مانیتورهای روغن در آب

مانیتورهای روغن در آب برای تشخیص وجود هیدروکربن ها در آب استفاده می شود.

نمایش تمام تولیدکنندگان مانیتورهای روغن در آب

اصطلاحات

معنای عبارت «روغن در آب» با اشاره به نفت و آب بسیار متنی است. در صنعت نفت و گاز، آب تولید شده - که به سطح چاهی مخلوط با نفت و گاز باقیمانده آورده می شود - نوعی است که اغلب آزمایش و نظارت می شود. علاوه بر این، اصطلاح "نفت" ممکن است به مواد مختلفی اشاره کند که بر اساس نوع نفت یا نوع هیدروکربنی تقسیم می شوند.

دو نوع کلی روغن وجود دارد:

• روغن پراکنده در آب به صورت قطرات کوچک با اندازه های مختلف وجود دارد. حاوی هیدروکربن های آلیفاتیک و آروماتیک است (که در بخش بلافاصله بعد توضیح داده شده است).

• روغن محلول عمدتاً از هیدروکربن های معطر تشکیل شده است و در آب بسیار محلول است.

مبانی هیدروکربن ها

هیدروکربن ها یا ترکیباتی که فقط حاوی کربن و هیدروژن هستند، بخش بزرگی از ترکیبات نفتی را تشکیل می دهند. خود این گروه را می توان بیشتر به چندین نوع ترکیب مختلف تقسیم کرد.

• مولکول های آلیفاتیک  حاوی حلقه بنزن نیستند. آلیفاتیک با پیوند کربن-کربن منفرد به عنوان آلکان شناخته می شود، در حالی که آلکن ها و آلکین ها به ترتیب دارای پیوندهای دوگانه و سه گانه هستند.

• هیدروکربن های آروماتیک حاوی حلقه های بنزن با شش اتم کربن هستند که هر کدام به یک اتم هیدروژن متصل هستند.

نفت (نفت خام) معمولاً حاوی تقریباً 30 درصد آلکان، 50 درصد نفتن (نوعی سیکلوآلکان) و 15 درصد مواد آروماتیک است و ترکیب باقیمانده از آسفالت ها تشکیل شده است.

کاربردهای روغن در آب

مقررات زیست محیطی محدودیت های ترکیبی را برای آب خروجی مشخص می کند. به همین دلیل پایش دقیق آب خروجی در صنایع فاضلاب، نفت و گاز و صنایع تولیدی الزامی است. علاوه بر نگرانی‌های زیست‌محیطی، محتوای بالای روغن در آب فرآیند اغلب نشان‌دهنده خرابی تجهیزات (به ویژه در مورد مبدل حرارتی نشتی) است، یا اینکه فاضلاب تحت اندازه‌گیری برای استفاده مجدد مناسب نیست.

به طور کلی، مانیتورهای روغن در آب در هر کاربردی که نیاز به نظارت بر روغن در یک سیستم آب تصفیه شده یا تصفیه نشده دارد، از جمله فاضلاب، آب زیرزمینی، آب تولیدی، آب فرآیند و رواناب طبیعی مفید است.

روش ها

تشخیص روغن در آب وابسته به روش است، به این معنی که باید استانداردسازی روش‌های آزمایشی برای ایجاد اندازه‌گیری‌های پایه وجود داشته باشد که برای مقایسه داده‌ها از منابع متفاوت و فرمول‌بندی محدودیت‌های تخلیه و سایر قوانین استفاده شود. طبق قانون، روش‌های مرجع نسبت به روش‌های میدانی زمان‌بر و درگیرتر هستند، اما برای دقت نظارت بعدی کاملاً ضروری هستند. سه نوع روش مرجع و 9 نوع اندازه گیری میدانی در زیر مورد بحث قرار گرفته است.

همه فرآیندها با جزئیات بیشتر، با فرمول ها و توصیه های استاندارد، در متن اندازه گیری نفت در آب تولید شده در بخش منابع زیر توضیح داده شده است. 

فرآیندهای مرجع

جذب مادون قرمز

این روش با استخراج نمونه آب روغنی با استفاده از حلال آغاز می شود. سپس نمونه خالص شده، خشک می‌شود و در دستگاه مادون قرمز قرار می‌گیرد که تابش مادون قرمز را از طریق نمونه منتقل می‌کند. با مقایسه میزان جذب و گذر این تابش با استانداردهای شناخته شده می توان میزان روغن را تعیین کرد.

مانند سایر روش های طیف سنجی آزمایش کیفیت آب، جذب مادون قرمز به شدت به قانون بیر-لامبرت وابسته است.

