SU958944A1

SU958944A1 - Method of and device for determination of oil product content in water

Info

Publication number: SU958944A1
Application number: SU813256267A
Authority: SU
Inventors: Жозеф Львович Гохберг
Original assignee: Тюменский индустриальный институт им.Ленинского комсомола
Priority date: 1981-02-25
Filing date: 1981-02-25
Publication date: 1982-09-15

Description

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ В ВОДЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ(54) METHOD FOR DETERMINING THE CONTENT OF PETROLEUM PRODUCTS IN WATER AND A DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

1one

Изобретение относитс к контролю качества воды и может быть использовано дл автоматического контрол нефтесодержащих загр зненных механическими примес ми сточных вод нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предпри тий, сточных и технологических вод тепловых электростанций.The invention relates to the control of water quality and can be used for the automatic control of oil-containing contaminated mechanical impurities of wastewater from oil producing and oil refining enterprises, wastewater and process water from thermal power plants.

Известен способ и устройство дл его реализации определени нефти и масла в . воде, заключающийс в накоплении нефтепродуктов на неподвижном адсорбционном слое, к которому приложены контактные электроды, и измерении электрического сопротивлени сло дл составлени суждени о концентрации нефтепродуктов 1.The known method and device for its implementation of the determination of oil and oil in. water, consisting in the accumulation of oil on a stationary adsorption layer, to which contact electrodes are applied, and measuring the electrical resistance of the layer to make a judgment about the concentration of oil products 1.

Недостатком этого способа вл етс существенное изменение во времени гидравлического и электрического сопротивлени неподвижного адсорбционного сло в результате накоплени на нем кроме нефтепродуктов различных загр зн ющих примесей, особенно при наличии в воде больщого количества твердых микрочастиц. Если учесть, что в пластовых и сточных водах нефтедобывающих предпри тий количество твердых примесей достигает 30 мг/л, практически невозможно длительно обеспечить в таких услови х высокую воспроизводимость определени нефтепродуктов в воде при измерении электрических параметров неподвижного адсорбционного сло .The disadvantage of this method is a significant change in the hydraulic and electric resistance of the stationary adsorption layer over time as a result of accumulation of various contaminants in addition to oil products, especially if there is a large amount of solid microparticles in the water. Considering that the amount of solid impurities in reservoir and waste waters of oil producing enterprises reaches 30 mg / l, it is almost impossible to ensure, under such conditions, high reproducibility of the determination of oil products in water when measuring the electrical parameters of a fixed adsorption layer.

Кроме этого, при накоплении нефтепродуктов на неподвижном слое сорбента ввиду , наличи большого числа контактов отдельных зерен сорбента друг с другом на их поверхности образуетс неоднородна пленка нефтепродукта, котора практическиIn addition, due to the presence of a large number of contacts of individual grains of the sorbent with each other, a non-uniform film of the oil product forms on the surface of the oil during the accumulation of oil products on the fixed layer of the sorbent.

