RU52185U1 - Детектор концентрации нефти в воде - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к нефтедобывающей, химической и другим отраслям промышленности, в которых используются устройства для анализа качества воды, в частности, определения концентрации нефти в промысловых сточных водах, используемых в технологическом процессе их очистки и подготовки для обратной закачки в пласт.

Решаемая техническая задача в полезной модели заключается в повышении точности определения концентрации нефти в воде и упрощении конструкции детектора.

Детектор концентрации нефти и воде (фиг.1) состоит из рассеивающего объема 1, выполненного в виде полого цилиндра и соединенного с трубопроводом 2 через входной 3 и выходной 4 конические переходы, закрепленного на рассеивающем объеме 1 кожуха 5, внутри которого расположены источник лазерного излучения 6, два фотоприемника 7 и 8 и два предварительных усилителя 9 и 10, причем выход первого фотоприемника 7 соединен с входом первого предварительного усилителя 9, а выход второго фотоприемника 8 - с входом второго предварительного усилителя 10, аналого-цифрового преобразователя 11, интерфейса 12, компьютера 13, блока аварийной сигнализации 14, блока калибровки 15 и блока промывки 16. При этом выход компьютера 13 через соответствующие выходы интерфейса 12 соединен с имеющимися у блока аварийной сигнализации 14, блока калибровки 15 и блока промывки 16 входами управления включением/выключением, а выходы первого 9 и второго 10 предварительных усилителей через соответствующие входы аналого-цифрового преобразователя 11 и интерфейса 12 подключены к входу компьютера 13. В детектор введены основание 17, поворотный столик 18 и двигатель 19. Часть 20 рассеивающего объема 1, находящаяся в кожухе 5 ближе к его крышке 21, выполнена прозрачной для лазерного излучения. На части 22 рассеивающего объема

1, находящейся в кожухе 5 ближе к его дну 23, последовательно от дна 23 закреплено основание 17 и посажен поворотный столик 18 с возможностью вращения в плоскости 24, перпендикулярной оси 25 рассеивающего объема 1. На основании 17 закреплены двигатель 19, вал 26 которого связан с поворотным столиком 18, и фотоприемники 7 и 8, а на поворотном столике 18 - источник лазерного излучения 6. При этом фотоприемники 7 и 8 и источник лазерного излучения 6 установлены так, что оптические оси 27, 28 и 29 соответственно фотоприемников 7 и 8 и источника лазерного излучения 6 перпендикулярны оси 25 рассеивающего объема 1 и лежат в плоскости срединного поперечного сечения 30 части 20 рассеивающего объема 1, находящейся в кожухе 5 ближе к его крышке 21, угол между оптическими осями 27 и 28 фотоприемников 7 и 8 составляет 90°, расстояние до осп 25 рассеивающего объема 1 для фотоприемников 7 и 8 равны и равны и больше, чем для источники лазерного излучения 6, а кожух 5 с внутренней стороны покрыт материалом, способным поглощать лазерное излучение.

Привод валом 26 двигателя 19 поворотного столика 18, выполненный в виде ременной передачи 31, и посадка поворотного столика 18 на часть 22 рассеивающего объема 1, находящуюся в кожухе 5 ближе к его дну 23, выполненная на базе подшипника 32, на фиг.1 показаны условно. Исполнительные органы блока промывки 16, блока калибровки 15 и блока аварийной сигнализации 14 и их установка на фиг.1 условно не показаны, и соответствуют используемым в прототипе.

Плоскость 24, перпендикулярная оси 25 рассеивающего объема 1, плоскость срединного поперечного сечения 30 части 20 рассеивающего объема 1, находящейся в кожухе 5 ближе к его крышке 21, а также ось фотоприемника 7 показаны как проекции на плоскость фиг.1.

Все электронные и электромеханические блоки и узлы, входящие в состав детектора концентрации нефти в воде, имеют систему электропитания, которая на фиг.1 условно не показана.

