RU2801786C1 - Устройство для определения концентрации механических примесей и свободной воды в потоке жидкого углеводородного топлива - Google Patents

Abstract

Устройство включает первый фотоприемник с полусферической линзой, второй фотоприемник с асферической линзой, источник излучения с системой оптической фокусировки, третий фотоприемник с асферической линзой, отражающую поверхность и удерживающий элемент для удержания источника излучения, фотоприемников и отражающей поверхности в заданном взаимном расположении. Отражающая поверхность обеспечивает основной оптический путь излучения от источника излучения во второй фотоприемник, первый фотоприемник расположен смежно со вторым фотоприемником вне основного оптического пути излучения. Оптические оси первого и второго фотоприемников ориентированы по существу в направлении отражающей поверхности. Третий фотоприемник расположен смежно с источником излучения. Оптические оси асферической линзы третьего фотоприемника и системы оптической фокусировки источника излучения ориентированы по существу в направлении отражающей поверхности. Технический результат - возможность одновременного определения концентрации механических примесей и свободной воды и повышение точности измерений. 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической и других отраслях промышленности для контроля (мониторинга) концентрации механических примесей и свободной воды в потоке жидкого углеводородного топлива.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] На сегодняшний день в промышленности наиболее популярным средством определения нерастворенной воды в топливе, в частности реактивном авиатопливе, является химический метод. Принцип работы заключается в том, что делается отбор анализируемого образца, затем происходит контакт топлива с химическим реагентом, который окрашивается в случае наличия нерастворенной воды в образце. Данный вариант «полевого» анализа достаточно точен в вопросах, когда необходимо выяснить превышение определенного значения концентрации. Например, фирма Parker Velcon производит устройство «Velcon Hydrokit» для двух пороговых значений концентраций: 15 и 30 объемных единиц на миллион. Фирма Shell производит устройство «Shell Water Detector», реакционная часть которого изменяет свой цвет, реагируя на присутствие воды от 10-15 ppm (0,001-0,0015% масс.), при этом цвет детектора претерпевает изменения от слабо желтого до более насыщенного зелено-желтого цвета по мере увеличения концентрации воды в авиационном топливе. В случае наличия воды на уровне 30 ppm (0,003% масс.) и выше, цвет капсулы детектора насыщенно сине зеленый вплоть до темно-синего. Однако, данный метод не позволяет анализировать топливо в потоке.

[0003] Приспособление ПОЗ-Т, широко используемое в промышленности, позволяет анализировать качество топлива не только на наличие в нем нерастворенной воды, но и по механическим примесям. Устройство выполнено в виде шприца, в носовой части которого помещены анализаторные фильтры. При вытягивании поршня приспособления, анализируемое топливо проходит через фильтры и окрашивает их. Количество примесей приблизительно определяется по количеству оставленных отпечатков.

[0004] Кроме того, известно устройство (Патент US 7518719В2) для обнаружения загрязняющих веществ в углеводородном топливе, в котором анализатор топлива выполнен в виде секции трубы, представляющей собой проточную камеру. Внутри проточной камеры установлен источник излучения, напротив которого расположен датчик «на пропускание», при этом датчик рассеянного излучения ориентирован перпендикулярно датчику на пропускание. Внутри проточной камеры также установлен датчик расхода, облегчающий автоматический запуск и остановку анализа топлива, и эталон калибровки, облегчающий встроенную калибровку анализатора топлива. Описанное решение имеет ряд недостатков: необходимость установки дополнительного датчика потока, установки эталона с подвижным механизмом, который выдвигается в центр пересечения лучей анализатора. Кроме того, извлечение системы из трубопровода нарушает калибровку, что негативно сказывается на мобильности устройства.

[0005] Известен также способ (Свидетельство SU 1116366А1) определения влагосодержания нефти и нефтепродуктов включающий облучение исследуемого образца нефти в области спектра 1852,1 мкм с последующей регистрацией рассеянного образцом излучения, отличающийся тем, что, с целью расширения возможности анализа и повышения его точности, исследуемый образец эмульгируют, измеряют в процессе эмульгирования интенсивность излучения, рассеянного образцом в одном из направлений передней полусферы рассеяния, вычисляют производную от интенсивности рассеяния по времени, находят экстремальную величину производной и по ней определяют величину влагосодержания нефти и нефтепродуктов. Недостатком данного способа является зависимость точности измерений от выбранного анализируемым угла рассеяния, что в свою очередь зависит от размера капель воды в анализируемой среде.