1Q отсутствует в точках соприкосновени зерен сорбента. В этих услови х переходное электрическое сопротивление в точках контакта имеет значительно больший вес, чем поверхностное сопротивление сорбента, измен ющеес под вли нием накапливающихс нефтепродуктов. Аналитические расчеты и экспериментальные исследовани показывают, что изменение толщины пленки на поверхности сорбента от 20 до 100 А приводит к изменению сопротивлени датчика с неподвижным сорбц1|онным слоем на 0,15 %, что обуславливает низкую чувствительность способа . При использовании геометрически однородного ферросодержащего щарикового сорбента число контактов зерен сорбента между собой уменьшаетс , однако выигрыщ в чувствительности незначительный, так как по-прежнему сохран етс большой вес переходной проводимости частиц сорбента. Наиболее близким по технической сущности к изобретению вл етс способ дл определени нефтепродуктов в воде, заключающийс в подаче анализируемой воды в чейку с щариковым ферросодержащим сорбентом , измерении электропроводности. Устройство содержит узел подачи анализируемой воды, который соединен с измерительной чейкой, заполненной сорбентом, в чейке установлены электроды 2. Однако известное устройство нельз применить при определении электрических характеристик подвижного сорбента и при длительном автоматическом измерении концентрацчи нефтепродуктов в воде, так как при любом перемещении сорбента сила, обеспечивающа его принудительное уплотнение, необратимо измен етс , а следовательно, измен етс переходное электрическое сопротивление между частицами сорбента. Кроме того- , при уплотнении сорбента между электродами и его статичности происходит более интенсивное накопление на нем примесей, присутствующих в воде вместе с нефтепродуктами , и в результате воспроизводимость измерений еще более ухудшаетс . Цель изобретени - повышение точности измерени концентрации нефтепродуктов в воде. Поставленна цель достигаетс тем, что согласно способу определени содержани нефтепродуктов в воде, заключающемус в подаче анализируемой воды в чейку с щариковым ферросодержащим сорбентом, измерении электропроводности сорбента, перед измерением электропроводности сорбент перемешивают в процессе подачи анализируемой воды, после прекращени подачи воды его высушивают и осаждают. Перемещивание сорбента осуществл ют путем подачи анализируемой вЬды под давлением снизу чейки. Высушивание сорбента осуществл ют потоком подогретого воздуха. Осаждение провод т воздействием внешнего магнитного пол . Ячейка снабжена конической насадкой, электромагнитом и источником сжатого воздуха с камерой подогрева, причем полюса электромагнита охватывают чейку, а источник сжатого воздуха соединен трубопроводом с чейкой. Подвижный адсорбционный слой (кип щий ) обеспечивают направлением анализируемой воды снизу вверх, а расход ее устанавливают , исход из зависимости (1). Кроме того, обеспечивают напр женность магнитного пол , которое должно осуществить надежное прижатие частиц сорбента друг к другу и к электродам датчика, согласно приведенной зависимости (2). Уплотненный под воздействием магнитного пол сорбент образует между электродами датчика контактный Переход, сопротивление которого зависит ot толщины пленки нефтепродукта в местах контакта частиц сорбента. Поскольку пленка нефтепродукта Гигроскопична и это может быть источником погрешности , измерение электрического сопротивлени межэлектродного промежутка производ т после подсушивани сорбента потоком слабосжатого (до 20 кПа) подогретого до 95-100°С воздуха. На фиг. 1 представлена принципиальна схема устройства дл реализации способа в процессе прохождени воды; на- фиг. 2 - устройство при включенном магнитном поле с уплотненным адсорбционным слоем между электродами, сечение А-А на фиг. 1. Устройство дл определени содержани нефтепродуктов в воде содержит вертикальный цилиндрической двухэлектродный датчик 1 с внутренними электродами 2 и ограничительной сеткой 3. В датчик помещена навеска ферросодержащих полированных шариков. На выходе к датчику присоединена коническа насадка 4 с конусностью 7- 10° длиной 50 мм. Датчик помещен в кольцевой сердечник 5 электромагнита 6, таким образом, чтобы внутренние электроды 2 охватывались полюсами кольцевого сердечника электромагнита и находились на равном рассто нии от середины образуемого ими воздущного зазора. Имеетс также золотниковый дозатор 7 с электромагнитным приводом , электроуправл емый сливной вентиль 8, измерительный прибор 9, блок питани и управлени 10. Корпус датчика и. ко-, ническа насадка выполнены из стекла, электроды - из платины. Устройство работает следующим образом . Анализируемую воду автоматически с помощью дозатора направл ют в датчик и последовательно с ним включенную насадку 4 и устанавливают расход воды таким образом , чтобы обеспечить перемещение сло сорбента в коническую насадку на высоту 20 25 мм и образование свободно взвещенного «кип щего сло шариков 11 (фиг. 1). Расход воды через датчик, обеспечивающий необходимую высоту подъема навески адсорбента в конической насадке определ ют , исход из следующей зависимости: u hn r/2cyvc J t , (О где а -расход анализируемой воды, Ь -высота подъема сло адсорбента , м; 9 -угол конусности насадки; С - посто нный коэффициент, учитывающий гидравлические и геометрические факторы, равный 8,5- 90; V(.-объем сорбента, .v-удельные веса сорбента и анализируемой жидкости соответственно , tf -ускорение свободного падени , 9,8 м/с2. Шарики сорбента совершают, поступательное движение небольшой амплитуды в потоке, при этом на их поверхности оседают и накапливаютс нефтепродукты, так как величина их адгезии с высокоэнергетической поверхностью достаточно велика (поверхностное напр жение 160 мДж/м),, в то врем как плотность и размеры всех твердых включений в своем большинстве меньше плотности и размеров свободно омываемых потоком жидкости шариков, и они унос тс жидкостью из камеры. Экспериментально установлено, что имеетс практически линейна зависимость между количеством адгезированных на поверхности полированных шариков нефтепродуктов и их концентрацией в анализируемой воде , причем вследствие высокой степени взаимодействи нефтепродукта с поверхностью стекла или металла на поверхности шарика образуетс однородна , практически равной толщины по всей поверхности пленка высококип ших нефтепродуктов с выраженными изол ционными свойствами. По сигналу блока питани и управлени 10 включаетс напр жение питани на катушку электромагнита 6, и тем самым создают магнитное поле вокруг датчика 1. Затем проходит сигнал от блока 10 на перемещение дозатора 7, прекращаетс поток анализируемой воды через датчик и последовательно соединенную коническую насадку 4. Воздейству магнитным пОлем, улавливают опускающийс сорбент 11 и уплотн ют его в меж электродном пространстве датчика. Сила магвдтного воздействи