EA036344B1 - Спектральный анализатор нефти - Google Patents

Спектральный анализатор нефти Download PDF

Info

Publication number
EA036344B1
EA036344B1 EA201800595A EA201800595A EA036344B1 EA 036344 B1 EA036344 B1 EA 036344B1 EA 201800595 A EA201800595 A EA 201800595A EA 201800595 A EA201800595 A EA 201800595A EA 036344 B1 EA036344 B1 EA 036344B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
oil
fibers
fiber
optical
eleven
Prior art date
Application number
EA201800595A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201800595A1 (ru
Inventor
Виктор Сергеевич Корсаков
Александр Сергеевич Корсаков
Original Assignee
Виктор Сергеевич Корсаков
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Виктор Сергеевич Корсаков filed Critical Виктор Сергеевич Корсаков
Priority to EA201800595A priority Critical patent/EA036344B1/ru
Publication of EA201800595A1 publication Critical patent/EA201800595A1/ru
Publication of EA036344B1 publication Critical patent/EA036344B1/ru

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3577Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing liquids, e.g. polluted water
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/04Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings formed by bundles of fibres

Abstract

Изобретение относится к области физико-химических методов анализа, в частности к инфракрасной спектроскопии определения состава смесей нефтепродуктов. Предлагается спектральный анализатор нефти, содержащий источник инфракрасного излучения, соединенный с источником питания, параболический рефлектор, пробоотборник, состоящий из двух плоскопараллельных пластин, с пробой нефтесодержащей смеси, коллиматор, соединенный с приемным концом волоконно-оптической сборки, состоящей из кварцевых волокон, при этом выходной конец волоконно-оптической сборки разделен на оптические каналы, имеющие равное количество волокон, причем по крайней мере один канал является опорным, концы оптических каналов через оптические фильтры связаны с фотоприемниками, на выходе которых получают электрический сигнал с получением его изображения на экране дисплея после компьютерной обработки, отличающийся тем, что конец волоконно-оптической сборки разделен на одиннадцать оптических каналов, соединенных с одиннадцатью фотоприемниками через одиннадцать оптических фильтров соответственно, причем три оптических канала являются опорными, а волоконно-оптическая сборка дополнительно содержит волокна, выполненные из галогенида серебра, причем соотношение кварцевых волокон и волокон из галогенида серебра равно 1:2 и их общее количество составляет не менее 110, при этом две плоскопараллельные пластины пробоотборника выполнены из синтетического алмаза. Предлагаемый спектральный анализатор нефти позволяет определить количественное содержание серосодержащих соединений в нефтяной смеси в режиме поточного контроля за счет повышения чувствительности прибора.