[0006] Наиболее близким аналогом для настоящего изобретения является (Патент DE 102008056559) оптический датчик для обнаружения жидкой среды во второй жидкой среде посредством отражения испускаемого светового луча одной длины волны на отражающей поверхности с источником света и связанным с ним приемником. Недостатком данного устройства является невозможность одновременного измерения концентраций механических примесей и свободной воды. Кроме того, при смене объекта измерения необходимо повторно калибровать устройство.

[0007] Известные анализаторы качества топлива не способны комплексно решать задачи одновременного экспресс-контроля концентраций механических примесей и свободной воды в потоке топлива.

[0008] В уровне техники не известно устройство, позволяющее непрерывно, одновременно и количественно определять механические примеси и концентрацию свободной воды с размерами менее 5 мкм в диаметре в потоке топлива.

[0009] Таким образом, существует потребность в преодолении недостатков текущего уровня техники.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0010] Настоящее изобретение позволяет преодолеть недостатки уровня техники, в частности, обеспечить возможность одновременного определения концентрации механических примесей и свободной воды в потоке жидкого углеводородного топлива с целью анализа качества жидкого углеводородного топлива, а также повысить точность производимых измерений.

[0011] Согласно настоящему изобретению предложено устройство для определения концентрации механических примесей и свободной воды в потоке жидкого углеводородного топлива, включающее: первый фото приемник с полусферической линзой и второй фотоприемник с асферической линзой, источник излучения с системой оптической фокусировки, третий фотоприемник с асферической линзой, отражающую поверхность и удерживающий элемент, выполненный с возможностью удержания упомянутых источника излучения, фотоприемников и отражающей поверхности в заданном взаимном расположении, в котором: отражающая поверхность обеспечивает основной оптический путь излучения от источника излучения во второй фотоприемник, первый фотоприемник расположен смежно со вторым фотоприемником вне основного оптического пути излучения, при этом оптические оси первого и второго фотоприемника ориентированы по существу в направлении отражающей поверхности, и третий фотоприемник расположен смежно с источником излучения при этом оптические оси асферической линзы третьего фотоприемника и системы оптической фокусировки источника излучения ориентированы по существу в направлении отражающей поверхности.

[0012] Согласно одному из вариантов выполнения третий фотоприемник ориентирован перпендикулярно оптической оси источника, при этом в месте пересечения оптических осей третьего фотоприемника и источника излучения установлено полупрозрачное зеркало или плоское зеркало с осевым отверстием, установленное с заданным углом к оптической оси источника. При этом упомянутый заданный угол может составлять 45 градусов.

[0013] Согласно другому варианту выполнения упомянутый удерживающий элемент включает средство соединения с трубопроводом для жидкого углеводородного топлива. При этом средство соединения с трубопроводом может быть резьбовым.

[0014] Согласно еще одному варианту выполнения устройство может быть выполнено с возможностью анализа бензина, керосина, дизельного топлива, авиационного топлива, сжиженных углеводородных газов или других продуктов нефтепереработки.

[0015] Согласно еще одному варианту выполнения отражающая поверхность удерживается удерживающим элементом с помощью стержневых опор. При этом стержневые опоры могут быть съемными.

[0016] Согласно еще одному варианту выполнения устройство также включает датчик температуры, выполненный с возможностью измерения температуры исследуемой среды. При этом датчик температуры может быть установлен на неотражающей стороне, противоположной отражающей поверхности.

[0017] Согласно еще одному варианту выполнения устройство включает программируемый логический преобразовательный блок, выполненный с возможностью: контроля мощности источника излучения, приема сигналов, формируемых фотоприемниками, и преобразования упомянутых сигналов в информацию о концентрации механических примесей и свободной воды в потоке жидкого углеводородного топлива. При этом преобразовательный блок может быть выполнен с возможностью управления средствами ограничения потока жидкого углеводородного топлива в трубопроводе, при этом преобразовательный блок может быть дополнительно сконфигурирован для передачи сигнала останова потока жидкого углеводородного топлива в трубопроводе при обнаружении превышения концентрации механических примесей и/или свободной воды заранее заданного порога.