Description

Техническое решение относится к нефтедобывающей, химической и другим отраслям промышленности, в которых используются устройства для анализа качества воды, в частности, определения концентрации нефти в промысловых сточных водах, используемых в технологическом процессе их очистки и подготовки для обратной закачки в пласт.

Известен детектор концентрации нефти в воде (см.Патент США №4,201,471 «Детектор концентрации нефти», G 01 N 21/00, 11.08.1978), который содержит рассеивающий объем, выполненный в виде полого цилиндра, закрепленный через конические переходы в разрыве трубопровода промысловых сточных вод, в котором выполнены три прозрачных окна, соединенные с помощью волоконно-оптических кабелей соответственно с лазером и двумя фотоприемниками, причем один фотоприемник служит для регистрации прямого излучения лазера, прошедшего через рассеивающий объем, а второй, окно для которого установлено под углом d₁ относительно окна для регистрации прямого излучения, для регистрации излучения рассеянного на нефтяных частицах, при этом выходы фотоприемников через предварительные усилители, аналого-цифровой преобразователь и интерфейс подключены к входу компьютера.

Работа детектора концентрации нефти в воде заключается в том, что через протекающие в рассеивающем объеме промысловые, сточные воды пропускают излучение лазера, причем на одном фотоприемнике регистрируется прошедшее прямое излучения лазера, а на втором - рассеянное на нефтяных частицах. Зарегистрированные сигналы через предварительные усилители, аналого-цифровой преобразователь и интерфейс поступают на компьютер, в котором по заданным измерительным характеристикам и алгоритмам, определяется концентрация нефти в воде.

Известен детектор концентрации нефти в воде (см.Патент США №4,265,535 «Метод и детектор для определения концентрации нефти в воде», G 01 N 21/00, 05.05.1981), который содержит рассеивающий объем, выполненный в виде полого цилиндра, закрепленный через конические переходы в разрыве трубопровода промысловых сточных вод, в котором выполнены три прозрачных окна, соединенные с помощью волоконно-оптических кабелей соответственно с лазером и двумя фотоприемниками, причем один фотоприемник служит для регистрации прямого излучения лазера, прошедшего через кольцевой объем, а второй, окно для которого установлено под углом α₁ относительно окна для регистрации прямого излучения, для регистрации излучения рассеянного на нефтяных частицах, при этом выходы фотоприемников через предварительные усилители, аналого-цифровой преобразователь и интерфейс подключены к входу компьютера в котором введено дополнительное окно, соединенное через волоконно-оптический кабель с дополнительным фотоприемником рассеянного света, при этом дополнительное окно расположено под углом α₂>α₁, причем α₁<40°, a α₂>40°.

Работа указанного детектора концентрации нефти в воде аналогична работе предыдущего детектора. Улучшение точности измерения связано с тем, что первый фотоприемник рассеянного света регистрирует излучение от всех типов частиц, а второй - только от нефтяных.

Прототипом технического решения является детектор нефти в воде (см.Патент США №4,672,216 «Метод и детектор для определения концентрации нефти в воде», G 01 N 21/00, 06.09.1987), который содержит рассеивающий объем, выполненный в виде полого цилиндрического тела, закрепленный через конические переходы в разрыве трубопровода промысловых сточных вод, блок промывки, блок калибровки и блок аварийной сигнализации, имеющие входы управления включением/выключением, подключенные через соответствующие выходы интерфейса к выходу компьютера, в рассеивающем объеме выполнено N прозрачных окон, в которые вставлены лазер и N-1 фотоприемников, причем один фотоприемник служит для регистрации

прямого излучения лазера, прошедшего через кольцевой объем, а остальные N-2 для регистрации излучения рассеянного на нефтяных частицах, при этом окна для них установлены под углами 0<α_N-1<90° относительно окна для регистрации прямого излучения, а выходы фотоприемников через предварительные усилители, коммутатор, усилители с детектором фазы, аналого-цифровой преобразователь и интерфейс подключены к входу компьютера, при этом лазер, фотоприемники, предварительные усилители и рассеивающий объем помещены в защитный кожух.