جذب مادون قرمز ممکن است شامل انتقال یک یا سه طول موج جداگانه باشد. ASTM D 7066 ، رایج‌ترین استاندارد تک طول موج فعال، گسیل را در 2930 سانتی‌متر -1 مشخص می‌کند و این که نمونه با استفاده از حلال S-316 استخراج شود. این استاندارد همچنین توصیه می کند که ابزارها با استفاده از n -hexadecane با ایزواکتان یا روغن داخل نمونه آزمایش کالیبره شوند .

در حالی که آزمایش تک طول موج قادر به اندازه گیری تنها کل هیدروکربن های موجود در یک نمونه است، روش سه طول موج امکان محاسبه ترکیبات آروماتیک و آلیفاتیک را فراهم می کند. معمولاً شامل انتشار در 3030، 2960 و 2930 سانتی‌متر -1 (طول موج‌های ارتعاشی CH [آروماتیک]، CH-H [متیلن]، و CH2 - H [متیل] است).

یک روش سه طول موجی که برای تشخیص هیدروکربن‌ها با اندازه‌های مختلف برای تعیین مناطق روغن ریخته شده غلیظ استفاده می‌شود.

علی‌رغم این واقعیت که هر دو روش مادون قرمز به خوبی تثبیت شده‌اند و استفاده از ابزارهای قابل حمل نسبتاً ساده است، فقدان جزئیات ترکیبی و استفاده مکرر از حلال‌های فریون تخریب‌کننده لایه لایه لایه لایه لایه لایه لایه لایه لایه لایه لایه لایه لایه لایه لایه لایه لایه لایه لایه لایه لایه اوزون در آزمایش‌های غیرقانونی، استفاده کمتری از آنها کرده است.

وزن سنجی

روش های وزن سنجی بر تفاوت وزن بین روغن ها، آب و حلال ها متکی هستند. ابتدا نمونه ای با استفاده از یک حلال برداشته می شود و مخلوط حلال/روغن از آب جدا می شود. سپس حلال تبخیر می شود و تنها روغن باقی مانده باقی می ماند که خشک شده و وزن می شود. در حالی که روش‌های استاندارد قدیمی‌تر استفاده از حلال‌های فریون را توصیه می‌کردند، استانداردهای فعلی، از جمله EPA Method 1664 A، حلال‌های هگزان را مشخص می‌کنند .

در حالی که روش‌های وزن‌سنجی ساده و ارزان هستند، اما فاقد آنالیز ترکیبی هستند و می‌توانند قربانی از دست دادن ترکیب فرار از طریق تبخیر شوند.

GC-FID

GC-FID شامل ابزار دقیق کروماتوگرافی گازی (GC) است. در یک فرآیند GC-FID، نمونه توسط یک حلال مانند دو روش دیگر استخراج می شود. نمونه قبل از تزریق به دستگاه GC خشک و خالص می شود. یک گاز حامل برای حرکت نمونه در یک ستون استفاده می‌شود، در حالی که هیدروکربن‌های مختلف در زمان‌های مختلف ستون را ترک می‌کنند، در این مرحله اندازه‌گیری می‌شوند و توسط آشکارساز یونیزاسیون شعله (FID) می‌سوزند. برجسته ترین روش استاندارد GC-FID در ISO 9377 توضیح داده شده است .

فرآیند GC-FID ساده شده

روش‌های GC-FID به دلیل عدم وجود حلال‌های CFC و انتشار فرار و همچنین تجزیه و تحلیل ترکیبی دقیق، به سرعت به روش مرجع ترجیحی تبدیل می‌شوند. با این حال، اشکال آنها این است که ابزار دقیق آنها گران است و معمولاً به اپراتورهای ماهر نیاز دارد.

فرآیندهای اندازه گیری میدانی

در حالی که روش‌های مرجع برای نظارت مستمر، مقایسه نتایج، و تدوین قوانین و دستورالعمل‌ها مؤثر (و ضروری) هستند، ممکن است برای فرآیندهایی مانند بهینه‌سازی فرآیند، که به نتایج مکرر و سریع نیاز دارد، بسیار درگیر یا پیچیده باشند. به همین دلیل، دستگاه های رومیزی ارزان قیمت یا آنلاین برای اندازه گیری میدانی در دسترس هستند.

واحدهای رومیزی ممکن است با یک روش مرجع خاص مرتبط باشند و معمولاً از یکی از فرآیندهای زیر برای اندازه گیری استفاده می کنند.

• اندازه گیری رنگ سنجی با استفاده از اسپکتروفتومتر نمونه های آزمایش شده با این روش باید رنگ را نشان دهند، زیرا روغن بی رنگ با استفاده از این فرآیند قابل تشخیص نیست.

