专利名称：油品采样预处理系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及炼油厂中汽油、煤油或柴油等油品在线优化调合系统中的在线近红外分析仪采样预处理系统的原理与详细的设计，特别是一种用于轻质油在线优化调合的采样预处理系统。
背景技术：
现代化炼油厂已广泛采用汽油、柴油等油品在线优化调合系统。该类系统作为技术先进的工艺装置，在炼油厂的节能降耗、提高产品产量、降低产品成本、节约炼油厂储罐和工艺管线方面发挥了很大作用，从而也使炼油厂的经济效益得到了提高。作为该类系统的核心部分，在线检测分析仪在整个在线优化调合系统中的作用非常重要，它在系统中起到眼睛的作用。
在线近红外分析仪是一种科技含量很高的在线检测分光光度计，通过用它发出的近红外光照射样品，可以得到样品的特征近红外光谱；再通过安装于专用分析计算机上的化学计量学软件，可以快速计算出被测物料中的各种物化性质。其检测速度之快，是其他类型分析仪无法相比的。
但作为科技含量很高的在线分析仪器，在线近红外分析仪也显示出其娇贵的一面。例如，当进入样品检测空间中的样品中含有微量的杂质或水或气泡时，由于上述因素的存在，将导致被检测样品的吸收光谱发生偏离，从而使得被测样品的近红外检测值发生偏离，影响在线分析与生产控制。
由于炼油厂生产过程中的中间组分油通常都含有水分、杂质，并且在管线中移动时会由于自身运动和压力的波动情况而产生气泡，因此，如果在没有对样品进行一定的预处理的情况下，就将样品引入在线近红外分析仪的样品检测器空间，上述所说的水分、杂质和气泡，会在很大程度上影响检测值的准确性。
在炼油厂的生产中，装置轻组分出口、油品调合生产中的轻质油品(汽油、煤油、柴油等油品)生产中，的确有必要设置一套满足在线近红外分析仪应用要求的样品预处理系统。本发明人对油品采样预处理系统进行了深入研究，以满足在线近红外分析仪应用要求，从而对正在广泛展开的流程工业在线质量控制发挥积极的作用。
实用新型内容本实用新型针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种油品采样预处理系统。采用该系统能够使采样充分满足在线近红外分析仪的应用要求，从而对正在广泛展开的流程工业在线质量控制发挥积极的作用。
本实用新型的技术构思为，为了保证近红外分析仪的准确测量，必须保证经过探头检测空间的油品是洁净并且没有气泡的。因此，考虑设计样品或采样预处理系统时，要尽量做到除水、除杂质、除气泡，并且尽可能使得经过探头检测空间的油品恒温。为此，需要在样品或采样预处理系统中装设除水器、过滤器、除泡器和恒温器。
本实用新型的技术方案如下油品采样预处理系统，包括串接的第一组预处理单元和第二组预处理单元，第一组预处理单元通过快速回路连接于组分油管，第二组预处理单元通过采样光纤和检测探头连接于在线近红外分析仪。
所述第一组预处理单元的管路上串接有用于除气泡的除泡器和用于除杂质的一级过滤器。
所述除泡器为短径旁路结构。
所述第二组预处理单元的管路上串接有二选一二级过滤器和除水器。
所述二选一二级过滤器的入口端串接有水冷器。
所述第二组预处理单元的管路上还串接有恒温器。
所述恒温器为恒温油浴装置。
所述检测探头置于恒温油浴装置中。
本实用新型的技术效果如下由于本实用新型的油品采样预处理系统，包括串接的两组预处理单元，使得样品的预处理更加充分，能够使采样充分满足在线近红外分析仪的应用要求，从而对正在广泛展开的流程工业在线质量控制发挥积极的作用。
由于采用了除泡器，除泡器的作用是通过短径旁路，使得通过快速回路泵的过程采样流体中的气泡不能进入预处理单元，而是从短径旁路引出。由于采用了过滤器和除水器以及恒温器，这就能够有利于消除水的影响、杂质影响和温度的影响，大大提高测量精度。