Description

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области физико-химических методов анализа, в частности к инфракрасной спектроскопии определения состава смесей нефтепродуктов.
Предшествующий уровень техники
В настоящее время обводненность продукции нефтедобывающих скважин достигла в среднем 75% (при подсчете учтены скважины в разных странах мира). Среди непрерывных способов контроля обводнённой нефти различают два, разделяемые по принципу измеряемых физических величин среды: оптические и электрические. Недостатком способов, основанных на измерении электрических величин, является низкая чувствительность в случае высокой доли газовой фазы в исследуемых образцах. Оптические способы основаны на регистрации пиков поглощения присущих непосредственно детектируемым элементам, в независимости от их агрегатного состояния, и обеспечивают значительное преимущество по точности и скорости анализа. Необходимо отметить, что вторым после воды спутником нефти является сера, при этом её содержание может достигать 14 об.% (Магеррамов A.M., Ахмедова Р.А., Ахмедова Н.Ф. Нефтехимия и нефтепереработка, Баку: Ба-кы Университета, 2009, с. 660, с. 340-353). Сера в нефти и нефтепродуктах присутствует частью в виде элементной серы, а в основном в виде различных соединений - сероводорода, меркаптанов, сульфидов, дисульфидов, тиофенов и тиофанов. Количественное содержание серы является одной из существенных технологических характеристик нефти, вследствие высокой коррозионной активности сернистых соединений. Серосодержащие соединения наносят существенный вред, как при переработке нефти, так и при использовании нефтепродуктов, в частности наличие серы в топливах отрицательно сказывается на их эксплуатационных характеристиках. Кроме этого, при сгорании сернистых соединений выделяются SO2 и SO3, который при гидратации образуют сернистую и серную кислоты. Кислоты способствую коррозии стенок цилиндров и других частей оборудования. Попадание серной кислоты в масла приводит к образованию смолистых продуктов и, как следствие, нагара, ускоряющего износ двигателя. В связи с вышесказанным содержание серы и ее соединений является одной из основных качественных характеристик, как сырой нефти, так и получаемых нефтепродуктов.
В настоящее время инфракрасная спектроскопия является одним из основных способов анализа нефти и нефтепродуктов. При ее использовании для определения количественного состава природных смесей не происходит разрушение веществ, что не затрудняет их дальнейшее использование. Изменение солености и наличие газовых фракций также не оказывают существенного влияния на точность измерений в связи с тем, что способ основан на детектировании интенсивности характеристических пиков поглощения химических связей на определенных длинах волн, которые не меняют своего положения. Применение волоконно-оптических каналов доставки позволяет расширить области применения способа и реализовать промышленные поточные датчики контроля химического состава и концентрации, востребованные на нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих станциях.
Известен многоканальный инфракрасный датчик для измерения фазового состава многокомпонентного потока, в частности потока нефтепродуктов, содержащий инфракрасный излучатель, соединенный с источником питания, параболический рефлектор, пробоотборник, состоящий из двух плоскопараллельных сапфировых пластин, с пробой нефтепродуктов, коллиматор, соединенный с приемным концом волоконно-оптической сборки, состоящей из кварцевых волокон, при этом выходной конец волоконнооптической сборки разделен на оптические каналы, имеющие равное количество волокон, причем по крайней мере один канал является опорным, концы оптических каналов через оптические фильтры связаны с фотодиодами, на выходе которых получают электрический сигнал, передаваемый на компьютерную обработку с получением изображения на дисплее (патент GB 2423817; МПК G01N 21/25, G01N 33/28; 2006 г.).
Недостатком прибора является его низкая точность, в частности невозможность определения серосодержащих компонентов ввиду недостаточно высокой чувствительности.
Прототипом предлагаемого устройства является инфракрасный оптический датчик для определения концентрации нефти и воды в многокомпонентном жидком потоке в присутствии ингибитора гидратов, работа которого основана на различиях в поглощении нефтью, водой и ингибитором ближнего инфракрасного излучения. Датчик представляет собой инфракрасную оптическую волоконную систему и содержит широкополосный инфракрасный источник, в частности вольфрамовую галогенную лампу, соединенный с линией электропитания и расположенный на противоположной стороне области выборки из коллиматора, соединенного с корпусной частью с помощью оптических выходов, соединенных с ним посредством общего соединителя. Таким образом, известный датчик содержит источник инфракрасного излучения, параболический (эллиптический) отражатель для направления света от источника, первое и второе сапфировые окна, коллиматор и оптические выходы, которые соединяют коллиматор с инфракрасными фильтрами (патент US 9002650; МПК G01F 1/74, G01N 21/35, G01F 1/44, G01F 1/88, G01N 21/359, G01N 21/3577; 2015 г.).
Недостатком прибора является невозможность определения серосодержащих компонентов ввиду недостаточно высокой чувствительности.
Таким образом, существующие инфракрасные оптические датчики (анализаторы) позволяют про- 1 036344 вести одновременный анализ содержания воды и нефти в смеси нефтепродуктов путем регистрации оптических сигналов, проходящих через проточный пробоотборник. Однако, несмотря на то, что одним из основных компонентов, загрязняющих нефть, являются серосодержащие соединения, известные в настоящее время конструкции инфракрасных спектральных анализаторов не позволяют определить их концентрацию в непрерывном режиме движения потока через трубопровод.
Целью настоящего изобретения является разработка конструкции спектрального анализатора нефти, обеспечивающего возможность определения серосодержащих соединений в режиме поточного контроля.
Сущность изобретения
Задача изобретения состоит в создании спектрального анализатора нефти, обеспечивающего возможность определения концентрационного содержания нефти, воды и серосодержащих соединений в режиме поточного контроля.
Технический результат состоит в повышении чувствительности анализатора.
Поставленная задача решена в предлагаемой конструкции спектрального анализатора нефти, содержащего источник инфракрасного излучения, соединенный с источником питания, параболический рефлектор, пробоотборник, состоящий из двух плоскопараллельных пластин, с пробой нефтесодержащей смеси, коллиматор, соединенный с приемным концом волоконно-оптической сборки, состоящей из кварцевых волокон, при этом выходной конец волоконно-оптической сборки разделен на оптические каналы, имеющие равное количество волокон, причем по крайней мере один канал является опорным, концы оптических каналов через оптические фильтры связаны с фотоприемниками, на выходе которых получают электрический сигнал с получением его изображения на экране дисплея после компьютерной обработки, отличающийся тем, что конец волоконно-оптической сборки разделен на одиннадцать оптических каналов, соединенных с одиннадцатью фотоприемниками через одиннадцать оптических фильтров, соответственно, причем три оптических канала являются опорными, а волоконно-оптическая сборка дополнительно содержит волокна, выполненные из галогенида серебра, причем соотношение кварцевых волокон и волокон из галогенида серебра равно 1:2 и их общее количество составляет не менее 110, при этом две плоскопараллельные пластины пробоотборника выполнены из синтетического алмаза.
