CN201373856Y - X荧光石油测硫仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种X荧光石油测硫仪，包括激发光源装置、信号探测装置、信号处理装置、计算机以及内部硬标样并自动校正测量装置；激发光源装置中设有低功率X射线管；所述激发探测装置设有高分辨率正比计数管，所述高分辨率正比计数管与被测样品紧密贴近并处于低功率X射线管激发射线的最佳反射角的位置上，所述信号处理装置输入端连接所述高分辨率正比计数管，所述信号处理装置输出端连接单片机，所述单片机上连接有输出设备。本实用新型能够降低硫的X射线被空气吸收的比例，扩大了样品中硫或硫化物的含量测量范围，具有测量准确度高和稳定性好的优点，是专门用于石油、化工等领域的含有微量硫或硫化物成分的快速测量的精密仪器。

Description

X荧光石油测硫仪

技术领域

本实用新型涉及的一种测硫仪，尤其涉及的是一种用于测定原油及石油产品中硫含量的能量色散型的X荧光石油测硫仪。

背景技术

石油产品大类上分轻油与重油两大类，油品中主要元素成分是碳氢氧等元素，其中碳元素质量百分含量，也相当于油里所含烷烃平均分子量大小，烷烃平均分子量越大则碳元素质量百分含量越大，密度就越大，挥发性越小，分馏的时候就越往分馏塔底室跑，油就越重。

汽油、柴油、石脑油都是轻油。是按照C的个数划分的，从这个意义上，就能用平均分子量来表示。

再往上，柴油的碳链更长，就是碳9以上的了。从石油中蒸馏出来的分子内含15个碳到18个碳的烃叫柴油。柴油属于轻油，容易挥发。

分子内含20个碳以下的叫轻油，含20个碳以上的叫重油。

汽油的主要成份是辛烷、壬烷，就是碳8、碳9，辛烷含量越高，就是辛烷值高，汽油的“号”就是辛烷值.。其中汽油、柴油都是常见的燃料油。

重油是原油提取汽油、柴油后的剩余重质油，其特点是分子量大、粘度高。重油的比重一般在0.82～0.95，比热在10,000～11,000kcal/kg左右。其成分主要是炭水化点物素，另外含有部分的(约0.1～4％)的硫及微量的无机化合物。

石油产品中硫含量的高低，影响了产品质量，硫作为有害元素，大多数情况下要求硫含量越低越好。目前，一般对石油产品，全硫分析有以下三种主要方法。

1、库仑法(电量法)

石油产品在催化剂作用下，在1000℃左右高温下的空气流中燃烧分解，油中硫生成二氧化硫并被碘化钾溶液吸收，以电解碘化钾溶液所产生的碘进行滴定，根据电解所消耗的电量，计算油中的全硫含量。

库仑法测硫需要配备专用的库仑测硫仪，该法操作较为简单，可自动进样，测试周期较短(不包括炉子升温时间，测试一般需要6min左右)。该法测定精密度与准确度均不是非长高，测定结果普遍呈偏低倾向，库仑测硫仪故障率相对较高。

2、高温燃烧中和法(管式炉法)

石油样品装到石英舟中，在定流量的净化的高温热空气气流中进行完全燃烧，油中硫生成硫氧化物，并捕集于过氧化氢溶液中形成硫酸，用标准氢氧化钠溶液滴定，根据其消耗量计算计算出油中硫含量。

该法需要配备测硫专用高温炉(炉温控制1200℃)，操作较库仑法繁琐，测试周期为15min～20min(不包括炉子升温时间)。该法测定结果经常偏低，存在系统误差。根据与艾士卡法的对比试验，在实测值上乘上一个大于1的校正系数，通过计算以消除测定结果偏低的影响。

3、X荧光分析方法

使用X荧光分析方法也是一种比较好的硫含量测定法，它的主要原理是利用X射线管发出的初级射线去激发样品，样品中的硫含量会放出特征X射线，利用X射线探测器测量该特征射线并记录其射线强度，X射线强度与硫含量成正比，利用事先标定好的曲线就可以测量各种油品中的硫含量。该方法快速简便，无需样品预处理即可以直接测量，是理想的石油产品测硫方法。

本申请人曾申请过类似的专利，为中国专利号200520040223.7所公开的X荧光测硫仪，但该X荧光测硫仪的信号探测装置与样品之间具有较远的距离(一般大于2mm)，从而在样品测量时，特别是含有微量硫及硫化合物的样品测量时，硫的X射线被空气吸收的比例较大，探测器接受到硫的X射线产生一定误差，致使测量精确度低，稳定性低，影响测量的效果，因此，X荧光测硫仪有待进一步的改进。

