用于油中低含水量的非侵入式测量的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于测定油中痕量水的方法和装置，所述方法包括以下步骤：获取包括水和油的低含水量流体的混合样本，将混合样本的一部分传送到吸收池从而生成测量样本，使用具有狭缝的不透明片覆盖吸收池的观测表面，在激光源与吸收池的激光接收表面之间设置具有固定开口的遮挡件，将脉冲激光束从激光源传输到吸收池；在测量样本中诱导荧光，通过聚光透镜聚焦荧光并且将荧光传输到分光仪，并且通过用摄谱仪使荧光色散和用增强型电荷耦合器件增强荧光而使用分光仪测量荧光。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于测定石油流体中含水量的方法。具体地说，本专利技术涉及快速测定石油流体中含水量的非侵入式方法，该方法基于对发射自油水混合物的激光诱导荧光的光谱测量。
技术介绍
对石油流体中的污染物进行分析测试是许多工业生产过程中的重要步骤。污染物可以是残留在例如多用途管道或成品油储存罐中的少量其它类型的燃料。污染物可以是少量同一种类但具有不同硫含量的燃料，这种情况通常发生在柴油燃料的分配操作和存储中。污染物还可以具有风化燃料与新鲜燃料混合的形式或者一些不易鉴别的化学物质的形式。水是在某些应用中所关心的污染物。已知喷气燃料的凝结水污染是航空工业中的严重安全问题并被发现是高温潮湿的热带国家中数起直升机坠毁事故的原因。用于测试污染物的普通分析方法包括使用红外吸收、紫外(UV)吸收和核磁共振，但这些方法都存在弊端。液态碳氢燃料(例如，喷气燃料、汽油和柴油)可由在被紫外光激发时的不同形状的荧光发射光谱表征。当这种燃料被污染或与其它类型的燃料混合时，燃料的光谱形状根据污染物的荧光光谱/时间特性而变化。在大部分情况下，可以通过比较受污染样本与未受污染样本之间的荧光发射光谱的形状来鉴别碳氢燃料中的污染物。在一种方法中，通过将样本的荧光发射光谱与可能来源的样本的同一光谱进行直接视觉比较来对油进行鉴别，其中全部样本均由254nm的紫外辐射激发。换言之，为执行光谱的比较，无论该比较是视觉比较还是数值比较，首先必须对参考样本或一组参考样本执行测量，以便产生供未知样本测量结果进行比较的必要参考数据。在许多情况下，所需要的信息不仅有污染物类型，还有污染物在混合物中的体积比，即，污染物浓度。进而，需要制备多组具有已知浓度的标准混合物并对其执行测量从而产生必要的校准曲线的附加步骤。水是更加难以定量甚至难以鉴别的污染物。水不发射荧光。已知基于荧光的方法主要适用于水的体积浓度在从大致50％至99％的范围内的水包油乳液。这些方法不能很好地适用于水浓度(以体积计)在0.01％直到百分之几的范围内的油包水的测量所对应的不同设计参数，这是因为水不发射荧光，仅仅微量的水的存在不会明显影响油的突显的荧光信号。不能对油中的低浓度水进行精确的测量意味着没有测量油包水乳液流动区域内水的局部浓度的好方法。因此，几乎没有可供科学界使用的流动乳液层内水的浓度梯度的试验数据。这种数据有利于更好地理解流动乳液的行为且有利于描述流动乳液的形成和分离的模型的发展。此外，现有技术中没有描述油包水混合物中油的激光诱导荧光强度测量值与混合物含水量之间的直接相关性的已知方法。用于对体积范围在约0.01％与约1％之间的精确水浓度测量的主要技术基于化学反应物的滴定(例如，I2与油中存在的H2O的定量反应)。该技术，以及涉及在实验室环境中的采样、稀释和若干连续操作的其它技术，对于原油生产设备以及炼油设备和石油化工工厂中所需的实时过程监视应用来说，是不现实的，这是因为这些方法对流动流体是侵入式(intrusive)的。例如，现有技术中一种已知方法通过使用荧光染料来评定包括水相的多相混合物样本。由于要求将染料添加到液流中以便测量油样本中的水，因此在与待评定的特定相接触时会发射荧光的荧光染料中的检测分子的添加对液流是侵入式的。这些方法也不适于测量油罐或其它保持装置中的局部含水量。因此，需要能够测定油中痕量水的装置，该装置可以浸没在燃油储存罐中的不同深度处以检测不同高度处的水污染和测量不同高度处的水浓度，该装置可以在过程中的适当位置与工艺液流(process stream)串联(in-line)地安装或者安装在旁通管路上，并且采用可测量具有低含水量的流体中的水浓度的非侵入式方法，此外，需要能够快速且非侵入地检测含油流体的体积内的局部区域中的痕量水的方法和系统。
