成品油管道输送中混油界面的检测方法

摘要

一种成品油管道混油界面的检测方法，包括以一定的时间间隔连续采集成品油管道中的油样，用近红外光谱测定其在波长为904.8～907.8nm处的吸光度A

说明书

技术领域

本发明为混油界面的检测方法，具体地说，是一种管道输送油品过程中产生的混油界面的检测方法。

背景技术

目前，成品油管道输送已经或正在替代成品油铁路和公路运输，成为成品油运输的主力。多种油品顺序输送是用一条管道采用分批交替或顺序输送不同种类的油品，既可交替输送汽油、煤油、柴油等不同种类的成品油，也可交替输送各种原油、成品油和各种化工产品，从而大大提高管道的利用率。成品油管道作为先进的运输方式，不仅具有进一步减少环境污染，缓解运输压力，提高运输安全系数的作用，而且具有铁路、公路、水路等其他方式无法比拟的运输优势，如管道输送油品损耗低，只有万分之五，而铁路运输损耗率是其两倍，且管道运输费用明显低于铁路运输，管道项目在保证内部收益率12％的基础上，比铁路运输费用节约45.7％，成品油可以从产地直接输送到消费地，大大减少转运环节。与铁路相比，管道运输能耗可节约40％，人力节省一半，运输成本大幅降低。

成品油管道输送通常采用顺序输送的方法，也就是一种油品跟在另一种油品的后面分批输送。油品在流动过程中会扩散，两种油品交替处会形成混油段。通常这个混油段从开始出现到最后消失会持续半个小时左右，为保证油品质量，必须精确测量油品之间界面的位置，进行混油切割操作，尤其不能让低质量的油品混入高质量的油品中，从而降低其质量。在成品油管道输送油品时，通常用界面检测的方式对混油段进行检测。界面检测的方法有很多，大致分为标示法(如荧光、色素染料和放射性标记等)和特性测量法(如密度、介电常数和超声波等)两类，其中采用特性测量法居多，尤以密度测量法最多。由于油品特性的千差万别，这些检测方法往往难以精确地测定所有油品的界面，一旦发生误差，将会造成重大事故和经济损失。因此非常有必要利用当代先进的分析技术开发一种快速有效的混油界面检测系统。

“油气储运”第23卷第12期P55～57页公开的“光学界面探测仪在成品油管道上的应用”指出可用光纤探头及光谱原理测定管道内所输产品界面的变化，并与用密度计检测界面的方法进行了对比，讨论了油品输送顺序、杂质和油罐切换对光学界面探测值的影响，但未指出探测混油界面所用光的种类。

上世纪90年代以来，在激光、光纤、微电子、计算机和化学计量学(Chemometrics)等与光谱和波谱仪器相关新技术不断发展的带动下，出现了许多新型的光谱和波谱类过程分析仪器，如红外、近红外、拉曼以及核磁共振等，使得原来只能在实验室中进行物质成分分析的结构复杂、体积庞大的分析仪器也能用于工业现场的实时在线分析。尤其是在线近红外光谱(NIR)分析技术，因其具有仪器较为简单、分析速度快、非破坏性和样品制备量小、几乎适合各类样品(液体、粘稠体、涂层、粉末和固体)分析、多组分多通道同时测定等特点，成为应用较广的在线分析仪表。

发明内容

本发明的目的是提供一种成品油管道输送过程中的混油界面检测方法，该法用近红外光谱对成品油管道混油界面进行实时跟踪检测，可快速、有效地判别管道输送油品的种类。

本发明提供的成品油管道输送混油界面的检测方法，包括以一定的时间间隔连续采集成品油管道中的油样，用近红外光谱仪进行测定，对第i次测定得到的油样红外光谱进行微分处理，取波长为904.8～907.8nm处的吸光度A_i，与正戊烷近红外光谱经微分处理后在上述波长范围内得到的吸光度A₀进行差谱计算，差谱值R_i为A₀-A_i，由R_i值判断油品的类型。

本发明用近红外光谱检测管输油的混油界面，按照一定的时间间隔连续地检测管道油品在特定波长范围内的吸光度，由差谱值判断油品的类型，再结合界面状态参数判断流经检测点的油品是否为同一标号油品。本发明方法可快速监测管道中的混油界面，及时进行混油切割操作，提高管输油品的输送质量。

具体实施方式

近红外光(NIR)是介于紫外可见光(UV-Vis)和中红外光(MIR)之间的电磁波，其波长范围为780～2526nm，又分为短波(780～1100nm)和长波(1100～2526nm)近红外两个区域。NIR光谱主要是由于分子振动的非谐振性使分子振动从基态向高能级跃迁时产生的，反映的是含氢基团X-H(X＝C、N、O)振动的倍频和合频吸收。不同基团(如甲基、亚甲基、苯环等)或同一基团在不同化学环境中的近红外吸收波长与强度都有明显差别，NIR光谱具有丰富的结构和组成信息，非常适合用于碳氢有机物质如石化产品的定性(不同油品种类的辨识)和定量(物化参数如辛烷值、密度和组成等)的分析测量。