Работа детектора концентрации нефти в воде заключается в том, что через протекающие в рассеивающем объеме промысловые сточные воды пропускают излучение лазера, причем на одном фотоприемнике регистрируется прошедшее прямое излучения лазера, а на остальных N-2 фотоприемниках - рассеянное на нефтяных частицах. Зарегистрированные сигналы поочередно через предварительные усилители, коммутатор и усилители с детектором фазы, аналого-цифровой преобразователь и интерфейс поступают на компьютер, в котором по заданным измерительным характеристикам и алгоритмам, определяется концентрация нефти в воде.

Если по сигналам с выходов фотоприемников в течение заданного времени определяется концентрация нефти, превышающая предельно допустимую концентрацию (ПДК) нефти в воде, то с выхода компьютера через выход интерфейса на вход управления включением/выключением блока аварийной сигнализации выдается сигнал, включающий аварийную сигнализацию. При этом перекрывается трубопровод, после чего принимаются специальные меры по выяснению и устранению причин превышения в воде ПДК нефти. К одной из таких мер относится калибровка оптического канала и промывка рассеивающего объема, которые проводятся как в аварийной ситуации, так и с определенным регламентным интервалом времени.

В случае аварийной ситуации после перекрытия трубопровода с выхода компьютера через выход интерфейса на вход управления включением/выключением блока калибровки выдается сигнал, включающий процесс

калибровки детектора концентрации нефти в воде. При этом рассеивающий объем заполняется чистой водой, сигналы с выходов фотоприемников обрабатываются в компьютере, где сравниваются с ранее заложенным калибровочными сигналами.

Если по сигналам в рассеивающем объеме определяется превышение ПДК нефти в воде, что свидетельствует о загрязнении окон, то с выхода компьютера через выход интерфейса на вход управления включением/выключением блока промывки выдается сигнал, включающий процесс промывки рассеивающего объема, который заключается в кратковременном создании высокого давления и скорости потока чистой воды, позволяющих очистить окна. После промывки окон производится калибровка оптического канала детектора концентрации нефти в воде и запоминание в компьютере новых калибровочных значений с пересчетом измерительных характеристик. После окончания процедур калибровки оптического канала и промывки рассеивающего объема с выхода компьютера через выход интерфейса на вход управления включением/выключением блока калибровки, блока промывки и блока аварийной сигнализации поступает сигнал отключения, трубопровод открывается, и детектор переходит в режим измерения.

Если по сигналам в рассеивающем объеме превышение ПДК нефти в воде не определяется, что свидетельствует о загрязнении сточных вод, принимаются другие меры, предусмотренные технологическим процессом очистки. Детектор концентрации нефти в воде не включается и находится в состоянии аварийного отключения до полного устранения причин. После устранения причин загрязнения вод производится процесс калибровки, аналогичный описанному выше, после чего с выхода компьютера через выходы интерфейса на входы управления включением/выключением блока аварийной сигнализации поступает сигнал отключения, трубопровод открывается, и детектор переходит в режим измерения.

В случае регламентного обслуживания процессы калибровки оптического канала и промывки рассеивающего объема проходят аналогично, с той

лишь разницей, что по сигналам с фотоприемников определяется необходимость промывки окон. После окончания процедур калибровки оптического канала и возможной промывки рассеивающего объема с выхода компьютера через выходы интерфейса на входы управления включением/выключением блока калибровки и блока промывки поступает сигнал отключения, трубопровод открывается, и детектор переходит в режим измерения.

Недостатком прототипа является недостаточно точное определение концентрации нефти в воде, определяемое разбросом параметров преобразования фотоприемников и коэффициентов усиления предварительных усилителей раздельно для каждого из N-2 фотоприемников рассеянного света и их изменениями, вызванными дрейфами токов фотоприемников и предварительных усилителей, а также сложность конструкции, определяемая наличием значительного количества фотоприемников и специальной системы сбора с них информации (коммутатор, детектор фазы).

Решаемая техническая задача в предлагаемом техническом решении заключается в повышении точности определения концентрации нефти в воде и упрощении конструкции детектора.