技术实现思路
本专利技术涉及用于测定油中痕量水的方法，该方法包括获取低含水量流体的混合样本的步骤，其中低含水量流体包括油和水，水分布为具有平均直径的水滴。该方法还包括将混合样本的一部分传送到吸收池(cuvette)从而生成测量样本的步骤。吸收池的观测表面与吸收池的激光接收表面相邻并且具有不透明片以形成被遮盖侧，不透明片包括狭缝。该方法还包括使脉冲激光束传输穿过吸收池的激光接收表面的步骤。在进一步的步骤中，以脉冲激光束诱导测量样本的荧光光谱中的荧光，并且荧光从吸收池的被遮盖侧上的不透明片中的狭缝发射。在进一步的步骤中，通过位于吸收池与分光仪(spectrometer)之间的聚光透镜将荧光聚焦在分光仪测量荧光的点处。分光仪包括耦合有增强型电荷耦合器件的摄谱仪(pectrograph)。通过用摄谱仪使荧光色散并且用增强型电荷耦合器件增强荧光来测量荧光。在本专利技术的某些实施例中，该方法还包括在激光源与吸收池的激光接收表面之间设置遮挡件的步骤，遮挡件限定固定开口，并且使脉冲激光在传输穿过吸收池的激光接收表面之前传输穿过该固定开口。在本专利技术的在某些实施例中，水滴的平均直径在30μm与70μm之间的范围内。在某些实施例中，脉冲激光束具有266nm的波长。在某些实施例中，荧光光谱在280nm与450nm之间的范围内。在某些实施例中，脉冲激光束以20mJ/脉冲的能量以及6ns/脉冲的时间跨度脉动。在某些实施例中，狭缝为0.5mm宽。在某些实施例中，狭缝与吸收池的边缘相距4mm。在某些实施例中，油为喷气燃料。在某些实施例中，该方法还包括以下步骤：采集低含水量流体的样本以及将样本混合从而生成混合样本。在某些实施例中，该方法还包括以下步骤：在混合样本的不同位置提取混合样本的附加部分以及用分光仪测量这些附加部分的荧光，对这些混合样本部分的测量提供了对整个混合样本进行分布标示(map)的能力。在本专利技术的另一方面，本专利技术涉及用于测定油中痕量水的装置。该装置包括具有激光接收表面和观测表面的吸收池。吸收池构造为保持包含水和油的低含水量流体的混合样本。混合样本中的水分布为具有平均直径的水滴。该装置还包括具有狭缝的不透明片，不透明片构造为遮挡荧光传输穿过吸收池的观测表面的一部分，并且狭缝构造为荧光从吸收池穿过。该装置还包括激光源，激光源构造为使脉冲激光束引导穿过吸收池的激光接收表面，脉冲激光束构造为诱导混合样本的荧光光谱中的荧光。该装置还包括聚光透镜，聚光透镜构造为将荧光收集并传输到分光仪。分光仪构造为测量穿过狭缝的荧光并且包括构造为使荧光色散的摄谱仪以及构造为增强荧光的增强型电荷耦合器件。在本专利技术的在某些实施例中，该装置还包括限定固定开口的遮挡件，固定开口位于吸收池与激光源之间，其中固定开口构造为减少脉冲激光束的直径。在本专利技术的在某些实施例中，水滴的平均直径在30μm与70μm之间的范围内。在本专利技术某些实施例中，脉冲激光束具有266nm的波长。在本专利技术某些实施例中，荧光光谱在280nm与450nm之间的范围内。在本专利技术的某些实施例中，摄谱仪位于聚光透镜与增强型电荷耦合器件之间，并且其中增强型电荷耦合器件与脉冲激光束同步。在本专利技术某些实施例中，脉冲激光束以20mJ/脉冲的能量以及6ns/脉冲的时间跨度脉动。在本专利技术某些实施例中，狭缝为0.5mm宽。在本专利技术某些实施例中，狭缝距吸收池的边缘为4mm。