CN206756686U - 一种外输原油含水监测仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种外输原油含水监测仪，包括光源发射模块、探头监测模块、光电转换模块、表头分析处理模块；其中，光源发射模块包括卤钨灯泡、光源发射光纤，内置的卤钨灯泡发射的光源通过发射光纤输至探头模块；探头监测模块包括探头座，探头座中有反射棱镜，反射棱镜同轴设置了第一蓝宝石光学窗口和第二蓝宝石光学窗口、聚光透镜。与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：适用范围广，含水率在0‑10％区间内的精确测量；测量精度高，能精确到0.05％；无放射源，不会影响人的健康；不受乳化和水矿化的影响；能同时测量流体的温度和压力；能全天候实时测量且节约人力。

Description

一种外输原油含水监测仪

技术领域

本实用新型属于油田加工技术领域，具体涉及一种外输原油含水监测仪。

背景技术

对油田开发来说，油田各单井通过管线输送到处理站经过脱硫脱水等处理后进行外输至油库，外输原油交接的含水率要求必须控制0.5％以内，因此对于外输原油含水率的监测十分重要，一则是为保证油品品质，二则作为相关环节交接数量核算的依据。本实用新型专利产品，性能可靠稳定、测量精度0.05％，能够满足生产需要。外输原油含水率监测，是优化生产参数、提高生产效率、保证油品质量、经济效益核算等一个必须数据，因此，外输原油含水率的在线精确测量具有十分重要的意义。

测量的难点在于：原油或气成分复杂，并不是一种单一成分。油水一般呈乳化状态，或油包水，或水包油，或更复杂乳化状态。传统的人工取样存在着代表性差且不能连续监测等诸多问题，现阶段在线式井口含水率仪大部分是基于电法原理,还有一部分基于伽玛射线吸收法。电法主要包括电容法、微波法等，适合测量中高含水，容易受气体体积分数(GVF)、水矿化度、油水乳化的影响，适用范围窄。射线法测量结果较为准确，也不易受其他因素影响，但仪器含有放射源，存在安全隐患，不能大面积使用。

传统的方法依然是靠人工取样、实验室蒸馏法分析获取含水率数据的。这种方法实施简单，缺陷也很明显：人为因素影响较大；人力成本高，一般为每小时取一次样化验；从取样到出结果时间长，不能实时监测；取样有随机性，代表性差，不能反应连续外输过程中真实含水及变化情况，很多时候漏报含水超标，导致无法及时调整生产工艺参数，这样就会时常出现含水超标的原油不断输送至油库环节，实际情况也是如此，各个不同的环节经常因为油品交接数量不一致而出现分歧。

近年来，国内外也陆续出现一些含水率测量仪器，这些仪器根据测量原理的不同，主要有电法(微波法)和伽马射线吸收法两种。电法测量包括电容法、阻抗法、微波法等，是根据油、气、水的介电常数(或电阻率)不同或能级变量进行测量。实际使用中，存在以下问题：测量范围窄；乳化状态下测量误差大；矿化度影响测量；油的物性及温度变化影响测量精度。射线法是根据油、气、水对伽马射线的吸收率不同进行测量，射线法在现场使用较少，主要是以下原因：容易受气的影响；水的密度与矿化度有关，密度的变化会导致测量误差变大；存在放射性风险，不符合安全环保的要求。实践证明，目前的产品都不能有效解决含水率监测问题，至今未能广泛应用于生产。

目前，有种新研制的近红外含水仪其测量范围1-100％，误差+2％，主要是针对油田地面三相流计量，其测试性能和精度不能用于(满足)输油计量。

实用新型内容

针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提供一种采用红外光谱法测量原油含水率监测仪，与以往其他类似仪器在电路设计、机械结构、数据采集处理等方面都很大不同，应用对象、测试范围、测试精度也完全不一样。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下。

一种外输原油含水监测仪，包括光源发射模块、探头监测模块、光电转换模块、表头分析处理模块；其中，光源发射模块包括卤钨灯泡、光源发射光纤，内置的卤钨灯泡发射的光源通过发射光纤输至探头模块；探头监测模块包括探头座，探头座中有反射棱镜，反射棱镜同轴设置了第一蓝宝石光学窗口和第二蓝宝石光学窗口、聚光透镜；第一和蓝宝石光学窗口和第二蓝宝石光学窗口之间设有过液槽，被测流体从过液槽流过，从而进行含水率的监测；光电转换模块包括法兰连接筒、接收光纤、滤光片、光电转换模块；接收到的光信号通过光纤传输至于光电转换模块，光电转换模块滤光后通过光电二极管转换成电信号；法兰连接筒的一端与探头座相连，另一端与表头相连。