Решаемая техническая задача в детекторе концентрации, нефти в воде, содержащем рассеивающий объем, выполненный в виде полого цилиндра и соединенный с трубопроводом через входной и выходной конические переходы, закрепленный на рассеивающем объеме кожух, внутри которого расположены источник лазерного излучения, два фотоприемника и два предварительных усилителя, причем выход первого фотоприемника соединен с входом первого предварительного усилителя, а выход второго фотоприемника - с входом второго предварительного усилителя, аналого-цифровой преобразователь, интерфейс, компьютер, блок аварийной сигнализации, блок калибровки и блок промывки, причем выход компьютера через соответствующие выходы интерфейса соединен с имеющимися у блока аварийной сигнализации, блока калибровки и блока промывки входами управления включением/выключением, а выходы первого и второго предварительных усилителей

через соответствующие входы аналого-цифрового преобразователя и интерфейса подключены к входу компьютера, достигается тем, что в него введены основание, поворотный столик и двигатель, часть рассеивающего объема, расположенная в кожухе ближе к его крышке, выполнена прозрачной для лазерного излучения, а на части рассеивающего объема, расположенной в кожухе ближе к его дну, последовательно от дна закреплено основание и посажен поворотный столик с возможностью вращения в плоскости, перпендикулярной оси рассеивающего объема, на основании закреплены двигатель, вал которого связан с поворотным столиком, и фотоприемники, а на поворотном столике - источник лазерного излучения, при этом фотоприемники и источник лазерного излучения установлены так, что оптические оси фотоприемников и источника лазерного излучения перпендикулярны оси рассеивающего объема и лежат в плоскости срединного поперечного сечения части рассеивающего объема, находящейся в кожухе ближе к его крышке, угол между оптическими осями фотоприемпиков составляет 90°, расстояние до оси рассеивающего объема для фотоприемников равны и больше, чем для источника лазерного излучения, а кожух с внутренней стороны покрыт материалом, способным поглощать лазерное излучение.

На фиг.1 схематично изображен детектор концентрации нефти в воде (передняя крышка кожуха снята).

На фиг.2 и 3 изображены сигналограммы выходного напряжения фотоприемников за один оборот поворотного столика.

На фиг.4 изображена зависимость амплитуды выходного напряжения фотоприемников от концентрации нефтяных частиц в рассеивающем объеме при выборе углов наблюдения, соответствующих 30° и 45°.

На фиг.5 изображена зависимость амплитуды выходного напряжения фотоприемников от концентрации нефтяных частиц в рассеивающем объеме при выборе углов наблюдения, соответствующих 90° и 135°.

Детектор концентрации нефти в воде (фиг.1, 2, 3, 4 и 5) состоит из рассеивающего объема 1, выполненного в виде полого цилиндра и соединенного

с трубопроводом 2 через входной 3 и выходной 4 конические переходы, закрепленного на рассеивающем объеме 1 кожуха 5, внутри которого расположены источник лазерного излучения 6, два фотоприемника 7 и 8 и два предварительных усилителя 9 и 10, причем выход первого фотоприемника 7 соединен с входом первого предварительного усилителя 9, а выход второго фотоприемника 8 - с входом второго предварительного усилителя 10, аналого-цифрового преобразователя 11, интерфейса 12, компьютера 13, блока аварийной сигнализации 14, блока калибровки 15 и блока промывки 16. При этом выход компьютера 13 через соответствующие выходы интерфейса 12 соединен с имеющимися у блока аварийной сигнализации 14, блока калибровки 15 и блока промывки 16 входами управления включением/выключением, а выходы первого 9 и второго 10 предварительных усилителей через соответствующие входы аналого-цифрового преобразователя 11 и интерфейса 12 подключены к входу компьютера 13. В детектор введены основание 17, поворотный столик 18 и двигатель 19. Часть 20 рассеивающего объема 1, находящаяся в кожухе 5 ближе к его крышке 21, выполнена прозрачной для лазерного излучения. Ее высота от крышки 21 кожуха 5 составляет 1/8 от высоты кожуха 5 и определяется диаметром рассеянного лазерного излучения, технологией изготовления и крепления в теле рассеивающего объема 1. На части 22 рассеивающего объема 1, находящейся в кожухе 5 ближе к его дну 23, последовательно от дна 23 закреплено основание 17 и посажен поворотный столик 18 с возможностью вращения в плоскости 24, перпендикулярной оси 25 рассеивающего объема 1. Высота части 22 рассеивающего объема 1 от дна 23 равна 7/8 от высоты кожуха 5. На основании 17 закреплены двигатель 19, вал 26 которого связан с поворотным столиком 18, и фотоприемники 7 и 8, а на поворотном столике 18 - источник лазерного излучения 6. При этом фотоприемники 7 и 8 и источник лазерного излучения 6 установлены так, что оптические оси 27, 28 и 29 соответственно фотоприемников 7 и 8 и источника лазерного излучения 6 перпендикулярны оси 25 рассеивающего объема 1 и лежат в плоскости срединного поперечного сечения 30 части 20 рассеивающего

