CN115855183B - Vru装置出口碳氢化合物的测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种VRU装置出口碳氢化合物的测量方法，包括以下步骤：在VRU装置的进口管路内设置两个横向分支，所述两个横向分支内分别设置有超声发生器、超声接收器；在VRU装置的出口管路内设置红外分析仪；计算超声脉冲在进口管路内的气流中的传输速度；计算VRU装置进口管路内的气流中碳氢化合物的浓度：计算VRU装置进口管路内的气流的体积流量；令红外分析仪向所述VRU装置出口管路内的气流发出红外脉冲，并根据接收的红外脉冲的衰减信号计算VRU装置出口管路内的碳氢化合物的排放浓度Emission_HC；计算VRU装置出口管路内的气流中空气的体积流量：计算VRU装置出口管路内的气流中碳氢化合物的质量流量。

Description

VRU装置出口碳氢化合物的测量方法及系统

技术领域

本发明涉及油气技术领域，更具体地，涉及一种VRU装置出口碳氢化合物的测量方法及系统。

背景技术

VRU装置(油气回收装置)是一种用于卡车、火车或船舶加注汽油、柴油等液体碳氢化合物产品时，控制碳氢化合物排放的装置。

液体碳氢化合物的灌装是通过将产品泵入卡车、火车或轮船的空罐(充满空气)中进行的。一旦液体碳氢化合物进入油罐，它就会挥发，并根据它的真实蒸汽压和温度来饱和充满空间。只要液体碳氢化合物在油罐内，容器内的压力就会升高，使安全阀打开；油气被专用管道从油罐顶部空间带走。每个装车岛的油气管线都被收集起来送到VRU装置，并回收碳氢化合物，排出洁净的空气。

VRU装置排放气流的典型组成主要是空气、碳氢化合物(如C3、C4)和少量的高碳氢化合物。气流的组成(根据排出VRU装置的流体的每标准立方米中碳氢化合物的质量)，按照美国能源学会于一九九九年三月出版的刊物《Procedures for the reclaim of duty onrecovered vapour at duty suspended installations》中所描述的方法，可以根据丁烷百分比浓度的函数来评估。

由于VRU装置出口的体积流量是入口体积流量和入口碳氢化合物浓度的函数，因此很难测量VRU装置出口的碳氢化合物的量。由于多种原因，测量VRU装置进气管道的体积流量和碳氢化合物组成是非常困难的。第一个困难是根据液体产品的装载速率，VRU装置进气流量在时间上连续变化，范围很广(从0到几百m³/h)，可以是层流或湍流。此外，油气中的碳氢化合物的浓度在时间上连续变化。最后，测量装置允许的压降必须保持在10毫巴以下，通常是5毫巴，而且测量必须在大气温度和压力下进行。由于出口流量是进口流量及其碳氢化合物浓度的函数，同样的考虑也适用于出口流量和碳氢化合物浓度。

VRU装置的排放水平测量，传统系统使用红外分析仪、FID或气相色谱法，可以测量在“正常”条件每立方米排放数量(g/Nm³)。这种测量不足以建立从VRU装置中排出的碳氢化合物的质量流量，因为流体的体积流量是未知的。

发明内容

本发明为解决现有技术无法测量VRU装置出口碳氢化合物质量流量的技术缺陷，提供了一种VRU装置出口碳氢化合物的测量方法。

为实现以上发明目的，采用的技术方案是：

VRU装置出口碳氢化合物的测量方法，包括以下步骤：

在VRU装置的进口管路内设置两个横向分支，所述两个横向分支内分别设置有超声发生器、超声接收器；

在VRU装置的出口管路内设置红外分析仪；

令所述超声发生器发出超声脉冲，所述超声脉冲穿过进口管路内的气流后被超声接收器接收；通过超声发生器发出超声脉冲的时刻、超声接收器接收超声脉冲的时刻、超声发生器与超声接收器之间的设置间距计算超声脉冲在进口管路内的气流中的传输速度；

计算VRU装置进口管路内的气流中碳氢化合物的浓度：

Conc_{HC_inlet}＝(k1×u_sample+k2)/100

Conc_{HC_inlet}为计算的VRU装置进口管路内的气流中碳氢化合物的浓度，k1为第一比例常数，k2为第二比例常数，实际计算值取决于介质品种；u_sample为超声脉冲在VRU装置进口管路内的气流中的传输速度；

计算VRU装置进口管路内的气流的体积流量；

令红外分析仪向所述VRU装置出口管路内的气流发出红外脉冲，并根据接收的红外脉冲的衰减信号计算VRU装置出口管路内的碳氢化合物的排放浓度Emission_HC；

计算VRU装置出口管路内的气流中空气的体积流量：

VolumetricFlow_air＝VolumetricFlow_{inlet_sample}×(1-Conc_{HC_inlet})