图1为近红外分析仪在油品调合过程中的应用结构示意图。
图2为本实用新型的结构原理示意图。
附图标记列示如下1-快速回路，2-回收装置，3-样品处理取样装置，4-通往过程的多光纤束，5-近红外分析仪，6-分析PC机，7-过程品质控制参数，8-过程控制系统，9-快速回路入口阀，10-单向阀，11-采样泵，12-泵出口稳压罐，13-除泡器，14-一级过滤器，15-快速回路出口阀，16-快速回路旁路阀，17-预处理入口阀，18-手阀，19-样品收集罐，20-收油管，21-氮气管，22-回收罐，23-回收泵，24-减压阀，25-压力表，26-水冷器，27-冷却水管，28-废水管，29-二选一过滤器，30-除水器，31-可调节手阀，32-取样口，33-采样光纤，34-恒温油浴，35-转子流量计。
具体实施方式
以下结合附图和实施例作进一步的详细说明。
本文所涉及的样品预处理应用系统，严格遵照美国ASTM标准。
参考标准如下1、ASTM E1655-00近红外多变量定量分析标准实践(Standard Practices for Infrared Multivariate Quantitative Analysis)2、ASTM D3764-01过程流体分析仪系统验证标准方法(Standard Practice for Validation of Process Stream Analyzer Systems)3、ASTM D2885-85使用在线分析仪测量研究法辛烷值和马达法辛烷值的标准测试方法(Standard Test Method for Research and Motor Method Octane RatingsUsing On-Line Analyzers)4、ASTM D6122-01多变量过程近红外光谱仪验证标准方法(Standard Practice for Validation of Multivariate Process InfraredSpectrophotometers)5、ASTM D4177-5石油与石油产品自动取样标准方法
(Standard Practice for Automatic Sampling of Petroleum and PetroleumProducts)6、ASTM D4057-5；石油与石油产品人工取样标准方法(Standard Practice for Automatic Sampling of Petroleum and PetroleumProducts)7、ASTM D4053-98近红外光谱分析仪测量汽车汽油与航空汽油的标准测试方法(Standard Test Method for Benzene in Motor and Aviation Gasoline byInfrared Spectroscopy)补充说明由于在炼油厂的生产区域通常为危险工业区域，本文所涉及的样品预处理系统中的电气部分为严格防爆部分，电气设备防爆等级为ExdIIBT4，符合炼油厂生产防爆规范。
一、油体因素的分析1、水炼油厂生产中，在装置生产出口的油体管线中，由于蒸馏工艺本身的原因，管线油体中含有较多的水。水存在的主要表现形式为自由水，同时有一小部分乳化水。
从装置来的油品，通常会暂存于半成品罐中。半成品罐的暂存期间，油中水会根据停留时间的长短在一定程度上沉淀在罐底，但罐中油依然含有微量水分。
在油品调合中，半成品油可能直接来自装置，也可能来自半成品罐。无论哪种方式，油中的微量水分总是不可避免的，而直接来自装置的油品水分含量很多，来自半成品罐的油品含有一定量的水分。
国标规定的成品汽油的出厂指标中，水分含量不应大于100ppm，在生产过程中的半成品油中，水分的含量远远高于此。并且通常油中水分呈弱碱性或强碱性。
