CN210624165U

CN210624165U - 一种长输管线油品切油自动预报装置的近红外光谱分析管路

Info

Publication number: CN210624165U
Application number: CN201920706990.9U
Authority: CN
Inventors: 陈夕松; 梅彬; 段佳
Original assignee: NANJING RICHISLAND INFORMATION ENGINEERING CO LTD
Current assignee: NANJING RICHISLAND INFORMATION ENGINEERING CO LTD
Priority date: 2019-05-16
Filing date: 2019-05-16
Publication date: 2020-05-26
Anticipated expiration: 2029-05-16

Abstract

本实用新型公开了一种长输管线油品切油自动预报装置的近红外光谱分析管路，该装置主要包含样品引出管线、一次回流装置、阀门、离心泵、测量室加热器、过滤器、流通池、二次回流装置和近红外光谱仪。该管路的测量室加热器和过滤器消除了温度和气泡杂质对近红外光谱仪的影响。回流装置使管道内油品一直保持流动，保证分析样品的实时性。该装置可有效解决成品油输送中密度法难以检测混油段的问题，对保证成品油质量，提升炼厂经济效益至关重要。

Description

一种长输管线油品切油自动预报装置的近红外光谱分析管路

技术领域

本实用新型涉及一种石化产品检测预报装置，具体为一种基于近红外光谱的成品油长输管线混油段检测和切油预报装置。

背景技术

管道顺序输送是成品油运输的一种重要方式，但是相邻顺序输送的成品油会因为流速不均匀等原因产生混油现象，混油段的精准检测和切割直接关系到输送油品的质量和炼厂经济效益。

目前成品油管道顺序输送中普遍采用密度型界面检测器，通过测量不同油品的密度差别来检测输油管道中油品的变化。密度计虽然可以测量出密度差别较大的油品(如柴油汽油)界面，但是难以检测密度相近的两类油品，如管道中顺序输送92#汽油与95#汽油时，密度计将无法有效辨别混油界面的位置。

近红外光谱分析技术是一种先进的油品评价系统，油品中化合物含量的细微变化，都会导致其近红外光谱发生变化。通过化学计量学方法对样品的近红外光谱数据进行预处理后，采用主成分分析方法便能得到样品的组成信息，快速识别样品变化。

正是由于油品化合物细微变化会导致其近红外光谱发生变化，故如何减少长输管线油品切油自动预报装置的近红外分析过程中环境因素的影响，以提高近红外分析的准确性，是急于解决的问题。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案为：

一种长输管线油品切油自动预报装置的近红外光谱分析管路，该装置包含：样品引出管线、一次回流装置、若干阀门、离心泵、二次回流装置和近红外光谱仪；样品引出管线设置在原管线上，在样品引出管线和原管线之间设置离心泵作为引出动力段；引出动力段的末端一方面通过一次回流装置接回原管线；引出动力段的末端另一方面通过样品引出管线连接测量室；所述测量室一方面连接红外光谱仪进行混油头的红外光谱分析，另一方面基于二次回流装置接回原管线；在一次回流装置上设置第一阀门，在引出动力段上设置第二阀门。

优选的，所述测量室中包括三通阀门，样品引出管线连接三通阀门的输入端，三通阀门的第一输出端连接红外光谱仪，三通阀门的第二输出端连接二次回流装置接回原管线。

优选的，测量室内设置加热器对待测油样保温伴热。

优选的，在进入三通阀门的输入端前设置过滤器作为过滤段去除气泡及杂质，过滤段上设置第三阀门。

优选的，三通阀门的第一输出端连接至流通池，流通池作为测量端连接红外光谱仪进行测量，测量端上设置第五阀门。

有益效果：

本实用新型可广泛用于成品油输送中混油段检测的场所，解决密度法难以检测密度相近油品的问题，具有测量灵敏度高、实现方便、安全环保等优点。本实用新型实现了混油段的快速精准检测中近红外光谱分析精准性的提高，是合理执行混油切割的基础，对保证成品油质量，提升炼厂经济效益至关重要。