объема 1, находящейся в кожухе 5 ближе к его крышке 21, угол между оптическими осями 27 и 28 фотоприемников 7 и 8 составляет 90°, расстояние до оси 25 рассеивающего объема 1 для фотоприемников 7 и 8 равны и больше, чем для источника лазерного излучения 6, а кожух 5 с внутренней стороны покрыт материалом, способным поглощать лазерное излучение.

Привод валом 26 двигателя 19 поворотного столика 18, выполненный в виде ременной передачи 31, и посадка поворотного столика 18 на часть 22 рассеивающего объема 1, находящуюся в кожухе 5 ближе к его дну 23, выполненная на базе подшипника 32, на фиг.1 показаны условно. Исполнительные органы блока промывки 16, блока калибровки 15 и блока аварийной сигнализации 14 и их установка на фиг.1 условно не показаны, и соответствуют используемым в прототипе.

Плоскость 24, перпендикулярная оси 25 рассеивающего объема 1, плоскость срединного поперечного сечения 30 части 20 рассеивающего объема 1, находящейся в кожухе 5 ближе к его крышке 21, а также ось фотоприемника 7 показаны как проекции на плоскость фиг.1.

Все электронные и электромеханические блоки и узлы, входящие в состав детектора концентрации нефти в воде, имеют систему электропитания, которая на фиг.1 условно не показана.

На фиг.2 и 3 изображены сигналограммы выходного напряжения фотоприемников 7 и 8 за один оборот поворотного столика 18, определяемый расстоянием между максимальными зарегистрированными пиками амплитуды, соответствующими прямому лазерному излучению, прошедшему через часть 20 рассеивающего объема 1, находящуюся в кожухе 5 ближе к его крышке 21. Остальные значения амплитуд сигналограммы между пиками соответствуют рассеянному на нефтяных частицах лазерному излучению в диапазоне углов 0°<α<360°. Зона сигналограмм в области обратно рассеянного излучения 180°±5°, характеризующаяся некоторым подъемом амплитуды и провалом, обусловлена перекрытием оси источника лазерного излучения фотоприемниками.

На фиг.4 изображены зависимости амплитуды выходного напряжения фотоприемника 7 или 8 от концентрации нефти в части 20 рассеивающего объема 1, находящейся в кожухе 5 ближе к его крышке 21, при выборе углов наблюдения, соответствующих 30° и 45°. Они представляют собой пример измерительных характеристик детектора при измерении малых концентраций нефти в воде (до 50 мг/л).

На фиг.5 изображены зависимости амплитуды выходного напряжения фотоприемника 7 или 8 от концентрации нефти в части 20 рассеивающего объема 1, находящейся в кожухе 5 ближе к его крышке 21, при выборе углов наблюдения, соответствующих 90° и 135°. Они представляет собой пример измерительных характеристик детектора при измерении больших концентраций нефти в воде (от 50 до 300 мг/л).

Рассмотрим работу детектора концентрации нефти в воде.