其中VolumetricFlow_air为计算得到的VRU装置出口管路的气流中空气的体积流量；VolumetricFlow_{inlet_sample}为VRU装置进口管路内的气流的体积流量；

计算VRU装置出口管路内的气流中碳氢化合物的质量流量：

MassFlow_HC＝VolumetricFlow_air×Emission_HC/1000

其中MassFlow_Hc为VRU装置出口管路内的气流中碳氢化合物的质量流量。

优选地，所述k1的数值范围为-0.787～-0.815。

优选地，所述k2的数值范围为269.2～273.8。

同时，本发明还提供了一种VRU装置出口碳氢化合物的测量系统，其具体的方案如下：

VRU装置出口碳氢化合物的测量系统，包括处理器及与所述处理器电连接的超声发生器、超声接收器、红外分析仪，所述超声发生器、超声接收器分别设置于所述VRU装置的进口管路的两个横向分支内，所述红外分析仪设置于VRU装置的出口管路内；

处理器令所述超声发生器发出超声脉冲，所述超声脉冲穿过进口管路内的气流后被超声接收器接收；处理器通过超声发生器发出超声脉冲的时刻、超声接收器接收超声脉冲的时刻、超声发生器与超声接收器之间的设置间距计算超声脉冲在进口管路内的气流中的传输速度；

处理器计算VRU装置进口管路内的气流中碳氢化合物的浓度：

Conc_{HC_inlet}＝(k1×u_sample+k2)/100

Conc_{HC_inlet}为计算的VRU装置进口管路内的气流中碳氢化合物的浓度，k1为第一比例常数，k2为第二比例常数，实际计算值取决于介质品种；u_sample为超声脉冲在VRU装置进口管路内的气流中的传输速度；

处理器计算VRU装置进口管路内的气流的体积流量；

处理器令红外分析仪向所述VRU装置出口管路内的气流发出红外脉冲，并根据接收的红外脉冲的衰减信号计算VRU装置出口管路内的碳氢化合物的排放浓度Emission_HC；

处理器计算VRU装置出口管路内的气流中空气的体积流量：

VolumetricFlow_air＝VolumetricFlow_{inlet_sample}×(1-Conc_{HC_inlet})

其中VolumetricFlow_air为计算得到的VRU装置出口管路的气流中空气的体积流量；VolumetricFlow_{inlet_sample}为VRU装置进口管路内的气流的体积流量；

处理器计算VRU装置出口管路内的气流中碳氢化合物的质量流量：

MassFlow_HC＝VolumetricFlow_air×Emission_HC/1000

其中MassFlow_HC为VRU装置出口管路内的气流中碳氢化合物的质量流量。

优选地，所述k1的数值范围为-0.787～-0.815。

优选地，所述k2的数值范围为269.2～273.8。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的方法通过设置超声发生器、超声接收器并计算超声脉冲在进口管路内的气流中的传输速度从而确定VRU装置进口管路内的气流中碳氢化合物的浓度，以及进一步确定VRU装置进口管路内的气流的体积流量、VRU装置出口管路内的气流中空气的体积流量及对应的VRU装置出口管路内的气流中碳氢化合物的质量流量。应用本发明提供的方法，在系统总压降低于5mbar的情况下，能够实现对VRU装置出口管路内的气流中碳氢化合物的质量流量的精确计算及测量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为红外分析仪的安装示意图。

图2为超声发生器、超声接收器的安装示意图。

图3为红外分析仪的安装实施示意图。

图4为超声发生器、超声接收器的安装实施示意图。

图5为本发明提供的方法的应用后台界面示意图一。

图6为本发明提供的方法的应用后台界面示意图二。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提供了一种VRU装置出口碳氢化合物的测量方法，具体包括以下步骤：

在VRU装置的进口管路1内设置两个横向分支，所述两个横向分支内分别设置有超声发生器2、超声接收器3；具体设置如图1所示；

在VRU装置的出口管路5内设置红外分析仪4；具体设置如图2所示；

令所述超声发生器2发出超声脉冲，所述超声脉冲穿过进口管路1内的气流后被超声接收器3接收；通过超声发生器2发出超声脉冲的时刻、超声接收器3接收超声脉冲的时刻、超声发生器2与超声接收器3之间的设置间距计算超声脉冲在进口管路1内的气流中的传输速度；

计算VRU装置进口管路1内的气流中碳氢化合物的浓度：

Conc_{HC_inlet}＝(k1×u_sample+k2)/100

Conc_{HC_inlet}为计算的VRU装置进口管路1内的气流中碳氢化合物的浓度，单位为百分比，k1为第一比例常数，k2为第二比例常数，实际计算值取决于介质品种；u_sample为超声脉冲在VRU装置进口管路1内的气流中的传输速度，单位为m/s；

