Способ контроля содержания нефтиВ ВОдНОМ пОТОКЕ и уСТРОйСТВО дляЕгО ОСущЕСТВлЕНия Советский патент 1981 года по МПК G01N21/28 G05D27/00 

1

Изобретение относится к способам контроля потока воды на содержание в нем загрязняющей нефти и устройству для осуществления этого способа и может применяться на грузовых танкерах, где возникает необходимость откачки воды из трюмов в течение длительного периода.

Известен способе определения содержания нефти в потоке жидкости, заключающийся в том, что производят непрерывный отбор пробы, которая гомогенизируется из этого состава беретик вто ричная проба, из которой извлекается нефть нефтерастворителем. По объему нефти, извлеченной растворителем, судят о содержании нефти в потоке l

Недостатком этого способа является низкая точность определения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ контроля содержания нефти в водном потоке путем непрерывного возбуждения в нем флюоресцентного излучения, замера м регистрации интенсивности флюоресценции, и устрой ство, реализующее этот способ, содержащее установленные последовательно по ходу движения потока воды в сливной трубе блок генерирования флюоресцентного излучения и блок замера интенсивности флюоресценции с усилителем и регистратором интенсивности флюоресценции 2.

Недостатком этих технических решений является низкая точность измерения, обусловленная нестабильностью флюоресцентного излучения.

Цель изобретения - повышение эф10фективности контроля водяного потока за счет повьшения точности измерения.

Указанная цель достигаете) тем, что после ЗоЛ1ера интенсивности флк)оресценции производят отбор дискретных

15 проб, в каждую из которых добавляют растворитель нефти, отделяют от воды раствор нефти,замеряют методом ИК-поглощения степень загрязнения дискретной пробы нефтью, и по полученным ре20зультатам корректируют замеренную интенсивность флюоресценции.

Кроме того, устройство дополнительно содержит блок -регулирования, один из входов которого соединен с регистр

25 ратором интенсивности флюоресценции, связанным через усилитель с выходом блока регулирования, управляющие клапаны, установленные в сливной трубе ниже точки замера интенсивности флюо30ресценции, смеситель дискретных проб

|с растворителем нефти, трубопровод подачи растворителя, подключенный к смесителю, центрифугу, связанную с выходом смесителя, и анализатор ИКпоглощения, вход которого соединен с выходом центрифуги, а выход - с другим входом блока регулирования.

На фиг. 1 представлена блок-схема Устройства, реализующего способ контроля содержания нефти в водном потоке, на фиг. 2 - схема блока измерения интенсивности флюоресценции.

Устройство состоит из трубопровода 1 сброса загрязненной воды, сливной трубы 2 для отбора контролируемых проб с установленными на ней насосом 3, блоком генерирования флюоресцентного излучения, включающим эмульсификатор 4, выполненный в виде двух усеченных конусов 5 и б,один из которых неподвижный (5), а другой вращанадийся (6) от мотора 7. Между усеченноконическими поверхностями конуса 5 и 8 вращающегося усеченного конуса б имеется кольцевое пространство 9.

Далее по ходу потока размещен блок 10 измерения интенсивности флюоресценции, состоящий из пары стеклян .ных и кварцевых окон 11, лампы 12 с парами ртути, фильтров 13 и 14 и .фотоумножителя 15, который связан с усилителем 16, подключенным к регистратору 17 (можно использовать индикатор) и к реле 18 прекращения слива в окружающую среду. Коррекция показаний производится с помощью блока 19 регулирования.

Устройство содержит анализатор дискретных проб, которые отсекаются управляющими клапанами 20 и 21 и поступаютв смеситель 22, снабженный лопастной Мешалкой 23, и далее в центрифугу 24, приводимую LO вращение двигателем 25. Центрифуга 24 связана с анализатором ИК-поглощения, состоящим из источника 26 ИК-Излучения, ячейки 27 с окнами 28 и детектора 29. На трубопроводе 1 смонтирован отсечной клапан 30 для перекрытия потока и отводной клапан 31. Для сброса потока при закрытом управляющем клапане 20 устройство снабжено перевернутой и-образной трубкой 32. Растворитель нефти поступает в смеситель 22 по трубопроводу 33.

