Способ определения параметров нефтепродуктов, эмульгированных в воде

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК1748 9) 01 й 15/02 ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтянойпромышленности "Укргипрониинефть" иИнститут физики АН БССР(56) Дзиро Эндо. Непрерывный контроль содержания нефти и нефтепродуктов в воде.Фирма Хориба, 1977, с. 91. Изобретение относится к области измерений концентрации нефтепродуктов вводе, образующих стабильные эмульсии типа "масло в воде", и может быть использовано в нефтяной, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.Известен способ определения концентрации нефтепродуктов в воде, основанный на экстракции нефтепродуктов четыреххлористым углеродом с последующим фотометрированием на длине волны 3,5 мкм.Недостатками этого способа являются необходимость предварительной подготовки пробы, длительность анализа, использо-, вание высокотоксичного растворителя,Известен также способ непрерывного измерения органических веществ в воде, который предусматривает пеоиодическое фотометрирование образца в инфракрасном(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ НЕФТЕПРОДУКТОВ, ЭМУЛЪГИРОВАННЫХ В ВОДЕ(57) Использование: измерение концентрации нефтепродуктов в воде, Сущность изобретения: регистрация излучения, рассеянного в двух направлениях в диапазоне углов 50 О ф70 и 90 Д110 О, и последующий расчет весовой концентрации нефтепродуктов. 2 табл., 4 ил. диапазоне на двух заданных длинах волн: на одной из которых поглощает только ОН- группа воды и на второй, где поглощают ОН-группа воды и СН-группа органического вещества, с последующим определением разности полученных величин, пропорциональной концентрации органического вещества.Недостаток этого способа - его зависимость от физико-химических свойств органического вещества, что вызывает необходимость дополнительной калибровки при изменении физико-химических сзойств измеряемой среды,. Наиболее близким к изобретению является способ определения концентрации дисперсной фазы, включающий облучение образца с последующей регистрацией рассеянного излучения под заданным углом кпадающему пучку и излучения, прошедшего через образец в направлении падающего пучка, Искомая концентрация прямо пропорциональна величине В, определяемои из соотношения: 5 бО 1 гт а 4 д 1 +абоЯТ+К 5где 5 - . величина, пропорциональная интенсивности излучения, рассеянного под заданным к падающему пучку углом;Т - величина, пропорциональная интенсивности излучения в направлении прямого пучка;К - постоянная, выбранная таким образом, чтобы обеспечить линейную связь между концентрацией дисперсной фазы и велициной.Известный способ характеризуется зависимостью результата измерений от микрофизицеских характеристик параметров дисперсности) дисперсной фазы; что снижает точность определения искомой концентрации, Поэтому - необходимо путем эксперимента подбирать коэффициент В длл каждой данной дйсперсной фазы,Кроме того, в большинстве случаег, кроме концентрации дисперсной фазы, необходимо также знание микроструктурь эмульсий, коорелирующееся со средним объемно-поверхностным радиусом,Цель изобретения - увеличение точности измерения концентрации и увеличение числа измеряемых параметров,Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включающему облучение исследуемого образца с последующим измерением интенсивности рассеянного излучения под заданным углом к падающему пучку, заданный угол берется в интервале 50 31 ,70 и дополнительно измеряют излучение, рассеянное под вторым заданньм углом к падаощемупучку, который беретсй в интервале 900 ,62 1100, а весовую концентрацию нефтепродуктов и средний объемно поверхностньй радиус капель определяют из соотношений:ЛЦ где С - искомая весовая концентрация нефтепродукта;гз 2 - средний объемно повеохностный радиус капель;1 - удельный вас вещества дисперсной фазы; аР 1),оДЪ)- показатели направленного светорассеяния в исправлении угловР 1 иАа 1 - ав - коэффициенты, зависящие от оптических постоянных нефти.Коэффициенты ав общем случае являются функциями оптических постоянныхнефти, значения которых, учитывая устойчивую корреляцию между ти б, можно пол 10 уцить из выражения:. а = А 14 + А 2 б + Азь2где.