Устройство для определения содержания нефти и механических частиц в подтоварной воде Российский патент 2024 года по МПК G01N21/85 

Изобретение относится к оптическим устройствам контроля концентраций взвешенных частиц в воде и может быть использовано для определения остаточного содержания нефти и механических частиц в подтоварной воде на нефтедобывающих предприятиях, а также для экологического мониторинга водных сред.

Известен детектор концентрации нефти в воде (патент США № 4201471, 1978 г.), 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 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.

Недостатком устройства является определение в воде только одного показателя ‒ содержания нефти.

Известно устройство для определения размеров и числа частиц в жидкости (патент РФ № 2149379, 2000 г.), содержащее приемное устройство; оптическую систему; источник излучения; аналого-цифровой преобразователь, осуществляющий преобразование электрического сигнала с приемного устройства в цифровой код; регулярный многоэлементный световод, выполняющий функции передачи изображения анализируемой среды на приемное устройство, которое выполнено в виде двухкоординатного многоэлементного приемника излучения на основе ПЗС-матрицы; нерегулярный многоэлементный световод, выполняющий функции передачи импульса оптической подсветки в исследуемую среду; микро ЭВМ, выполняющая функции обработки цифрового сигнала, следующего на нее с аналого-цифрового преобразователя; устройство генерации импульсной подсветки, синхронизируемое с циклом накопления заряда ПЗС-матрицы.

Недостатком известного устройства является не возможность разделять нефтяные и механические частицы в подтоварной воде при контроле ее состава.

Известно устройство определения нефти, механических частиц и их среднего размера в подтоварной воде (патент РФ № 2781503, 2022 г.), состоящее из источника лазерного излучения, ультразвукового гомогенизатора подтоварной воды, кюветы для анализируемого продукта, полупрозрачного делителя, размещенного между лазером и кюветой, фотоприемника контроля интенсивности излучения лазера, фотоприемника регистрации рассеянного назад лазерного излучения, прикрепленного к кювете со стороны лазера соосно с ним и имеющего центральное отверстие, равное диаметру лазерного луча, проходящего через него в кювету и попадающего на регистрирующий фотоприемник прямопрошедшего излучения, расположенный за кюветой, блока обработки сигналов фотоприемников, содержит нагреватель подтоварной воды, расположенный перед кюветой, ультразвуковой гомогенизатор размещен на кювете, фотоприемник, регистрирующий рассеянное вперед излучение в углах от 0 до 15°, размещенный за кюветой соосно с лазером и имеющий центральное отверстие, равное диаметру лазерного луча, проходящего через него на регистрирующий фотоприемник прямопрошедшего излучения.

Недостатком известного устройства является сложность его конструкции.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство экспресс-контроля содержания нефти и механических частиц в подтоварной воде, патент РФ № 2755652, http://www1.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPAT&DocNumber=2530892&TypeFile=html2021 г. (прототип). Оно состоит из источника лазерного излучения, проточной кюветы для анализируемого продукта, гомогенизатора, полупрозрачного делителя, размещенного между лазером и проточной кюветой, фотоприемника контроля интенсивности излучения лазера, фотоприемников для регистрации прямопрошедшего через кювету и рассеянного частицами среды излучения, прикрепленного к кювете со стороны лазера соосно с ним и имеющего центральное отверстие диаметром, равным диаметру лазерного луча, проходящего через него в кювету, блок обработки сигналов фотоприемников. Кювета, фотоприемники и полупрозрачный делитель размещены в закрытом измерительном блоке, термостатированном при постоянной температуре в диапазоне от 20 до 25°С с погрешностью ±1°С, имеющем входное отверстие для направления лазерного луча через полупрозрачный делитель в кювету.

Недостатком устройства является его высокая сложность, что увеличивает его стоимость при промышленном производстве и невысокая точность измерения.

Задача, на решение которой направлено предложенное изобретение, заключается в упрощении конструкции устройства, удешевлении его промышленного производства и повышении точности измерений.

Поставленная задача решается следующим образом. Поскольку определение качества подтоварной воды проводят в лабораториях нефтедобывающих компаний при комнатной температуре, то дополнительный корпус для термостатирования измерительного блока в предлагаемом устройстве можно не применять, что упрощает и удешевляет его конструкцию. В подтоварной воде оставшиеся механические частицы имеют средний размер 5-6 мкм, а остаточная нефть из-за применяемых технологий выделения ее основной массы из подтоварной воды имеет средний размер частиц 1,0-1,5 мкм, т.е. размеры механически и нефтяных частиц существенно различаются. При этом только незначительное количество нефтяных шариков имеют размеры сравнимые с размерами механических частиц, что не требует обязательного их измельчения с помощью гомогенизатора, следовательно, от него можно также отказаться для упрощения конструкции предлагаемого устройства. Вместо него для прокачки анализируемой пробы через проточную кювету предлагается использовать лабораторный насос, который обеспечивает усреднение флуктуаций рассеянного лазерного излучения на анализируемых частицах при определении их концентраций, что повышает точность измерения.