实用新型内容

本实用新型目的是在于，克服了上述技术问题的缺点，而提供一种能够降低硫的X射线被空气吸收的比例，测量准确度高和稳定性好的X荧光石油测硫仪，扩大了样品中硫或硫化物的含量测量范围，是专门用于石油、化工等领域的含有微量硫或硫化物成分的快速测量的精密仪器。

为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：

X荧光石油测硫仪，包括激发光源装置、信号探测装置、信号处理装置、单片机以及内部硬标样并自动校正测量装置；激发光源装置中设有低功率X射线管；其特征在于，所述激发探测装置设有高分辨率正比计数管，所述高分辨率正比计数管与被测样品紧密贴近并处于低功率X射线管激发射线的最佳反射角的位置上，减少硫的X射线被空气吸收的比例。所述信号处理装置输入端连接所述高分辨率正比计数管，所述信号处理装置输出端连接单片机，所述单片机上连接有输出设备。所述输出设备连接有显示器。

根据所述的X荧光石油测硫仪，其中，所述高分辨率正比计数管与被测样品之间距离小于2mm。

根据所述的X荧光石油测硫仪，其中，所述低功率X射线管与被测样品的距离为8～10mm。

根据所述的X荧光石油测硫仪，其中，所述信号探测装置包括缩微的前置放大器与探测器组合在一起而构成组合件和采用了计数率效应补偿技术的脉冲放大器。

根据所述的X荧光石油测硫仪，其中，所述内部硬标样并自动校正测量装置预先设置了内控硬标样作为待测样品的参照物。

根据所述的X荧光分析仪，其中，所述X射线发生器的高压5千伏。

根据所述的X荧光分析仪，其中，所述输出设备还连接有微型打印机。

本实用新型X荧光测硫仪是通过使用低功率X射线管及较低高压进行对样品进行激发，使样品中的硫及干扰元素产生特征X射线，再利用高分辨率的正比计数管进行特征X射线的检测，通过计算得出硫及硫化物含量的仪器。

本实用新型可以分析各种轻油(汽油、柴油等)、重油(原油、润滑油等)液体中的硫及硫化物含量，增大了硫及硫化合物分析含量的范围，即分析含量范围为PPM-100％，使用了X射线管激发，硫的激发效率高，测量灵敏度高。具有分析速度快，即测量一个样品60秒即可；准确度高和稳定性好的优点；并能够降低硫的X射线被空气吸收的比例，是专门用于石油、化工等领域的含有微量硫或硫化物成分含量的快速测量的精密仪器。

附图说明

图1为本实用新型X荧光石油测硫仪原理框图。

图2为本实用新型X荧光石油测硫仪激发探测示意图。

图3为本实用新型X荧光石油测硫仪激发探测结构示意图。

图4为一般X荧光分析技术中前置放大器与探测器关系示意图。

图5为本实用新型的X荧光分析技术中前置放大器与探测器关系示意图。

图6为本实用新型的内控硬标样与待测样品的测量平板图。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

参考图1、图2和图3，X荧光石油测硫仪，包括激发光源装置、信号探测装置、信号处理装置、单片机以及内部硬标样并自动校正测量装置；激发光源装置中安装有低功率X射线管；在激发探测装置安装有高分辨率正比计数管，该高分辨率正比计数管与被测样品紧密贴近并处于低功率X射线管激发射线的最佳反射角的位置上，利用5KV/500μA的高压电源供给X射线管，可以使硫的激发效率达到最高，X射线管就会发出连续的X射线，这些X射线激发样品表面，样品中的各个元素就会产生包含能量特征的特征X射线，特征X射线照射到正比计数管探测器后，正比计数管探测器就会把光信号转换成微弱的电信号(脉冲信号)。

本实用新型中，高分辨率正比计数管与样品测量表面的距离要求非常近，一般小于2mm，这样可以降低硫的X射线被空气吸收的比例，而X射线管离样品测量表面的距离可以适当远一点，一般为8～10mm即可，因为激发硫元素的X射线主要依靠银靶材的L系谱线，它的能量为3.0kev，在空气中吸收相对少，增加了含有微量硫及硫化物样品测量的精确度。

如图4所示，一般X荧光分析技术中前置放大器与探测器是分离的(ADC为模拟量转换成数字量电路)，这种设计方法极易在前置放大器与探测器之间受外间电磁干扰，因为硫元素的X射线能量很低，很容易被空气吸收，使硫含量测不准，稳定性不好。一般采用抽真空或充氦气的办法降低空气对硫X射线的吸收。

本实用新型X荧光石油测硫仪的信号探测装置(如图5所示)，采用把前置放大器缩微并与探测器组合到一起(ADC是单道脉冲分析器，起到把脉冲信号转换成数字信号的作用)成为一个集成式信号探测装置，采用样品与正比计数管与被测样品超近距离的几何设计，并采用最佳反射角的设计，使硫在空气中的吸收降到最低，并使散射线不进入探测器，可以不采用抽真空或充氦气就可以使硫的激发及探测效率最高，解决了一般分离前置放大器的信号干扰的问题。