2、杂质油品中的杂质主要来自于装置中的催化剂粉末、管线内壁铁锈等。直接来自装置的油品中，杂质含量较高，如若在半成品罐中暂存一段时间，很大程度的杂质会沉淀在罐底。
3、气泡油品在移动、转移过程中，由于本身的运动以及管线内压力的波动情况，以及温度的波动情况，会产生较多的气泡。
4、温度装置来油品温度通常较高，一般为30～50℃，而半成品罐温度通常接近环境温度。
二、油体因素对近红外检测的影响1、水的影响近红外的检测原理从根本上是由于有机物中含H(氢)基团的近红外光谱吸收而产生的。水含有含H(氢)基团H-O，从而可能影响近红外分析仪的测量。实际应用中，探头在洁净的情况下，仅由油品中的乳化水是不会影响探头测量的，因为油品中的乳化水含量是很低的。但由于近红外分析仪探头上的蓝宝石窗口具有亲水性(与油品本身性质相比)，因此还是容易从油中分离而黏附在探头的蓝宝石窗口上，时间长了，探头上可能形成一层很薄的水膜，从而在轻微程度上影响近红外分析仪探头的检测。更严重的情况是油品中可能在某一阶段会有大量的游离水过来，大量附着在探头的蓝宝石窗口上，从而严重影响探头的测量。
2、杂质影响杂质可能随着油品的运动到达探头的样品检测空间，并停止在探头表面，从而影响探头的测量。
3、气泡的影响在探头的样品检测空间，由于气泡的存在，导致样品厚度减小，从而严重影响测量的准确性。
4、温度的影响温度的变换，会使光谱沿波长方向偏移。温度升高，光谱左移；温度降低，光谱右移。由于光谱发生波长方向的移动，从而影响测量的准确性。
三、预处理系统设计原则为了保证近红外分析仪的准确测量，必须保证经过探头检测空间的油品是洁净并且没有气泡的。因此，考虑设计样品预处理系统时，要尽量做到除水、除杂质、除气泡，并且尽可能使得经过探头检测空间的油品恒温。为此，需要在样品预处理系统中装设除水器、过滤器、除泡器和恒温齐。
四、样品预处理系统结构根据以上所论述的样品预处理思想，可以制作满足实际炼油厂过程控制与油品调合生产需要的在线近红外分析仪配套的样品预处理系统。针对前面所论述的管道内油体的流体因素，可以设计包括如下的器件及结构，以保证预处理之后的油品性质的洁净与稳定，从而保证近红外分析仪探头的准确测量。主要的器件及结构包括如图1和图2所示快速回路1、快速回路采样泵11、除泡器13、一级过滤器14、预处理减压阀24、压力表25、水冷器26、二选一二级过滤器29、除水器30、样品捕获罐19、恒温器34、可调式转子流量计35、远传压力表25、回收罐22、回收泵23等；图1中的过程控制系统8连接到现场，图2中在线近红外分析仪5的左侧为上电自检与正压通风装置，外围进行旋风冷却，上电自检与正压通风装置通过阀门连通仪表风。
五、硬件说明，如图1和图2所示1.快速回路快速回路1的目的是从过程管线采样点快速取得过程样品，并将其快速转移到样品检测需求位置，从而尽可能的降低过程控制系统的检测迟延时间。实际应用中，快速回路1可采用1/2″钢管，其管线不宜超过30m，在实际应用范围内尽可能的短。
2.快速回路泵在过程采样区仅仅装设快速回路1，可能由于快速回路1的两端没有足够的压差的原因而导致过程检测点的样品的转移速度很慢，从而造成很大的系统迟延，影响系统控制性能。为解决这一问题，在快速回路1上加设快速回路泵即采样泵11是必要的。快速回路泵11的选择原则是保证快速回路1的取样平稳，不会有压力波动(因为压力波动会造成大量气泡)，并且取样流体连续，速度不会很快，但也不能很慢。鉴于此，建议选择齿轮泵为宜。结合第1、第2点，实际快速回路1的取样时间控制在30s为宜，快速回路流量300～800L/h为宜。
3.除泡器除泡器13的作用是通过短径旁路，使得通过快速回路泵11的过程采样流体中的气泡不能进入预处理单元，而是从短径旁路引出。