Исследования, проведенные авторами, выявили возможность определения количественного содержания серосодержащих соединений в нефтяной смеси. Использование одиннадцати оптических каналов позволило увеличить используемый диапазон сигналов от 2.0 до 10.0 мкм с учетом того, что в этом диапазоне оптические волокна, в состав которых входят волокна из галогенида серебра, прозрачны. Авторами установлено, что наиболее интенсивный пик поглощения воды находится в области 3.0 и 6.0 мкм, нефти -3,4 мкм, а серосодержащие соединения, представленные в нефти в виде серосодержащих углеводородов: тиофенов и тиофанов, идентифицируются по полосе поглощения в области 8.0 мкм, соответствующей колебаниям серы в пятичленном кольце. Необходимо отметить, что передача сигнала о пике поглощения серосодержащих соединений с использованием кварцевых волокон, прозрачных в области от 0.4 до 2.2 мкм, невозможна. Исследования, проведенные авторами, выявили перспективность использования оптического волокна, содержащего волокна из галогенида серебра. При этом предлагаемое авторами соотношение кварцевых волокон и волокон из галогенида серебра, равное 1:2, обеспечивает необходимый уровень прозрачности с сохранением срока длительности службы оптических волокон. Расширение диапазона сигналов поглощения обусловливает изготовление плоскопараллельных пластин пробоотборника из синтетического алмаза, прозрачного в используемом диапазоне. Данные, проведенных исследований, свидетельствуют о значительном увеличении чувствительности прибора, и, как следствие, о возможности определения количественного содержания серосодержащих соединений в нефтяной смеси.
Перечень фигур
На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого спектрального анализатора нефти, где 1 источник инфракрасного излучения (γ 2.0-10.0 мкм), соединенный с электрическим источником питания (на схеме не показан); 2 - параболический рефлектор; 3 - пробоотборник, выполненный из двух плоскопараллельных пластин из синтетического алмаза (3.1, 3.2) с регулируемым зазором; 4 - коллиматор; 5 - волоконнооптическая сборка, состоящая из кварцевых волокон и волокон из галогенида серебра, взятых в соотношении 1:2; 6 - приемный торец волоконно-оптической сборки; 7 - оптические каналы с равным количеством оптических волокон; 8 - выходные концы оптических каналов; 9 - оптические фильтры (выделение необходимых длин волн); 10 - фотоприемники (фотодиод или пироэлектрический детектор); 11 - образец водонефтяной смеси.
На фиг. 2 изображены спектральные характеристики воды, нефти и серосодержащих соединений, где 1-11 каналы для выделения характеристических сигналов, 12 - спектральные характеристики поглощения серосодержащих соединений, 13 - спектральные характеристики поглощения воды; 14 спектральные характеристики поглощения нефти, при этом 3, 5, 8 - каналы для выделения пиков поглощения нефти; 2, 4, 7, 10 - каналы для выделения пиков поглощения воды; 11 - канал для выделения пиков поглощения серосодержащих соединений; 1, 6, 9 -опорные каналы.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Как указано выше, предлагаемый спектральный анализатор нефти содержит источник инфракрас- 2 036344 ного излучения (γ 2.0-10.0 мкм)(1), соединенный с электрическим источником питания (на схеме не показан); параболический рефлектор (2) для получения параллельно направленного потока света; пробоотборник (3), в котором находится образец нефтесодержащей смеси, выполненный из двух плоскопараллельных пластин из синтетического алмаза (3.1, 3.2) с регулируемым зазором; коллиматор (4), расположенный между пробоотборником и волоконно-оптической сборкой (5) для получения параллельных пучков лучей света после его прохождения через пробоотборник и частичного поглощения компонентами смеси. Волоконно-оптическая сборка (5) состоит из кварцевых волокон и волокон из галогенида серебра, взятых в соотношении 1:2, общее количество которых составляет не менее 110, при этом приемный торец волоконно-оптической сборки (6) связан с оптическими каналами (7) с равным количеством оптических волокон; выходные концы оптических каналов (8) соединены оптическими фильтрами (9) с целью выделения необходимых длин волн, которые в свою очередь соединены с фотоприемниками (10) (фотодиод или пироэлектрический детектор).
Предлагаемый спектральный анализатор нефти работает следующим образом. Источник инфракрасного излучения 1, соединенный с электрическим источником питания, генерирует непрерывный или импульсный сигнал с определенной (стабильной) мощностью в диапазоне длин волн от 2,0 мкм до 10 мкм. Параболический рефлектор 2, расположенный за источником инфракрасного излучения 1, направляет условно параллельный оптический сигнал в пробоотборник 3 через первую пластину из синтетического алмаза 3.1 на образец нефтяной смеси. В результате прохождения излучения через жидкость часть мощности оптического сигнала поглощается. На длинах волн, соответствующих характеристическим пикам воды, нефти и серосодержащих соединений, поглощение происходит наиболее интенсивно, в области с окнами прозрачности оптический сигнал поглощается меньше (см. фиг. 2). После взаимодействия с исследуемой средой измененный (ослабленный) оптический сигнал через вторую ответную пластину из синтетического алмаза 3.2 пробоотборника 3 попадает на коллиматор 4. Коллиматор 4 собирает оптическое излучение и направляет его в волоконно-оптическую сборку 5, приемный конец 6 которой состоит из не менее 110 кварцевых волокон и волокон из галогенида серебра, взятых в соотношении 1:2. Выходной конец волоконно-оптической сборки 5 разделен на одиннадцать оптических каналов 7 с равным количеством оптических волокон обоих видов в каждом. Таким образом, мощность оптического излучения, поступившая в приемный конец 6 волоконно-оптической сборки 5, равномерно распределяется по выходным концам 8 оптических каналов 7. Каждый выходной конец 8 каждого из оптических каналов 7 смонтирован напротив одного из узкополосных оптических фильтров 9, каждый из которых выделяет мощность только одной длины волны: 1,45; 1,95; 3,00; 6,00 мкм (пики поглощения воды); 1,72; 2,31; 3,41 мкм (пики поглощения нефти); 8,0 мкм (пик поглощения серосодержащих соединений; 1,10; 2,55; 5,00 мкм (опорные каналы). За каждым оптическим фильтром 9 расположен фотоприемник 10, каждый из которых синхронно регистрирует мощность приходящего оптического излучения и преобразует ее в электрический сигнал, изображение которого после компьютерной обработки поступает на экран дисплея в виде спектра поглощения, который представляет собой график, по оси абсцисс которого откладывается длина волны, а по оси ординат - поглощение, то есть величина, равная отношению интенсивности прошедшего через поглощающее вещество и падающего на него излучения. При исследовании нефтепродуктов спектр изображается рядом максимумов и минимумов, при этом область спектра, в котором поглощение проходит через максимум и является полосой поглощения, характеризующей количество составляющей (воды или нефти или серосодержащих соединений) смеси. Одновременное использование одиннадцати каналов в предлагаемой конструкции спектрального анализатора нефти позволяет измерять концентрацию воды и серосодержащих соединений в нефти в диапазонах от 0,1 до 100,0%.
Таким образом, предлагаемый спектральный анализатор нефти позволяет определить количественное содержание серосодержащих соединений в нефтяной смеси в режиме поточного контроля за счет повышения чувствительности прибора.