[0018] В одном из вариантов выполнения преобразовательный блок может быть сконфигурирован для определения концентрации Y₁ свободной воды в соответствии со следующей формулой:

Y₁=a₂⋅(A_in2-n₂)+b₂, где:

a₂, b₂ - калибровочные коэффициенты;

A_in2 - сигнал, приходящий с фотоприемника на преломление (мВ);

n₂ - экспериментальное калибровочное целочисленное значение (мВ), равное сигналу, получаемому в чистой среде без примесей свободной воды.

[0019] В одном из вариантов выполнения значение n₂ может быть выбрано равным сигналу с фотоприемника на преломление, получаемому в чистой среде без примесей свободной воды. В других вариантах выполнения значение n₂ может быть выбрано равным сигналу с любого из фотоприемников в чистой среде без примесей свободной воды, или значению, полученному с помощью математических операций с этими сигналами.

[0020] В еще одном варианте выполнения преобразовательный блок может быть сконфигурирован для определения концентрации Y₂ механической примеси в соответствии со следующей формулой:

Y₂=a₁⋅x+b₁, где:

a₁, b₁ - калибровочные коэффициенты;

x - экспериментальное калибровочное целочисленное значение (мВ), которое находится в условии:

если (A_in2-n₂)<100, то х=(A_in1-A_in3)-n₁, иначе x=A_in1-A_in3-n₁+n₁₂₂, где:

A_in1 - сигнал индикации работы источника излучения (мВ) и/или сигнал, приходящий с фотоприемника 420 на пропускание (мВ);

A_in2 - сигнал, приходящий с фотоприемника на преломление (мВ);

A_in3 - сигнал, приходящий с фотоприемника на отражение (мВ);

n₁ - экспериментальное калибровочное целочисленное значение (мВ), равное сигналу, получаемому в чистой среде без механических примесей и свободной воды;

n₁₂₂ - поправочный коэффициент, который необходим при измерении механических примесей в присутствии свободной воды:

n₁₂₂=a₁₂⋅(A_in2-n₂)+b₁₂, где:

a₁₂, b₁₂ - калибровочные коэффициенты.

[0021] При этом коэффициенты «а» и «b» задаются заранее в диапазоне от -1000 до 1000 с плавающей запятой.

[0022] В одном из вариантов выполнения значение n₁ может быть выбрано равным сочетанию сигналов с фотоприемника на пропускание и отражение, например, (A_in1-A_in3), получаемой в чистой среде без механических примесей и свободной воды. В других вариантах выполнения значение n₁ может быть выбрано равным сигналу с любого из фотоприемников в чистой среде без механических примесей и свободной воды, или значению, полученному с помощью математических операций с этими сигналами.

[0023] В одном из вариантов выполнения может быть использован, например, следующий унифицированный набор калибровочных переменных:

[0024] a₁=0,0057; b₁=0,2669;

[0025] а₂=0,002; b₂=0;

[0026] a₁₂=-0,145; b₁₂=0;

[0027] n₁=3100; n₂=3400.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0028] Далее описаны неограничивающие примеры предпочтительных вариантов выполнения предложенного изобретения со ссылкой на чертежи, которые иллюстрируют раскрытые примеры предпочтительных вариантов выполнения и не ограничивают объем изобретения. На чертежах:

[0029] На фиг. 1 показан один из вариантов выполнения устройства в соответствии с настоящим изобретением.

[0030] На фиг. 2 показан пример индикатрисы отражения.

[0031] На фиг. 3 показан пример индикатрисы преломления.

[0032] На фиг. 4 показана другая компоновка элементов в варианте выполнения устройства в соответствии с настоящим изобретением.

[0033] На фиг. 5 показана еще один вариант компоновки элементов в варианте выполнения устройства в соответствии с настоящим изобретением

[0034] На фиг. 6 показан один из вариантов выполнения устройства, установленный на трубопроводе для жидкого углеводородного топлива.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0035] Настоящее изобретение может быть применено для анализа качества любого жидкого углеводородного топлива, например, бензина, керосина, дизельного топлива, авиационного топлива (например, ТС-1, РТ), сжиженных углеводородных газов и тому подобного.

