最新一种用于换热过程石脑油中泄漏原油自动检测装置的近红外光谱分析管路的制作方法

将乐信息网 http://www.jianglexinxi.cn 2020-10-17 18:59 出处:网络
这里介绍的最新一种用于换热过程石脑油中泄漏原油自动检测装置的近红外光谱分析管路的制作方法,为您描述接下来的内容:

这里介绍的最新一种用于换热过程石脑油中泄漏原油自动检测装置的近红外光谱分析管路的制作方法,为您描述接下来的内容:


本实用新型涉及一种石化产品检测装置,具体设计一种基于近红外光谱的石脑油中混入原油的自动检测装置。



背景技术:

我国近年来加工高硫、高酸劣质原油量逐年增加,这些劣质原油对常减压装置具有很强的腐蚀性。在常减压装置分馏过程中,石脑油的出塔温度较高,通常会利用石脑油和原油进行换热,在实现原油升温的同时,降低石脑油温度。然而,由于常减压装置腐蚀而导致塔顶换热器泄漏等故障近年来频繁出现。换热器泄漏导致石脑油中掺入原油,严重影响以石脑油为原料的催化重整装置、乙烯裂解装置的生产,危害常减压装置的安全平稳运行,损害企业的经济效益。目前很难从根本上解决因换热器泄漏造成的石脑油污染问题,因此对于炼化企业来说,快速准确识别原油泄漏显得十分重要。

近红外光谱分析技术是一种先进的油品评价系统,油品中化合物含量的细微变化,都会导致其近红外光谱发生变化。通过化学计量学方法对样品的近红外光谱数据进行预处理后,采用主成分分析方法便能得到样品的组成信息,快速识别样品变化。

正是由于油品化合物细微变化会导致其近红外光谱发生变化,故如何减少用于换热过程石脑油中泄漏原油自动检测装置的近红外分析过程中环境因素的影响,以提高近红外分析的准确性,是急于解决的问题。



技术实现要素:

为解决上述技术问题,本实用新型所采用的技术方案为:

一种用于换热过程石脑油中泄漏原油自动检测装置的近红外光谱分析管路,该装置包含:采样管线、样品引出管线、一次回流装置、若干阀门、离心泵、水冷换热器、二次回流装置和近红外光谱仪;样品引出管线设置在采样管线上,在样品引出管线和采样管线之间设置离心泵作为引出动力段;引出动力段的末端一方面通过一次回流装置接回采样管线;引出动力段的末端另一方面通过样品引出管线连接测量室;所述测量室一方面连接近红外光谱仪进行石脑油的红外光谱分析,另一方面基于二次回流装置接回采样管线;在一次回流装置上设置第一阀门,在引出动力段上设置第二阀门;在样品引出管线上设置水冷换热器,水冷换热器上设置第三阀门。

优选的,所述测量室中包括三通阀门,样品引出管线连接三通阀门的输入端,三通阀门的第一输出端连接近红外光谱仪,三通阀门的第二输出端连接二次回流装置接回采样管线。

优选的,测量室内设置加热器精确控制样品温度。

优选的,三通阀门的输入端前设置过滤器作为过滤段去除样本中的气泡和杂质,过滤段上设置第四阀门。

优选的,三通阀门的第一输出端连接至流通池,流通池作为测量端连接近红外光谱仪进行测量,测量端上设置第六阀门。

有益效果:

本实用新型可广泛用于常减压装置塔顶换热器泄漏的检测场所,实时检测石脑油中是否有原油混入,具有测量灵敏度高、实现方便、安全环保等优点。本实用新型实现了换热器泄漏的快速检测中近红外光谱分析精准性的提高,对保证常减压装置安全生产,提升炼厂经济效益至关重要。

附图说明

图1为本实用新型的管路结构图

图2为石脑油近红外光谱的二维主成分分布图

图3为石脑油中泄漏原油后的检测结果

具体实施方式

下面结合具体实例对本实用新型做进一步说明。

本案例以某次常减压装置塔顶换热器泄漏为例,管路结构如图1所示,该装置包含:采样管线1、样品引出管线2、一次回流装置3、若干阀门、离心泵5、水冷换热器6、二次回流装置10和近红外光谱仪11;样品引出管线2设置在采样管线1上,在样品引出管线2和采样管线1之间设置离心泵5作为引出动力段;引出动力段的末端一方面通过一次回流装置3接回采样管线1;引出动力段的末端另一方面通过样品引出管线2连接测量室;所述测量室一方面连接近红外光谱仪11进行石脑油的红外光谱分析,另一方面基于二次回流装置10接回采样管线1;在一次回流装置3上设置第一阀门4-a,在引出动力段上设置第二阀门4-b;在样品引出管线2上设置水冷换热器6,水冷换热器6上设置第三阀门4-c。