优选的，卤钨灯泡设置于表头。

优选的，发射光源通过光纤传输至棱镜进行反射。

优选的，第一蓝宝石窗口与第二蓝宝石偏心同轴设置。

优选的，外输原油含水监测仪还包括透镜滤光套，透镜滤光套位于固定座上，滤光片与第二透镜位于透镜滤光套内。

优选的，外输原油含水监测仪还包括光电管套，光电管套位于固定座上，光电二极管位于光电管套内。

优选的，光纤外设有法兰连接外筒，其一端与探头座相连、另一端与表头相连。

优选的，探头座与法兰连接外筒连接处有密封圈，保证装置内的密闭性。

优选的，法兰连接外筒与表头连接处设有密封圈，保证装置内的密闭性。

优先的，探头设偏心同轴孔，用于焊接第一蓝宝石片和第二蓝宝石片。

对于油田外输监测，主要是脱水脱硫后等工艺处理后的原油，其含水很低，规范要求含水必须在0.5％以内，方能外输，以往没有仪器均未能解决这个技术难题，所以油田目前都是采用人工取样、蒸馏法实验，由于这种传统的方法，取样间隔时间长，代表性很差，耗费人力财力大。

目前，市面上有种新型红外含水仪，其主要正对油田单井井口计量，测试范围1-100％，误差±2％，其测试性能和精度不能用于(满足)输油计量监测。

新研制的专利产品外输原油监测仪，测试范围0-10％，精度0.05％，能够全天后24小时监测原油含水情况，如果发现异常，技术人员会及时调整脱水脱硫装置工艺参数，以确保向外输出的原油在规范要求范围内合格产品，同时原油交接数量也是经济核算依据，所以极低含水监测具有重要的意义。

以往光源灯泡设计位于探头座内，由于灯泡寿命一般6000小时左右，所以一旦出现必须停产后将仪器拆卸下来更换，这种方式成本高，效率低。新研制的外输原油结构方面也有很大的提升和进步，发射光源设置于表头，可以在不停产的情况下更换，提高了生产效率降低了生产成本。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：适用范围广，含水率在0-10％区间内的精确测量；测量精度高，能精确到0.05％；无放射源，不会影响人的健康；不受乳化和水矿化的影响；能同时测量流体的温度和压力；能全天候实时测量且节约人力。

附图说明

图1是本实用新型实施例中所使用装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便更好的理解本实用新型。

如图1所示的采用红外光谱法测量原油含水率的装置，包括光源发射模块、探头监测模块、光电转换模块、表头分析处理模块,其中光源发射模块包括卤钨灯泡1、光源发射光纤2，卤灯泡1设置于表头，便于在不影响生产的情况下拆卸更换灯泡；探头监测模块包括探头座 3、反射棱镜4、第一蓝宝石窗口5、第二蓝宝石窗口6，反射棱镜4是为了反射发射光纤传来的光、反射棱镜反射的光源透过第一蓝宝石窗口5并穿过流体物质投射到第二蓝宝石窗口 6。光源经过第二蓝宝石窗口6后，投射到聚光透镜7上，然后通过接收光纤传输至光电转换模块10，先经过光电模块10上的滤光片11，经过滤光后的光信号通过光电二极管12转换成电信号，电信号在表头的处理分析模块进行计算分析处理。

第一蓝宝石窗口5与第二蓝宝石窗口6偏心同轴设置，窗口上焊接有蓝宝石，本实用新型中所述的蓝宝石光学窗口并非人们平常理解的珠宝(天然蓝宝石)，而是人工合成的蓝宝石，是除红色以外其它颜色刚玉宝石的统称，这种材质具有极好的热特性、电气特性，并且耐腐蚀，耐高温，导热好，硬度高，红外透光率高，因此常用它来代替其它光学材料制作光学元件，并被广泛地应用于红外及远红外军用装备方面，如：应用于夜视红外和远红外瞄准镜、夜视摄像机等仪器和卫星、空间技术的仪器仪表中以及用于高功率激光器的窗口、各种光学棱镜、光学窗口。

