CC BY
74
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ОПТОЭЛЕКТРОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ СЕРЫ В НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТАХ
Неъматжон Рахимович Рахимов
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доктор технических наук, профессор кафедры специальных устройств и технологий, тел. (903)935-21-75, e-mail: [email protected]
Вадим Аркадьевич Жмудь
Новосибирский государственный технический университет, 630073, Россия, г. Новосибирск, пр. Карла Маркса, 20, доктор технических наук, профессор кафедры автоматики, e-mail: [email protected]
Шерзод Ильхомович Мадумаров
Новосибирский государственный технический университет, 630073, Россия, г. Новосибирск, пр. Карла Маркса, 20, аспирант НГТУ кафедры автоматики, [email protected]
В данной статье приведен анализ существующих средств мониторинга жидких сред и исследован оптоэлектронный метод для определения серы в нефти и нефтепродуктах. Указаны автоматизированные комплексные в функции предлагаемой новой конструкции оптоэлектронного датчика и актуальность данного метода для решения задач в современной нефтеперерабатывающей отрасли.
Ключевые слова: автоматика, нефть, нефтепродукты, сера, оптоэлектронный, нарушение полного внутреннего отражения (НПВО), многократное нарушенное полное внутренние отражение (МНПВО), волокно, датчики.
PRINCIPLES OF CONSTRUCTION OF OPTIC-ELECTRONIC DEVICES FOR THE CONTROL OF OPTICAL PARAMETERS OF LIQUID MEDIUMS
Nematzhon R. Rakhimov
The Siberian state geodetic academy, 630108, Russia, Novosibirsk, street Plahotnogo, 10, professor, D.Sc. of chair of special devices and technologies, bodies. (903 935-21-75, an e-mail: [email protected]
Vadim A. Zhmud
Novosibirsk State Technical University, 630073, Russia, Novosibirsk, street prospectus Karla Marks 20, is head of the department of Automation in NSTU, professor, doctor of technical sciences, e-mail: [email protected]
Sherzod I. Madumarov
Novosibirsk State Technical University, 630073, Russia, Novosibirsk, street prospectus Karla Marks 20, post-graduate student NSTU of chair «Automatics», [email protected]
This article contains analysis of existing monitoring tools liquid media and research of optoelectronic method for the determination of sulfur in petroleum and petroleum products. Specified automated integrated functions of the proposed new design optoelectronic sensor and the relevance of this method for the solution of the task of the modern oil, as well as the refining industry.
Key words: automatics, oil, oil products, sulfur, optoelectronics, infringements of full internal reflection (IFIR), repeated broken full internal reflection (RBFIR), a fiber, gages.
Качество и стоимость нефти во многом определяются массовой долей содержания серы в углеводородной основе. Применяемые в настоящее время в нефтеперерабатывающей промышленности аналитические и оптические методы для определения серы не обеспечивают точное и быстрое получение достоверной информации. В связи с этим, одной из актуальных задач XXI века и дальнейшего развития производства нефтепереработки и повышения эффективности оценки качества выпускаемой продукции является разработка и внедрение современных методов и технических средств измерения серосодержащих элементов в нефтепродуктах, основанных на физических методах исследования состава и свойств веществ, при этом используется элементная база физики полупроводников, оптоэлектроники и т. д.
Данная статья является исследованием оптоэлектронного метода определения серы в нефти и нефтепродуктах с использованием волоконно оптических датчиков. Наша цель предложить такой упрощенный и не дорогостоящий оптоэлектронный прибор, работающий на основе нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО) и многократного нарушенного полного внутреннего отражения (МНПВО), который повысит точность определения процента серосодержащих элементов в нефти и нефтепродукте. Предложенное нами оптоэлектронное устройство (на рис. 1.) работает, не представляя опасности исследуемым нефти или нефтепродуктам. В этом устройстве вся электрическая часть удаляется на определенное расстояние, чтобы избежать пожаро-взрывоопасность. Осуществить этот процесс возможно с помощью волоконно-оптических линий связи (ВОЛС), когда оптический сигнал передается или принимается на расстоянии с помощью источников излучении и приемников оптических сигналов.
