CN109765275A - 一种室外快速在线检测原油硫化氢含量的方法、装置 - Google Patents
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Abstract
一种室外快速在线检测原油硫化氢含量的方法、装置，该装置通过高压原油管线控制从管线上自动采样，由于定量采样管容积一定，因此，每次测试均能够抽取等量原油油样；然后从轻油油箱中抽取定量轻油对原油油样进行稀释，原油油样与轻油在反应罐中进行搅拌混合，待油样中的硫化氢充分挥发后停止，并通过电化学传感器测量气体中硫化氢的含量，利用原油中硫化氢含量与其气相硫化氢含量的函数关系式得到原油油样中硫化氢含量。本发明管路少，测量方法简单，对应用环境要求不高，尤其适用于室外检测，检测时间短且准确率高。
Description
技术领域
本发明具体是一种室外快速在线检测原油硫化氢含量的方法、装置,属于原油检测技术领域。
背景技术
硫化氢常温下为无色、有臭鸡蛋气味的气体，人体吸入硫化氢可引起急性中毒和慢性损害。原油中含有硫化氢，在储运和加工过程中，硫化氢会产生湿硫化氢腐蚀效应，对设备造成严重腐蚀。从硫化氢高毒性对人员的伤害和强腐蚀性对设备的破坏考虑，对含硫原油的硫化氢含量监测和脱硫非常必要。
GB/26983-2011采用色谱法测定原油中硫化氢的含量，该标准适用于测定硫化氢含量在2.0mg/kg～200mg/kg范围内的稳定原油。该方法通过无硫溶剂稀释，也适用于测定硫化氢含量较高的原油。该方法测定的结果相对准确，但对仪器要求较高，在采油现场及管输过程中难以应用，因此，无法实室外现在线检测。
公开号为CN201335822Y的实用新型公开了一种测定原油中可逸出硫化氢含量的装置，该装置的基本原理是将原油中的可逸出硫化氢用惰性气体吹扫出，吹扫出的硫化氢用过量的醋酸锌吸收，用碘量法测定硫化氢的量，最后折算成原油中的含量，单位为mg/kg。该装置借鉴了天然气中硫化氢含量的测定方法，克服了现有离子色谱法测定原油中可逸出硫化氢含量的不足，但装置管线相对复杂，需要配置多种化学试剂，单个样品测定时间在1小时左右，时间较长，实验操作者工作强度较大，不适合在原油开采及运输的过程中使用。
综上所述，上述两种方法虽然也能够得出原油中硫化氢的含量，但是只适用于原油取样后在实验室进行原油中硫化氢含量的检测，而无法实现在开采及运输过程中进行检测，因此，亟需提供一种能够在开采及运输过程中对原油中硫化氢含量检测装置及方法。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供室外快速在线检测原油硫化氢含量的方法、装置，能够使原油样本中的硫化氢充分挥发出来，在开采及运输过程中快速准确地检测出原油中硫化氢的含量，从而对脱硫起到指导和评价的作用，本装置管路简单，易于操作，无需配置化学试剂，对应用环境要求不高，尤其适用于室外操作，操作者工作强度小，检测时间短，检测效率和准确度高。
为了实现上述目的，本发明提供一种室外快速在线检测原油硫化氢的测算方法，包括以下步骤：
1)通过定量管选取相同剂量的原油和轻油；
2)将步骤(1)中选取的原油和轻油放入反应罐(8)中混合，待气液组分平衡后，通过电化学传感器(2)测量出气相中硫化氢含量C气，同时，通过温度传感器测量出反应罐(8)周围的环境温度Tt，基于以下公式计算得出电化学传感器(2)温度校正后的气相中硫化氢含量：
CT＝C气*(1-(Tt-20)*TK) 公式①
其中，TK是电化学传感器(2)温度换算系数。
3)通过气压传感器采集反应罐(8)所在地的大气压力P空及其计量体积V空，并将Tt转换为开氏温度，基于理想气体状态方程，计算得出反应罐(8)中空气的质量m空：
m空＝M空*V空*P空/(R*(Tt+273)) 公式②
其中，M空是空气的摩尔质量；
4)根据公式①和公式②，基于以下公式得出空气中硫化氢的质量mH2S气，
mH2S气＝CT*m空
＝C气*(1-(Tt-20)*TK)*M空*V空*P空/(R*(Tt+273)) 公式③
其中，R是比例常数为8.314帕·米3/摩尔·K；
5)根据亨利定律反算出原油中硫化氢的质量mH2S液：
mH2S液＝mH2S气*(1-(Tt-20)*TE)/HH2S
＝C气*(1-(Tt-20)*TK)*(1-(Tt-20)*TE)*M空*V空*P空
/(HH2S*R(Tt+273)) 公式④
其中，HH2S是原油中硫化氢的析出率为0.6，TE为油的析出系数随温度变化而变化校正系数为0.012；
