способ определения концентрации ионов в объеме жидких нефтепродуктов, протекающих в трубопроводах, и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ определения концентрации ионов в объеме жидких нефтепродуктов, протекающих в трубопроводах, включающий измерение электрического сопротивления объема нефти, заключенного между двух электропроводящих сеток, и определение по данному сопротивлению концентрации ионов С₀ по известной зависимости

где С₀ - концентрация ионов в объеме нефтепродукта моль·м^-3; l - расстояние между сетками, м; R - универсальная газовая постоянная, Дж·К^-1·моль ^-1; Т - температура жидкости К; r - электрическое сопротивление жидкости, Ом; S - площадь сечения сетки, м ²; D - коэффициент диффузии; F - число Фарадея, Кл·моль ^-1.

2. Устройство для определения концентрации ионов в объеме жидких нефтепродуктов, протекающих в трубопроводах, содержащее измерительный прибор, патрубок, встроенный в трубопровод с помощью муфт и выполненный из изолирующего материала, две электропроводящие сетки, которые установлены непосредственно в патрубок перпендикулярно течению нефтепродукта и изготовлены из материала с низким коэффициентом адгезии нефти, проходные контактные устройства, электрически соединенные с электропроводящими сетками, к которым подведены соединительные провода измерительного прибора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области физики статического электричества и может быть использовано в газовой, нефтеперерабатывающей и химической промышленности, а именно для определения концентрации ионов в объеме нефтепродуктов.

Известен способ определения концентрации ионов в определенном объеме жидкости /1/. Способ заключается в разделении пробы анализируемого и стандартного веществ ионоселективной мембраной и воздействием на анализируемое и стандартное вещества электрическим полем. Определяют концентрацию детектируемых ионов по их количеству в пробе. При этом из стандартного вещества предварительно удаляют свободные ионы, а количество детектируемых ионов в пробе определяют методом микроскопии поверхностных электромагнитных волн по толщине слоя, полученного из ионов путем их осаждения на электрод, размещенный в стандартном веществе, после прекращения протекания электрического тока через стандартное вещество.

Указанный способ не позволяет осуществлять непрерывный (текущий) оперативный контроль за концентрацией ионов в трубопроводах. Не позволяя тем самым оценить степень электризации и спрогнозировать возможность появления электрического разряда и взрыва в приемном резервуаре-хранилище.

Известно устройство для определения концентрации ионов в определенном объеме жидкости /2/. Ионоселективные электроды, имеющие в основе своей конструкции ионочувствительную мембрану, проницаемую для конкретного типа ионов. Ионочувствительная мембрана помещается в емкость, разделяя данную емкость на два объема с двумя веществами с разной концентрацией. Через ионочувствительную мембрану возможно перемещение ионов только определенного типа в направлении к раствору с меньшей концентрацией подвижного иона.

Указанные устройства используются для определения концентрации ионов жидкости в определенном объеме, не позволяя определять концентрацию ионов внутри трубопроводов. Не позволяя тем самым осуществлять непрерывный оперативный контроль за концентрацией ионов в трубопроводах.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является прогнозирование опасности электрического разряда (искры) и взрыва (пожара) вследствие статической электризации нефтепродуктов, протекающих по трубопроводам.

Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в обеспечении условий контроля степени электризации путем определения концентрации ионов непосредственно в трубопроводе.

Указанный технический результат по объекту - способ определения концентрации ионов в объеме жидких нефтепродуктов, достигается тем, что в способе определения концентрации ионов в объеме жидких нефтепродуктов, протекающих в трубопроводах, включено измерение электрического сопротивления объема нефти, заключенного между двух электропроводящих сеток, и определение по данному сопротивлению концентрации ионов С₀ по установленной известной зависимости (5).

Указанный технический результат по объекту - устройство для определения концентрации ионов в объеме жидких нефтепродуктов, протекающих в трубопроводах, достигается тем, что устройство для определения концентрации ионов в объеме жидких нефтепродуктов, протекающих в трубопроводах, содержит измерительный прибор, патрубок, встроенный в трубопровод с помощью муфт и выполненный из изолирующего материала, две электропроводящие сетки, которые установлены непосредственно в патрубок перпендикулярно течению нефтепродукта и изготовлены из материала с низким коэффициентом адгезии нефти, проходные контактные устройства, электрически соединенные с электропроводящими сетками, к которым подведены соединительные провода измерительного прибора.