Для удобства объяснения работы устройства отрезки трубопровода между функциональньви1И блоками обозначены 34-37, а клапаны 38-43.

Способ и работа устройства осуществляется следукндим образом.

Испытуемый поток отбирается из трубопровода 1 сброса загрязненной воды при помощи насоса 3 в сливную трубу 2 и далее попадает в эмульсИфикатор 4, в котором этот поток протекает от более узкого конца к более широкому концу кольцевого пространства 9, определяемого снаружи неподвижной усеченно-конической поверхностью KojHyca 5 и изнутри усеченноконической поверхностью 8 вращакадегося конуса б, приводимого в движение мотором 7. Усеченно-коническая поверхность 5 и/или усеченно-коническая поверхность 8 могут быть снабжены канавками, которые могут быть спирально-винтОвьми, выступающими в кольцевое пространство 9, с помощью которых увеличивается завихряющее и дробящее действия в исследуемом потоке, проходящем через эмульсификатор 4, и тем самым улучшается в потоке рассеивание нефтяного содержимого. Максимальный размер частиц нефти в потоке, покидающем эмульсификатор, должен составлять пять микрон.

После эмульсификатора 4 проба поступает в блок 10 измерения интенсивности флюоресценции.

Лампа 12 с парами ртути установлена так, чтобы направлять луч ультрафиолетового излучения через одно из окон 11 на исследуемый поток, проходящий через блок 10 между окнами 11, а фотоумножитель 15 установлен так, чтобы принимать и реагировать на флюоресцентное излучения, возбуждаемое в исследуемом потоке в блоке 10 и эмиттируемое через другое окно 11.

Фильтр 13, установленный по ходу луча лампы 12, пропускает узкую полосу длин волн, сосредоточенных у 365 нм а фильтр 14 перед фотоумножителем 15 пропускает длины волн около 400 им. Центральная линия луча ультрафиолетового излучения, направляемого лампой 12 на блок 10, и центральная линия поля зрения элемента фотоумножителя 15 находяится под прямым углом друг к другу, а средняя плоскость блока 10 делит прямой угол между двумя центральными линиями пополам.

Сигнал фотоумножителя 15,проходит через усилитель 16 к регистратору 17 (может быть использован индикатор степени загрязнения воды нефтью).

Одновременно с выхода усилителя 16 сигнал подается на реле 18, предназначенное для прекращения слива через трубопровод 1 в окружа ющую среду,если выходной сигнал усилителя показывает, что содержание нефти в исследуемом потоке выше заданной величины. Слив за рязненной воды прекращается после срабатывания перекрыванием отсечного клапана 30 в конце трубопровода 1 и одновременномоткрывании отводного клапана 31 из трубопровода 1 в предусмотренное место, например, в запасной резервуар нефтяного танкера (на фиг. 1 пара черных стрелок от реле 18 к клапанам 30 и 31).