• سنجش فیبر نوری با استفاده از حسگر تزریق مستقیم پوشش پلیمری سنسور هیدروکربن ها را از نمونه جذب می کند. نور منتقل شده از طریق فیبر قبل و بعد از جذب برای تعیین محتوای هیدروکربن اندازه گیری می شود.

• ابزارهای مختلف تست مادون قرمز که مشابه روش مرجع هستند. این فرآیندها ممکن است از حلال استفاده کنند یا نکنند و به ویژه برای اندازه گیری ترکیبات آلیفاتیک مفید هستند. بسته به روش خاص مادون قرمز مورد استفاده، این آزمایش ممکن است ترکیبات فرار را آزاد کند یا نه.

• روش های فرابنفش معمولاً برای تعیین غلظت ترکیبات معطر که نور UV را جذب می کنند استفاده می شود. فلورسانس UV یکی از رایج‌ترین تکنیک‌های اندازه‌گیری میدان است که تنها پس از آزمایش مادون قرمز انجام می‌شود.

فلورسانس هیدروکربنی. آزمایش اشعه ماوراء بنفش وابسته به سنبله ای است که بین 300 تا 400 نانومتر (بخشی از طیف UV) مشاهده می شود.

ابزارهای آنلاین برای آزمایش مداوم یک جریان فرآیند استفاده می شوند و ممکن است از یکی از روش های شرح داده شده در زیر استفاده کنند.

• آکوستیک اولتراسونیک متمرکز  شامل یک مبدل است که به طور مستقیم وارد می شود که پژواک صوتی ذرات جامد و قطرات روغن را تشخیص می دهد. سیگنال های صوتی برای محاسبه اندازه ذرات و غلظت روغن استفاده می شود.

• سنجش فیبر نوری ، که همان فرآیندی است که در واحدهای رومیزی استفاده می شود.

• تجزیه و تحلیل تصویر از میکروسکوپ های ویدئویی برای گرفتن تصاویر یک جریان نمونه استفاده می کند. ذرات روی هر تصویر با توجه به حجم نمونه شمارش و تجزیه و تحلیل می شوند. ذرات معمولاً از نظر شکل متمایز می شوند، زیرا قطرات روغن تقریباً کروی هستند.

• روش های پراکندگی نور شامل عبور نور از یک نمونه روغنی است. ذرات نور را پراکنده می کنند و نور عبوری را کاهش می دهند. با اندازه‌گیری هر دو مقدار نور در زوایای مختلف، می‌توان ذرات روغن را شناسایی و اندازه‌گیری کرد.

• حسگرهای فوتوآکوستیک از لیزرهای پالسی برای ایجاد گرمای موضعی ناگهانی در اطراف ذرات روغن استفاده می کنند. این گرما باعث ایجاد امواج فشار با فرکانس بالا می شود که برای تعیین غلظت روغن اندازه گیری و همبسته می شوند.

• فلورسانس اشعه ماوراء بنفش که همان روش رومیزی است. 

معیارهای انتخاب ابزار

انتخاب یکی از روش های ذکر شده در بالا به شدت به نوع اندازه گیری هایی که باید انجام شود بستگی دارد. به عنوان مثال:

• برنامه های بهینه سازی فرآیند به ابزاری با اندازه گیری های بسیار دقیق و قابل تکرار نیاز دارند.

• نمونه های بی رنگ ممکن است با ابزارهای رنگ سنجی سازگار نباشند.

• حلال های مورد استفاده باید برای محیط آزمایش قابل قبول باشند.

• برخی از برنامه ها، به ویژه در خارج از ساحل، برای صرفه جویی در فضا به یک متر قابل حمل یا فشرده نیاز دارند. برای مترهای آنلاین، فضای موجود برای نصب ابزار باید به دقت در نظر گرفته شود.

• برای هر دو ابزار رومیزی و آنلاین، بررسی اینکه آیا تامین‌کننده ابزار تجربه استفاده یا آزمایش دستگاه برای اندازه‌گیری‌هایی مشابه اندازه‌گیری‌های انجام شده در برنامه مورد نظر را دارد، مفید است. 

استانداردها

استانداردهای اضافی مربوط به مانیتورهای روغن در آب در زیر فهرست شده است.

• PREN 16691 - تعیین PAH در نمونه های آب کامل با استفاده از [...] طیف سنجی جرمی کروماتوگرافی گازی

• ISO 15680 - تعیین GC [هیدروکربن ها] با استفاده از پاکسازی و تله و دفع حرارتی

• ASTM 7678 - روش تست استاندارد TPH در آب و فاضلاب با استخراج با حلال با استفاده از طیف‌سنجی لیزری mid-IR 

  منبع

   

• globalspec