Промысловая вода, протекающая по трубопроводу 2, поступает в часть 20 рассеивающего объема 1, находящуюся в кожухе 5 ближе к его крышке 21, которая выполнена прозрачной для лазерного излучения. Вода в части 20 рассеивающего объема 1, находящейся в кожухе 5 ближе к его крышке 21, освещается источником лазерного излучения 6. Лазерное излучение, прошедшее через воду в верхней части 20 рассеивающего объема 1, находящейся в кожухе 5 ближе к его крышке 21, и рассеянное нефтяными частицами, находящимися в воде, регистрируется фотоприемниками 7 и 8. При вращении поворотного столика 18 каждый из фотоприемников 7 и 8 последовательно регистрирует лазерное излучение, прошедшее через верхнюю часть 20 рассеивающего объема 1, находящуюся в кожухе 5 ближе к его крышке 21, и рассеянное на частицах нефти, причем сигнал с фотоприемника 8 отстает по фазе от сигнала с фотоприемника 7 на 90°. При вращении последовательно изменяется угол, при котором регистрируется излучение.

На фиг.2 и 3 изображены сигналограммы выходного напряжения фотоприемников 7 и 8 за один оборот поворотного столика 18, определяемый расстоянием между максимальными зарегистрированными пиками амплитуды,

соответствующими прямому лазерному излучению, прошедшему через верхнюю часть 20 рассеивающего объема 1, находящуюся в кожухе 5. Остальные значения амплитуд сигналограммы между пиками соответствуют рассеянному на нефтяных частицах лазерному излучению в диапазоне углов 0°<α<360°.

При угле 0° (источник лазерного излучения 6 и фотоприемник 7 находятся напротив друг друга) фотоприемник 7 регистрирует прямое прошедшее излучение, а фотоприемник 8 - рассеянное излучение под углом 90°. При угле 90° (источник лазерного излучения 6 и фотоприемник 8 находятся напротив друг друга) уже фотоприемник 8 регистрирует прямое излучение, а фотоприемник 7 - рассеянное.

При этом зона сигналограммы в области обратно-рассеянного излучения 180°±5° (для фотоприемника 7) и 270°±5° (для фотоприемника 8) при обработке сигналограмм в компьютере 13 не учитывается.

Зарегистрированные сигналы с фотоприемников 7 и 8 соответственно через предварительные усилители 9 и 10, соответствующие входа аналого-цифрового преобразователя 11 и интерфейса 12 поступают на вход компьютера 13, в котором по заданным измерительным характеристикам и алгоритму, приведенному в Приложении 1, определяются поправочные коэффициенты на загрязнение окон, концентрация нефти в воде, превышение ею ПДК и длительность превышения.

Алгоритм обработки сигнала фотоприемников 7 и 8 в компьютере 13 приведен в Приложении 1.

Компьютер 13 принимает данные с выхода фотоприемников 7 и 8, поступившие на его вход через предварительные усилители 9 и 10, входы аналого-цифрового преобразователя 11 и интерфейса 12. После этого сигнал с фотоприемника 7 задерживается на 90° и сравнивается с сигналом с фотоприемника 8. В результате сравнения находятся поправочные коэффициенты как функция от угла между фотоприемником 7 и источником лазерного излучения 6, характеризующие распределение загрязнения вдоль окна прозрачности

- часть 20 рассеивающего объема 1. Далее соответствующие коэффициенты умножаются на соответствующее значение амплитуд сигнала с выхода фотоприемника 8 в углах поправки. После этого по заданным углам производится сравнение этого результата (инвариантного к загрязнению окна прозрачности - части 20 рассеивающего объема 1) с измерительными характеристиками, представленными на фиг.4 и фиг.5. По результатам сравнения определяется концентрация нефти в воде, результаты измерений сохраняются. Далее определяется превышение измеренной концентрацией ПДК, например, 100 мг/л, и длительность превышения, например, 1 минута. Если условия превышения по ПДК и длительности превышения выполняются, компьютер 13 сигнализирует об этом. В случае превышения предельно допустимого значения компьютер 13 переходит к программе устранения причин превышения, в которой используются блок аварийной сигнализации 14, блок калибровки 15 и блок промывки 16.