第一蓝宝石窗口5与第二蓝宝石窗口6焊接蓝宝石采用防腐蚀焊接工艺，使其耐酸碱抗硫。法兰连接筒8与探头座3采用螺纹连接，并设置有密封圈；法兰连接筒8与表头13采用螺纹连接，并设置有密封圈。

光电转换模块10同时使用了4根光纤、4个不同通道值滤光片，根据情况需要也可以选取3根光纤3个不同通道值得滤光片或2根光纤2个不同通道值得滤光片。

光源发射光纤2和接收光纤9外有法兰连接筒，一端与表头连接另一端与探头连接且均有密封圈，用于保护光纤在其复杂的工作环境下不被损坏，延长本实用新型的使用寿命。

卤钨灯泡1中，卤钨灯是填充气体内含有部分卤族元素或卤化物的充气白炽灯。普通的白炽灯为提高发光效率，必须提高钨丝的温度，但相应会造成钨的蒸发，使玻壳发黑。而1- 卤钨灯泡是在白炽灯中充入卤族元素或卤化物，利用卤钨循环的原理可以消除白炽灯的玻壳发黑现象。

本实用新型的原理如下：

物质对近红外光的吸收服从朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律，可以表示为：

A＝log(I_o/I)＝k*C*d

其中，表示：入射光强度；I表示：透过样品后的透射光强度；A表示:吸光度；

C表示:样品浓度；d表示:光程；k表示:吸光系数。

在吸光系数k、光程d、入射光强度固定的情况下，样品浓度C与投射光强度I成线性关系，也就是说，含水与透射光强度成线路关系。

在实验室中，将柴油、水按不同比例混合至乳化状，得到0％～10％含水的样品，用本实施例所述的装置进行测量，得到数据如下表：

由上表可以得出，本装置的测量误差不会超过0.05％，大多数情况下误差不超过0.03％。故本装置能够很精准的实现对原油含水率的测量。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种外输原油含水监测仪，其特征在于：包括光源发射模块、探头监测模块、光电转换模块、表头分析处理模块；所述光源发射模块包括卤钨灯泡、光源发射光纤，内置的卤钨灯泡发射的光源通过发射光纤输至探头模块；所述探头监测模块包括探头座，探头座中有反射棱镜，所述反射棱镜同轴设置了第一蓝宝石光学窗口和第二蓝宝石光学窗口、聚光透镜；所述第一和蓝宝石光学窗口和第二蓝宝石光学窗口之间设有过液槽，被测流体从过液槽流过，从而进行含水率的监测；所述光电转换模块包括法兰连接筒、接收光纤、滤光片、光电转换模块；所述接收到的光信号通过光纤传输至于光电转换模块，所述光电转换模块滤光后通过光电二极管转换成电信号；所述法兰连接筒的一端与探头座相连，另一端与表头相连。

2.根据权利要求1所述的外输原油含水监测仪，其特征在于：所述卤钨灯泡设置于表头。

3.根据权利要求1所述的外输原油含水监测仪，其特征在于：第一蓝宝石窗口与第二蓝宝石偏心同轴设置。

4.根据权利要求1所述的外输原油含水监测仪，其特征在于：外输原油含水监测仪还包括透镜滤光套，透镜滤光套位于固定座上，滤光片与第二透镜位于透镜滤光套内。

5.根据权利要求1所述的外输原油含水监测仪，其特征在于：外输原油含水监测仪还包括光电管套，光电管套位于固定座上，光电二极管位于光电管套内。

6.根据权利要求1所述的外输原油含水监测仪，其特征在于：光纤外设有法兰连接外筒，其一端与探头座相连、另一端与表头相连。

7.根据权利要求1所述的外输原油含水监测仪，其特征在于：探头座与法兰连接外筒连接处有密封圈，保证装置内的密闭性。

8.根据权利要求1所述的外输原油含水监测仪，其特征在于：法兰连接外筒与表头连接处设有密封圈。

9.根据权利要求1所述的外输原油含水监测仪，其特征在于：探头设偏心同轴孔，用于焊接第一蓝宝石片和第二蓝宝石片。