6)测量出定量管内液体体积V液及原油密度ρ原油，并基于以下公式计算得出原油中硫化氢的含量：
C液＝mH2S液/(V液*ρ原油)
＝C气*(1-(Tt-20)*TK)*(1-(Tt-20)*TE)*M空*V空*P空
/(HH2S*V液*ρ原油*R*(Tt+273)) 公式⑤
其中，步骤(4)中HH2S的值通过以下方法确定：
a按1:20的比例取原油与柴油混合油液，在实验室通过碘量法滴定法计算得出原油中硫化氢的含量C滴，即步骤(5)中的C液；
b通过公式⑤反算得出HH2S的值。
一种应用上述方法的室外快速在线检测原油硫化氢含量的装置，包括原油定量采样装置、原油稀释进样装置、循环搅拌装置、硫化氢循环检测装置、温度传感器和气压传感器，所述原油定量采样装置输入端连接高压原油管线，输出端连接原油稀释进样装置和循环搅拌装置，所述循环搅拌装置连接硫化氢循环检测装置，还包括用于控制原油定量采样装置、原油稀释进样装置、循环搅拌装置和硫化氢循环检测装置工作或暂停的控制装置；
所述原油定量采样装置包括齿轮泵、定量采样管和第一流量开关，所述齿轮泵输入端连接高压原油管线，输出端连接第一三通阀的B端口，第一三通阀的A端口连接定量采样管的第一端；所述定量采样管的第二端连接第二三通阀的A端口，E端口通过第一流量开关连接高压原油管线；
所述原油稀释进样装置包括轻油油箱和第一伺服柱塞泵；所述第一伺服柱塞输入端连接轻油油箱，第一伺服柱塞泵输出端连接第二三通阀的D端口；
所述循环搅拌装置包括反应罐、第二伺服柱塞泵和第二流量开关；所述反应罐的进流口通过第一直通阀连接第一三通阀的C端口，所述反应罐的出流口通过第二流量开关连接第二伺服柱塞泵输入端，第二伺服柱塞泵输出端通过第一直流阀连接反应罐的进流口；
所述硫化氢循环检测装置包括过滤器、电化学传感器和隔膜泵，所述过滤器输入端通过出气管伸入到反应罐中，输出端通过电化学传感器连接隔膜泵输入端，隔膜泵输出端通过进气管伸入到反应罐中；
所述电化学传感器、隔膜泵、齿轮泵、第一直通阀、齿轮泵、第一三通阀、第二三通阀、第二流量开关、第二伺服柱塞泵、第一伺服柱塞泵、第一流量开关、温度传感器和气压传感器均与控制装置电连接。
进一步，反应罐中设有隔离网，所述隔离网下部为液体空间，上部为气体空间，所述反应罐的进流口和出流口位于液体空间，所述出气管和进气管位于气体空间；所述温度传感器和气压传感器均安装在反应罐上，所述温度传感器为24为PT100温度传感器，PLC的测温模块可以连接PT100温度传感器测量温度，所述气压传感器型号为华控HSTL-DQY01。
优选地，反应罐内的进气管的长度比出气管的长，进气管进气口靠近隔离网，出气管的出气口靠近反应罐顶部；所述反应罐的进流口的高度高于出流口。
进一步，隔膜泵输出端连接第三三通阀的F端口，第三三通阀的G端口连接一吸收罐，H端口连接进气管，进气管通过第二直通阀连接一干燥器，所述第三三通阀、第二直通阀和干燥器与控制装置电连接。
进一步，轻油油箱安装有与控制装置相连的液位开关和报警器。
进一步，还包括防爆壳体，以及与控制装置相连的触摸屏，所述控制装置为PLC控制器，型号为三菱FX系列PLC，所述触摸屏和PLC控制器安装在防爆壳体内；电化学传感器以及隔膜泵、齿轮泵、第一伺服柱塞泵、第二伺服柱塞泵、第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀、第二直流阀和第一直流阀均是隔爆的。
进一步，所述反应罐是内部经钝化处理的反应罐，所述进气管、出气管以及反应罐与高压原油管线、轻油油箱之间的管路是经钝化处理的管路。
一种利用上述装置检测原油硫化氢含量的控制方法，包括以下步骤：
步骤一：采集原油样本
启动PLC控制器，控制第一三通阀切换到B-A端口，第二三通阀切换到A-E端口，开启齿轮泵，与齿轮泵相连的高压原油管线中的原油依次流经齿轮泵、定量采样管、第一流量开关，最终回流到与第一流量开关输出端相连的高压原油管线中，当流经第一流量开关的原油触发第一流量开关时，将信号传送至控制装置，控制装置控制齿轮泵关闭；
步骤二：原油稀释进样
控制第一三通阀切换到A-C端口，第二三通阀切换到D-A端口，开启第一直通阀和第一伺服柱塞泵，第一伺服柱塞泵抽取轻油油箱中的轻油，轻油依次流经第一伺服柱塞泵、定量采样管、第一直通阀，最终从反应罐下部的进流口流入反应罐中，所述轻油流经定量采样管时混合步骤(一)中定量采样管采集到的原油共同流入反应罐中，抽取的轻油量达到设定量后，进样过程结束，第一伺服柱塞泵停止工作；