= 1.5;А 1, А 2, Аз - коэффициенты.Числовые значений коэффициентов15 приведены в табл, 1,Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемый способотли ается от известного введением опера.ции измерения рассеянного излучения под20 вторым заданным углом, Кроме того, в отличие от прототипа задаются интервалы возможных значений обоих углов, а такжеопределяются концентрации нефтепродукта и среднего объемно-поверхностного ра 25 диуса из новых соотношений,Сущность изобретения заключается вследуощем.Величина рассеяния на ди"персной фазе в общем случае зависит от направленияЗО рассеяния, длины волны и интенсивностипадаощего излучения, оптических свойствдисперсной фазы, функции распределенияее частиц по размерам, Вопрос о количественных оценках влияния микроструктуры на35 ее оптические характеристики имеет наибольшее практическое значение при решении соответствующей обратной задачи:определения тех или иных характеристикмикроструктуры эмульсии из оптических из 40 мерений,Для этого необходимо найти такие характеристики рассеяния света, которые оптимально зависели бы от концентрациидисперсной фазы и ее микрофизических ха 45 .рактеристик при минимальной зависимостиот условий приготовления пробы,В процессе решения поставленной задачи были проведены работы по экспериментальному определению размеров50 частиц нефти в воде в зависимости от времени эмульгирования, Оптические измерения выполнялись на спектрофотометре"ЯЫпаб 2 у МРЯ-ЯОГ и специализирован-.ной индикатрисной установке,55 Проведенный анализ зависимостей индикатрис рассеяния от параметров дисперСного состава,и оптицеских констант показал,что искомыми измеряемыми оптическимипараметрами являются, оЩ, сто- по1748019 капель по размерам, описывающих экспериментальные гистограммы микроскопического счета,Расчеты пргводились для света с дли 5 ной волны 0,6328 мкм. Необходимые дляанализа вариаций сорта нефти значения относительного комплексного показателяпреломления п 1 = и -к в видимой областиспектра заимствовали из(5) для двух нефтей10 Северо-восточного крыла Сураханскаго месторождения АЗССР: легкой(б = 0,794 г/см,гп = 1,089-1,1 10 и тяжелой (б =. 0,897г/см, гп = 1,127- ,1,9, 10 з). Значения относительных оптических постояннцх для неф 15 ти Речицкого месторождения определялисьпо методикам, приведенным в (6), и равныв =1,108-2,0 104,Кривые 2, 3 (фиг, 2) иллюстрируют влияние.вида модельного спектра размеров на20 индикатрису рассеяния, Это влияние оценивалась с помощью величин дз= о.г р)25 еа 1 г(г) = Аг е (2) 1 з(г) =Аге ,(3)Я(ргде го - наиболее вероятный или модельный 40 радиус, соответствующий максимуму распределения;,и - параметр и аспределения;А - нормировочный множитель, опреде00ляемый из условия; А1(г)бг= 1.Приведенные в табл, 2 остаточные дисперсии аппроксимации гистограмм 5, хотя и отличаются в зависимости от вида функ ции распределения частиц по размерам, их величина в сравнении с реальным уровнем погрешности микроскопического анализа не позволяет отдаь явное предпочтение какому-либо из рассматриваемых модельных 55 представлений,Были рассчитаны зависимости показателя направленного светорассеяния для единичной объемной концентрации о (Р) от ф (фиг. 2), для гамма-распределений (2) олуширины р каэатели направленного светорассеяния в направлении углов 31 ирг. Расчеты показали, чта зависимости о ф 1)/ирг) от среднего объемно-поверхностного радиуса капель эмульсии гзг и величины д ф 1) (равной оф) при - = 1), где С - весовая концентСбрация, б - удельный вес) для эмульсии с различной микроструктурой и оптическими постоянными нефти составляют методическую основу указанной обратной задачи, Показано также, что выбор вида функции распределения капель дисперсной фазы по размерам почти не влияет на функциональную зависимость гзг от величин ду 1 удуц и д" р),Найдены соотношения, связывающие эти величины с искомыми - концентрацией дисперсной фазы и ее микрофизическими параметрами; Для аппроксимации полученных эксп риментально гистограмм определения к пель нефтепродуктов по размерам (фиг. были использованы три вида модельн функций;аАб 1(г)= - ео(1) В скобкахукаэан порядковый номериспользуемых в расчетах функций распределения (1)-(3), Как видно, для большинства направлений рассеяния д 1 иог сравнимы поабсолютной величине и противоположны по знаку, т,е, в оптическом отношении гамма- распределение занимает промежуточное положение между распределениями (1) и (3). Кривые 2, 3 позволяет оптимально подобрать диапазоны угла Р, для которых влияние вида модельного распределения частиц по размерам на индикатрису рассеяния минимальн 0.