本发明方法通过不间断地对管输的油品在特定波长范围内进行近红外光谱检测，通过检测样品与参考样品的吸光度差值确定油品类型，及时地判断混油界面。该法快速、便捷，可对管输油品进行实时跟踪检测。

本发明方法用于近红外光谱采样测量的附件既可以是并联在成品油管道中的样品池，又可以是插入管道里的光纤探头。在实际操作过程中，优选通过插入光纤探头的方式采集样品的近红外光谱，所测近红外光谱是经过微分处理的近红外光谱，微分处理的方式可为一阶微分也可以是二阶微分，优选对得到的近红外光谱进行二阶微分处理。

本发明方法选择正戊烷为参考样品，测定其近红外光谱，并进行二阶微分处理，记录其在波长为904.8～907.8nm、优选907nm处(主要体现甲基C-H的吸收位置)的吸光度A₀，A₀为参考样品的吸光度。以一定的时间间隔连续测定成品油管道里的油品样品的近红外光谱，进行二阶微分处理后，取其在904.8～907.8nm、优选907nm处的吸光度进行差谱计算，得到差谱结果R，R为每次测定样品的吸光度与参考样品的吸光度的差值，即第i次测量的差谱R_i＝A₀-A_i，由差谱结果R来判断成品油管道里所输送的油品类型，所述的油品类型在这里是指不同标号油品的混油或同一标号的油品。

本发明进行管道油品近红外检测的时间间隔优选0.5～5.0分钟，更优选0.5～2.0分钟。测定的成品油优选汽油或柴油。

本发明通过界面状态参数M判断成品油管道中输送油品是否发生明显变化，即是否为同一种标号的油品。界面状态参数M为两次测定所得R值的差，第i次测量所得的M_i＝R_i+1-R_i，R_i+1为第i+1次测得的样品的近红外光谱经微分处理后在上述波长范围的吸光度。界面状态参数M为油品纯度的判断依据。当M＜1×10^-5，为同一标号油品，M≥1×10^-5，则不是同一种标号的油品。

具体油品的判断方法如下：

当7.0×10^-5＜R_i＜7.2×10^-5，并且界面状态参数M_i＜1×10^-5时，测定的油样为90^#汽油；当8.0×10^-5≤R_i＜9.0×10^-5，并且界面状态参数M_i＜1×10^-5时，测定的油样为93^#汽油。

当7.2×10^-5≤R_i＜8.0×10^-5时，测定的油样为90^#汽油和93^#汽油的混油，即管道中油品正处于90^#成品汽油和93^#成品汽油切换过程中形成的混油。

当R_i＞11.0×10^-5，并且界面状态参数M_i＜1×10^-5时，测定的油样为97^#汽油。

当9.0×10^-5≤R_i≤11.0×10^-5时，测定的油样为97^#汽油和93^#汽油的混油，即管道中油品正处于93^#成品汽油和97^#成品汽油切换过程中形成的混油。

当R_i＜-1.1×10^-5，并且界面状态参数M_i＜1×10^-5时，测定的油样为0^#柴油。

当-1.1×10^-5≤R_i≤7.0×10^-5时，测定的油样为0^#柴油与90^#汽油的混油，即管道中油品正处于0^#柴油与90^#汽油切换过程中形成的混油段。

本发明方法适用于管输成品油，尤其是不同标号的成品汽油和柴油之间进行切换操作时的混油界面的实时检测。

下面通过实例详细说明本发明，但本发明并不限于此。

采用海洋光学的USB2000微型光纤光谱仪，通过50m光纤测量管输油品的近红外光谱，测量间隔时间为1分钟。对下述四种情况的混油段进行检测。

实例1

向输油管道中先输送93^#汽油，接着再输送90^#汽油，每间隔一分钟，对管输油品进行近红外光谱检测，测量其在907nm处经二阶微分处理得到的吸光度，与正戊烷在907nm处经二阶微分处理得到的吸光度进行对比，由每次测定的差谱和界面参数值判断混油界面，对混油段进行检测，结果见表1。

表1

实例2

向输油管道中先输送90^#汽油，接着再输送93^#汽油，每间隔一分钟，对管输油品进行近红外光谱检测，测量其在907nm处经二阶微分处理得到的吸光度，与正戊烷在907nm处经二阶微分处理得到的吸光度进行对比，由每次测定的差谱和界面参数值判断混油界面，对混油段进行检测，结果见表2。

表2

实例3

向输油管道中先输送93^#汽油，接着再输送97^#汽油，每间隔一分钟，对管输油品进行近红外光谱检测，测量其在907nm处经二阶微分处理得到的吸光度，与正戊烷在907nm处经二阶微分处理得到的吸光度进行对比，由每次测定的差谱和界面参数值判断混油界面，对混油段进行检测，结果见表3。

表3

实例4

向输油管道中先输送90^#汽油，接着再输送0^#柴油，每间隔一分钟，对管输油品进行近红外光谱检测，测量其在907nm处经二阶微分处理得到的吸光度，与正戊烷在907nm处经二阶微分处理得到的吸光度进行对比，由每次测定的差谱和界面参数值判断混油界面，对混油段进行检测，结果见表4。

表4