4.一级过滤器一级过滤器14安装在快速回路1上，一级过滤器14的作用是阻挡过程管线中的大颗粒杂质(例如管道铁锈等)进入预处理系统，阻塞预处理系统的Φ6不锈钢管或是损坏过滤器芯或是除水器芯，从而起到保护预处理的作用。
5.预处理减压阀预处理减压阀24是过程样品从快速回路1进入预处理系统的关口。预处理系统内流动的油品需要有稳定并且适当的压力，因为要考虑到三个方面的因素一是预处理系统内的压力波动会造成油品内产生气泡；二是压力波动可能会对二级过滤器29和除水器30以及在线近红外分析仪5探头造成损害；三是压力波动会影响探头测量。为此三点考虑，预处理系统需要安装减压阀24(稳压阀)，控制预处理中的油品压力在合适的范围内，通常可在0.05～0.1Mpa。在快速回路1的设计、快速回路泵11的选择、预处理减压阀24的选择方面，需要根据压力匹配关系进行考虑。
6.压力表预处理减压阀之后的压力表25用于现场显示预处理减压阀24之后的样品压力，有助于现场人工调整减压阀24开度，保证预处理系统中的压力在适当的范围内。通常合理的预处理系统的压力范围可在0.05～0.1Mpa。
7.水冷器过程管线内的油品温度可能会比较高，例如40～60℃；安装水冷器26的作用主要是考虑了以下的两个因素一是过程管线内的油品温度过高，需用水冷器将其冷却至30℃以下；二是通过大幅度降低油体温度，有助于油体内的游离水和乳化水凝聚成较大的水滴，从而有助于提高除水器30的除水效果。
8.二选一过滤器在预处理系统中的二级二选一过滤器29是预处理系统中的核心器件之一，油品中的所有杂质、以及大颗粒水滴都在样品通过过滤器芯时被阻挡并沉淀在过滤器底部(或直接排放掉)，从而保证了进入后继单元的油品的干净，保证探头测量的准确性。二选一过滤器29采用一用一备的工作方式，保证当一个过滤器因脏污失效时，可以马上投入另一只备用的过滤器，并且可以方便地将其拆下清洗或是更换新的过滤器芯。过滤器芯的过滤性能，可以根据被测油品的实际黏度和微粒浓度和大小，选用不同的规格，通常，过滤芯的规格可选2um～20um，基本能够保证过滤后样品的洁净度。但需注意，过滤芯的目数越密，过滤器造成的截流作用越强烈；在应用时需要注意实际流速与压力的关系。在设计中，过滤器29总是安装在除水器30之前。
9.除水器除水器30专用于出去油中的游离水，保证样品油中的水分减小到尽可能低的水平，保证探头测量的准确度。除水器30是预处理系统中的核心器件之一。在实际应用中，除水器30底部有泄放出口。由于除水器30采用了聚结技术，样品油中的小水滴在除水器芯的外壁聚结为大的水滴，并且在重力作用下沉降至除水器30底部，通过底部的泄放口排出探头的进样系统。在实际应用中，要将除水器30下方的手阀31打开一个很小的角度(通常5～10度)，从而保证除水器30底部聚结的水分能够随时排出除水器30。
10.恒温器由于近红外分析仪检测对温度有一定的敏感，当温度升高时，近红外光谱会沿着波长方向左移，因此，在实际的预处理系统中设计有恒温器34，保证进入探头的油品已经被恒温在某一固定温度上，从而保证近红外分析仪侧量的准确。建议的恒温温度为30℃。通常采用的恒温手段为恒温油浴。采样样品在进入预处理系统之后，首先经过水冷器26的冷却，温度降低至30℃以下，在经过过滤器29和除水器30，进入恒温器34，恒温器34内有电加热单元、温度传感器、气体冷却器，既可以加热样品油，又能够在一定程度上给样品油降温，通过专用的恒温控制单元，始终保证样品油的恒温状态。
11.样品捕获罐样品捕获罐19的作用是在系统中在适当的时候人工在现场抓取样品，以备实验室的分析使用。样品捕获罐的容量为1或2L，结构为可以承受正压0.05Mpa的不锈钢构件。