如图1所示，信号处理装置输入端连接所述高分辨率正比计数管，信号处理装置输出端连接单片机，该单片机可采用常见的51系列单片机，简单可靠。在单片机上连接有输出设备，该输出设备包括打印机和显示装置，该显示装置采用液晶图形显示方式，具有与计算机进行通讯的能力，可以把分析结果通过RS232方式送到别的计算机进行处理或打印，单片机实现数据获取、分析、显示、打印等功能，最终可以分析出硫元素的含量。样品位置的移动也是由单片机软件自动控制的。

如图6所示，本实用新型X荧光石油测硫仪中还设有内部硬标样并自动校正测量装置，具有内控硬标样与待测样品的测量平板，采用内部硬标样的自动校正测量方式，它在仪器不测量生产样品时，使内控硬标样处于测量位置进行自动测量，自动校正仪器的漂移，使仪器的测量稳定更可靠，在温度变化15℃的范围内，误差不超过国家标准的要求，因此比较适合现场条件比较恶劣的环境，使X荧光分析仪得以普及。

一般能量色散X荧光分析仪中常采用50KV/1mA或15kv/1mA的高压来激发X射线管，本实用新型中采用了超低功率技术，该X射线管为普通管子的五分之一大小，从0V-5KV仅需0.5秒，实现了-5KV/500μA的低高压来激发低功率X射线管的方式，它可以使硫的激发效率达到最高。

再参考图1，本实用新型X荧光石油测硫仪在工作时，利用-5KV/500μA的高压电源供给X射线管，X射线管就会发出连续的X射线，这些X射线激发样品表面，样品中的各个元素就会产生包含能量特征的特征X射线，硫含量的多少与测量到的硫特征X射线的个数成正比，该特征X射线照射到正比计数管探测器后，正比计数管探测器就会把光信号转换成微弱的电信号(脉冲信号)，利用前置放大器及脉冲放大器实现把信号放大成型成0-8V的高斯正态分布形式，再通过单道脉冲分析器把这些包含各个元素特征的模拟电信号进行A/D转换成数字量，并送到单片机进行处理，单片机实现数据获取、分析、显示、打印等功能以及样品位置的移动也是有由单片机软件自动控制，经过单片机处理后，最终可以分析出硫元素的含量。

本实用新型是专门用于油田、炼油厂、石油、化工等领域的含有微量硫或硫化物成分含量的快速测量，增大了硫及硫化合物分析含量的范围，即分析硫及硫化合物含量范围为PPM-100％；具有分析速度快，即测量一个样品60秒即可；采用了低功率X射线管激发，-5KV/500μA低激发条件，而且对硫的激发效率很高，使硫的灵敏度达到新的高度。

另外，本实用新型X荧光石油测硫仪是台式机，比较小巧，操作简单，使用维护成本底，价格低廉，并能够降低硫的X射线被空气吸收的比例，具有准确度高和稳定性好的优点；可以分析各种轻油(汽油、柴油等)、重油(原油、润滑油等)液体中的硫及硫化物含量，特别适合于油田、采油站、炼油厂、油库等单位使用。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1、X荧光石油测硫仪，包括激发光源装置、信号探测装置、信号处理装置、单片机以及内部硬标样并自动校正测量装置；激发光源装置中设有低功率X射线管；

其特征在于，所述激发探测装置设有高分辨率正比计数管，所述高分辨率正比计数管与被测样品紧密贴近并处于低功率X射线管激发射线的最佳反射角的位置上，所述信号处理装置输入端连接所述高分辨率正比计数管，所述信号处理装置输出端连接单片机，所述单片机上连接有输出设备。

2、根据权利要求1所述的X荧光石油测硫仪，其特征在于，所述高分辨率正比计数管与被测样品之间距离小于2mm。

3、根据权利要求1所述的X荧光石油测硫仪，其特征在于，所述低功率X射线管与被测样品的距离为8～10mm。

4、根据权利要求1所述的X荧光石油测硫仪，其特征在于，所述内部硬标样并自动校正测量装置预先设置了内控硬标样作为待测样品的参照物。

5、根据权利要求1所述的X荧光石油测硫仪，其特征在于，所述信号探测装置包括缩微的前置放大器与探测器组合在一起而构成组合件和采用了计数率效应补偿技术的脉冲放大器。

5、根据权利要求1所述的X荧光石油测硫仪，其特征在于，所述输出设备连接有液晶显示器。

6、根据权利要求1所述的X荧光石油测硫仪，其特征在于，所述输出设备还连接有微型打印机。

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