должна быть такова , чтобы обеспечить надежное прижатие частиц сорбента друг к другу и к электродам датчика, расположенным на его внутренней боковой поверхности, примыкающей к воздушному зазору кольцевого электромагнита. Экспериментально установлено, что при использовании стальных шариков из нержавеюшей стали 1x18 ш 00,8 мм и общим весом 0,75 г, така сила создаетс при градиенте пол d| 0,03 - 0,04 Т/М, что соответствует напр женности пол 250- 270 А/м. При использовании сорбента другой массы зернени и с другими магнитными характеристиками необходимую напр женность пол определ ют по формуле о /(сG,pdp где HO - напр женность пол 250-270 А/м, обеспечивающа уплотнение сорбента с расчетными данными: весом Gip 1 г, магнитной проницаемостью JUp 12,56-10 FH/M и dp 0,8 мм; Gjp, fc, dc -вес, магнитна проницаемость и диаметр зерна примен емого адсорбента . Уплотненный под воздействием магнитного пол сорбент образует между электрода ми датчика контактный переход, сопротивление которого зависит от толшины пленки нефтепродукта , оказавшегос в местах контакта между собой частиц сорбента. Остатки жидкости автоматически сливают из датчика через вентиль 8. Затем с помошью управл емого дозатора 7 в датчик направл ют поток сжатого до 20 кПа и подогретого до 95-100°С воздуха, подсушивающего пленку нефтепродуктов на шариках , и производ т измерение электрического сопротивлени между электродами прибором 9. После проведени замера через датчик с целью регенерации поверхности адсорбента с помощью дозатора 7 пропускают вод ной насыщенный пар. Цикличность анализов и временна , последовательность операций задаетс блоком питани и управлени 10 и каждый новый анализ выполн етс в описанной последовательности автоматически . Пример. Предложенными способами и устройством проведено определение загр знени конденсата тепловой электростанции мазутом. Услови анализа. В датчик в виде стекл нной трубки 0 8 мм с конической насадкой с углом конусности 10° помещена навеска сорбента, выполненного в виде полированных щариков 0 0,8 мм из стали 1x18 ш. Длина насадки 50 мм, вес сорбента 0,75 г. Анализируемую воду пропускают через вертикально установленный в кольцевом зазоре электромагнита датчик снизу вверх порци ми по 1 л. Согласно приведенной зависимости (1) вычисл ют и устанавливают расход воды через датчик 200 мл/мин, который обеспечиваетс с помощью насоса. Адсорбционный слой щариков перемещаетс при этом из датчика в коническую насадку на высоту 21 мм. На поверхности полированных шариков происходит образование однородного , практически равной толшины сло нефтепродукта . В конце периода пропускани жидкости, равного в данном случае 5 мин, включают внешнее магнитное поле путем подачи питающего напр жени на обмотку электромагнита , величина которого задаетс требуемой напр женностью магнитного пол в кольцевом зазоре. Последн , опре/1еленна дл G, 0,75 г и 12,3 10 Гн/м-, составл ет 210 А/м. Опускаюшийс при прекращеНИИ потока жидкости сорбент улавливаетс и уплотн етс магнитным полем в межэлектродном пространстве датчика. Затем через датчик продувают в течение 10 мин подогретый до 100°С воздух и после отключени его,1Q is absent at the points of contact between the sorbent grains. Under these conditions, the transient electrical resistance at the points of contact has a significantly greater weight than the surface resistance of the sorbent, which is influenced by the accumulating oil products. Analytical calculations and experimental studies show that a change in the film thickness on the sorbent surface from 20 to 100 A leads to a change in the resistance of the sensor with a fixed sorbts1 | tny layer by 0.15%, which leads to a low sensitivity of the method. When using a geometrically homogeneous ferro-containing ball sorbent, the number of contacts between the sorbent grains decreases with each other, however, the sensitivity gain is insignificant, since a large weight of the transition conductivity of the sorbent particles still remains. The closest to the technical essence of the invention is a method for the determination of petroleum products in water, which consists in supplying the water to be analyzed into a cell with a ferric-containing sorbent, measuring electrical conductivity. The device contains a supply unit for the analyzed water, which is connected to a measuring cell filled with a sorbent, electrodes 2 are installed in the cell. However, the known device cannot be used to determine the electrical characteristics of the mobile sorbent and for the long-term automatic measurement of the concentration of petroleum products in water, as with any movement of the sorbent , ensuring its forced compaction, changes irreversibly and, consequently, transient electrical resistance between parts s sorbent. In addition, the compaction of the sorbent between the electrodes and its static nature leads to a more intensive accumulation of impurities on it, which are present in the water along with oil products, and as a result, the reproducibility of the measurements worsens even more. The purpose of the invention is to improve the accuracy of measuring the concentration of petroleum products in water. The goal is achieved by the method of determining the content of oil products in water, which involves supplying the analyzed water to a cell with a ferric-containing spherical sorbent, measuring the electrical conductivity of the sorbent, before measuring the electrical conductivity, the sorbent is mixed in the process of supplying the analyzed water, after the water supply is stopped, it is dried and precipitated. The transfer of the sorbent is carried out by feeding the analyzed water under pressure from the bottom of the cell. Drying of the sorbent is carried out with a stream of heated air. The deposition is carried out by an external magnetic field. The cell is equipped with a conical nozzle, an electromagnet and a source of compressed air with a heating chamber, with the electromagnet poles covering the cell, and the source of compressed air is connected to the cell with a pipeline. The movable adsorption layer (boiling) provides the direction of the analyzed water from the bottom up, and its flow rate is set on the basis of dependence (1). In addition, they provide magnetic field strength, which should reliably press sorbent particles against each other and to the sensor electrodes, according to the above dependence (2). The sorbent compacted under the influence of a magnetic field forms a contact Transition between the electrodes of the sensor, the resistance of which depends on the thickness of the film of petroleum product at the points of contact of the sorbent particles. Since the oil film is hygroscopic and this can be a source of error, the electrical resistance of the interelectrode