12.可调式转子流量计在恒温器下方的预处理系统出口处装有可调式转子流量计35，可以调整预处理系统中的样品油体流速，使预处理系统中的样品油体流速处于一个合理的范围之内。通常可用的可调式转子流量计35工作范围为10～15L/h，设定范围通常可为6～8L/h，从而保证通过探头检测空间的油体有恒定的压力和流量，保证测量准确性。
13.远传压力表建议使用带远传的压力表，远传信号送往DCS的监视系统，从而操作员可以在控制室的DCS画面上看到预处理系统的压力情况。预处理系统的压力情况是预处理系统的重要工况，其可以直接反映预处理系统是否工作正常。如若工作正常，通常DCS上的压力显示会是一个较为固定的值(该值的实际大小取决于实际的样品预处理系统的设计)，如若工作不正常，则DCS上的压力显示会是一个不正常值，并且该值可以被组态为声光报警，以通知操作人员尽快恢复系统。
14.回收罐回收罐22的主要作用是收集所有预处理系统的出口废油，从而保证不浪费油品、不污染环境。回收罐22的设计为2～5m3的不锈钢罐(或是类似体积的钢罐)，内部应装有高低位液位开关，从而在系统工作时，可以检测到回收罐内的高液位和低液位，从而指示回收泵23的开或是停。
15.回收泵回收泵23的作用是根据回收罐的高低液位指示，自动开泵或是自动关泵，使得回收罐内的油体泵送入过程管线内，从而使得回收罐内的液位始终处于安全范围内。
上文所述的样品预处理系统，其设计与器件选择，可以根据炼油厂实际的应用地点和应用场所的变化而有所变化，但大体的设计思路是广泛而准确的，可以为流程工业的在线仪表检测提供高质量的预处理手段。
应当指出，以上所述具体实施方式
可以使本领域的技术人员更全面地理解本实用新型，但不以任何方式限制本实用新型。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本实用新型已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或者等同替换；而一切不脱离本实用新型的精神和技术实质的技术方案及其改进，其均应涵盖在本实用新型专利的保护范围当中。
权利要求1.油品采样预处理系统，包括串接的第一组预处理单元和第二组预处理单元，其特征是第一组预处理单元通过快速回路连接于组分油管，第二组预处理单元通过采样光纤和检测探头连接于在线近红外分析仪。
2.根据权利要求1所述的油品采样预处理系统，其特征在于所述第一组预处理单元的管路上串接有用于除气泡的除泡器和用于除杂质的一级过滤器。
3.根据权利要求2所述的油品采样预处理系统，其特征在于所述除泡器为短径旁路结构。
4.根据权利要求3所述的油品采样预处理系统，其特征在于所述第二组预处理单元的管路上串接有二选一二级过滤器和除水器。
5.根据权利要求4所述的油品采样预处理系统，其特征在于所述二选一二级过滤器的入口端串接有水冷器。
6.根据权利要求5所述的油品采样预处理系统，其特征在于所述第二组预处理单元的管路上还串接有恒温器。
7.根据权利要求6所述的油品采样预处理系统，其特征在于所述恒温器为恒温油浴装置。
8.根据权利要求7所述的油品采样预处理系统，其特征在于所述检测探头置于恒温油浴装置中。
专利摘要本实用新型提供一种油品采样预处理系统，包括串接的第一组预处理单元和第二组预处理单元，第一组预处理单元通过快速回路连接于组分油管，第二组预处理单元通过采样光纤和检测探头连接于在线近红外分析仪。所述第一组预处理单元的管路上串接有用于除气泡的除泡器和用于除杂质的一级过滤器。采用该系统能够使采样充分满足在线近红外分析仪的应用要求，从而对正在广泛展开的流程工业在线质量控制发挥积极的作用。
文档编号G01N21/35GK2807241SQ200520022808
公开日2006年8月16日 申请日期2005年2月4日 优先权日2005年2月4日
发明者李苏安 申请人:北京中科诚毅科技发展有限公司