Алгоритм включения и выключения компьютером 13 блоков аварийной сигнализации 14, калибровки 15 и промывки 16 в случае аварийной ситуации и в случае регламентных работ приведен в Приложении 2.

Если по сигналу с выхода фотоприемников 7 или 8 в течение заданного времени ΔТ, например 1 минута, определяется концентрация нефти К, превышающая предельно допустимой концентрации (ПДК) нефти в воде, то с выхода компьютера 13 через выход интерфейса 12 на вход управления включением/выключением блока аварийной сигнализации 14 выдается сигнал, включающий аварийную сигнализацию. При этом перекрывается трубопровод 2, после чего принимаются специальные меры по выяснению и устранению причин превышения в воде ПДК нефти.

К таким мерам относятся калибровка оптического канала и промывка рассеивающего объема 1, которые проводятся как в аварийной ситуации, так и с определенным регламентным интервалом времени Т.

Аналогично в случае превышения предельно допустимого значения. поправочного коэффициента компьютер 13 переходит к мерам устранения

причин превышения, в которой используются, блок калибровки 15 и блок промывки 16.

В случае аварийной ситуации, после перекрытия трубопровода 2, с выхода компьютера 13 через выход интерфейса 12 на вход управления включением/выключением блока калибровки 15, выдается сигнал, включающий процесс калибровки детектора концентрации нефти в воде. При этом рассеивающий объем 1 заполняется чистой водой, сигналы с выходов фотоприемников 7 и 8 через предварительные усилители 9 и 10, соответствующие входы аналого-цифрового преобразователя 11 и интерфейса 12 поступают на вход компьютера 13, где сравниваются с ранее заложенными калибровочными значениями. Если по сигналу в части 20 рассеивающего объема 1, находящейся в кожухе 5 ближе к его крышке 21, определяется превышение предельно допустимого значения поправочного коэффициента, то с выхода компьютера 13 через выход интерфейса 12 на вход управления включением/выключением блока промывки 16 выдается сигнал, включающий процесс промывки рассеивающего объема 1, который заключается в кратковременном создании высокого давления и скорости потока чистой воды, позволяющих очистить рассеивающий объем 1. После промывки рассеивающего объема 1 производится калибровка оптического канала детектора концентрации нефти в воде и запоминание в компьютере 13 новых калибровочных значений с пересчетом измерительных характеристик. После окончания процедур калибровки оптического канала и промывки рассеивающего объема 1 с выхода компьютера 13 через выход интерфейса 12 на входа управления включением/выключением блока калибровки 15, блока промывки 16 и блока аварийной сигнализации 14 поступает сигнал отключения, трубопровод 2 открывается, и детектор переходит в режим измерения.

В случае регламентного обслуживания процессы калибровки оптического канала и промывки рассеивающего объема 1 проходят аналогично, с той лишь разницей, что по сигналам с фотоприемников 7 и 8 определяется необходимость промывки рассеивающего объема 1. После окончания процедур

калибровки оптического канала и промывки рассеивающего объема 1 с выхода компьютера 13 через выход интерфейса 12 на входа управления включением/выключением блока калибровки 15 и блока промывки 16 поступает сигнал отключения, трубопровод 2 открывается, и детектор переходит в режим измерения.

Для реализации устройства могут быть использованы: источник лазерного излучения 6 на базе лазерного диода ближнего инфракрасного диапазона мощностью 1-3 мВт; фотоприемники 7 и 8 на базе фотодиода КФДН с оптической системой, обеспечивающей узкое поле зрения; предварительные усилители 9 и 10 на базе AD 823; аналого-цифровой преобразователь 11 и интерфейс 12 - устройства ввода/вывода данных фирмы «Advantech» серии ADAM-5000; компьютер 13 - PC AT 386 и выше, либо любой PC-совместимый промышленный компьютер, блок аварийной сигнализации 14, блок калибровки 15, блок промывки 16 аналогичны приведенным в прототипе.

