VRU裝置出口碳氫化合物的測量方法及系統與流程
2024-04-13 04:40:05
vru裝置出口碳氫化合物的測量方法及系統
技術領域
1.本發明涉及油氣技術領域，更具體地，涉及一種vru裝置出口碳氫化合物的測量方法及系統。
背景技術：
2.vru裝置(油氣回收裝置)是一種用於卡車、火車或船舶加注汽油、柴油等液體碳氫化合物產品時，控制碳氫化合物排放的裝置。
3.液體碳氫化合物的灌裝是通過將產品泵入卡車、火車或輪船的空罐(充滿空氣)中進行的。一旦液體碳氫化合物進入油罐，它就會揮發，並根據它的真實蒸汽壓和溫度來飽和充滿空間。只要液體碳氫化合物在油罐內，容器內的壓力就會升高，使安全閥打開；油氣被專用管道從油罐頂部空間帶走。每個裝車島的油氣管線都被收集起來送到vru裝置，並回收碳氫化合物，排出潔淨的空氣。
4.vru裝置排放氣流的典型組成主要是空氣、碳氫化合物(如c3、c4)和少量的高碳氫化合物。氣流的組成(根據排出vru裝置的流體的每標準立方米中碳氫化合物的質量)，按照美國能源學會於一九九九年三月出版的刊物《procedures for the reclaim of duty on recovered vapour at duty suspended installations》中所描述的方法，可以根據丁烷百分比濃度的函數來評估。
5.由於vru裝置出口的體積流量是入口體積流量和入口碳氫化合物濃度的函數，因此很難測量vru裝置出口的碳氫化合物的量。由於多種原因，測量vru裝置進氣管道的體積流量和碳氫化合物組成是非常困難的。第一個困難是根據液體產品的裝載速率，vru裝置進氣流量在時間上連續變化，範圍很廣(從0到幾百m3/h)，可以是層流或湍流。此外，油氣中的碳氫化合物的濃度在時間上連續變化。最後，測量裝置允許的壓降必須保持在10毫巴以下，通常是5毫巴，而且測量必須在大氣溫度和壓力下進行。由於出口流量是進口流量及其碳氫化合物濃度的函數，同樣的考慮也適用於出口流量和碳氫化合物濃度。
6.vru裝置的排放水平測量，傳統系統使用紅外分析儀、fid或氣相色譜法，可以測量在「正常」條件每立方米排放數量(g/nm3)。這種測量不足以建立從vru裝置中排出的碳氫化合物的質量流量，因為流體的體積流量是未知的。
技術實現要素：
7.本發明為解決現有技術無法測量vru裝置出口碳氫化合物質量流量的技術缺陷，提供了一種vru裝置出口碳氫化合物的測量方法。
8.為實現以上發明目的，採用的技術方案是：
9.vru裝置出口碳氫化合物的測量方法，包括以下步驟：
10.在vru裝置的進口管路內設置兩個橫向分支，所述兩個橫向分支內分別設置有超聲發生器、超聲接收器；
11.在vru裝置的出口管路內設置紅外分析儀；
12.令所述超聲發生器發出超聲脈衝，所述超聲脈衝穿過進口管路內的氣流後被超聲接收器接收；通過超聲發生器發出超聲脈衝的時刻、超聲接收器接收超聲脈衝的時刻、超聲發生器與超聲接收器之間的設置間距計算超聲脈衝在進口管路內的氣流中的傳輸速度；
13.計算vru裝置進口管路內的氣流中碳氫化合物的濃度：
14.conc
hc_inlet
＝(k1
×usample
+k2)/100
15.conc
hc_inlet
為計算的vru裝置進口管路內的氣流中碳氫化合物的濃度，k1為第一比例常數，k2為第二比例常數，實際計算值取決於介質品種；u
sample
為超聲脈衝在vru裝置進口管路內的氣流中的傳輸速度；
16.計算vru裝置進口管路內的氣流的體積流量；
17.令紅外分析儀向所述vru裝置出口管路內的氣流發出紅外脈衝，並根據接收的紅外脈衝的衰減信號計算vru裝置出口管路內的碳氫化合物的排放濃度emission
hc
；
18.計算vru裝置出口管路內的氣流中空氣的體積流量：
19.volumetricflow
air
＝volumetricflow
inlet_sample
×
(1-conc
hc_inlet
)
20.其中volumetricflow
air
為計算得到的vru裝置出口管路的氣流中空氣的體積流量；volumetricflow
inlet_sample
為vru裝置進口管路內的氣流的體積流量；
21.計算vru裝置出口管路內的氣流中碳氫化合物的質量流量：
22.massflow
hc
＝volumetricflow
air
×
emission
hc
/1000
23.其中massflow
hc
為vru裝置出口管路內的氣流中碳氫化合物的質量流量。
24.優選地，所述k1的數值範圍為-0.787～-0.815。
25.優選地，所述k2的數值範圍為269.2～273.8。