При регистрации фотоприемником прямопрошедшего через кювету лазерного излучения часть излучения отражается от поверхности фотоприемника и попадает обратно в кювету, где снова рассеивается в обратном направлении на механических частицах и жировых шариках. При этом, фотоприемник, регистрирующий рассеянное назад излучение от анализируемых частиц, получает еще рассеянное вперед этими частицами излучение, от отраженного назад светового потока. Добавленная величина излучения больше, чем рассеяние назад, что искажает первоначальную картину процесса регистрации и вносит значительные погрешности в результаты измерения. Для устранения этих погрешностей на фотоприемнике, регистрирующем прямопрошедшее через кювету лазерное излучение размешают рассеиватель излучения, который устраняет отражение лазерного луча в обратном направлении и одновременно равномерно рассеивает его по поверхности регистрирующего фотоприемника, что повышает точность измерений.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, состоит в упрощении конструкции устройства, удешевлении его промышленного производства и повышении точности измерений содержания нефти и механических частиц в подтоварной воде.

Этот результат достигается тем, что устройство для определения содержания нефти и механических частиц в подтоварной воде состоит из источника лазерного излучения, проточной кюветы для анализируемого продукта, фотоприемников для регистрации прямопрошедшего через кювету и рассеянного назад частицами среды излучения, прикрепленного к кювете со стороны лазера соосно с ним и имеющего центральное отверстие диаметром равным диаметру лазерного луча проходящего через него в кювету и попадающего на фотоприемник, регистрирующий прямопрошедшее излучение, полупрозрачного делителя, размещенного между лазером и кюветой, фотоприемника контроля интенсивности излучения лазера и насоса для прокачки контролируемой пробы через кювету, а на фотоприемнике для регистрации прямопрошедшего излучения размещен рассеиватель излучения.

Таким образом, заявляемая совокупность признаков является существенной и необходимой для достижения поставленной цели.

Сущность изобретения устройства поясняется чертежом, где на фиг.1 приведена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит лазерный источник излучения 1, полупрозрачный делитель лазерного светового потока 2, фотоприемник контроля мощности лазера 3, фотоприемник регистрации рассеянного назад лазерного излучения частицами нефти и механических примесей 4, проточную кювету 5, насос 6 для прокачки анализируемой пробы через кювету, рассеиватель 7 прошедшего через кювету лазерного излучения, фотоприемник 8, регистрирующий прямопрошедшее через кювету лазерное излучение и электронный блок 9 обработки сигналов фотоприемников.

Устройство работает следующим образом. Лазерное излучение от лазера 1 направляют на полупрозрачный делитель лазерного светового потока 2, который часть излучения направляет на фотоприемник 3, для контроля мощности лазера, прошедший через делитель световой поток попадает через центральное отверстие в фотоприемнике 4 в проточную кювету 5, через которую насосом 6 прокачивают анализируемую пробу подтоварной воды. Рассеянное назад частицами нефти и механических примесей лазерное излучение регистрируют фотоприёмником 4, а прямопрошедший через кювету лазерный луч попадает на рассеиватель лазерного излучения 7 и регистрируется фотоприемником 8. Сигналы от фотоприемников 3, 4 и 8 поступают в блок обработки 9, который преобразует их в количественное содержание нефти и механических частиц в подтоварной воде.

Таким образом, представленное изобретение позволяет упростить конструкцию устройства для определения содержания нефти и механических частиц в подтоварной воде, удешевить его промышленное производство и повышает точность измерений.

Изобретение относится к оптическим устройствам измерения концентраций взвешенных частиц в воде и может быть использовано для определения содержания нефти и механических частиц в подтоварной воде на нефтедобывающих предприятиях и экологического мониторинга водных сред. Устройство для определения содержания нефти и механических частиц в подтоварной воде состоит из источника лазерного излучения, проточной кюветы для анализируемого продукта, фотоприемников для регистрации прямопрошедшего через кювету и рассеянного назад излучения частицами среды, прикрепленного к кювете со стороны лазера соосно с ним и имеющего центральное отверстие диаметром, равным диаметру лазерного луча, проходящего через него в кювету и попадающего на фотоприемник, регистрирующий прямопрошедшее излучение, полупрозрачного делителя, размещенного между лазером и кюветой, фотоприемника контроля интенсивности излучения лазера. Устройство дополнительно содержит насос для прокачки контролируемой пробы через кювету, а на фотоприемнике для регистрации прямопрошедшего через кювету лазерного излучения размещен рассеиватель излучения. Техническим результатом является упрощение конструкции устройства и повышение точности измерений содержания нефти и механических частиц в подтоварной воде. 1 ил.

Устройство для определения содержания нефти и механических частиц в подтоварной воде, состоящее из источника лазерного излучения, проточной кюветы для анализируемого продукта, фотоприемников для регистрации прямопрошедшего через кювету и рассеянного назад излучения частицами среды, прикрепленного к кювете со стороны лазера соосно с ним и имеющего центральное отверстие диаметром, равным диаметру лазерного луча, проходящего через него в кювету и попадающего на фотоприемник, регистрирующий прямопрошедшее излучение, полупрозрачного делителя, размещенного между лазером и кюветой, фотоприемника контроля интенсивности излучения лазера, отличающееся тем, что оно содержит насос для прокачки контролируемой пробы через кювету, а на фотоприемнике для регистрации прямопрошедшего через кювету лазерного излучения размещен рассеиватель излучения.