Предлагается способ и устройство для определения концентрации ионов С₀, возникающих в объеме нефтепродуктов в процессе протекания, включающие в себя измерения электрического сопротивления, протекающего в трубопроводе жидкого нефтепродукта, и определения по известной зависимости (5) концентрации ионов в нефти, дающие возможность непрерывного контроля концентрации ионов в трубопроводе. Зная концентрацию ионов в нефтепродукте, можно рассчитать объемный заряд, вносимым нефтепродуктом в конечный резервуар и ток электризации нефтепродукта, и, следовательно, оценить возникновение опасности, позволяющей проводить оперативный контроль за концентрацией ионов в трубопроводах, позволяя тем самым оценить степень электризации и спрогнозировать возможность появления электрического разряда и взрыва в приемном резервуаре-хранилище.

Способ определения концентрации ионов в объеме жидких нефтепродуктов, протекающих в трубопроводах, заключается в следующем.

Измеряют электрическое сопротивление заданного объема нефти. Далее определяют по данному сопротивлению концентрацию ионов С₀. Эта связь устанавливается исходя из следующих соображений /3/:

где r - электрическое сопротивление жидкости, Ом, - электропроводность жидкости, Ом^-1·м^-1 , l - расстояние между сетками, м, S - площадь сечения сетки, м².

Отсюда электропроводность жидкости равна:

Из /4, 5/ электропроводность жидкости равна:

где С₀ - концентрация ионов в объеме нефтепродукта, моль·м^-3, D - коэффициент диффузии, F - число Фарадея, 96520 Кл·моль^-1, R - универсальная газовая постоянная 8,3144 Дж·К^-1·моль^-1 , T - температура жидкости, К.

Откуда получим, что концентрация ионов в объеме нефтепродукта равна:

Подставляя (2) в (4), получим:

Таким образом, измеряя сопротивление жидкого нефтепродукта, получим значение для концентрации ионов С₀ в жидкости.

На чертеже представлено устройство для осуществления способа.

Устройство содержит встроенный в трубопровод 1 с помощью муфт 2 патрубок 3, выполненный из изолирующего материала, электропроводящие сетки 4 из материала с низким коэффициентом адгезии нефти, установленные в патрубке 3, проходные контактные устройства 5, к которым подведены соединительные провода 6, измерительный прибор 7, в качестве которого можно использовать, например, многофункциональный прибор модели С.А 6115 фирмы CHAUVIN ARNOUX.

Способ реализуется при установке устройства в промысловой или другой трубопровод во время строительства, ремонта трубопровода, запланированной остановке. С помощью муфт 2 устанавливают патрубок 3 из изолирующего материала, содержащий электропроводящие сетки 4, которые установлены непосредственно в патрубок 3, перпендикулярно течению нефтепродукта, изготовленные из материала с низким коэффициентом адгезии нефти. При функционировании трубопровода 1 объем между электропроводящими сетками 4 (l - расстояние между сетками, м, S - площадь сечения сетки, м²) заполняется жидким нефтепродуктом (температура, К) с электрическими ионами. Далее измеряют электрическое сопротивление между сетками 4 через проходные контакты 5 и соединительные провода 6 с помощью измерительного прибора 7, который градуируется в величинах концентрации ионов С_0, пропорциональных сопротивлению согласно известной формуле (5). Измерения и расчеты могут быть выполнены автоматически, если электрические сигналы подавать на вычислительное устройство.

Таким образом, описанный способ и реализующее его устройство позволяет непрерывно контролировать степень электризации нефти через величину концентрации ионов. Электрический сигнал, пропорциональный данной величине, может быть использован для прогноза аварий и оптимизации управления процессом перекачки нефти в трубопроводах.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:

1 Патент 2101696 RU, МПК 6 G 01 N 27/42, опубликован 1998.01.10.

2. Морф В. Принцип работы ионоселективных электродов и мембранный транспорт. - М.: Мир, 1985. - 280 с.

3. Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия: Учеб. Для хим.-технол. спец. вузов/Под ред. А.Г.Стромберга. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1988. - 496 с.: ил.

4. Антропов Л.И. Теоретическая электрохимия: Учебник для студентов хим. и химико-технологических вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1984. - 519 с., ил.

5. Бобровский С.А. Электризация продуктов нефтепереработки и нефтехимии. - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1967. - 45 с.