Поток после прохождения через блок 10 измерения интенсивности по отрезку трубопровода 35 поступает к двунаправленному управляющему- клапану 20, который в обычном из его двух положений, изображенном сплошными линиями, соединяет трубопровод 35 с нижним концом отрезка вертикальног трубопровода 36, ведущего на своем верхнем конце к второму двунаправлен яому управляющему клапану 21, которы в обычном из его двух положений, показанном сплошной линией, соединяет отрезок трубопровода 36 со стоком. Если одновременно управляюцие кла паны 20 и 21 поворачиваются на 90 против часовой стрелки в другие поло жения, показанные пунктирными линиями, проба из вертикального трубопровода 36 вместе с пробой в канал управляющих клапанов поступает в сме ситель 22. Это действие выполняется периодически, причем клапаны 20 и 21 каждый раз возвращаются в свои перво начальные нормальные позиции немедленно после прохождения интервала, достаточного, чтобы дать возможность указанному количеству жидкости протечь в смеситель 22. Когда управляющий клапан 20 закры для отбора дискретной пробы, то пото поступающий по отрезку трубопровода 35, проходит по перевернутой U-образ ной трубке 32 в сток в течение определенного времени. Всякий раз, когда действием управ ляющих клапанов 20 и 21 проба потока фиксированного объема пропускается в смеситель 22, туда также подается че рез трубопровод 33 клапаном фиксированное количество тетрахлорэтилена или другого подходящего нефтерастворителя, после чего содержимое переме шивается лопастной мешалкой 23. После заданного времени перемешивания, достаточного для поглощения, по существу, всей нефти в растворе, содержимое смесителя 22 поступает через трубопровод с клапаном 41 в камеру центрифуги 24 с вертикальной осью вращения, которая затем приводится во вращение двигателем 25 до тех пор, пока водами нефтяной раствор не отделятся друг от друга. Двигатель 25 далее замедляется и остана ливается, после чего вода оказываетс в слое, расположенном вьаие нефтяного раствора. Из центрифуги 24 по трубопроводу с клапаном 42 нефтяной раствор занимает пространство ячейки 27 анализатора ЙК-поглощения между окнами 28. Лишняя проба сливается. Через одно из окон 28 ячейки по Направлению другого окна от источника 26 снаружи ячейки, содержащего инфракрасную лампу и фильтр, приспособленный для пропускания .узкой полосы длин волн,сосредоточенной с цен ром на3417 нм, на нефтяной раствор направляется инфракрасное излучение. Снаружи ячейки на другой ее стороне находятся детектирующие устройства (29 -инфракрасного излучения, получающие от источника 26 инфракрасное излучение , которое не было поглощено нефтяным раствором в ячейке. Чем больше количество нефти в растворе, тем больше поглощение инфракрасного излучения раствором и меньше количество инфракрасного излучения, детектируемого устройством 29. Соотношение между поглощением раствором инфракрасного излучения и количеством нефти в растворе является нелинейным. Выход инфракрасного детектора 29, когда он измеряет инфракрасное поглсндение нефтяным раствором, а также выход инфракрасного детектора, когда он для целей стандартизации измеряет инфракрасное поглощение чистого растворителя, помещенного для этого в ячеку, подаются оба на регулирующий блок 19, которое преобразует два выхода в определение содержимого нефти в пробе фиксированного объема , извлеченной из исследуемого потока. Последовательность операций, необходимых для выполнения определения нефти путем процедуры инфракрасного поглощения, которая обычно должна занимать менее 10 мин, задается блоком 19 регулирования, который включает таймер, обеспечивающий регулярное повторение необходимой последовательности. В каждой последовательности первой операцией может быть операция стандартизации с наполнением ячейки 27 растворителем, далее сливаемым. Управляющие клапаны 20 и 21 временно работают на обеспечение из исследуемого потока дискретной пробы воды, загрязненной нефтью, в смеситель 22, трубопровод подачи растворителя с клапаном временно открыт, чтобы пропустить в смесительный резервуар фик сированное количество воды, лопастная мешалка 23 действует в течение соответствующего отрезка времени: трубопровод с клапаном 41 открыт, пропуская образуемую смесь в камеру центрифуги 24, которая затем вращается в течение соответствугадего периода, замедляется и останавливается, трубопровод с клапаном 42 открывается, пропуская содержимое камеры центрифуги 24 в ячейку 27 в отделенном виде, в котором остается достаточно нефти., но из которого вода и излишек нефти раствора -слиты. После того, как инфракрасное поглощение раствором в ячейке 27 измерено, открывается трубопровод с клапанами 43 и 39 для производства очистки устройства, вслед за которой трубопроводы с клапанами 43, 41, 38 и 39 перекрываются, и устройство готово для следующего определения нефти процедурой инфракрасного поглощения. Как показано линией сигнала между двумя одиночными .белыми стрелками (фиг. 1), реакция инфракрасного деTg KTOpa 29 подается в блок 19 регулиования, который преобразует в течеие периода, когда ячейка 24 содерит нефтяной раствор, реакцию указан-, ного детектора, принимая в расчет предыдущую стандартизацию, в процентНЫЙ отсчет количества нефти в дискретной пробе загрязненной воды, извлеченной из исследуемого потока. Как показано линией сигнала между вумя двойными белыми стрелками (фиг..I), выход усилителя 16, т.е. в действительности показываемая степень загрязнения воды нефтью, также подается в регулирования, который обеспечивает сравнение между определением нефти, выполняемым процедурой инфракрасного поглощения, и показываемой степенью- загрязнения вода нефтью по степени флюоресценции.