gap is measured after the sorbent is dried with a stream of lightly compressed (up to 20 kPa) air heated to 95-100 ° C. FIG. 1 is a schematic diagram of an apparatus for implementing the method in the process of passing water; in FIG. 2 shows a device with a magnetic field switched on with a condensed adsorption layer between the electrodes, section A-A in FIG. 1. A device for determining the content of petroleum products in water contains a vertical cylindrical two-electrode sensor 1 with internal electrodes 2 and a restrictive grid 3. A sensor of ferro-containing polished balls is placed in the sensor. At the outlet, a conic nozzle 4 with a taper of 7-10 ° and a length of 50 mm is attached to the sensor. The sensor is placed in the ring core 5 of the electromagnet 6, so that the inner electrodes 2 are covered by the poles of the ring core of the electromagnet and are at an equal distance from the center of the air gap formed by them. There is also a spool metering unit 7 with an electromagnetic drive, an electrically controlled drain valve 8, a measuring device 9, a power supply and control unit 10. The sensor body and. The coil and the nozzle are made of glass, the electrodes are made of platinum. The device works as follows. The analyzed water is automatically directed to the sensor and the included nozzle 4 in series with the dispenser and the water flow is set in such a way that the sorbent layer moves to a conical nozzle 20-25 mm high and a free-flowing bed of balls 11 is formed (FIG. one). The flow of water through the sensor, which provides the required lifting height of the adsorbent sample in the conical nozzle, is determined based on the following relationship: u hn r / 2cyvc J t, (O where a is the consumption of the analyzed water, b is the lifting height of the adsorbent layer, m; 9 - nozzle taper angle; C — constant coefficient taking into account hydraulic and geometrical factors, equal to 8.5–90; V (. is the sorbent volume, .v is the specific weights of the sorbent and the analyzed fluid, respectively, tf is the acceleration of free fall, 9.8 m / s2. Sorbent balls make a forward movement of the sky large amplitude in the flow, while oil products are deposited and accumulated on their surface, since their adhesion to the high-energy surface is large enough (surface voltage 160 mJ / m), while the density and dimensions of all solid inclusions are mostly smaller the density and size of the balls freely washed by the fluid flow, and they are carried away by the fluid from the chamber. It has been established experimentally that there is a practically linear relationship between the amount of polished adhesives on the surface oil products and their concentration in the water being analyzed, and due to the high degree of interaction of the oil product with the surface of glass or metal on the surface of the ball, a homogeneous film of high boiling oil products with pronounced insulating properties is formed over the entire surface. The signal from the power supply and control unit 10 turns on the supply voltage to the coil of the electromagnet 6, and thereby creates a magnetic field around sensor 1. Then the signal from unit 10 to move the metering unit 7 passes, the flow of the analyzed water through the sensor and the series-connected conical nozzle 4 stops. The magnetic field captures the descending sorbent 11 and compacts it in the inter electrode space of the sensor. The magnitude of the magdt action should be such as to ensure reliable pressing of the sorbent particles to each other and to the sensor electrodes located on its inner side surface adjacent to the air gap of the ring electromagnet. It was established experimentally that when using steel balls of stainless steel 1x18 W 00.8 mm and a total weight of 0.75 g, such force is created with a gradient of floor d | 0.03 - 0.04 T / M, which corresponds to a floor strength of 250-270 A / m. When using a sorbent of a different grain mass and with other magnetic characteristics, the required field strength is determined by the formula o / (CG, pdp where HO is the field strength 250-270 A / m, ensuring the compaction of the sorbent with the calculated data: Gip weight 1 g, JUp 12.56-10 FH / M and dp 0.8 mm; Gjp, fc, dc-weight, magnetic permeability and grain diameter of the used adsorbent. The sorbent compacted by the magnetic field forms a contact junction between the electrodes of the sensor, which depends on the thickness of the film and petroleum product, which appeared in the places of contact between the sorbent particles. The residual liquid is automatically drained from the sensor through valve 8. Then with the help of a controlled metering device 7, the flow of air dried to 95-100 ° C and drying the film is directed to the sensor oil on the balls, and measuring the electrical resistance between the electrodes of the device 9. After the measurement is taken, saturated water is passed through the sensor in order to regenerate the surface of the adsorbent using the dispenser 7. The analysis cycle and timing, the sequence of operations is determined by the power and control unit 10 and each new analysis is performed in the described sequence automatically. Example. The proposed methods and apparatus carried out the determination of the contamination of the condensate of a thermal power plant with fuel oil. Analysis conditions. In the sensor in the form of a glass tube 0 8 mm with a conical nozzle with a taper angle of 10 ° is placed a portion of the sorbent, made in the form of polished balls 0 0,8 mm of steel 1x18 sh. The nozzle length is 50 mm, the weight of the sorbent is 0.75 g. The analyzed water is passed through a sensor vertically mounted in the annular gap of the electromagnet from bottom to top in 1-liter portions. According to the above dependence (1), the flow rate of water through the 200 ml / min sensor, which is provided by a pump, is calculated and set. The adsorption layer of balls is transferred from the sensor to the conical nozzle to a height of 21 mm. On the surface of polished balls, a uniform, almost equal thickness of the oil product layer is formed. At the end of the transmission period of a fluid equal to 5 minutes in this case, an external magnetic field is switched on by applying a supply voltage to the coil of the electromagnet, the magnitude of which is determined by the required strength of the magnetic field in the annular gap. The latter, determined for G, 0.75 g and 12.3 10 H / m-, is 210 A / m. The sorbent descending when the liquid flow is stopped is trapped and condensed by the magnetic field in the sensor's interelectrode space. Then the air heated to 100 ° C is blown through the sensor for 10 minutes and after turning it off,