Claims (1)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    Спектральный анализатор нефти, содержащий источник инфракрасного излучения, соединенный с источником питания, параболический рефлектор, пробоотборник, состоящий из двух плоскопараллельных пластин, с пробой нефтесодержащей смеси, коллиматор, соединенный с приемным концом волоконно-оптической сборки, состоящей из кварцевых волокон, при этом выходной конец волоконнооптической сборки разделен на оптические каналы, имеющие равное количество волокон, причем по крайней мере один канал является опорным, концы оптических каналов через оптические фильтры связаны с фотоприемниками, на выходе которых получают электрический сигнал с получением его изображения на экране дисплея после компьютерной обработки, отличающийся тем, что конец волоконнооптической сборки разделен на одиннадцать оптических каналов, соединенных с одиннадцатью фотоприемниками через одиннадцать оптических фильтров соответственно, каждый из которых выделяет мощность только одной длины волны: 1,45; 1,95; 3,00; 6,00 мкм (пики поглощения воды); 1,72; 2,31; 3,41 мкм (пики поглощения нефти); 8,0 мкм (пик поглощения серосодержащих соединений; 1,10; 2,55; 5,00 мкм (опорные каналы), а волоконно-оптическая сборка дополнительно содержит волокна, выполненные
    - 3 036344 из галогенида серебра, причем соотношение кварцевых волокон и волокон из галогенида серебра равно
    1:2 и их общее количество составляет не менее 110, при этом две плоскопараллельные пластины пробоотборника выполнены из синтетического алмаза.
EA201800595A 2018-12-05 2018-12-05 Спектральный анализатор нефти EA036344B1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA201800595A EA036344B1 (ru) 2018-12-05 2018-12-05 Спектральный анализатор нефти