附图说明通过以下描述、权利要求书以及附图将更好地理解本专利技术的这些以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测定油中痕量水的方法，所述方法包括以下步骤：获取低含水量流体的混合样本，其中所述低含水量流体包括水和油，并且所述混合样本中的水分布为水滴，所述水滴具有平均直径；将所述混合样本的一部分传送到吸收池从而生成测量样本，所述吸收池具有与观测表面相邻的激光接收表面，所述吸收池的所述观测表面具有不透明片以形成被遮盖侧，其中所述不透明片包括狭缝；使脉冲激光束从激光源传输穿过所述吸收池的所述激光接收表面；诱导所述测量样本的荧光光谱中的荧光，其中所述脉冲激光束诱导荧光，并且所述荧光从所述吸收池的所述被遮盖侧上的所述不透明片中的所述狭缝发射；通过聚光透镜聚焦所述荧光并且将所述荧光传输至分光仪，其中所述聚光透镜位于所述吸收池与所述分光仪之间，所述分光仪包括与增强型电荷耦合器件耦合的摄谱仪；以及用所述分光仪测量所述荧光，所述测量包括以下步骤：用所述摄谱仪使所述荧光色散；以及用所述增强型电荷耦合器件增强所述荧光。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.18 US 14/132,0931.一种用于测定油中痕量水的方法，所述方法包括以下步骤：获取低含水量流体的混合样本，其中所述低含水量流体包括水和油，并且所述混合样本中的水分布为水滴，所述水滴具有平均直径；将所述混合样本的一部分传送到吸收池从而生成测量样本，所述吸收池具有与观测表面相邻的激光接收表面，所述吸收池的所述观测表面具有不透明片以形成被遮盖侧，其中所述不透明片包括狭缝；使脉冲激光束从激光源传输穿过所述吸收池的所述激光接收表面；诱导所述测量样本的荧光光谱中的荧光，其中所述脉冲激光束诱导荧光，并且所述荧光从所述吸收池的所述被遮盖侧上的所述不透明片中的所述狭缝发射；通过聚光透镜聚焦所述荧光并且将所述荧光传输至分光仪，其中所述聚光透镜位于所述吸收池与所述分光仪之间，所述分光仪包括与增强型电荷耦合器件耦合的摄谱仪；以及用所述分光仪测量所述荧光，所述测量包括以下步骤：用所述摄谱仪使所述荧光色散；以及用所述增强型电荷耦合器件增强所述荧光。2.根据权利要求1所述的方法，还包括下述步骤：在所述激光源与所述吸收池的所述激光接收表面之间设置遮挡件，所述遮挡件限定固定开口；以及在使所述脉冲激光传输穿过所述吸收池的所述激光接收表面之前使所述脉冲激光传输穿过所述固定开口。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述水滴的所述平均直径在30μm与70μm之间的范围内。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述脉冲激光束具有266nm的波长。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述荧光光谱在280nm与450nm之间的范围内。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述脉冲激光束以20mJ/脉冲的能量以及6ns/脉冲的时间跨度脉动。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述狭缝为0.5mm宽。8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述狭缝与所述吸收池的边缘相距4mm。9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述油为喷气燃料。10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，还包括以下步骤：采集所述低含水量流体的样本；以及将所述样本混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊扎特·M·赫加齐，阿卜杜勒·拉赫曼·阿赫拉斯，
申请(专利权)人：沙特阿拉伯石油公司，
类型：发明
国别省市：沙特阿拉伯;SA