Как показано линией между двумя тройными черными стрелкгми (фиг, 1) сигнал блока регулирования вводится в усилитель 16, расположенный в цепи сигнала от фотоумножителя 15 к регистратору 17 (индикаторнс 1у устройству) , блок 19 регулирует усиление усилителя 16 в соответствии с указанным сравнением, посредством этого повторно калибруя или корректируя насколько необходимо .показания регистратора 17 (индикаторного устройства). Таким образом, например, если сравнение показывает, что в отношении части исследуемого потока процентное содержание нефти, определенное процедурой инфракрасного поглощения, на 5% больш, чем процентное содержание нефти, показанное регистратором 17 (индикаторным устройством) относительно той же части исследуемого потока г то усиление усилителя 16 перерегулируется блоком 19, заставляя регистратор 17 (индикаторное устройство) показывать с этого момента до следующего периодического определения нефти ее процентное содержание на 5% вышз, чем это делалось бы в отсутствии перерегулировки усилителя 16.

Применение предлагаемого изобретения позволяет повысить точность контроля благодаря повторным калнб.ровкам, которые производятся, какие бы диапазоны содержания нефти не встречались, и автоматически компенсируют какие бы ни могли быть специальные характеристики устройства и какие-либо изменения параметров или предполагаемых констант контроля по способу флюоресценции, а именно, если блок генерирования

флюоресцентного излучения изменяет свою эффективность, следующая повторная калибровка корректирует разницу, которая иначе была бы внесена в контрольные показания. Изменения в типе нефти, которые увеличивают или уменьшают флюоресценцию, также автоматически компенсируются.

Формула изобретения

1.Способ контроля содержания нефти в водном потоке путем непрерывног возбуждения в нем флюоресцентного излучения, замера и регистрации интенсивности флюоресценции, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности контроля водяного потока, после замера интенсивности флюоресценции производят, отбор дискретных проб, в каждую из которых прибавляютрастворитель нефти, отделяют от воды раствор нефти, замеряют методом ИК-поглощения степень загрязнения дискретной пробы нефтью, и по полученнным результатам корректируют замеренную интенсивность флюоресценции.

2.Устройство для осуществления способа по П.1, содержащее установленные последовательно по ходу движения потока воды в сливной трубе блок генерирования флюоресцент ного излучения и блок замера интенсивности флюоресценции с усилителем и регистратором интенсивности флюоресценции, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, устройство дополнительно содержит блок, регулирования, один из входов которого соединен с регистратором интенсивности флюоресценции, связанным через усилитель с выходом блока регулирования, управляквдие клапаны, установленные в сливной трубе ниже точки замера интенсивности флюоресценции, смеситель дискретных проб с растворителем нефти, трубопровод подачи растворителя, подключенный к смесите.лю, центрифугу связанную с выходом смесителя, и анализатор ИК-поглощения, вход которого соединен с выходом центрифуги,

а выход - с другим входом блока регулирования.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент СЮА 3712118, кл. 73-611 R, опублик. 1973.

2.Патент Великобритании №1647312 кл. С 01 N 21/28, опублик. 16.06.77.

YZI У Г

Ю If

f5

(риг.1

(put. I