步骤三：循环混合搅拌，充分释放硫化氢气体
PLC控制器启动第二伺服柱塞泵，同时开始计时，所述步骤(二)中流入反应罐中的轻油和原油混合流体从反应罐的出流口流出，然后依次流经第二流量开关、第二伺服柱塞泵、第一直通阀，最终从反应罐的进流口再次流入反应罐，以此循环，使原油样本中的硫化氢充分挥发出来，挥发出的硫化氢气体进入反应罐的气体空间；当第二伺服柱塞泵工作到设定好的时间后，一般是2min-5min，PLC控制器控制其停止，搅拌结束；
步骤四：硫化氢气体的检测
第二伺服柱塞泵停止工作后，控制第三三通阀切换到F-H端口，打开隔膜泵，在隔膜泵的作用下，反应罐的气体空间中的硫化氢气体从反应罐的出气管流出，然后依次流经过滤器、电化学传感器、隔膜泵，最后从反应罐的进气管回流至反应罐的气体空间中，以此循环，在循环过程中，电化学传感器将采集到的气体中硫化氢的含量传送至PLC控制器，同时温度传感器和气压传感器采集到的周围的环境温度以及反应罐所在地的大气压力传送至PLC控制器，PLC控制器根据预先存储的原油中硫化氢含量与其气相硫化氢含量的函数关系式即公式⑤，计算得出原油中硫化氢含量的具体数值，并在触摸屏上显示出来，待电化学传感器显示的数值稳定后，触摸屏上显示的含量即为原油中的硫化氢含量，此过程结束；
步骤五：排出气体
控制第二直通阀、隔膜泵和吸收罐开启，第三三通阀切换到F-G端口，在隔膜泵的作用下，反应罐的气体空间中的硫化氢气体从反应罐的出气管流出，然后依次流经过滤器、电化学传感器、隔膜泵、第三三通阀，最后从吸收罐释放，同时电化学传感器的值逐渐减少，减小到0时，控制隔膜泵和吸收罐停止工作，此过程结束；
步骤六：排出液体
控制第一直通阀关闭，第一三通阀切换到A-C端口，第二三通阀切换到A-E端口，启动第二伺服柱塞泵，原油与轻油的混合流体从反应罐的出流口流出，然后依次流经第二流量开关、第二伺服柱塞泵、定量采样管、第一流量开关，最后流入高压原油管线。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)本发明为全自动在线检测，结构及检测方法简单，检测结果准确，速度快，用时短，大大提高了检测效率。
2)本发明在线取样时采用齿轮泵做动力，从高压原油管线采样，采样后的原油再流回高压原油管线，保证了原油的循环性，节省了原油。
3)本发明在原油循环管路上设置流量开关，便于检测原油是否在循环；进样和采样用带双三通阀的定量管进行定量，保证了定量的一致性；轻油进样装置中轻油的进量由第一伺服柱塞泵定量，定量准确，保证了高重复性。
4)本发明反应罐分为上下两个腔体，上部为气体空间，下部为液体空间，气液分离，有效地防止了液体对气路的污染，另外，反应罐的气体进气管端口接近液面，出气管端口在反应罐最顶部，保证了隔膜泵在循环时上部的气体得到充分的混合；通过伺服柱塞泵对液体进行循环搅拌，而反应罐下部的液体空间是上进下出，保证了搅拌时液体得到充分搅拌，从而将原油样本中的硫化氢充分地挥发出来；在反应罐下方设置流量开关，有效地检测了反应罐中的液体是否排空。
5)本发明反应罐内部及管线进行钝化处理，有效地防止了罐体对硫化氢的吸附，使原油样本中的硫化氢充分挥发出来，提高了检测结果的准确性。
6)本发明采用隔膜泵进行气体搅拌，既保证了***的安全性，又保证了样品的均匀性。
7)本发明采用电化学传感器对搅拌的气体中的硫化氢含量进行测量，无需在实验室配置化学试剂，简化了检测流程，且本发明电化学传感器测量的是上部气相空间的气体的平均浓度，保证了测量的准确性，另外，在电化学传感器前端加装过滤器，有效地防止了油雾进入电化学传感器，进一步提高了测量的准确性。
8)本发明检测结束后再由第二伺服柱塞泵将采样液体打回原管道进行排液，整个检测过程中无废液产生，无液体接触，干净卫生环保；由隔膜泵将残气送入吸收罐中，避免了残气对空气的污染，进气管接干燥器，保证了空气的干燥性。
10)本发明测算方法得到的计算原油中硫化氢含量的公式⑤，相关参数包括测量时的环境温度值Tt，反应罐体积V空，反应罐所在地的大气压力P空，定量管内液体体积V液，原油密度ρ原油，及传感器特性，在任何一个变量变化时都可以直接在公式中更改，通过公式直接得出原油中硫化氢含量，而不需要再重新做大量数据进行线性拟合，克服了201410437978.4测定原油中硫化氢含量的方法、装置以及原油输运安全监测方法、装置中对硫化氢含量使用线性拟合方法的不足。本发明对环境要求不高，检测快速准确，尤其适用于原油开采及运输的过程中使用。
