水中油传感器、石油平台外排水中含油量监测装置及方法与流程

1.本发明涉及传感器及水中含油量监测技术领域，具体涉及一种水中油传感器、石油平台外排水中含油量监测装置及方法。


背景技术：

2.在海洋石油勘探开发领域，由于作业环境特殊、市场需求等原因，污染物在线监测技术尚处在起步阶段，海上外排污水仍采用传统的人工采样和实验室分析的方法，存在检测手段不统一、检测周期长，测量数据实时性差等缺点。根据国家监管要求，急需加强海上油气田的生态环境保护及海上油气田环境监测，开展海上油气田生产水含油量的在线监测技术研究，对生产水中石油类进行有效的实时监测。
3.目前，为实现石油平台水中油浓度的实时监测，主要依靠国外的监测设备产品，价格偏高，维护检定困难。市面现有水中油检测设备缺少检测精度高、功能齐全、环境适应性强、成本低的产品，尤其是未完全解决光学检测器窗口和管路系统的防污问题。中国专利cn205844193 u提出了一种非接触式的水中含油检测方法，一定程度上可以解决窗口污染的问题，但其依靠整形水柱自然下落的检测方法，会存在检测区域小代表性不高以及平台振动场景会造成整形后的水柱产生较大波动，对其检测精度产生较大影响。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种水中油传感器、石油平台外排水中含油量监测装置及方法，通过水中水中油传感器与水样非接触的形式对水中含油量进行检测，监测装置能够对海上石油平台外排水含油量进行实时或间隔测量，提高监测精度。
5.本发明的技术解决方案如下：
6.本发明第一方面提供水中油传感器，包括外壳体以及设置在外壳体上的光源系统、接收系统、电控系统、窗口和接插件，
7.所述外壳体底部具有开口朝下设置的光源通道和光接收通道，所述光源通道和光接收通道之间呈夹角设置，
8.所述光源系统设置在光源通道内，所述光源系统包括紫外led，所述紫外led通过固定件设置在光源通道内，
9.所述接收系统设置在光接收通道内，所述接收系统包括窄带滤光片、挡圈和光电探测器，所述窄带滤光片设置在光接收通道的最前端而能够限制特定波长的光通过，所述光电探测器设置在窄带滤光片的后端而能够将接收的光信号转换成电信号，所述挡圈设置在窄带滤光片和光电探测器之间，
10.所述电控系统与光源系统以及接收系统连接而能够对光源系统和接收系统进行控制和数据处理，
11.所述接插件与外部控制系统连接而能够与外部控制系统进行通讯和数据传输。
12.本发明的一种具体实施方式中，所述窄带滤光片的中心波长为460nm，带宽为20nm。
13.本发明的一种具体实施方式中，所述光源通道和光接收通道以外壳体沿高度方向的中心线为对称轴对称设置，且光源通道和光接收通道之间的夹角为40
°
～60
°
。
14.本发明第二方面提供海上石油平台外排水中含油量监测装置，包括检测池以及上述的水中油传感器，所述检测池内具有一沿高度方向设置的溢流侧壁而将检测池分隔成集水槽和溢流槽，所述溢流侧壁的高度低于检测池外侧壁的高度，所述集水槽上设置有进水口和出水口，所述溢流槽上具有溢流口，所述水中油传感器设置在集水槽的上方，且光源系统和接收系统朝向集水槽设置。
15.本发明的一种具体实施方式中，所述检测池上设置有空气压缩装置，所述空气压缩装置的出气口与水中油传感器的窗口齐平。
16.本发明的一种具体实施方式中，还包括进水电磁阀、进样管路、溢流管路以及排样管路，
17.所述进样管路的一端通过所述进水电磁阀与海上石油平台外排水连接，另一端通过一进水泵与进水口连接，
18.所述溢流管路的一端与溢流口连接，另一端与外部排水口连接，
19.所述排样管路的一端与出水口连接，另一端通过一出水电磁阀与外部排水口连接。
20.本发明的一种具体实施方式中，还包括循环管路和清洗液管路，
21.所述循环管路的一端与出水口连接，另一端通过一循环电磁阀与进样管路连接，
22.所述检测池上还具有清洗液入口，所述清洗液管路通过一清洗电磁阀与清洗液入口连接。
23.本发明的一种具体实施方式中，还包括吹扫管路，所述吹扫管路的一端通过一吹扫电磁阀与气源连接，另一端与空气压缩装置连接。
24.本发明的一种具体实施方式中，其特征在于，还包括监测装置控制系统和平台中控，所述监测装置控制系统与进水电磁阀、进水泵、出水电磁阀、循环电磁阀、清洗电磁阀、空气压缩装置、吹气电磁阀以及电控系统连接，所述平台中控与监测装置控制系统连接。
25.本发明第三方面提供海上石油平台外排水中含油量监测方法，其特征在于，采用上述的监测装置进行监测，包括以下工作模式：