Проведена оценка допустимых пределов измерения концентрации, которые снизу ограничены чувствительностью измерительной аппаратуры, а сверху наступлением режима многократного рассеяния, ограничивающего возможности корректнога определения показателя направленного еветорассеяния д(р). Необходимые оценки по этому вопросу проводились на примере одной из распространенных схем измерения аф), где дис-. персная система освещалась плоскопараллельным узким пучкам по нормали к оси цилиндра, а рассеянное под различными углами (в плоскости кругового сечения цилиндра) излучение регистрировалось фотоприемником с малым полем и углом зрения, Для слабоконцентрированной эмульсии значения интенсивности рассеяния можно записать в виде(10) из измерений показателя направленного светорассеяния для углов Р 1 = 60 и Р 1 = 100 .Приведенные формулы справедливы для 0.,5гз 2 3,8 мкм, Средняя методическая ошибка интерполяционных зависимостей (7) меньше 50,С учетом возможной погрешности измерений величины а(60) и о(100 ) до 5, погрешность определения степени дисперсности и концентрации эмульсии из (8) не превысит соответственно 20 и 15 (при заданном значении плотности нефтепродукта),. При использовании метода, приведенного в прототипе (4), не учитывающего влияния дисперсности эмульсии на результат измерения, погрешность может достигать 30 - 40 и более,На фиг, 4 показана схема осуществления способа.Способ осуществляютследующим образом,Проточная цилиндрическая кювета 1 (фиг. 1) освещается (источник 2) плоскопараллельным узким световым пучком по нормали к оси цилиндрической кюветы, а интенсивность рассеянного излучения фиксируется под заданными углами ф 1 ир 2 к направлению падающего пучка в плоскости кругового сечения кюветы фотоприемниками 3, 4, значения интенсивности вводятся в вычислительное устройство 5, которое по алгоритму, приведенному в формуле изобретения, определяет значения С (г/см ) и гз 2 (мкм). Полученные значения выдаются и рл помощи устройства 6 индикации. Кроме того, в вычислительное устройство вручную вводится значение плотности измеряемого нефтепродукта.Изготовлен макетный образец прибора, в основу которого положен описываемый метод, Изобретение планируется использовать при разработке приборов контроля содержания нефтепродуктов в нефтяной иэнергетической промышленности.5 Ожидаемый зкономический эффект 10т,руб, на прибор в год или 1,0 млн,руб, поиминимальном выпуске только для МНП 100приборов в год,Формула изобретения10 Способ определения параметров неф. тепродуктов, змульгированных в воде,включающий облучение исследуемого образца с последующим измерением рассеянного излучения под заданным углом к15 падаагцему пучку, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью увеличения точности измерения концентрации и увеличения числа измеряемых параметров, заданный уголвыбирают в интервале 50 Д70 О, до 20 полнительно измеряют излучение, рассеянное под вторым заданным углом кпадающему пучку, который выбирают в интервале 90 Р 2110 О, а весовую концентрацию нефтепродуктов и средний25 обьемно-поверхностный радиус определяют из соотношений бд 1 Д аи 1 +а 5 о 30а 1 О КЩ - аза где С - искомая весовая концентрация;гз 2 - средний обьемно-поверхностныйрадиус капель дисперсной фазы;б - удельный вес вещества дисперснойфазы;7 ф 1), У ф 2) - показатели направлен ного светорассеяния в направлении углов 40 р ра-аь- коэффициенты, зависящие от оптических постоянных нефти, определяемыеиз соотношения45а = А 1 б + А 24 + Азь2где=1,5;Ая, А 2 ь Аз; - коэффициенты, определяемые по приведенной в описании таблице,1748019 Составитель А,Крикундактор М,Бандура Техред М.Моргентал Корректор Т,С ри ГКНТ ССС роизводственно аз 2499 ВНИИПИ ГоТи арствен ного 113035, ж Подписное комитета по изобретениям и открытия Москва, Ж, Раушская наб 4/5 ательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 10