[0036] Принцип действия заявленного устройства основан на следующем. При падении светового потока на границу раздела двух сред в общем случае имеют место три процесса: часть упавшего потока отражается от границы раздела в первую среду, часть поглощается второй средой и переводится в другие формы энергии и, наконец, оставшаяся часть проходит через вторую среду. Излучение от источника 200 излучения формируется в виде параллельных лучей с помощью системы оптической фокусировки и пропускается через исследуемую среду. Частица, при попадании в область оптического пути устройства, часть излучения поглощает, часть пропускает вперед, часть отражает назад и часть рассеивает. После чего фотоприемники 400 регистрируют проходящий и рассеянные составляющие лучей, при этом на выходе каждого фотоприемника 400 формируется электрический сигнал.

[0037] В качестве источника 200 излучения может быть выбран любой источник с длиной волны излучения, обеспечивающей по меньшей мере частичное прохождение луча через исследуемую среду без полного поглощения или полного отражения исследуемой средой, например, полупроводниковый лазерный диод. При этом длина волны излучения должна обеспечивать возможность взаимодействия луча с частицами заданного размера, например, 1, 5, 10, 100, 200 мкм.

[0038] В различных вариантах выполнения источник 200 излучения является светодиодом с длиной волны от 600 до 1100 нм. В конкретных вариантах выполнения длина волны излучения может быть 532 нм, 650 нм, 808 нм или 880 нм.

[0039] В одном из вариантов выполнения может быть использовано более одного источника излучения, например, два светодиода с длиной волны излучения 860 нм и 650 нм соответственно.

[0040] В качестве фотоприемников 400 могут быть могут быть использованы любые оптические преобразователи, например, кремниевые фотодиоды, выполненные с возможностью регистрировать излучение, формируемое источником 200 излучения.

[0041] На фиг. 1, 4 и 5 показаны варианты выполнения устройства 100 в соответствии с настоящим изобретением. Устройство 100 может включать по меньшей мере один источник 200 излучения с системой фокусировки, по меньшей мере два фотоприемника 400, по меньшей мере один из фотоприемников оснащен асферической линзой, по меньшей мере один из фотоприемников оснащен полусферической линзой. Устройство 100 также может включать отражающую поверхность 300, предназначенную для отражения основного пучка излучения от источника 200 излучения по меньшей мере в один из фотоприемников. Устройство также может включать удерживающий элемент, выполненный с возможностью удержания оптических (линз и отражающей поверхности) и оптоэлектрических компонентов (источника и фотоприемников) в заданном взаимном расположении.

[0042] На фиг. 1 показан вариант выполнения устройства 100 с линейной W-схемой расположения компонентов, в которой электрические компоненты и соответствующие им оптические системы расположены в одну линию. В частности, в одну линию расположены: источник 200 излучения с оптической системой коллимации пучка излучения (предпочтительный диаметр коллимированного пучка составляет 3 мм) фотоприемник 430 «на отражение» (для твердых частиц) с асферической линзой 431, фотоприемник 410 «на преломление» (для частиц воды) с полусферической линзой 411, фотоприемник 420 «на пропускание» с асферической линзой 421. На фиг. 1 также показана отражающая поверхность 300 в виде зеркала для отражения излучения из источника 200 в фотоприемник 420 «на пропускание», удерживаемая в потоке исследуемой оптической среды опорами 301, которые могут быть выполнены съемными и заменяемыми для разных диметров трубопровода.

[0043] Как видно на фиг. 1 фотоприемник 430 «на отражение» пространственно сгруппирован с источником 200 излучения, что увеличивает вероятность попадания на него лучей, отраженных твердой частицей, попавшей в область основного оптического пути устройства. Данное обстоятельство подтверждается теоретическими расчетами, программным моделированием и практической реализацией, произведенными авторами настоящего изобретения. В частности, на фиг. 2 приведен пример индикатрисы для каналов фотоприемника 420 «на пропускание» и фотоприемника 430 «на отражение».

[0044] При этом индикатриса каналов фотоприемника 420 «на пропускание» и фотоприемника 410 «на преломление», изображенная на фиг. 3, показывает, что выбранная авторами настоящего изобретения компоновка, в которой пространственно сгруппированы фотоприемники 420 и 410, увеличивает вероятность попадания на фотоприемник 410 лучей, преломленных частицами свободной воды.