26.连续工作模式：开启进水电磁阀、进水泵和出水电磁阀形成一连续的水路，使得海上石油平台外排水通过进样管路持续进入检测池内，检测池上的水中油传感器对检测池内的水样中含油量进行实时监测，同时检测池内的水样持续通过排样管路向外排出；
27.间隔工作模式：开启进水电磁阀和进水泵，使得海上石油平台外排水通过进样管路进入检测池内，待检测池内进满水样后，关闭进水电磁阀和进水泵，检测池内多余的水样通过溢流管路向外排出，开启检测池上的水中油传感器对检测池内的水中含油量进行采集，采集完成后开启出水电磁阀，通过排样管路将检测池内水样向外排出，水样排完后关闭出水电磁阀，到达设定间隔时间后循环开启该流程；
28.清洗模式：包括空气吹扫模式和清洗液清洗模式，
29.空气吹扫：开启吹扫电磁阀和空气压缩装置，空气压缩装置将外界气源压缩并吹
向水中油传感器窗口，而能够对水中油传感器窗口上的污染物进行清理；
30.清洗液清洗：开启清洗电磁阀，通过清洗液管路向检测池内通入定量的清洗液，开启进水泵和循环电磁阀，检测池内的水样通过循环管路和进样管路形成循环清洗管路，清洗完成后开启出水电磁阀，通过排样管路将检测池内水样向外排出。
31.本发明至少具有以下有益效果之一：
32.1、本发明的水中油传感器通过光源系统向水样发出紫外波长的入射光，当紫外波长的入射光照射到水样中的油分时，紫外波长的入射光能够被油分中的芳香化合物所吸收并发出另一种特定波长的发射光，该发射光的强度与水中含油量成线性关系，通过光接收通道内的接收系统就能够检测到该发射光的强度，通过电控系统即可计算待测水样中的油分浓度并通过接插件向外传输数据。相比现有技术，本发明中的水中油传感器通过光源系统对水样进行大范围照射，从而激发水中油分子产生荧光，再通过接收系统进行光强的接收，该检测方式增大了检测区域，极大的提高了非接触监测的检测精度。
33.2、本发明的监测装置中的检测池通过溢流侧壁分隔成为集水槽和溢流槽，集水槽进满水样后溢流进入溢流槽，再通过溢流口向外排出，该结构可以保证集水槽中的水样平面始终保持在同一高度，从而使得水中油传感器窗口不会与水样接触，同时，水中油传感器与水样平面的之间距离恒定，提高检测精度，减少窗口污染。
34.3、本发明的监测装置中空气压缩装置的出气口与水中油传感器窗口的齐平，从而能够实现对水中油传感器窗口上的附着物进行快速吹扫清理，能够除去窗口上的污染物，既减少污染物对检测精度的影响，又可以持续进行监测。本发明的监测装置还能够通过清洗液管路和循环管路向检测池中通入清洗液并进行循环清洗，从而能够对检测池及时进行清洗，减少由于检测池中残留油分对监测结果的影响。
35.4、本发明的监测方法包括连续工作模式和间隔工作模式，通过连续工作模式能够对检测池中的水样进行连续的实时监测，通过间隔工作模式可以根据需求设定间隔时间，对检测池中的水样进行间隔监测；本发明的监测方法还包括空气吹扫和清洗液清洗两种清洗形式，从而能够对水中油传感器的窗口进行吹扫，并对检测池进行清洗，以减少窗口上残留的污染物和水池中残留的油分对监测结果的影响。本发明的监测装置的结构形式简单，可以多种模式测量，使用方便，成本低。
附图说明
36.图1为本发明优选实施例中水中油传感器的结构示意图；
37.图2为本发明优选实施例中检测池的结构示意图；
38.图3为本发明优选实施例中监测装置的结构示意图；
39.附图标记：
40.10、悬浮颗粒物光学传感器；11、水中油传感器；12、外壳体；13、光源通道；14、光接收通道；15、窗口；16、光源系统；161、紫外led；162、光源压圈；17、接收系统；171、窄带滤光片；172、挡圈；173、光电探测器；174探测器压圈；18、电控系统19、接插件；
41.20、检测池；21、溢流侧壁；22、进水口；23、出水口；24、溢流口；25、进水电磁阀；26、进样管路；261、进水泵；27、溢流管路；28、排样管路；281、出水电磁阀；29、循环管路；291、循环电磁阀；30、清洗液管路；301、清洗电磁阀；
42.31、吹扫管路；311、空气压缩装置；312、吹扫电磁阀；32、监测装置电控系统；33、平台中控；34、密封圈；
43.40、水样。
具体实施方式
44.下面用具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明不仅局限于以下具体实施例。
45.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
