过程测量及仪表 教学课件 作者 郭剑花 王锁庭 主编第六章 分析仪表.ppt

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1、第六章分析仪表在油气集输、炼油等生产过程中，经常是通过对工艺流程中的物理、化学变化过程的参数，如温度、压力等参数的控制，保证产品的质量及产量，最终还需要通过人工分析确定产品是否合格。然而这种方法既不及时又不直接。应用在线分析仪表，可以了解生产过程中原料、中间产品及最终产品的性质及其含量、组成，从而可以直接判断生产过程进行的是否符合要求，对某些物料的性质及成分等工艺参数进行控制，达到直接、连续、及时的控制。本章介绍一些比较典型的分析仪表。第一节分析仪表的基本知识一、分析仪表的分类及其应用分析仪表是对物质的组成和性质进行分析和

2、测量，并能直接指示物质的成分及含量的仪表。主要包含两大类：一是成分分析仪表，包括原油含水分析仪、烟气含氧量分析仪、色谱分析仪、危险气体分析报警仪、污水含油分析仪等；二是物性分析仪表，如密度计，PH计等。依据使用场所分为:实验分析仪表和工业分析仪表依据被参数可以分为:氢分析仪表、氧分析仪表、密度分析仪表、含水分析仪表等依据其工作原理分类有以下几种:（1）热学式分析仪表（2）磁学式分析仪表（3）光学式分析仪表（4）电化学式分析仪表（5）色谱式分析仪表工业分析仪表主要用于以下几个方面（1）产品质量监督（2）工艺过程监督（3）确保

3、安全生产（4）节约能源消耗二、分析仪表的组成分析仪表一般由图6.1所示几个环节组成图6.1分析仪表的组成方框图分析仪表的组成（1）取样及预处理系统（3）信号处理单元（2）传感器（4）显示装置（5）整机自动控制系统第二节原油含水分析仪一、电容式原油含水分析仪1.基本测量原理电容式原油含水分析仪是根据原油和水的介电常数有较大差别的性质，测量原油中微量水的含量。一般的，无水原油的介电常数约为1.8～2.3，而水的介电常数为81。由于介电常数的不同，会使不同含水率原油的等效介电常数发生很大变化，从而引起电极尺寸和形状一定的电容器的

4、电容量发生变化，这就是电容法测量原油含水率的基本原理。含水分析仪所使用的同轴圆柱形电容器如图6.2所示。当内外电极间充满介电常数为的不导电介质时，电容器的电容量为(6-1)式中，C为电容器的电容量；K为系数；H为圆柱形电容器的高度；R为圆柱形电容器外电极的内半径；r为圆柱形电容器内电极的外半径；为电容器中所充介质的介电常数。由式6-1可知，电容器的电容量与介电常数成正比。当原油中含水量增加时，等效介电常数增加，电容C随之增大。所以只要测出电容量C，就可得到原油的含水率。2.结构类型目前，电容式原油含水分析仪有插入式和通过式

5、两种类型，其结构外形如图6.3所示，该仪表直接将含水的原油引入测量电容的内外电极之间，实现在线连续检测。为了保证测量精度，在仪表中使用微处理器。将影响测量精度的温度、油品性质等参数置入微处理器中处理，与多种校正曲线比较后进行补偿，从而保证了仪表的稳定性和测量精度。图6.2同轴电容器原油含水率测量图6.3电容式原油含水分析仪3.蒸馏电容式低含水分析仪的测量原理及结构类型原油的介电常数与原油的物理性质有关，因此各油田原油的介电常数均不相同，采用上述测量方法需要单独对每一台仪表进行单个标定。并且当原油性质由于油井产出层位，区块，

6、产量的变化造成原油性质、介电常数改变时，需要重新对仪表进行标定。这在实际生产过程中是比较困难的。为了克服这个困难，原油低含水分析仪采用了蒸馏电容法，即进入电容器的油品不是原油的全部，而是将原油蒸馏后，蒸馏点在240℃以下的轻馏分和水。由于蒸馏点在240℃以下的轻馏分的介电常数近似为常数，所以，电容器的电容量仅与水含量有关，而与原油的物理性质无关，此类仪表一般用于含水率10%以下的低含水原油的测量.YSG型蒸馏电容法原油低含水分析仪属于在线含水分析仪，其组成框图如图6.4所示。图6.4YSG型蒸馏电容法原油低含水分析图6.5

7、测量电容结构图在测量电容中，所整理出的水与轻馏分呈分层状态，为了防止水将内外电极短路，并保证排水后电极表面不挂残留的水滴，内外电极表面均有憎水型衬层，内电极外表面涂有聚三氟氯乙烯层，外电极内壁衬有聚四氟乙烯套，如图6.5所示。测量电容中，水层、轻质油层所形成的电容分别为:==电容器总电容为、的并联，即将换算成含水体积，可以求得含水率为式中，为油样含水率，％；为测量电容环形截面积；——油样取样体积。（格式须统一）可见，电容量与含水率成线性关系。这样，就完成了“含水率－电容”的转换。电容/频率转换器的作用是把测量电容器的电容量

8、的变化转换为频率的变化。蒸馏电容法原油低含水分析仪，具有测量精度高（可达0.1％）、稳定性好、适用范围广等优点，可用于各种原油含水率的测量，一般无需进行个别校正。但它在原油取样、蒸馏排污、放水过程中，要有电机、齿轮泵、电磁阀等可动部件，结构复杂，可靠性差，不便于维护，不能测量高含水原油。并且，其测量过程