附图说明
图1为本发明电原理框图；
图2为本发明结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明一种室外快速在线检测原油硫化氢的测算方法，包括以下步骤：
1)通过定量管选取相同剂量的原油和轻油；
2)将步骤(1)中选取的原油和轻油放入反应罐(8)中混合，待气液组分平衡后，通过电化学传感器(2)测量出气相中硫化氢含量C气，同时，通过温度传感器测量出反应罐(8)周围的环境温度Tt，基于以下公式计算得出电化学传感器(2)温度校正后的气相中硫化氢含量：
CT＝C气*(1-(Tt-20)*TK) 公式①
其中，TK是电化学传感器(2)温度换算系数；
3)通过气压传感器采集反应罐(8)所在地的大气压力P空及其计量体积V空，并将Tt转换为开氏温度，基于理想气体状态方程，计算得出反应罐(8)中空气的质量m空：
m空＝M空*V空*P空/(R*(Tt+273)) 公式②
其中，M空是空气的摩尔质量；
4)根据公式①和公式②，基于以下公式得出空气中硫化氢的质量mH2S气，
mH2S气＝CT*m空
＝C气*(1-(Tt-20)*TK)*M空*V空*P空/(R*(Tt+273)) 公式③
其中，R是比例常数为8.314帕·米3/摩尔·K；
5)根据亨利定律反算出原油中硫化氢的质量mH2S液：
mH2S液＝mH2S气*(1-(Tt-20)*TE)/HH2S
＝C气*(1-(Tt-20)*TK)*(1-(Tt-20)*TE)*M空*V空*P空
/(HH2S*R(Tt+273)) 公式④
其中，HH2S是原油中硫化氢的析出率为0.6，TE为油的析出系数随温度变化而变化校正系数为0.012；
6)测量出定量管内液体体积V液及原油密度ρ原油，并基于以下公式计算得出原油中硫化氢的含量：
C液＝mH2S液/(V液*ρ原油)
＝C气*(1-(Tt-20)*TK)*(1-(Tt-20)*TE)*M空*V空*P空
/(HH2S*V液*ρ原油*R*(Tt+273)) 公式⑤
其中，步骤(4)中HH2S的值通过以下方法确定：
a按1:20的比例取原油与柴油混合油液，在实验室通过碘量法滴定法计算得出原油中硫化氢的含量C滴，即步骤(5)中的C液；
b通过公式⑤反算得出HH2S的值。
本测算方法首先经过步骤(1)至(5)得出原油中硫化氢含量与其气相硫化氢含量的函数关系式，即公式⑤，再通过现有的碘量法滴定法在实验室得出原油中的硫化氢含量C滴，即本发明中的C液，最后将C滴的值代入公式⑤反算得出原油中硫化氢的析出率HH2S＝0.6(原油中硫化氢的析出率是固定不变的)。
一种应用上述测算方法的原油硫化氢室外快速在线检测装置，包括原油定量采样装置、原油稀释进样装置、循环搅拌装置、硫化氢循环检测装置、温度传感器和气压传感器，所述温度传感器为24位PT100温度传感器，所述气压传感器型号为华控HSTL-DQY01，所述原油定量采样装置输入端连接高压原油管线12，输出端连接原油稀释进样装置和循环搅拌装置，所述循环搅拌装置连接硫化氢循环检测装置，还包括用于控制原油定量采样装置、原油稀释进样装置、循环搅拌装置和硫化氢循环检测装置工作或暂停的控制装置。
所述原油定量采样装置，用于从高压原油管线12中定量采集原油样本；
所述原油稀释进样装置，用于稀释原油定量采样装置采集的原油样本，并将稀释后的原油样本输送到循环搅拌装置中；
所述循环搅拌装置，用于对稀释后的原油样本进行循环搅拌，将稀释后的原油样本中的硫化氢挥发成硫化氢气体后，输送到硫化氢循环检测装置中；
所述硫化氢循环检测装置，用于对硫化氢气体进行循环，并检测气体中的硫化氢含量；
所述控制装置，用于控制原油定量采样装置、原油进样装置、循环搅拌装置和硫化氢循环检测装置工作或暂停。
所述原油定量采样装置由齿轮泵13、定量采样管19和第一流量开关21组成；所述原油稀释进样装置由轻油油箱17和第一伺服柱塞泵18组成；所述循环搅拌装置由反应罐8、第二伺服柱塞泵15和第二流量开关11组成；所述硫化氢循环检测装置由过滤器1、电化学传感器2和隔膜泵3组成，所述过滤器1用于除去杂质气体，有效地防止了杂质气体对检测结果的干扰，保证了检测结果的准确性；所述电化学传感器2为能够检测硫化氢气体的传感器，在本实施例中采用型号为HoneyWell的SP-2014PLUS的电化学传感器；所述控制装置为PLC控制器，型号为三菱FX系列PLC，所述PLC控制器还连接有用于启动PLC控制器的触摸屏，所述电化学传感器2、隔膜泵3、第三三通阀4、第二直通阀6、第一直通阀10、第二流量开关11、齿轮泵13、第一三通阀14、第二伺服柱塞泵15、第一伺服柱塞泵18、第二三通阀20、第一流量开关21、温度传感器和气压传感器分别通过控制电路与PLC控制器电连接，所述温度传感器和气压传感器均安装在反应罐8上。