附图说明

图1为本实用新型的管路结构图

图2为某段时间内通过传输管线油样近红外光谱的二维主成分分布图

图3为某长输管线混油段预报结果

具体实施方式

下面结合具体实例对本实用新型作进一步说明。

本案例以某成品油长输管线的某次传输为例，管路结构图如图1所示，该装置包含：样品引出管线2、一次回流装置3、若干阀门、离心泵5、二次回流装置9和近红外光谱仪10；样品引出管线2设置在原管线1上，在样品引出管线2和原管线1之间设置离心泵5作为引出动力段；引出动力段的末端一方面通过一次回流装置3接回原管线1；引出动力段的末端另一方面通过样品引出管线2连接测量室；所述测量室一方面连接红外光谱仪10进行混油头的红外光谱分析，另一方面基于二次回流装置9接回原管线1；在一次回流装置3上设置第一阀门4-A，在引出动力段上设置第二阀门4-B。

测量室中包括三通阀门4-D，样品引出管线2连接三通阀门4-D的输入端，三通阀门4-D的第一输出端连接红外光谱仪10，三通阀门4-D的第二输出端连接二次回流装置9接回原管线1。

测量室内设置加热器6对待测油样保温伴热。

在进入三通阀门4-D的输入端前设置过滤器7作为过滤段去除气泡及杂质，过滤段上设置第三阀门4-C。

三通阀门4-D的第一输出端连接至流通池8，流通池8作为测量端连接红外光谱仪10进行测量，测量端上设置第五阀门4-E。

本申请的目的是设置管路回流检测结构，通过一次、二次回流组合方式以实现测量灵敏度高、实现方便、安全环保等优点。具体的：

一次回流避免过多样品参与换热，降低换热器功耗；二次回流使管道内油品一直保持流动，避免油样在管线内积压，保证分析样品的实时性。

此外：

测量室加热器对所有管线保温伴热，减少温度对近红外分析结果影响。

过滤器清除待测油品中的杂质、气泡，以降低杂质的散射和气泡影响油品的流动状态对近红外分析造成的干扰。

基于本装置对长输管线混油进行红外光谱分析后，可采用动态主成分分析方法分析常减压装置塔顶换热器管道中石脑油光谱数据的特征变化，实时检测石脑油中是否有原油混入，快速识别换热器泄漏问题。其中，近红外光谱预处理方法和动态主成分分析方法为现有技术，可参考：褚小立.《化学计量学方法与分子光谱分析技术》.化学工业出版社,2010；周东华.《数据驱动的工业过程故障诊断》.科学出版社.2011。

基于本申请的自动预报装置的具体过程如下：本次传输中先流过管线的为92#汽油，随后传输95#汽油，每隔1分钟采集一次管道中流过的最新油样。具体过程如下：

(1)一次回流

经采样口将长输管线中待测油样引至分析小屋外，并分为2路，其中一路引出进行分析，另一路回流原采样管线。近红外光谱分析所需样本量很小，因此在进入换热器6前设置回流装置3，将采出的大部分油样回流到原管线1，避免过多样品参与换热，降低换热器功耗。

(2)样品换热和过滤

温度对近红外分析结果影响较大，在送入近红外光谱仪前由测量室加热器6对所有管线保温伴热，可以采用常见的可编程逻辑控制器控制40℃恒温。

杂质会产生散射，气泡会影响油品的流动状态，都会对近红外分析造成影响。样品进入近红外光谱仪之前，在预处理系统经过滤器7去除杂质及气泡，然后送入到流通池8中进行测量。

(4)二次回流

将多余油样通过二次回流管道9回流至原采样管线1，将使管道内油品一直保持流动，避免油样在管线内积压，保证分析样品的实时性。

(5)近红外光谱扫描和预处理

本案例中每隔1分钟扫描一次管道中最新流过的油样，获得近红外光谱数据，截取近红外光谱信息较大的5400～6200波数段的吸光度数据，并对截取的数据做基线校正和矢量归一化。

(6)动态主成分分析模型训练

长输管线油品传输中，可以根据理论计算得到混油段到达某站点的大致时间段。本案例中先在管道中稳定传输92#汽油的时间内采集得到100个样本，预处理后进行主成分分析，计算92#汽油的平方预测误差SPE的控制限和Hotelling's T²统计量的控制限。

对100个92#汽油样本的近红外光谱数据进行主成分分析后，前三维得分向量的累计贡献率已经超过95％，基本可以表征原光谱信息。因此以前三维主成分参与动态主成分模型训练。