[0045] На фиг. 4 показан другой вариант устройства 100 с W-X-схемой компоновки элементов в устройстве 100. В этом варианте выполнения устройство 100 включает те же оптические и оптоэлектрические компоненты, которые сгруппированы аналогично первому варианту выполнения, но упомянутые сгруппированные компоненты расположены не в линию, а перекрестно («крест-накрест»), что позволяет увеличить компактность устройства 100.

[0046] Фотоприемники 410 и 430 («на преломление» и «отражение») могут быть выполнены с повышенной чувствительностью по сравнению с остальными фотоприемниками. Сигнал, формируемый фотоприемником 420 «на пропускание» может быть использован для контроля мощности излучения от источника 200 для учета и компенсации возможной вариации его мощности.

[0047] На фиг. 5 показан вариант выполнения устройства 100 с V-Ψ-схемой компоновки элементов, включающий источник 200 излучения, первый фотоприемник 410 (на преломление) с полусферической линзой, второй фотоприемник 420 (на пропускание) с асферической линзой и третий фотоприемник 430 (на отражение). Как и в описанных выше вариантах выполнения, в данном варианте выполнения фотоприемник 430 (на отражение) и источник 200 пространственно сгруппированы вместе. При этом фотоприемник 430 может быть ориентирован по существу перпендикулярно оптической оси источника. При этом для направления излучения, отраженного отражающей поверхностью 300 на фотоприемник 430 в месте пересечения оптических осей третьего фотоприемника и источника излучения может быть установлено, например, расположенное под заданным углом к оптической оси источника полупрозрачное зеркало или плоское зеркало с осевым отверстием. Как и в предыдущих вариантах выполнения, в данном варианте выполнения фотоприемник 410 (на преломление) с полусферической линзой пространственно сгруппирован со фотоприемником 420 (на пропускание) с асферической линзой, при этом их оптические оси ориентированы по существу в одном направлении.

[0048] В одном из вариантов выполнения устройство 100 может включать программируемый логический преобразовательный блок 500 (например, программируемый логический контроллер), выполненный с возможностью преобразования сигналов, формируемых на выходах фотоприемников 400, и представления результатов анализа. Устройство 100 может также включать средства визуализации выходных данных, получаемых от упомянутого программируемого логического преобразовательного блока 500.

[0049] При этом фотоприемники 400 могут быть оснащены средствами проводной и/или беспроводной передачи сигнала для передачи сигналов на входы преобразовательного блока 500.

[0050] Преобразовательный блок 500 может быть сконфигурирован для определения концентрации свободной воды с помощью следующей формулы:

Y=a₂⋅(A_in2-n₂)+b₂, где:

а₂, b₂ - калибровочные коэффициенты;

A_in2 - сигнал, приходящий с фотоприемника 410 на преломление (мВ);

n₂ - экспериментальное калибровочное целочисленное значение (мВ), равное сигналу, получаемому в чистой среде без примесей свободной воды.

[0051] В одном из вариантов выполнения значение n₂ может быть выбрано равным сигналу с фотоприемника 410 на преломление, получаемому в чистой среде без примесей свободной воды. В других вариантах выполнения значение n₂ может быть выбрано равным сигналу с любого из фотоприемников 400 в чистой среде без примесей свободной воды, или значению, полученному с помощью математических операций с этими сигналами.

[0052] Преобразовательный блок 500 может быть сконфигурирован для определения концентрации механической примеси с помощью следующей формулы:

Y=a₁⋅x+b₁, где:

a₁, b₁ - калибровочные коэффициенты;

x - экспериментальное калибровочное целочисленное значение (мВ), равное (A_in1-A_in3-n₁) если (A_in2-n₂)<100, иначе x=A_in1-A_in3-n₁+n₁₂₂, где:

A_in1 - сигнал индикации работы источника 200 излучения (мВ) и/или сигнал, приходящий с фотоприемника 420 на пропускание (мВ);

A_in2 - сигнал, приходящий с фотоприемника 410 на преломление (мВ);

A_in3 - сигнал, приходящий с фотоприемника 430 на отражение (мВ);

n₁ - экспериментальное калибровочное целочисленное значение (мВ), равное сигналу (A_in1-A_in3), получаемому в чистой среде без механических примесей и свободной воды;

n₁₂₂ - поправочный коэффициент, который необходим при измерении механических примесей в присутствии свободной воды:

n₁₂₂=a₁₂⋅(A_in2-n₂)+b₁₂, где:

a₁₂, b₁₂ - калибровочные коэффициенты.