所述齿轮泵13输入端连接高压原油管线12，齿轮泵13输出端连接第一三通阀14的B端口，第一三通阀14的A端口连接定量采样管19的第一端，第一三通阀14的C端口连接第一直通阀10进流端；所述定量采样管19的第二端连接第二三通阀20的A端口，第二三通阀20的E端口连接第一流量开关21输入端，第一流量开关21输出端连接高压原油管线12，所述第二三通阀20的D端口连接第一伺服柱塞泵18输出端，第一伺服柱塞泵18输入端连接轻油油箱17，所述轻油油箱17中储存有轻油，为了防止轻油油箱17中的轻油油量过少或过多，所述轻油油箱17安装有与控制装置相连的液位开关16和报警器，当轻油油箱17中的轻油油量不足或超标时，液位开关16即被触发，并将触发信号传送给PLC控制器，PLC控制器控制报警器报警(图中未显示)，以提醒工作人员及时查看轻油油箱17中的轻油量，并根据实际情况添加或减少箱内的轻油。
所述反应罐8的进流口22通过第一直流阀10连接第二伺服柱塞泵15的输出端，第二伺服柱塞泵15输入端通过第二流量开关11连接反应罐8的出流口23；所述过滤器1输入端通过出气管24从反应罐8上部伸入到反应罐8中，过滤器1输出端通过电化学传感器2连接隔膜泵3输入端，隔膜泵3输出端通过进气管25从反应罐8上部伸入到反应罐8中，
为了防止反应罐8内下部的液体到上部气相空间，降低液体污染电化学传感器2的风险，所述反应罐8中设有隔离网9，所述隔离网9上部为气体空间，下部为液体空间，所述反应罐8的进流口22和出流口23位于反应罐8的液体空间。
为了防止硫化氢循环检测装置从反应罐8中吸入流体，所述反应罐8内的进气管25的长度长于出气管24的长度，进气管25进气口靠近隔离网9，出气管24的出气口靠近反应罐8顶部，本方案中出气口位于反应罐8最顶部，也保证了隔膜泵3在循环时反应罐8内上部的气体得到充分的混合。所述反应罐8的进流口22的高度高于出流口23，液体空间内的液体在循环时上进下出，保证了搅拌时液体得到充分搅拌。
为了避免检测后的废气排入到空气中，对环境造成污染，所述隔膜泵3输出端通过第三三通阀4连接一吸收罐5，所述第三三通阀4另外一个端口连接进气管25，所述吸收罐5用于检测完成后的排气，能够吸收硫化氢，有效地避免了防止了硫化氢气体污染空气。
为了使硫化氢循环检测装置中的循环气体保持干燥，所述进气管25通过第二直通阀6连接一干燥器7，所述干燥器7与PLC控制器电连接。
为了防止反应罐8及管路对硫化氢的吸附，所述反应罐8内部及本装置内所有管路进行钝化处理，另外，本装置还设有防爆壳体(图中未显示)，以及与控制装置相连的触摸屏，所述控制装置为PLC控制器；所述触摸屏和PLC控制器安装在防爆壳体内，所述电化学传感器2以及隔膜泵3、齿轮泵13、第一伺服柱塞泵18、第二伺服柱塞泵21、第一三通阀14、第二三通阀20、第三三通阀4、第二直流阀6和第一直流阀10均是隔爆的，具有较高的防爆性和安全性，尤其适用于井下作业。
一种利用上述装置检测原油硫化氢含量的控制方法，包括以下步骤：
步骤一：采集原油样本
启动PLC控制器，控制第一三通阀14切换到B-A端口，第二三通阀20切换到A-E端口，控制齿轮泵13开启，与齿轮泵13相连的高压原油管线12中的原油依次流经齿轮泵13、定量采样管19、第一流量开关21，最终回流到与第一流量开关21输出端相连的高压原油管线12中，当流经第一流量开关21的原油触发第一流量开关21时，将信号传送至PLC控制器，PLC控制器控制齿轮泵13关闭，从而使得定量采样管19中定量地采集到原油。
步骤二：原油稀释进样
控制第一三通阀14切换到A-C端口，第二三通阀20切换到D-A端口，开启第一直通阀10和第一伺服柱塞泵18，第一伺服柱塞泵18抽取轻油油箱17中的轻油，轻油依次流经第一伺服柱塞泵18、定量采样管19、第一直通阀10，最终从反应罐8下部的进流口22流入反应罐8中，所述轻油流经定量采样管19时混合步骤一中定量采样管19采集到的原油共同流入反应罐8中，抽取的轻油量达到设定量后，进样过程结束，第一伺服柱塞泵18停止工作；
步骤三：循环混合搅拌，充分释放硫化氢气体