测量室中包括三通阀门4-e,样品引出管线2连接三通阀门4-e的输入端,三通阀门4-e的第一输出端连接近红外光谱仪11,三通阀门4-e的第二输出端连接二次回流装置10接回采样管线1。

测量室内设置加热器7精确控制样品温度。

在进入三通阀门4-e的输入端前设置过滤器8作为过滤段去除样本中的气泡和杂质,过滤段上设置第四阀门4-d。

三通阀门4-e的第一输出端连接至流通池9,流通池9作为测量端连接近红外光谱仪11进行测量,测量端上设置第六阀门4-f。

本申请的目的是设置管路回流检测结构,通过一次、二次回流组合方式以实现测量灵敏度高、实现方便、安全环保等优点。具体的:

一次回流避免过多样品参与换热,降低换热器功耗;二次回流使管道内油品一直保持流动,避免油样在管线内积压,保证分析样品的实时性。

此外:

常减压装置分馏得到的石脑油温度超过100℃,在进入预处理系统前先经过水冷换热降温。

测量室加热器对所有管线保温伴热,减少温度对近红外分析结果影响。

过滤器清除待测油品中的杂质、气泡,以降低杂质的散射和气泡影响油品的流动状态对近红外分析造成的干扰。

基于本装置对换热过程石脑油进行红外光谱分析后,可采用动态主成分分析方法分析常减压装置塔顶换热器管道中石脑油光谱数据的特征变化,实时检测石脑油中是否有原油混入,快速识别换热器泄漏问题。其中,近红外光谱预处理方法和动态主成分分析方法为现有技术,可参考:褚小立.《化学计量学方法与分子光谱分析技术》.化学工业出版社,2010;周东华.《数据驱动的工业过程故障诊断》.科学出版社.2011。

基于本申请的自动检测完整流程具体过程如下:

(1)一次回流

经采样口将常减压装置塔顶换热器管线中石脑油样引至分析小屋外,一部分引出进行分析,另一部分回流原采样管线。近红外光谱分析所需样本量很小,因此在进入水冷换热器6前设置回流装置3,将采出的大部分油样回流到原管线1,避免过多样品参与降温,降低换热器功耗。

(2)样品换热

常减压装置分馏得到的石脑油温度超过100℃,在进入预处理系统前先经过水冷换热6降温至40℃左右,再由测量室加热器7对所有管线保温伴热,精确控制样本温度以满足近红外光谱分析仪的工作条件,测量室内采用常见的可编程逻辑控制器控制40℃恒温。

(3)样品过滤

在扫描样本近红外光谱时,其中的杂质会产生散射,气泡会影响油品的流动状态,都会对近红外分析结果造成影响。待测样品在预处理系统先经过滤器8去除杂质及气泡,然后送入到流通池9中进行测量。

(4)二次回流

将多余油样通过二次回流管道10回流至原采样管线1,保持管道内油品一直处于流动状态,避免油样在管线内积压,保证分析样品的实时性。

(5)近红外光谱扫描和预处理

本案例中每隔2分钟扫描一次最新流过常减压装置塔顶换热器管线中的石脑油的近红外光谱,进行基线校正和矢量归一化,并截取近红外光谱信息较大的8000~12000波数段的吸光度数据进行分析。

(6)动态主成分分析模型训练

本案例中在常减压装置正常运行的60分钟内采集得到30个石脑油样本,计算纯净石脑油的平方预测误差spe的控制限和hotelling'st2统计量的控制限。

选择纯净石脑油光谱中贡献率大于0.9的主成分在95%的置信区间条件下计算,根据式(2)和式(3)得到控制限t2=4.32,spe=235.28。

其中,i=1,2,3,λj是样本矩阵x的协方差阵的第j个特征值,cα是与上限(1-α)×100%相应的标准正态偏差。

其中,n为样本个数,k是主元个数,f(p,n-1,α)是自由度为k和n-1的f分布上限α×100%的临界值。

纯净石脑油的动态主成分模型训练完成后,即可将管道中实时采集的最新油样代入模型,分析油品特征是否发生较大变化。

(7)原油泄漏检测

为了验证石脑油中混入原油的自动检测效果,同时避免实际系统测试的高昂成本,本次进行模拟试验,人为往石脑油中打入一定量的原油,比例由0.01%依次递增,观测检测结果。

