Мониторинг нефти и нефтепродуктов в воде

Существует множество различных методов измерения нефтепродуктов и нефти в воде, однако, большинство из них, либо устарели, либо требуют непрерывную подачу реагентов. Основные современные методы измерения СУВ в воде – это УФ-флуоресценция, УФ-абсорбция, и метод на основе пламенно-ионизационного анализатора с системой испарения. Компания Teledyne Analytical Instruments производит анализаторы на основе всех, указанных выше, методов.

Наибольшее применение получили методы УФ-флуоресценции и Пламенной-ионизации с испарителем. Для каждого конкретного применения следует четко понимать, какие именно нефтепродукты и углеводороды требуется измерять. УФ-флуоресцентный метод, также как и его предшественник УФ-фотометрический метод, применим для измерения определенных типов углеводородов, а именно, ароматических. Это связано с тем, что только ароматические углеводороды, входящие в состав нефти и ряда нефтепродуктов имеют эффект флуоресценции, в то время как легкие углеводороды и олефины свойств флуоресценции не обнаруживают. Поэтому основным применением для УФ анализаторов является измерение сырой нефти в воде и таких нефтепродуктов, как бензин, дизельное топливо, керосин и мазут. Если же в воде требуется контролировать содержание легких углеводородов, таких как метан, пропан или синтетических масел, а также когда тип углеводородов в воде неизвестен или постоянно меняется, то используют универсальный пламенно-ионизационный метод измерения с испарением пробы. Пламенно-ионизационному детектор способен измерять любые типа углеводородов, вне зависимости от их типа.

УФ-флуоресцентный метод измерения

Данный метод основан на использовании ксеноновой лампы, которая излучает электромагнитное излучение определенных длин волн. Лампа работает дискретно с заданным периодом времени. Пучок электромагнитного излучения по оптическому кабелю поступает в проточную ячейку с пробой, где фотоны поглощаются молекулами ароматических углеводородов, которые при этом переходят в «возбужденное» состояние. В «возбужденном» состоянии молекулы находятся непродолжительное время, после чего переходят в «обычное» состояние, испуская фотон. В результате получается обратное излучение с определенным спектром, которое фиксируется детектором, на основе чего вычисляется содержание нефтепродуктов в воде.

Модель 6650 состоит из двух основных блоков: блока электроники и проточного датчика. В блоке электроники находятся источник и приемник излучения, усилитель сигнала и блок обработки данных, а также дисплей. Проточный датчик соединен оптоволоконными кабелями, по которым передается излучение в датчик и от датчика к анализатору. Длина кабеля ограничена затуханием сигнала, и составляет от 2 до 10 метров. Датчик анализатора, в зависимости от содержания нефтепродуктов в воде, либо монтируется непосредственно в процесс, либо находится в проточной камере, которая вместе с системой подготовки пробы и блоком электроники смонтированы в шкафу. Оптические окна датчика сделаны из сапфира, который обладает свойством, предотвращающим образования на нем пленок органических веществ, что обеспечивает высокую стабильность и чувствительность измерений. При высокой концентрации нефтепродуктов в воде возможно их оседание на стенках трубопроводов, в проточной ячейке датчика и отделение от воды, ввиду того, что нефть и нефтепродукты плохо смешиваются с водой. В таком случае, излучение будет поглощаться неравномерно, и вскоре в ячейке образуется пленка, в которой будет происходить затухание сигнала. Для того, чтобы нефть и вода образовали эмульсию, перед проточной ячейкой устанавливается ультразвуковой смеситель, и таким образом обеспечивается достоверность показаний анализатора. При измерении нефти в морской воде, материалы, контактирующие с пробой имеют специальное исполнение из титана, хастелоя и прочих специальных материалов.

УФ-абсорбционный метод

УФ-абсорбционный метод используется только для анализа нефти в воде, когда концентрация нефти незначительна. Принцип работы метода аналогичен принципу работы фотометрических анализаторов. Проба (вода) непрерывно протекает через измерительную ячейку, через которую проходит луч ультрафиолетового света. Молекулы ароматических соединений, имеющие кольцеобразную структуру, поглощают УФ излучение, и по интенсивности излучения, поступающего на детектор, оценивается концентрация нефти.

Пламенно-ионизационный метод измерения (ПИД)

Данный метод основан на измерении с помощью пламенно-ионизационного детектора (ПИД). Благодаря высокой чувствительности ко многим органическим веществам и углеводородам пламенно-ионизационный детектор служит наиболее эффективным средством измерения содержания углеводородов в газах и жидкостях. Детектор обладает линейной характеристикой в большом диапазоне измерений. При измерении углеводородов в воде перед подачей в ПИД детектор проба испаряется и разбавляется газом носителем, как правило азотом или воздухом. Лишняя влага удаляется нафеоновым осушителем, а измерительный отсек, где находится детектор, обогревается. Поскольку испарение углеводородов зависит от температуры, расхода пробы и газа носителя, данные параметры постоянно контролируются и поддерживаются системой подготовки пробы. Перед входом в испаритель, проба сначала охлаждается, а затем нагревается, за счет чего достигается стабилизация температуры на уровне ±1 °С. Охлаждение обеспечивается вихревым охладителем, в который подается воздух КИП или азот, далее происходит нагрев с помощью электрического нагревателя с термостатом.

Анализаторы модели 4080 были специально разработаны для контроля содержания различных углеводородах в охлаждающей и оборотной воде, используемых в различных технологических процессах на нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводах. Также данные анализаторы применяются для мониторинга углеводородов в сточных водах.

Анализаторы 4080 обеспечивают измерение всех углеводородов находящихся в воде, независимо от их химических свойств, и выдают сигнал пропорциональный концентрации углеводородов в эквиваленте, определяемым калибровкой. Самым простым и доступным методом калибровки является калибровка по раствору любого, хорошо растворимого в воде углеводорода, например ацетона. При этом, выходной сигнал по сумме углеводородов выдается в ацетоновом эквиваленте с определенным приближением, обусловленным различием в испарении некоторых углеводородов и ацетона. Поскольку в абсолютном большинстве случаев требуется сигнализация присутствия существенных концентраций углеводородов в оборотной воде при повреждении трубопроводов и теплообменников, данное решение является оптимальным с точки зрения надежности. В отдельных случаях, калибровку проводят по известным углеводородам, содержание который в воде наиболее вероятное. При измерении конкретного углеводорода, например МТБЭ в воде, в дополнение к ПИД детектору добавляется газоразделительная колонка, отделяющая МТБЭ от остальных углеводородов.

Основой анализаторов 4080 является обогреваемый детектор анализатора модели 4030, который смонтирован в пылевлагонепроницаемом корпусе IP65 вместе с испарителем. Во взрывозащищенном исполнении на этом корпусе смонтирован блок продувки, обеспечивающий подачу азота или воздуха КИП внутрь корпуса. Система подготовки пробы, состоящая из регуляторов давления и расхода, и система контроля подачи вспомогательных газов смонтированы на панели, которая закреплена к нижней части корпуса анализатора. В состав СПП также входит смеситель, обеспечивающий эффективное смешение углеводородов и воды перед подачей на анализ.