分别根据式(2)和式(3)计算出92#汽油SPE控制限为3.7043，T²控制限为19.0863。

其中，

i＝1,2,3，λ_j是样本矩阵X的协方差阵的第j个特征值，c_α是与上限(1-α)×100％相应的标准正态偏差。

其中，n为样本个数，k是主元个数，F(p,n-1,α)是自由度为k和n-1的F分布上限α×100％的临界值。

92#汽油的动态主成分模型训练完成后，即可将管道中实时采集的最新油样代入模型，分析样本特征是否发生较大变化。

(7)混油段预测

根据理论计算得到混油段通过本站点的大致时间段为9:00～10:00，本案例具体展示在8:40～10:20期间检测的样本，1小时40分钟内共采集100个样本，按采集时间顺序排列。

首先进行主成分分析，并以前二维主成分绘制样本的主成分分布图，如图2所示。图中可以明显看出管道中流过的1～30号92#汽油样本基本聚集在图像左侧某区域，以“.”表示；一段时间后92#汽油与95#汽油发生混油现象，期间采集的31～67号样本在分布图中逐渐向右偏移，以“。”表示；混油段结束后，68～100号95#汽油样本在分布图中分布重新趋于稳定状态，聚集在图像右侧某区域，以“*”表示。

将这100个样本代入92#汽油的动态主成分模型分析。将样本组成待测数据矩阵X_test，标准化后根据式(4)和式(5)，计算每个样本的SPE和T²统计量。

SPE＝x^T(I-PP^T)x (4)

其中，P为m×k维的负载矩阵。

其中，λ是由前k个主元所对应的特征值所组成的对角矩阵。

计算结果如图3所示，图中虚线为控制限，可以看出，从第30个样本开始，SPE统计量超限。随后，从第32个样本开始，T²统计量也超限。此后，SPE和T²值不断变大，为方便显示，使SPE图的上限值为40，T²图的上限值为200，实际这两项指标一直在增大。实际采样中，前30个样本为92#汽油，从第31号样本开始进入混油段，95#汽油含量逐渐增加，与装置分析结果一致。

可见，基于用于换热过程石脑油中泄漏原油自动检测装置的近红外光谱分析管路可以有效识别样本变化，并综合SPE和T²统计量进行切油自动预报。本实用新型实现了混油段的快速精准检测中近红外光谱分析精准性的提高，是合理执行混油切割的基础，对保证成品油质量，提升炼厂经济效益至关重要。

Claims

1.一种长输管线油品切油自动预报装置的近红外光谱分析管路，其特征在于该装置包含：样品引出管线(2)、一次回流装置(3)、若干阀门、离心泵(5)、二次回流装置(9)和近红外光谱仪(10)；样品引出管线(2)设置在原管线(1)上，在样品引出管线(2)和原管线(1)之间设置离心泵(5)作为引出动力段；引出动力段的末端一方面通过一次回流装置(3)接回原管线(1)；引出动力段的末端另一方面通过样品引出管线(2)连接测量室；所述测量室一方面连接近红外光谱仪(10)进行混油头的红外光谱分析，另一方面基于二次回流装置(9)接回原管线(1)；在一次回流装置(3)上设置第一阀门(4-A)，在引出动力段上设置第二阀门(4-B)。

2.根据权利要求1所述的一种长输管线油品切油自动预报装置的近红外光谱分析管路，其特征在于所述测量室中包括三通阀门(4-D)，样品引出管线(2)连接三通阀门(4-D)的输入端，三通阀门(4-D)的第一输出端连接近红外光谱仪(10)，三通阀门(4-D)的第二输出端连接二次回流装置(9)接回原管线(1)。

3.根据权利要求1所述的一种长输管线油品切油自动预报装置的近红外光谱分析管路，其特征在于测量室内设置加热器(6)对待测油样保温伴热。

4.根据权利要求2所述的一种长输管线油品切油自动预报装置的近红外光谱分析管路，其特征在于在进入三通阀门(4-D)的输入端前设置过滤器(7)作为过滤段去除气泡及杂质，过滤段上设置第三阀门(4-C)。

5.根据权利要求2所述的一种长输管线油品切油自动预报装置的近红外光谱分析管路，其特征在于三通阀门(4-D)的第一输出端连接至流通池(8)，流通池(8)作为测量端连接近红外光谱仪(10)进行测量，测量端上设置第五阀门(4-E)。