что производитс изменением положени золотникового дозатора, измер ют электрическое сопротивление датчика. Затем в течение 10 мин провод т регенерацию датчика вод ным насыщенным паром Р - 50 кПа, Т 110°С, поток которого направл ют через датчик также перемещением золотника 2 дозатора, предварительно отключив внещнее магнитное поле. Следующим перемещением дозатора прерывают поток пара и оп ть направл ют порцию анализируемой воды через датчик, повтор затем весь цикл анализа. By changing the position of the spool metering device, the electrical resistance of the sensor is measured. Then, for 10 minutes, the sensor is regenerated with water saturated steam P - 50 kPa, T 110 ° C, the flow of which is also directed through the sensor by moving the spool 2 of the dispenser, having previously turned off the external magnetic field. The next movement of the dispenser interrupts the flow of steam and again sends a portion of the analyzed water through the sensor, then repeat the whole analysis cycle.

Таким образом, данный способ определени содержани нефтепродуктов в .воде и устройство дл его реализации обеспечивают высокую воспроизводимость измерени при анализах загр зненных жидкостей, содержащих кроме нефтепродуктов механические примеси, более высокую воспроизводимость измерени вследствие того, что, воздейству магнитным полем, можно в значительной мере исключить вли ние поверхностных проводимостей и качество контакта зерен сорбента между собой и с электродами обеспечить посто нным, в то же врем пленке нефтепродукта, оказавщейс между точками соприкосновени зерен в результате ее накоплени на подвижном слое сорбента, обеспечен доминирующий вес в общем значении электрического сопротивлени датчика; легко поддаютс автоматизации и могут быть основой автоматического измерительного прибора, осуществл ющего надежный контроль технологических и сточных вод с целью предотвращени возможных загр зн ющих сбросов и значительного экономического и экологического ущерба.Thus, this method of determining the content of petroleum products in the water and the device for its implementation provide a high reproducibility of measurement in the analysis of contaminated liquids containing, in addition to petroleum products, mechanical impurities, a higher reproducibility of the measurement due to the fact that, due to the magnetic field, it can be largely excluded the influence of the surface conductivities and the quality of the contact of the sorbent grains with each other and with the electrodes to ensure a constant, at the same time, oil product film a, which appears between the points of contact of the grains as a result of its accumulation on the movable layer of the sorbent, provides the dominant weight in the total value of the electrical resistance of the sensor; are easily automated and can be the basis of an automatic measuring instrument that reliably monitors process and waste waters in order to prevent possible contaminant discharges and significant economic and environmental damage.