首先进行主成分分析,当选择前二维主成分时,累计贡献率已大于0.9。因此以二维主成分绘制样本的分布图,如图2所示。图中可以明显看出1~30号纯净石脑油样本基本聚集在图像左侧某区域,以“o”表示;在石脑油中掺入原油后,期间采集的31~41号样本在分布图中逐渐向右偏移,以“*”表示。

将这41个样本代入石脑油的动态主成分模型分析。将样本组成待测数据矩阵x,标准化后根据式(4)和式(5),计算每个样本的spe和t2统计量。

spe=xit(i-ppt)xi(4)

其中,xi表示一个样本,p为m×k维的负载矩阵。

其中,λ是由协方差矩阵前k个主元所对应的特征值组成的对角矩阵。

具体计算结果如表1所示,并绘制spe和t2统计量变化图,如图3所示。图中虚线为控制限。可以看出,从第31个样本开始,spe统计量和t2统计量均明显超限。实际采样中,前30个样本为纯净石脑油样本,从第31号样本开始混入原油,且原油含量逐渐增加,与装置分析结果一致。

表1统计量随原油占比不同的分布

实验证明,基于用于换热过程石脑油中泄漏原油自动检测装置的近红外光谱分析管路可以有效识别出样本变化,并综合spe和t2统计量完全可以判断是否出现原油泄漏。本实用新型实现了换热器泄漏的快速检测中近红外光谱分析精准性的提高,对保证常减压装置安全生产,提升炼厂经济效益至关重要。


技术特征:

1.一种用于换热过程石脑油中泄漏原油自动检测装置的近红外光谱分析管路,其特征在于该装置包含:采样管线(1)、样品引出管线(2)、一次回流装置(3)、若干阀门、离心泵(5)、水冷换热器(6)、二次回流装置(10)和近红外光谱仪(11);样品引出管线(2)设置在采样管线(1)上,在样品引出管线(2)和采样管线(1)之间设置离心泵(5)作为引出动力段;引出动力段的末端一方面通过一次回流装置(3)接回采样管线(1);引出动力段的末端另一方面通过样品引出管线(2)连接测量室;所述测量室一方面连接近红外光谱仪(11)进行石脑油的红外光谱分析,另一方面基于二次回流装置(10)接回采样管线(1);在一次回流装置(3)上设置第一阀门(4-a),在引出动力段上设置第二阀门(4-b);在样品引出管线(2)上设置水冷换热器(6),水冷换热器(6)上设置第三阀门(4-c)。

2.根据权利要求1所述的一种用于换热过程石脑油中泄漏原油自动检测装置的近红外光谱分析管路,其特征在于所述测量室中包括三通阀门(4-e),样品引出管线(2)连接三通阀门(4-e)的输入端,三通阀门(4-e)的第一输出端连接近红外光谱仪(11),三通阀门(4-e)的第二输出端连接二次回流装置(10)接回采样管线(1)。

3.根据权利要求2所述的一种用于换热过程石脑油中泄漏原油自动检测装置的近红外光谱分析管路,其特征在于测量室内设置加热器(7)精确控制样品温度。

4.根据权利要求2所述的一种用于换热过程石脑油中泄漏原油自动检测装置的近红外光谱分析管路,其特征在于三通阀门(4-e)的输入端前设置过滤器(8)作为过滤段去除样本中的气泡和杂质,过滤段上设置第四阀门(4-d)。

5.根据权利要求2所述的一种用于换热过程石脑油中泄漏原油自动检测装置的近红外光谱分析管路,其特征在于三通阀门(4-e)的第一输出端连接至流通池(9),流通池(9)作为测量端连接近红外光谱仪(11)进行测量,测量端上设置第六阀门(4-f)。

技术总结
本实用新型公开了一种用于换热过程石脑油中泄漏原油自动检测装置的近红外光谱分析管路,该装置主要包含采样管线、样品引出管线、一次回流装置、阀门、离心泵、水冷换热器、测量室加热器、过滤器、流通池、二次回流装置和近红外光谱仪。该装置针对常减压装置塔顶换热器泄漏问题,基于近红外光谱法快速分析管道内石脑油变化情况,对保证常减压装置安全生产,提升炼厂经济效益至关重要。

技术研发人员:陈夕松;梅彬;段佳
受保护的技术使用者:南京富岛信息工程有限公司
技术研发日:2019.05.16
技术公布日:2020.06.30

最新一种用于换热过程石脑油中泄漏原油自动检测装置的近红外光谱分析管路的制作方法的相关内容如下:

本文标题:最新一种用于换热过程石脑油中泄漏原油自动检测装置的近红外光谱分析管路的制作方法
http://www.jianglexinxi.cn/yanergaozhi/521764.html

0

精彩评论

暂无评论...
验证码 换一张
取 消