启动第二伺服柱塞泵15，所述步骤二中流入反应罐8中的轻油和原油混合流体从反应罐8的出流口23流出，然后依次流经第二流量开关11、第二伺服柱塞泵15、第一直通阀10，最终从反应罐8的进流口22再次流入反应罐8，以此循环，从而实现循环搅拌轻油和原油混合流体，使得轻油和原油充分混合，使原油样本中的硫化氢充分挥发出来，挥发出的硫化氢气体进入反应罐8的气体空间；当第二伺服柱塞泵15工作到设定好的时间后，PLC控制器控制其停止，搅拌结束；
步骤四：硫化氢气体的检测
第二伺服柱塞泵15停止工作后，控制第三三通阀4切换到F-H端口，打开隔膜泵3，在隔膜泵3的作用下，反应罐8的气体空间中的硫化氢气体从反应罐8的出气管24流出，然后依次流经过滤器1、电化学传感器2、隔膜泵3，最后从反应罐8的进气管25回流至反应罐8的气体空间中，以此循环，循环过程中，电化学传感器2将采集到的气体中硫化氢的含量传送至PLC控制器，同时温度传感器和气压传感器采集到的反应罐8周围的环境温度以及所在地的大气压力传送至PLC控制器，PLC控制器根据预先存储的原油中硫化氢含量与其气相硫化氢含量的函数关系式即公式⑤，计算得出原油中硫化氢含量的具体数值，并在触摸屏上显示出来，待电化学传感器2显示的数值稳定后，触摸屏上显示的含量即为原油中的硫化氢含量，此过程结束；
步骤五：排出气体
控制第二直通阀6、隔膜泵3和吸收罐5开启，第三三通阀4切换到F-G端口，在隔膜泵3的作用下，反应罐8的气体空间中的硫化氢气体从反应罐8的出气管24流出，然后依次流经过滤器1、电化学传感器2、隔膜泵3、第三三通阀4，最后从吸收罐5释放，同时电化学传感器2的值逐渐减少，减小到0时，控制隔膜泵3和吸收罐5停止工作，此过程结束；
步骤六：排出液体
控制第一直通阀10关闭，第一三通阀14切换到A-C端口，第二三通阀20切换到A-E端口，启动第二伺服柱塞泵15，原油与轻油的混合流体从反应罐8的出流口23流出，然后依次流经第二流量开关11、第二伺服柱塞泵15、定量采样管19、第一流量开关21，最后流入高压原油管线12。
为保证仪器分析结构的准确性，通过上述控制方法对原油样本分析三次，取均值，整个过程大约需要30min-45min时间，快速流程为单次分析，约5min-10min可出结果，检测速度高，分析结果准确度高。
Claims (11)
1.一种室外快速在线检测原油硫化氢的测算方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)通过定量管选取相同剂量的原油和轻油；
2)将步骤(1)中选取的原油和轻油放入反应罐(8)中混合，待气液组分平衡后，通过电化学传感器(2)测量出气相中硫化氢含量C气，同时，通过温度传感器测量出反应罐(8)周围的环境温度Tt，基于以下公式计算得出电化学传感器(2)温度校正后的气相中硫化氢含量：
CT＝C气*(1-(Tt-20)*TK) 公式①
其中，TK是电化学传感器(2)温度换算系数；
3)通过气压传感器采集反应罐(8)所在地的大气压力P空及其计量体积V空，并将Tt转换为开氏温度，基于理想气体状态方程，计算得出反应罐(8)中空气的质量m空：
m空＝M空*V空*P空/(R*(Tt+273)) 公式②
其中，M空是空气的摩尔质量；
4)根据公式①和公式②，基于以下公式得出空气中硫化氢的质量mH2S气，
mH2S气＝CT*m空
＝C气*(1-(Tt-20)*TK)*M空*V空*P空/(R*(Tt+273)) 公式③
其中，R是比例常数为8.314帕·米3/摩尔·K；
5)根据亨利定律反算出原油中硫化氢的质量mH2S液：
mH2S液＝mH2S气*(1-(Tt-20)*TE)/HH2S
＝C气*(1-(Tt-20)*TK)*(1-(Tt-20)*TE)*M空*V空*P空/(HH2S*R(Tt+273)) 公式④
其中，HH2S是原油中硫化氢的析出率位0.6，TE为油的析出系数随温度变化而变化校正系数为0.012；
6)测量出定量管内液体体积V液及原油密度ρ原油，并基于以下公式计算得出原油中硫化氢的含量：
C液＝mH2S液/(V液*ρ原油)
＝C气*(1-(Tt-20)*TK)*(1-(Tt-20)*TE)*M空*V空*P空/(HH2S*V液*ρ原油*R*(Tt+273)) 公式⑤
2.根据权利要求1所述的一种室外快速检测原油硫化氢的测算方法，其特征在于，步骤(4)中HH2S的值通过以下方法确定：
a按1:20的比例取原油与柴油混合油液，在实验室通过碘量法滴定法计算得出原油中硫化氢的含量C滴，即步骤(5)中的C液；
b通过公式⑤反算得出HH2S的值。