[0053] При этом коэффициенты «а» и «b» задаются заранее в диапазоне от -1000 до 1000 с плавающей запятой.

[0054] В одном из вариантов выполнения значение n₁ может быть выбрано равным сочетанию сигналов с фотоприемника на пропускание и отражение, например, (A_in1-A_in3), получаемому в чистой среде без механических примесей и свободной воды. В других вариантах выполнения значение n₁ может быть выбрано равным сигналу с любого из фотоприемников в чистой среде без механических примесей и свободной воды, или значению, полученному с помощью математических операций с этими сигналами.

[0055] В одном из вариантов выполнения может быть использован, например, следующий унифицированный набор калибровочных переменных:

a₁=0,0057; b₁=0,2669;

а₂=0,002; b₂=0;

a₁₂=-0,145; b₁₂=0;

n₁=3100; n₂=3400.

[0056] Следует отметить, что предложенные компоновки элементов могут полностью не исключать, например, попадание лучей, преломленных частицами свободной воды, на фотоприемник 430 «на отражение», однако, вероятность такого события низка в степени, достаточной для производства точных измерений, что показано далее в примерах испытания устройства 100. Кроме того, вероятность попадания паразитных лучей на несоответствующий фотоприемник может быть учтена или использована для повышения точности измерений при обработке сигналов от фотоприемников 400 программируемым логическим преобразовательным блоком 500.

[0057] Погружаемая в трубопровод часть устройства 100, содержащая отражающую поверхность 300, может быть выполнена с возможностью установки в заранее подготовленный разъем в трубопроводе для исследуемой среды. Соединение устройства 100 с трубопроводом может быть осуществлено, например, с использованием резьбового, фланцевого, байонетного соединения, посадки с натягом и тому подобного. При этом могут быть использованы любые подходящие виды уплотнителей, способные сохранять свои свойства в контакте с исследуемой средой, например, паронитовый уплотнитель. Предпочтительная толщина уплотнения 4±1 мм. Толщина уплотнения зависит от позиционирования устройства. Погружаемая в трубопровод отражающая поверхность 300, выполненная с возможностью отражения оптических лучей, формируемых источником 200, также может выполнять функцию рассекателя потока для снижения сопротивления потоку исследуемой текучей среды. Рассекатель может иметь форму стрелки, которая после установки должна быть направлена острым краем против направления потока исследуемой текучей среды в трубопроводе. При уплотнении иными средствами необходимо соблюсти зазор между внешним краем муфты и телом устройства равной 4±1 мм.

Вариант использования устройства 100.

[0058] Устройство 100 для определения концентрации механических примесей и свободной воды в потоке жидкого углеводородного топлива в соответствии с настоящим изобретением может размещаться на участке трубопровода с диаметром в диапазоне DN80 - DN100 в системе аэродромного топливозаправщика и стационарных насосно-фильтрационных пунктов налива-слива авиатоплива. Возможно использование устройства 100 в трубопроводах с диаметрами менее DN80 и более DN100, для этого необходима замена опор крепления отражающей поверхности на опоры меньшей и большей длины соответственно.

[0059] Предпочтительно измерительный блок должен размещаться непосредственно на технологическом трубопроводе после системы фильтрации и водоотделения, например, как показано на фиг.6.

[0060] Взрыво-пожаробезопасность устройства 100 может быть обеспечена герметизацией электрических цепей изолирующими оболочками, а соединения компаундом, обладающим изоляционными свойствами. Исключение прямого контакта электронных компонентов с рабочей средой может обеспечиваться, например, паронитовой изоляцией соединения с трубопроводом. Опциональное исключение прямого контакта электронных компонентов с атмосферой может обеспечиваться посредством герметичного корпуса 700. Погружаемая в трубопровод часть устройства 100 может быть выполнена из титана с сапфировыми оптическими окнами, отделяющими внутреннюю оптику от исследуемой среды, что предотвращает контакт рабочей среды с электронными компонентами под рабочим давлением. Внешняя часть устройства 100 может быть выполнена из нержавеющей стали толщиной 3 мм. Соединение внешней и погружаемой частей может осуществляться с помощью винтовых соединений. Винты могут быть выполнены, например, из нержавеющей стали.