计算VRU装置进口管路1内的气流的体积流量；

令红外分析仪4向所述VRU装置出口管路5内的气流发出红外脉冲，并根据接收的红外脉冲的衰减信号计算VRU装置出口管路5内的碳氢化合物的排放浓度Emission_HC，单位为g/Nm3；

令碳氢化合物进入VRU装置后全部被VRU装置中的活性炭吸附，计算VRU装置出口管路5内的气流中空气的体积流量：

VolumetricFlow_air＝VolumetricFlow_{inlet_sample}×(1-Conc_{HC_inlet})

其中VolumetricFlow_air为计算得到的VRU装置出口管路5的气流中空气的体积流量，单位为m³/s；VolumetricFlow_{inlet_sample}为VRU装置进口管路1内的气流的体积流量，单位为m3/s；

计算VRU装置出口管路5内的气流中碳氢化合物的质量流量：

MassFlow_HC＝VolumetricFlow_air×Emission_HC/1000

其中MassFlow_HC为VRU装置出口管路5内的气流中碳氢化合物的质量流量，单位为kg/s。

本实施例中，所述k1的数值范围为-0.787～-0.815。

本实施例中，所述k2的数值范围为269.2～273.8。

超声脉冲在气流中的速度是其组份的函数。在20℃时，超声脉冲在空气中的传播速度为343.32m/s(约为343m/s)，而在丁烷中的传播速度为215.75m/s(约为216m/s)。在计算组成时，假定这两种纯气体为边界气体：如果声速为216m/s，则混合物为100％碳氢化合物，如果声速为343m/s，则混合物为0％碳氢化合物。任何中间值都可以计算为线性变化：例如，声速(216+343)/2＝279.5m/s表示50％的碳氢化合物浓度。出于以上原理，本发明提供的方法首先计算VRU装置进口管路1内的气流中碳氢化合物的浓度，再进一步计算得到VRU装置出口管路5内的气流中碳氢化合物的质量流量。

图3、图4分别为超声发生器2、超声接收器3的安装实施示意图及红外分析仪4的安装实施示意图。图5、图6为本发明提供的方法的应用后台界面示意图。本发明提供的方法通过设置超声发生器2、超声接收器3并计算超声脉冲在进口管路1内的气流中的传输速度从而确定VRU装置进口管路1内的气流中碳氢化合物的浓度，以及进一步确定VRU装置进口管路1内的气流的体积流量、VRU装置出口管路5内的气流中空气的体积流量及对应的VRU装置出口管路5内的气流中碳氢化合物的质量流量。应用本发明提供的方法，在系统总压降低于5mbar的情况下，能够实现对VRU装置出口管路5内的气流中碳氢化合物的质量流量的精确计算及测量。

实施例2

本实施例提供了一种VRU装置出口碳氢化合物的测量系统，其具体的方案如下：

VRU装置出口碳氢化合物的测量系统，包括处理器及与所述处理器电连接的超声发生器2、超声接收器3、红外分析仪4，所述超声发生器2、超声接收器3分别设置于所述VRU装置的进口管路1的两个横向分支内，所述红外分析仪4设置于VRU装置的出口管路5内；

处理器令所述超声发生器2发出超声脉冲，所述超声脉冲穿过进口管路1内的气流后被超声接收器3接收；处理器通过超声发生器2发出超声脉冲的时刻、超声接收器3接收超声脉冲的时刻、超声发生器2与超声接收器3之间的设置间距计算超声脉冲在进口管路1内的气流中的传输速度；

处理器计算VRU装置进口管路1内的气流中碳氢化合物的浓度：

Conc_{HC_inlet}＝(k1×u_sample+k2)/100

Conc_{HC_inlet}为计算的VRU装置进口管路1内的气流中碳氢化合物的浓度，k1为第一比例常数，k2为第二比例常数，实际计算值取决于介质品种；u_sample为超声脉冲在VRU装置进口管路1内的气流中的传输速度；

处理器计算VRU装置进口管路1内的气流的体积流量；

处理器令红外分析仪4向所述VRU装置出口管路5内的气流发出红外脉冲，并根据接收的红外脉冲的衰减信号计算VRU装置出口管路5内的碳氢化合物的排放浓度Emission_HC；

处理器计算VRU装置出口管路5内的气流中空气的体积流量：

VolumetricFlow_air＝VolumetricFlow_{inlet_sample}×(1-Conc_{HC_inlet})

其中VolumetricFlow_air为计算得到的VRU装置出口管路5的气流中空气的体积流量；VolumetricFlow_{inlet_sample}为VRU装置进口管路1内的气流的体积流量；