3.一种室外快速在线检测原油硫化氢含量的装置，包括原油定量采样装置、原油稀释进样装置、循环搅拌装置、硫化氢循环检测装置、温度传感器和气压传感器，所述原油定量采样装置输入端连接高压原油管线(12)，输出端连接原油稀释进样装置和循环搅拌装置，所述循环搅拌装置连接硫化氢循环检测装置，还包括用于控制原油定量采样装置、原油稀释进样装置、循环搅拌装置和硫化氢循环检测装置工作或暂停的控制装置；其特征在于，
所述原油定量采样装置包括齿轮泵(13)、定量采样管(19)和第一流量开关(21)，所述齿轮泵(13)输入端连接高压原油管线(12)，输出端连接第一三通阀(14)的B端口，第一三通阀(14)的A端口连接定量采样管(19)的第一端；所述定量采样管(19)的第二端连接第二三通阀(20)的A端口，E端口通过第一流量开关(21)连接高压原油管线(12)；
所述原油稀释进样装置包括轻油油箱(17)和第一伺服柱塞泵(18)；所述第一伺服柱塞泵(18)输入端连接轻油油箱(17)，输出端连接第二三通阀(20)的D端口；
所述循环搅拌装置包括反应罐(8)、第二伺服柱塞泵(15)和第二流量开关(11)；所述反应罐(8)的进流口(22)通过第一直通阀(10)连接第一三通阀(14)的C端口，所述反应罐(8)的出流口(23)通过第二流量开关(11)连接第二伺服柱塞泵(15)输入端，第二伺服柱塞泵(15)输出端通过第一直流阀(10)连接反应罐(8)的进流口(22)；
所述硫化氢循环检测装置包括过滤器(1)、电化学传感器(2)和隔膜泵(3)，所述过滤器(1)输入端通过出气管(24)伸入到反应罐(8)中，输出端通过电化学传感器(2)连接隔膜泵(3)输入端，隔膜泵(3)输出端通过进气管(25)伸入到反应罐(8)中；
所述电化学传感器(2)、隔膜泵(3)、第一直通阀(10)、齿轮泵(13)、第一三通阀(14)、第二三通阀(20)、第二流量开关(11)、第二伺服柱塞泵(15)、第一伺服柱塞泵(18)、第一流量开关(21)、温度传感器和气压传感器均与控制装置电连接。
4.根据权利要求3所述的一种室外快速在线检测原油硫化氢含量的装置，其特征在于，所述反应罐(8)中设有隔离网(9)，所述隔离网(9)下部为液体空间，上部为气体空间，所述反应罐(8)的进流口(22)和出流口(23)位于液体空间，所述出气管(24)和进气管(25)位于气体空间；所述温度传感器和气压传感器均安装在反应罐(8)上。
5.根据权利要求4所述的一种室外快速在线检测原油硫化氢含量的装置，其特征在于，所述反应罐(8)内的进气管(25)的长度比出气管(24)的长，进气管(25)进气口靠近隔离网(9)，出气管(24)的出气口靠近反应罐(8)顶部；所述反应罐(8)的进流口(22)的高度高于出流口(23)。
6.根据权利要求5所述的一种室外快速在线检测原油硫化氢含量的装置，其特征在于，所述隔膜泵(3)输出端连接第三三通阀(4)的F端口，第三三通阀(4)的G端口连接一吸收罐(5)，H端口连接进气管(25)，所述进气管(25)通过第二直通阀(6)连接一干燥器(7)，所述第三三通阀(4)、第二直通阀(6)和干燥器(7)与控制装置电连接。
7.根据权利要求6所述的一种室外快速在线检测原油硫化氢的装置，其特征在于，所述轻油油箱(17)安装有与控制装置相连的液位开关(16)和报警器。
8.根据权利要求7所述的一种室外快速在线检测原油硫化氢含量的装置，其特征在于，还包括防爆壳体，以及与控制装置相连的触摸屏，所述控制装置为PLC控制器，所述触摸屏和PLC控制器安装在防爆壳体内；所述电化学传感器(2)以及隔膜泵(3)、齿轮泵(13)、第一伺服柱塞泵(18)、第二伺服柱塞泵(15)、第一三通阀(14)、第二三通阀(20)、第三三通阀(4)、第二直流阀(6)和第一直流阀(10)均是隔爆的。
9.根据权利要求7所述的一种室外快速在线检测原油硫化氢含量的装置，其特征在于，其特征在于，所述反应罐(8)是内部经钝化处理的反应罐(8)，所述进气管(25)、出气管(24)以及反应罐(8)与高压原油管线(12)、轻油油箱(17)之间的管路是经钝化处理的管路。
10.利用权利要求1-8任一项所述的装置检测原油硫化氢含量的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：采集原油样本