[0061] Для подключения устройства 100 к технологическому трубопроводу может использоваться равнопроходная муфта из нержавеющей стали с внутренней резьбой стандарта BSPP G3/4" и длиной 20±3 мм. Муфта вваривается в горизонтальной плоскости (сбоку) в трубопровод таким образом, чтобы край муфты совпадал с внутренним краем трубопровода.

[0062] В одном из вариантов выполнения программируемый логический преобразовательный блок 500 может быть также связан с двигателем насоса, установленным в технологическом трубопроводе, и выполнен с возможностью передачи в упомянутый двигатель сигнала останова в случае обнаружения превышения количества свободной воды и/или твердых частиц в потоке жидкого углеводородного топлива заранее заданного порогового значения.

[0063] Альтернативно, для остановки перекачки жидкого углеводородного топлива по трубопроводу программируемый логический преобразовательный блок 500 может быть также связан, например, с управляемым вентилем или клапаном с электроприводом, установленном на трубопроводе выше по потоку исследуемой среды. Упомянутая связь может быть реализована с помощью проводной или беспроводной связи.

[0064] Для дополнительного повышения точности измерений устройство 100 может также включать не показанный на чертежах датчик температуры. Пример 1 испытания устройства 100.

[0065] В зацикленный контур из труб диаметром 80 мм закрепляют устройство 100. В трубы заливают керосин и прокачивают со скоростью 3.5 м/с. В керосин добавляют воду, что приводит к падению сигнала с фотоприемника 420 на пропускание и росту сигнала с фотоприемника 410 на преломление. При этом сигнал с фотоприемника 430 на отражение в сущности не изменяется. Через 2 минуты концентрация воды во всем объеме керосина становится постоянной, о чем свидетельствует выход кривой сигнала с фотоприемника 410 на преломление на плато с постоянными показателями. Разница показаний датчика до добавления воды в керосин и после составила 7 граммов воды на тонну керосина (г/т). После чего произвели отбор и анализ проб с керосином по ГОСТ Р 54281-2022 «Нефтепродукты, смазочные масла и присадки. Метод определения воды кулонометрическим титрованием по Карлу Фишеру». Анализ показал изменение концентрации воды до и после добавления воды в керосин на 7 граммов воды на тонну керосина.

Пример 2 испытания устройства 100.

[0066] В зацикленный контур из труб диаметром 80 мм закрепляют устройство 100. В трубы заливают керосин и прокачивают со скоростью 3.5 м/с. В керосин добавляют механические примеси размером 5 мкм, что приводит к росту сигнала с фотоприемника 430 на отражение, падению сигнала с фотоприемника 420 на пропускание и незначительному росту сигнала на преломление. Через 2 минуты концентрация примесей во всем объеме керосина становится постоянной, о чем свидетельствует выход кривой сигнала с фотоприемника 410 на преломление на плато с постоянными показателями. Разница показаний датчика до добавления механических примесей в керосин и после составила 0,8 граммов механических примесей на тонну керосина. После чего произвели отбор и анализ проб с керосином по ГОСТ 10577-78 «Нефтепродукты. Методы определения механических примесей». Анализ показал изменение концентрации механических примесей до и после добавления в керосин на 0,8 граммов механических примесей на тонну керосина.

Пример 3 испытания устройства 100.

[0067] В зацикленный контур из труб диаметром 80 мм закрепляют устройство 100. В трубы заливают керосин и прокачивают со скоростью 3.5 м/с. В керосин добавляют воду и механические примеси размером 5 мкм, что приводит к росту сигналов с фотоприемника 430 на отражение и фотоприемника 410 на преломление и падению сигнала с фотоприемника 420 на пропускание. Через 2 минуты концентрации воды и механических примесей во всем объеме керосина становятся постоянными, о чем свидетельствует выход кривых сигналов с фотоприемников 410, 430 на преломление и отражение на плато с постоянными показателями. Разница показаний датчика до добавления воды и механических примесей в керосин и после составила 15 граммов воды на тонну керосина и 0,6 граммов механических примесей на тонну керосина. После чего произвели отбор и анализ проб с керосином по ГОСТ Р 54281-2022 «Нефтепродукты, смазочные масла и присадки. Метод определения воды кулонометрическим титрованием по Карлу Фишеру», ГОСТ 10577-78 «Нефтепродукты. Методы определения механических примесей». Анализ показал изменение концентрации воды и механических примесей до и после добавления в керосин на 15 граммов воды на тонну керосина и 0,6 граммов механических примесей на тонну керосина.