处理器计算VRU装置出口管路5内的气流中碳氢化合物的质量流量：

MassFlow_HC＝VolumetricFlow_air×Emission_HC/1000

其中MassFlow_HC为VRU装置出口管路5内的气流中碳氢化合物的质量流量。

本实施例中，所述k1的数值范围为-0.787～-0.815。

本实施例中，所述k2的数值范围为269.2～273.8。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上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精神和范围。

Claims (6)

1.VRU装置出口碳氢化合物的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

在VRU装置的进口管路内设置两个横向分支，所述两个横向分支内分别设置有超声发生器、超声接收器；

在VRU装置的出口管路内设置红外分析仪；

令所述超声发生器发出超声脉冲，所述超声脉冲穿过进口管路内的气流后被超声接收器接收；通过超声发生器发出超声脉冲的时刻、超声接收器接收超声脉冲的时刻、超声发生器与超声接收器之间的设置间距计算超声脉冲在进口管路内的气流中的传输速度；

计算VRU装置进口管路内的气流中碳氢化合物的浓度：

Conc_{HC_inlet}＝(k1×u_sample+k2)/100

Conc_{HC_inlet}为计算的VRU装置进口管路内的气流中碳氢化合物的浓度，k1为第一比例常数，k2为第二比例常数，实际计算值取决于介质品种；u_sample为超声脉冲在VRU装置进口管路内的气流中的传输速度；

计算VRU装置进口管路内的气流的体积流量；

令红外分析仪向所述VRU装置出口管路内的气流发出红外脉冲，并根据接收的红外脉冲的衰减信号计算VRU装置出口管路内的碳氢化合物的排放浓度Emission_HC；

计算VRU装置出口管路内的气流中空气的体积流量：

VolumetricFlow_air＝VolumetricFlow_{inlet_sample}×(1-Conc_{HC_inlet})

其中VolumetricFlow_air为计算得到的VRU装置出口管路的气流中空气的体积流量；VolumetricFlow_{inlet_sample}为VRU装置进口管路内的气流的体积流量；

计算VRU装置出口管路内的气流中碳氢化合物的质量流量：

MassFlow_HC＝VolumetricFlow_air×Emission_HC/1000

其中MassFlow_HC为VRU装置出口管路内的气流中碳氢化合物的质量流量。

2.根据权利要求1所述的VRU装置出口碳氢化合物的测量方法，其特征在于：所述k1的数值范围为-0.787～-0.815。

3.根据权利要求2所述的VRU装置出口碳氢化合物的测量方法，其特征在于：所述k2的数值范围为269.2～273.8。

4.一种VRU装置出口碳氢化合物的测量系统，其特征在于：包括处理器及与所述处理器电连接的超声发生器、超声接收器、红外分析仪，所述超声发生器、超声接收器分别设置于所述VRU装置的进口管路的两个横向分支内，所述红外分析仪设置于VRU装置的出口管路内；

处理器令所述超声发生器发出超声脉冲，所述超声脉冲穿过进口管路内的气流后被超声接收器接收；处理器通过超声发生器发出超声脉冲的时刻、超声接收器接收超声脉冲的时刻、超声发生器与超声接收器之间的设置间距计算超声脉冲在进口管路内的气流中的传输速度；

处理器计算VRU装置进口管路内的气流中碳氢化合物的浓度：

Conc_{HC_inlet}＝(k1×u_sample+k2)/100

Conc_{HC_inlet}为计算的VRU装置进口管路内的气流中碳氢化合物的浓度，k1为第一比例常数，k2为第二比例常数，实际计算值取决于介质品种；u_sample为超声脉冲在VRU装置进口管路内的气流中的传输速度；

处理器计算VRU装置进口管路内的气流的体积流量；

处理器令红外分析仪向所述VRU装置出口管路内的气流发出红外脉冲，并根据接收的红外脉冲的衰减信号计算VRU装置出口管路内的碳氢化合物的排放浓度Emission_HC；

处理器计算VRU装置出口管路内的气流中空气的体积流量：

VolumetricFlow_air＝VolumetricFlow_{inlet_sample}×(1-Conc_{HC_inlet})

其中VolumetricFlow_air为计算得到的VRU装置出口管路的气流中空气的体积流量；VolumetricFlow_{inlet_sample}为VRU装置进口管路内的气流的体积流量；

处理器计算VRU装置出口管路内的气流中碳氢化合物的质量流量：

MassFlow_HC＝VolumetricFlow_air×Emission_HC/1000

其中MassFlow_HC为VRU装置出口管路内的气流中碳氢化合物的质量流量。

5.根据权利要求4所述的VRU装置出口碳氢化合物的测量系统，其特征在于：所述k1的数值范围为-0.787～-0.815。

6.根据权利要求5所述的VRU装置出口碳氢化合物的测量系统，其特征在于：所述k2的数值范围为269.2～273.8。