油品粘度高低不同对测量结果造成的影响，以得到精准的含水率数值；
采用密度分段修正方式包括：将宽范围波动的原油密度分割成若干个子密度区间，各子密度区间对应有各自的偏差修正系数；
通过油品密度值来自动寻找其所对应的子密度区间，根据密度值的不同调用不同子密度区间的修正偏差系数，从而消除油水分布形态或油品粘度高低不同对测量结果造成的影响；
获取各子密度区间所对应的偏差修正系数的方式包括：
将原油含水率监测仪器调试后先运行20～40天，通过对这20～40天油品品种的变化得出每个子密度区间的修正偏差系数，再将每个子密度区间的修正偏差系数组态到数据采集系统的软件中，以实现后续应用过程中对于不同子密度区间的修正偏差系数的调用。
2.根据权利要求1所述的在线碳氢化合物含水率及纯油密度分析撬座系统，其特征在于，所述含水分析仪包括微波式在线含水分析仪和/或射频式在线含水分析仪。
3.根据权利要求2所述的在线碳氢化合物含水率及纯油密度分析撬座系统，其特征在于，所述微波式在线含水分析仪包括基于微波共振原理的在线含水分析仪和/或微波吸收原理的在线含水分析仪。
4.根据权利要求2所述的在线碳氢化合物含水率及纯油密度分析撬座系统，其特征在于，所述含水分析仪为Roxar微波共振的在线含水分析仪。
5.根据权利要求1所述的在线碳氢化合物含水率及纯油密度分析撬座系统，其特征在于，所述密度测量装置为智能在线密度计。
6.根据权利要求1所述的在线碳氢化合物含水率及纯油密度分析撬座系统，其特征在于，所述密度测量装置为在线科氏力密度计或带密度输出的科氏力流量计。
7.根据权利要求1所述的在线碳氢化合物含水率及纯油密度分析撬座系统，其特征在于，所述密度测量装置的安装方式为竖直安装。
8.根据权利要求1所述的在线碳氢化合物含水率及纯油密度分析撬座系统，其特征在于，所述过滤装置包括Y型过滤器和/或磁性过滤器。
9.根据权利要求1所述的在线碳氢化合物含水率及纯油密度分析撬座系统，其特征在于，所述过滤装置为Y型过滤器。
10.根据权利要求1所述的在线碳氢化合物含水率及纯油密度分析撬座系统，其特征在于，所述过滤装置的进出口两端旁接差压变送器，所述差压变送器与所述数据采集系统电连接。
11.根据权利要求1所述的在线碳氢化合物含水率及纯油密度分析撬座系统，其特征在于，所述取样泵为增压泵。
12.根据权利要求11所述的在线碳氢化合物含水率及纯油密度分析撬座系统，其特征在于，所述取样泵的进口端设置有泵前三通。
13.根据权利要求11所述的在线碳氢化合物含水率及纯油密度分析撬座系统，其特征在于，所述取样泵的出口端设置有泵后三通。
14.根据权利要求1所述的在线碳氢化合物含水率及纯油密度分析撬座系统，其特征在于，所述含水分析撬主体还包括采样阀和人工采样口，用于人工采样；所述采样阀和人工采样口与所述含水分析仪的出口连接。
15.根据权利要求14所述的在线碳氢化合物含水率及纯油密度分析撬座系统，其特征在于，所述含水分析撬主体还包括带接点输出的采样阀，所述带接点输出的采样阀与所述含水分析仪的出口连接，所述带接点输出的采样阀还与所述数据采集系统电连接。
16.根据权利要求1～15任一项所述的在线碳氢化合物含水率及纯油密度分析撬座系统，其特征在于，所述取样器为毂辐式多点油品取样器。
17.根据权利要求16所述的在线碳氢化合物含水率及纯油密度分析撬座系统，其特征在于，所述取样器包括安装管件、毂辐式多点油品采样管件和回流管；所述安装管件的外壁上设有用于与被测量介质管道连接的连接件，所述回流管与所述安装管件连通。
18.根据权利要求17所述的在线碳氢化合物含水率及纯油密度分析撬座系统，其特征在于，所述取样器通过取样阀与含水分析撬主体中的过滤装置连接。
19.根据权利要求18所述的在线碳氢化合物含水率及纯油密度分析撬座系统，其特征在于，所述取样器通过回流阀与含水分析撬主体中的含水分析仪连接。
20.根据权利要求17所述的在线碳氢化合物含水率及纯油密度分析撬座系统，其特征在于，所述取样器与过滤装置和/或含水分析仪之间设置有连接管。
21.根据权利要求1～15任一项所述的在线碳氢化合物含水率及纯油密度分析撬座系统，其特征在于，还包括报警器，所述报警器与所述数据采集系统连接。
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