启动PLC控制器，控制第一三通阀(14)切换到B-A端口，第二三通阀(20)切换到A-E端口，控制齿轮泵(13)开启，与齿轮泵(13)相连的高压原油管线(12)中的原油依次流经齿轮泵(13)、定量采样管(19)、第一流量开关(21)，最终回流到与第一流量开关(21)输出端相连的高压原油管线(12)中，当流经第一流量开关(21)的原油触发第一流量开关(21)时，将信号传送至PLC控制器，PLC控制器进行设定好的延迟时间后控制齿轮泵(13)关闭，此时定量管中是原油样本，此过程结束；
步骤二：原油稀释进样
PLC控制器控制第一三通阀(14)切换到A-C端口，第二三通阀(20)切换到D-A端口，开启第一直通阀(10)后，启动第一伺服柱塞泵(18)，第一伺服柱塞泵(18)从轻油油箱(17)中抽取设定量的轻油，轻油依次流经第一伺服柱塞泵(18)、定量采样管(19)、第一直通阀(10)，最终从反应罐(8)下部的进流口(22)流入反应罐(8)中，所述轻油流经定量采样管(19)时混合步骤(一)中定量采样管(19)采集到的原油共同流入反应罐(8)中，抽取的轻油量达到设定量后，进样过程结束，第一伺服柱塞泵(18)停止工作；
步骤三：循环混合搅拌，充分释放硫化氢气体
PLC控制器启动第二伺服柱塞泵(15)，同时开始计时，所述步骤(二)中流入反应罐(8)中的轻油和原油混合流体从反应罐(8)的出流口(23)流出，然后依次流经第二流量开关(11)、第二伺服柱塞泵(15)、第一直通阀(10)，最终从反应罐(8)的进流口(22)再次流入反应罐(8)，以此循环，使原油样本中的硫化氢充分挥发出来，挥发出的硫化氢气体进入反应罐(8)的气体空间；当第二伺服柱塞泵(15)工作到设定好的时间后，PLC控制器控制其停止，搅拌结束；
步骤四：硫化氢气体的检测
第二伺服柱塞泵(15)停止工作后，控制第三三通阀(4)切换到F-H端口，打开隔膜泵(3)，在隔膜泵(3)的作用下，反应罐(8)的气体空间中的硫化氢气体从反应罐(8)的出气管(24)流出，然后依次流经过滤器(1)、电化学传感器(2)、隔膜泵(3)，最后从反应罐(8)的进气管(25)回流至反应罐(8)的气体空间中，以此循环，循环过程中，电化学传感器(2)将采集到的气体中硫化氢的含量传送至PLC控制器，同时温度传感器和气压传感器将采集到的周围的环境温度以及反应罐(8)所在地的大气压力传送至PLC控制器，PLC控制器根据预先存储的原油中硫化氢含量与其气相硫化氢含量的函数关系式，计算得出原油中硫化氢含量的具体数值，并在触摸屏上显示出来，待电化学传感器(2)显示的数值稳定后，触摸屏上显示的含量即为原油中的硫化氢含量，此过程结束；
步骤五：排出气体
控制第二直通阀(6)、隔膜泵(3)和吸收罐(5)开启，第三三通阀(4)切换到F-G端口，在隔膜泵(3)的作用下，反应罐(8)的气体空间中的硫化氢气体从反应罐(8)的出气管(24)流出，然后依次流经过滤器(1)、电化学传感器(2)、隔膜泵(3)、第三三通阀(4)，最后从吸收罐(5)释放，同时电化学传感器(2)的值逐渐减少，减小到0时，隔膜泵(3)和吸收罐(5)停止工作，此过程结束；
步骤六：排出液体
控制第一直通阀(10)关闭，第一三通阀(14)切换到A-C端口，第二三通阀(20)切换到A-E端口，启动第二伺服柱塞泵(15)，原油与轻油的混合流体从反应罐(8)的出流口(23)流出，然后依次流经第二流量开关(11)、第二伺服柱塞泵(15)、定量采样管(19)、第一流量开关(21)，最后流入高压原油管线(12)。
11.根据权利要求9所述的一种检测原油硫化氢含量的控制方法，其特征在于，PLC控制器预先存储的原油中硫化氢含量与其气相硫化氢含量的函数关系式为权利要求1所述的公式⑤。
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|---|---|---|---|---|
| CN110596318A (zh) * | 2019-09-20 | 2019-12-20 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种油井硫化氢总产量的确定方法 |
| CN114509476A (zh) * | 2020-11-16 | 2022-05-17 | 中国石油化工股份有限公司 | 稠油井混相采出液取样及硫化氢含量检测***及方法 |
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| CN109765275B (zh) | 2024-01-09 |
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