По сравнению с прототипом детектора концентрации нефти в воде возможность работы по полной индикатрисе рассеяния нефтяных частиц позволяет расширить диапазон измерительного преобразования, более точно определять их количественные значения, как при малых, так и при больших концентрациях, исключить влияние на данные измерений наличия в воде не нефтяных частиц, а также получить результат инвариантный к загрязнению окон прозрачности рассеивающего объема. При этом определение малых концентраций нефти (до 50 мг/л) проводится по малым углам рассеяния (30° и 45°), определение больших концентрации (от 50 до 300 мг/л) - по большим углам рассеяния (90° и 135°). Наличие значительного объема данных, превышающего аналогичный показатель для других детекторов за счет их накопления, возможность получения информации с большего числа углов, чем в других детекторах, при похожих схемах построения оптических каналов, позволяет получить более высокую точность измерений.

Поскольку линейная скорость вращения источника лазерного излучения позволяет получить сигнал практически с «неподвижных» нефтяных частиц, то можно говорить о многофункциональности предложенного детектора концентрации нефти в воде. В точках 0° и 90° реализуется логометр, в области 180° и 270° реализуется рефлектометр, в других областях многоугловой нефелометр и малоугловой турбидиметр. При этом наличие двух фотоприемников позволяет учесть загрязнение окон в любой точке, аналогично четырехлучевой схеме логометра.

Использование двух фотоприемников, заменяющих их большое количество в прототипе, позволяет значительно упростить оптическую схему устройства и уменьшить влияние, помеховых факторов, возникающих при поочередной обработке сигналов с каждого фотоприемника через коммутатор, перестраиваемые усилители и т.д.

Испытания опытного детектора показали, что возможность измерения полной индикатрисы рассеяния с помощью вращающегося источника лазерного излучения позволила, как минимум, в 4-5 раз повысить точность измерений по сравнению с указанным прототипом и получить результат инвариантный к загрязнению окон прозрачности рассеивающего объема.

Claims (1)

1. Детектор концентрации нефти в воде, содержащий рассеивающий объем, выполненный в виде полого цилиндра и соединенный с трубопроводом через входной и выходной конические переходы, закрепленный на рассеивающем объеме кожух, внутри которого расположены источник лазерного излучения, два фотоприемника и два предварительных усилителя, причем выход первого фотоприемника соединен с входом первого предварительного усилителя, а выход второго фотоприемника - с входом второго предварительного усилителя, аналого-цифровой преобразователь, интерфейс, компьютер, блок аварийной сигнализации, блок калибровки и блок промывки, причем выход компьютера через соответствующие выходы интерфейса соединен с имеющимися у блока аварийной сигнализации, блока калибровки и блока промывки входами управления включением/выключением, а выходы первого и второго предварительных усилителей через соответствующие входы аналого-цифрового преобразователя и интерфейса подключены к входу компьютера, отличающийся тем, что в него введены основание, поворотный столик и двигатель, часть рассеивающего объема, расположенная в кожухе ближе к его крышке, выполнена прозрачной для лазерного излучения, а на части рассеивающего объема, расположенной в кожухе ближе к его дну, последовательно от дна закреплено основание и посажен поворотный столик с возможностью вращения в плоскости, перпендикулярной оси рассеивающего объема, на основании закреплены двигатель, вал которого связан с поворотным столиком, и фотоприемники, а на поворотном столике - источник лазерного излучения, при этом фотоприемники и источник лазерного излучения установлены так, что оптические оси фотоприемников и источника лазерного излучения перпендикулярны оси рассеивающего объема и лежат в плоскости срединного поперечного сечения части рассеивающего объема, находящейся в кожухе ближе к его крышке, угол между оптическими осями фотоприемников составляет 90°, расстояние до оси рассеивающего объема для фотоприемников равны и больше, чем для источника лазерного излучения, а кожух с внутренней стороны покрыт материалом, способным поглощать лазерное излучение.