46.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
47.如图1所示，本实施例提供了一种水中油传感器11，用于检测水中含油量，水中油传感器11包括外壳体12以及设置在外壳体12上的光源系统16、接收系统17、电控系统18和接插件19和窗口15。
48.所述外壳体12底部具有开口朝下设置的光源通道13和光接收通道14，光源通道13和光接收通道14均倾斜设置，从而使得光源通道13和光接收通道14之间呈夹角设置，本实施例中，所述光源通道13和光接收通道14以外壳体12沿高度方向的中心线为对称轴对称设置，光源通道13和光接收通道14之间的夹角为40
°
～60
°
，申请人通过实验得知光源通道13和光接收通道14之间的夹角在40
°
～60
°
时能获得较高的荧光激发效率，同时也能控制水中油传感器11的尺寸。
49.所述光源系统16设置在光源通道13内，所述光源系统16包括紫外led161和带螺纹的光源压圈162，通过光源压圈162将紫外led161固定在在光源通道13内，从而紫外led161能够沿着光源通道13向外发出紫外波长的入射光。
50.所述接收系统17设置在光接收通道14内，所述接收系统17包括窄带滤光片171、挡圈172、光电探测器173以及探测器压圈174，所述窄带滤光片171设置在光接收通道14的最前端而能够限制特定波长的光通过，本实施例中，所述窄带滤光片171选用中心波长为460nm、带宽为20nm的窄带滤光片；所述光电探测器173设置在窄带滤光片171的后端而能够将接收的光信号转换成电信号，所述挡圈172设置在窄带滤光片171和光电探测器173之间而能够将窄带滤光片171和光电探测器173分隔开，通过探测器压圈174将整个接收系统17固定在光接收通道14内。
51.所述电控系统18与光源系统16以及接收系统17连接而能够对光源系统16和接收系统17进行控制和数据处理，
52.所述接插件19与外部控制系统连接而能够与外部控制系统进行通讯和数据传输。
53.本实施例中，水中油传感器11的激发波长选择为360nm，接收波长为460nm。
54.本实施例中，窗口15设置在外壳体12的下端，以遮挡光源通道13和光接收通道14，从而能够避免水分和油分等进入光源通道13和光接收通道14内。
55.本实施例中的水中油传感器11的工作原理为：通过光源系统16向水样发出紫外波长的入射光，当紫外波长的入射光照射到水样中的油分时，紫外波长的入射光能够被油分中的芳香化合物所吸收并发出另一种特定波长的发射光，该发射光的强度与水中含油量成线性关系，通过光接收通道14内的接收系统17就能够检测到该发射光的强度，具体地，窄带滤光片171能够使得油分发出的特定波长的发射光通过，从而被光电探测器173所接收到，光电探测器173能够将接收的光信号转换成电信号，通过电控系统计算待测水样中的油分浓度，电控系统的具体计算方法包括先配制已知浓度梯度的水中油标准物质或已知浓度的石油平台水样，采用水中油传感器11测定该标准样品的电信号值，每个样品重复至少测3次取平均值，通过拟合得出标准样品的水中油浓度与测得的电信号的标定曲线，从而在水中油传感器11测量待测样品时，通过将测得的电信号值代入标定曲线，即可计算出待测样品中的油分浓度值，并通过接插件向外传输数据。
56.本实施例中的水中油传感器11通过光源系统16对水样进行大范围照射，从而激发水中油分子产生荧光，通过接收系统17进行光强的接收，该检测方式增大了监测区域，极大的提高了非接触监测的检测精度。
57.如图2～3所示，本实施例还提供了一种海上石油平台外排水中含油量监测装置，包括上述的水中油传感器11以及检测池20、进水电磁阀25、进样管路26、溢流管路27、排样管路28、循环管路29、清洗液管路30、吹气管路31、监测装置电控系统32和平台中控33。
58.如图2所示，所述检测池20内具有一沿高度方向设置的溢流侧壁21而将检测池20分隔成集水槽和溢流槽，所述溢流侧壁21的高度低于检测池20外侧壁的高度，所述集水槽上设置有进水口22和出水口23，所述溢流槽上具有溢流口24，从而水样能够通过进水口22进入集水槽，集水槽中多余的水样能够通过溢流侧壁21进入溢流槽内，再通过溢流口15排出，该结构可以保证集水槽中的水样平面始终保持在同一位置，集水槽中的水样检测完成后通过出水口23将水样排出。所述水中油传感器11设置在集水槽的上方，且不与集水槽中的水样接触，光源系统16和接收系统17朝向集水槽设置，从而能够对集水槽中的水样进行检测，本实施例中，水中油传感器11与检测池20通过螺栓连接，中间加密封圈34能够防止水流过急时从上端溢出。集水槽上方还安装有其他预留光学传感器，本实施例中，其他预留光学传感器为悬浮颗粒物光学传感器10，悬浮颗粒物光学传感器10能够用于测试水体中悬浮物的浓度等，悬浮颗粒物光学传感器10的结构和原理为本领域技术人员所熟知，本实施例中不再赘述。本实施例中，检测池20下方还可以安装减震装置，用于减少振动对检测结果的影响。