Claims

1. A method for determining the content of petroleum products in water, which consists in supplying the water to be analyzed to a cell with a spherical ferro-containing sorbent, measuring the electrical conductivity of the sorbent, which is so that, in order to increase the accuracy of the determination, before measuring the electrical conductivity, the sorbent is moved its water supply is dried and precipitated.

2. A method according to claim 1, characterized in that the transfer of the sorbent is carried out by supplying the water to be analyzed under pressure from the bottom of the cell.

3. A method according to claim 1, characterized in that the sorbent is dried by a stream of heated air.

4. A method according to claim 2, characterized in that the deposition is carried out by the action of an external magnetic field.

5. A device for determining the content of petroleum products in water, containing a supply unit for the analyzed water, connected to a measuring cell with electrodes filled with a sorbent, characterized in that, in order to improve the accuracy of determination, the cell is equipped with a conical nozzle, an electromagnet and a source of compressed air with a heating chamber , moreover, the poles of the electromagnet cover the cell, and the source of compressed air is connected by a pipeline with a cell.

Sources of information taken into account in the examination

1. USSR author's certificate number 667879, cl. G 01 N 27/02, 1979.

2. Farzane NG, et al. Sorption conductometric gas chromatography detector for measuring microconcentration. - “Lime universities. Oil and Gas, 1971, No. 6.

Sly§

/ Y

1