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA201800595A EA036344B1 (ru) 2018-12-05 2018-12-05 Спектральный анализатор нефти

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201800595A1 EA201800595A1 (ru) 2020-06-30
EA036344B1 true EA036344B1 (ru) 2020-10-29

Family

ID=71138834

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201800595A EA036344B1 (ru) 2018-12-05 2018-12-05 Спектральный анализатор нефти

Country Status (1)

Country Link
EA (1) EA036344B1 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6289149B1 (en) * 1996-04-30 2001-09-11 Foster-Miller, Inc. Fiber optic coupled transmission cell for in-process spectrographic analysis
GB2423817A (en) * 2005-02-24 2006-09-06 Weatherford Lamb Multi-channel infrared optical phase fraction meter
US8541743B2 (en) * 2011-08-02 2013-09-24 Roc8Sci Co. Apparatus and method for detecting and quantifying analytes in solution
RU178357U1 (ru) * 2017-11-22 2018-03-30 Общество с ограниченной ответственностью "Ойл Автоматика" Инфракрасный влагомер

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6289149B1 (en) * 1996-04-30 2001-09-11 Foster-Miller, Inc. Fiber optic coupled transmission cell for in-process spectrographic analysis
GB2423817A (en) * 2005-02-24 2006-09-06 Weatherford Lamb Multi-channel infrared optical phase fraction meter
US8541743B2 (en) * 2011-08-02 2013-09-24 Roc8Sci Co. Apparatus and method for detecting and quantifying analytes in solution
RU178357U1 (ru) * 2017-11-22 2018-03-30 Общество с ограниченной ответственностью "Ойл Автоматика" Инфракрасный влагомер

Also Published As

Publication number Publication date
EA201800595A1 (ru) 2020-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1903329B1 (en) An apparatus and method for optically determining the presence of carbon dioxide
US7233001B2 (en) Multi-channel infrared optical phase fraction meter
KR101684407B1 (ko) 광학 센서를 이용한 수질 오염 측정 시스템 및 수질 오염 측정 장치
US3806727A (en) Optical detector system
DE3476121D1 (en) Equipment for the measurement of fluorescence, turbidity, luminescence, or absorption
EP0896663A1 (en) Spectral information transmission through communication optical fibers
CN105424635A (zh) 紫外光谱烟气分析仪
US4792689A (en) Method for obtaining a ratio measurement for correcting common path variations in intensity in fiber optic sensors
CN205317662U (zh) 一种紫外光谱烟气分析仪
CN102590171A (zh) 用于海洋油污染快速检测的系统
CN106248602B (zh) 基于光纤f-p干涉仪的硫化氢气体传感装置
CN107941702A (zh) 适于光谱分析的多通道光信号耦合增敏收集装置
CN202956337U (zh) 基于近红外的甲醇汽油快速检测仪
CN208255048U (zh) 光纤探头和水质检测装置
EA036344B1 (ru) Спектральный анализатор нефти
GB2215038A (en) Improvements relating to optical sensing arrangements
EP0187675A2 (en) Method of detection and quantitative determination of sulfur and sulfur monitor using the method
CN202512058U (zh) 用于海洋油污染快速检测的装置
JP3858844B2 (ja) 炭酸ガスの地中固定におけるガスモニタリング装置およびガスモニタリング方法
CN105092527A (zh) 一种录井用气体检测装置及方法
RU178357U1 (ru) Инфракрасный влагомер
CN208091899U (zh) 一种光纤分光测量系统
CN202649105U (zh) 一种双光路分光检测系统
CN108414480B (zh) 一种原油荧光测量装置和方法
RU2408908C1 (ru) Устройство для измерения концентрации светопоглощающих веществ

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG TJ TM