59.如图3所示，所述进样管路26的一端通过所述进水电磁阀25与海上石油平台外排水连接，另一端通过一进水泵261与进水口22连接，从而通过进样管路26能够将海上石油平台外排水通入检测池20内，具体为通入集水槽内，集水槽内多余的水溢流进入溢流槽中。
60.所述溢流管路27的一端与溢流口24连接，另一端与外部排水口连接，从而溢流槽中的水样能够通过溢流管路27向外排出。
61.所述排样管路28的一端与出水口23连接，另一端通过一出水电磁阀281与外部排水口连接，从而集水槽内水能够通过排样管路28向外排出。
62.所述循环管路29的一端与出水口23连接，另一端通过一循环电磁阀291与进样管路26连接，从而集水槽从出水口23出来的水能够通过循环管路29、进样管路26再次进入集水槽内。
63.所述检测池20上还具有清洗液入口，所述清洗液管路30的一端与清洗液连接，另一端通过一清洗电磁阀301与清洗液入口连接，而能够向检测池20内通入清洗液。
64.所述检测池20上设置有空气压缩装置311，所述空气压缩装置311的出气口与水中油传感器11的窗口15齐平，所述吹气管路31的一端与气源连接，另一端通过一吹气电磁阀312与空气压缩装置311连接，通过空气压缩装置311将气源如空气进行压缩，然后平稳地吹向水中油传感器11的窗口15，检测时对窗口进行持续吹扫防止窗口起雾同时对窗口的污染物进行清理。
65.所述监测装置电控系统32与进水电磁阀25、进水泵261、出水电磁阀281、循环电磁阀291、清洗电磁阀301、空气压缩装置311、吹气电磁阀312以及电控系统18连接，从而通过监测装置电控系统32能够对上述设备进行控制；
66.所述平台中控33与监测装置电控系统32连接，从而能够进行控制和数据传输。
67.本实施例还提供一种海上石油平台外排水中含油量监测方法，具体为采用上述监测装置进行监测的方法，包括以下工作模式：
68.连续工作模式：开启进水电磁阀25、进水泵261和出水电磁阀281形成一连续的水路，使得海上石油平台外排水通过进样管路26持续进入检测池20中的集水槽内，检测池20上的水中油传感器11对集水槽内的水样中含油量进行实时监测，同时集水槽内的水样持续通过排样管路28向外排出；
69.间隔工作模式：开启进水电磁阀25和进水泵261，使得海上石油平台外排水通过进样管路26进入集水槽内，待集水槽内进满水样后，关闭进水电磁阀25和进水泵261，集水槽内多余的水样溢流进入溢流槽，再通过溢流管路27向外排出，开启检测池20上的水中油传感器11对集水槽内的水样中含油量进行采集，采集完成后开启出水电磁阀281，通过排样管路28将集水槽内水样向外排出，水样排完后关闭出水电磁阀281，到达设定间隔时间后循环开启该流程；
70.清洗模式：包括空气吹扫模式和清洗液清洗模式两种模式；
71.空气吹扫：开启吹扫电磁阀312和空气压缩装置311，空气压缩装置311将外界气源压缩并吹向水中油传感器11的窗口15，而能够对水中油传感器11的窗口15上的污染物进行清理，同时可以防止窗口遇高温气体起雾；
72.清洗液清洗：开启清洗电磁阀301，通过清洗液管路30向检测池20内通入定量的清洗液，开启进水泵261和循环电磁阀291，检测池20内的水样通过循环管路29和进样管路26形成循环清洗管路，清洗完成后开启出水电磁阀281，通过排样管路28将检测池20内水样向外排出。
73.本实施例中的监测装置的结构简单，采用该监测装置对海上石油平台外排水中含
油量进行监测，检测方法包括多种监测模式，可以根据需要进行选择，使用方便，成本低，并可以对水中油传感器11和检测池20进行清洗，解决了光学传感器11窗口污染以及检测池20残留油分影响检测结果的问题，并可以持续监测，适应环境因素，监测精度高。
74.以上仅是本发明的特征实施范例，对本发明保护范围不构成任何限制。凡采用同等交换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。