Список элементов:

[0068] Устройство 100 для определения концентрации механических примесей и свободной воды в потоке жидкого углеводородного топлива;

[0069] Источник 200 излучения;

[0070] Отражающая поверхность 300;

[0071] Опоры 301 отражающей поверхности;

[0072] Фотоприемники 400;

[0073] Первый фотоприемник 410 с полусферической линзой (на преломление);

[0074] Второй фотоприемник 420 с асферической линзой (на пропускание);

[0075] Третий фотоприемник 430 с асферической линзой (на отражение);

[0076] Программируемый логический преобразовательный блок 500;

[0077] Удерживающий элемент 600;

[0078] Корпус 700.

Claims (33)

1. Устройство для определения концентрации механических примесей и свободной воды в потоке жидкого углеводородного топлива, включающее: первый фотоприемник с полусферической линзой и второй фотоприемник с асферической линзой,

источник излучения с системой оптической фокусировки,

третий фотоприемник с асферической линзой,

отражающую поверхность и

удерживающий элемент, выполненный с возможностью удержания упомянутых источника излучения, фотоприемников и отражающей поверхности в заданном взаимном расположении, в котором:

отражающая поверхность обеспечивает основной оптический путь излучения от источника излучения во второй фотоприемник,

первый фотоприемник расположен смежно со вторым фотоприемником вне основного оптического пути излучения, при этом оптические оси первого и второго фотоприемников ориентированы по существу в направлении отражающей поверхности, и

третий фотоприемник расположен смежно с источником излучения, при этом оптические оси асферической линзы третьего фотоприемника и системы оптической фокусировки источника излучения ориентированы по существу в направлении отражающей поверхности.

2. Устройство по п. 1, в котором третий фотоприемник ориентирован перпендикулярно оптической оси источника, при этом в месте пересечения оптических осей третьего фотоприемника и источника излучения установлено полупрозрачное зеркало или плоское зеркало с осевым отверстием, установленное с заданным углом к оптической оси источника.

3. Устройство по п. 2, в котором упомянутый заданный угол составляет 45 градусов.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что упомянутый удерживающий элемент включает средство соединения с трубопроводом для жидкого углеводородного топлива.

5. Устройство по п. 4, в котором средство соединения с трубопроводом является резьбовым.

6. Устройство по п. 1, в котором отражающая поверхность удерживается удерживающим элементом с помощью стержневых опор.

7. Устройство по п. 1, также содержащее датчик температуры, выполненный с возможностью измерения температуры исследуемой среды.

8. Устройство по п. 7, в котором датчик температуры установлен на неотражающей стороне, противоположной отражающей поверхности.

9. Устройство по любому из пп. 1-8, также включающее программируемый логический преобразовательный блок, выполненный с возможностью:

контроля мощности источника излучения,

приема сигналов, формируемых фотоприемниками, и преобразования упомянутых сигналов в информацию о концентрации механических примесей и свободной воды в потоке жидкого углеводородного топлива.

10. Устройство по п. 9, в котором упомянутый преобразовательный блок сконфигурирован для:

формирования информации о концентрации Y₁ свободной воды на основании формулы:

Y₁=a₂⋅(A_in2-n₂)+b₂

и формирования информации о концентрации Y₂ механической примеси на основании формулы:

Y₂=a₁⋅x+b₁;

при этом а₁, b₁, а₂, b₂ - калибровочные коэффициенты;

x=A_in1-A_in3-n₁, если (A_in2-n₂)<100, иначе: x=A_in1-A_in3-n₁+n₁₂₂;

A_in1 - сигнал индикации работы источника излучения и/или сигнал, приходящий со второго фотоприемника;

A_in2 - сигнал, приходящий с первого фотоприемника;

A_in3 - сигнал, приходящий с третьего фотоприемника;

n₁ - калибровочное целочисленное значение, равное сигналу, получаемому в среде без механических примесей и свободной воды;

n₂ - калибровочное целочисленное значение, равное сигналу, получаемому в среде без свободной воды;

n₁₂₂ - поправочный коэффициент, вычисляемый как

n₁₂₂=a₁₂⋅(Ain₂-n₂)+b₁₂, где:

a₁₂, b₁₂ - калибровочные коэффициенты.