Рис. 1. Структурная и электронная схема датчика на основе
полуцилиндра НПВО
Это структурная электронная схема для оптоэлектронного датчика на основе полуцилиндрического элемента НПВО. В последнее время сформирова-
лось направление использования оптического излучения и свойств оптических средств на регистрации различных физических воздействий. Этому способствовали так же успехи в технологии изготовления волоконных оптронов, которые привели к широкому их использованию для передачи индивидуальных сигналов. Развитие волоконно-оптических датчиков идет по пути замены традиционных датчиков, когда потребности не удовлетворяются их параметрами, или по пути получения новых функций. В настоящее время это уже признанное направление по развитию измерительных преобразователей, в рамках которого созданы десятки датчиков давления, скорости, акустических нагрузок и т. д.
ИК-спектр позволяет более надежно, чем химический анализ, определять функциональные группы, особенно, когда требуется совместно провести качественный и количественный анализ, ввиду многокомпонентности состава и межмолекулярной структуры нефтяных систем. Предлагаемое оптоэлектронное устройства повышает точность измерения за счет многократного объемного измерения параметров контролируемый нефти и нефтепродукта с помощью ВОЛС. В оптоэлектронном устройстве применяется цилиндрический элемент НПВО, который предназначен именно для пропускания оптического сигнала или позволяющий поглощать сигнал. Оптоэлектронное устройство эксплуатируется для определения состава нефти и нефтепродуктов и заключается в использовании ярко выраженных линий поглощения в среднем ИК диапазоне от 2000 до 5000 нм: для метана СН - 3300 нм; для летучих углеводородов CH -3340 нм; для С02 - 4260 нм; и для серы 4600 нм. Еще в этом широком оптическом диапазоне возможно измерять долю одного вещества в другом, и датчики применяются для определения любых жидких или газообразных примесей. Это оптоэлектронное устройство можно использовать в нефтеперерабатывающей промышленности как автономный датчик или для комплексного измерения других содержащихся примесей при обработке нефти.
На рис. 2 представлена блок - схема для определения содержания серы в нефти и нефтепродуктах. Это устройство при автоматическом процессе, в нашем случае при нефтепереработке либо при добыче (бурениях) нефти очень высококачественно и не представляет пожароопасности контролируемым жидким или газообразным средам. В настоящее время при оценке качества нефти или нефтепродуктов на международном рынке все чаще определяется процентным содержанием серы. В нефтепромышленности не применяются проточные приборы для определения содержания серы в нефти или нефтепродуктах с минимальными затратами времени или с возможностью регулярно автоматически контролировать процесс.
Рис. 2. Блок-схема оптоэлектронной системы для определения содержания серы нефти и нефтепродуктах с помощью ВОЛС и ВОД.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Н.Р. Рахимов. Оптический контроль в нефтеперерабатывающем производстве / монография. - Фергана: Техника, 2004. - 91 с.
2. Н.Р. Рахимов, Л.Ф. Парфирьев. Оптоэлектронные системы на основе эффекта НПВО для контроля технологических параметров нефти и нефтепродуктов / Изв. вузов. Приборостроение, 2005. № 10. - С. 41-45
3. Н.Р. Рахимов. Оптоэлектронные системы с применением эффекта НПВО для анализа состава нефти и нефтесодержащих сред / кн. «Современные проблемы геодезии и оптики». -Новосибирск, 2004. - С. 163-167.
4. Иоффе Б.В. Рефрактометрические методы в химии. Л.: Химия, 1983 г.
5. «Гео-Сибирь-2011» VII Международная выставка и научный конгресс «Обзор аналитических методов контроля и разработка оптоэлектронных систем для определения серы в нефти и нефтепродуктах»
© Н.Р. Рахимов, В.А. Жмудь, Ш.И. Мадумаров, 2013