26.同時，本發明還提供了一種vru裝置出口碳氫化合物的測量系統，其具體的方案如下：
27.vru裝置出口碳氫化合物的測量系統，包括處理器及與所述處理器電連接的超聲發生器、超聲接收器、紅外分析儀，所述超聲發生器、超聲接收器分別設置於所述vru裝置的進口管路的兩個橫向分支內，所述紅外分析儀設置於vru裝置的出口管路內；
28.處理器令所述超聲發生器發出超聲脈衝，所述超聲脈衝穿過進口管路內的氣流後被超聲接收器接收；處理器通過超聲發生器發出超聲脈衝的時刻、超聲接收器接收超聲脈衝的時刻、超聲發生器與超聲接收器之間的設置間距計算超聲脈衝在進口管路內的氣流中的傳輸速度；
29.處理器計算vru裝置進口管路內的氣流中碳氫化合物的濃度：
30.conc
hc_inlet
＝(k1
×usample
+k2)/100
31.conc
hc_inlet
為計算的vru裝置進口管路內的氣流中碳氫化合物的濃度，k1為第一比例常數，k2為第二比例常數，實際計算值取決於介質品種；u
sample
為超聲脈衝在vru裝置進口管路內的氣流中的傳輸速度；
32.處理器計算vru裝置進口管路內的氣流的體積流量；
33.處理器令紅外分析儀向所述vru裝置出口管路內的氣流發出紅外脈衝，並根據接收的紅外脈衝的衰減信號計算vru裝置出口管路內的碳氫化合物的排放濃度emission
hc
；
34.處理器計算vru裝置出口管路內的氣流中空氣的體積流量：
35.volumetricflow
air
＝volumetricflow
inlet_sample
×
(1-conc
hc_inlet
)
36.其中volumetricflow
air
為計算得到的vru裝置出口管路的氣流中空氣的體積流量；volumetricflow
inlet_sample
為vru裝置進口管路內的氣流的體積流量；
37.處理器計算vru裝置出口管路內的氣流中碳氫化合物的質量流量：
38.massflow
hc
＝volumetricflow
air
×
emission
hc
/1000
39.其中massflow
hc
為vru裝置出口管路內的氣流中碳氫化合物的質量流量。
40.優選地，所述k1的數值範圍為-0.787～-0.815。
41.優選地，所述k2的數值範圍為269.2～273.8。
42.與現有技術相比，本發明的有益效果是：
43.本發明提供的方法通過設置超聲發生器、超聲接收器並計算超聲脈衝在進口管路內的氣流中的傳輸速度從而確定vru裝置進口管路內的氣流中碳氫化合物的濃度，以及進一步確定vru裝置進口管路內的氣流的體積流量、vru裝置出口管路內的氣流中空氣的體積流量及對應的vru裝置出口管路內的氣流中碳氫化合物的質量流量。應用本發明提供的方法，在系統總壓降低於5mbar的情況下，能夠實現對vru裝置出口管路內的氣流中碳氫化合物的質量流量的精確計算及測量。
附圖說明
44.為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。
45.圖1為紅外分析儀的安裝示意圖。
46.圖2為超聲發生器、超聲接收器的安裝示意圖。
47.圖3為紅外分析儀的安裝實施示意圖。
48.圖4為超聲發生器、超聲接收器的安裝實施示意圖。
49.圖5為本發明提供的方法的應用後臺界面示意圖一。
50.圖6為本發明提供的方法的應用後臺界面示意圖二。
具體實施方式
51.為使得本發明的發明目的、特徵、優點能夠更加的明顯和易懂，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，下面所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而非全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬於本發明保護的範圍。
52.實施例1
53.本實施例提供了一種vru裝置出口碳氫化合物的測量方法，具體包括以下步驟：
54.在vru裝置的進口管路1內設置兩個橫向分支，所述兩個橫向分支內分別設置有超聲發生器2、超聲接收器3；具體設置如圖1所示；
55.在vru裝置的出口管路5內設置紅外分析儀4；具體設置如圖2所示；
56.令所述超聲發生器2發出超聲脈衝，所述超聲脈衝穿過進口管路1內的氣流後被超
聲接收器3接收；通過超聲發生器2發出超聲脈衝的時刻、超聲接收器3接收超聲脈衝的時刻、超聲發生器2與超聲接收器3之間的設置間距計算超聲脈衝在進口管路1內的氣流中的傳輸速度；
57.計算vru裝置進口管路1內的氣流中碳氫化合物的濃度：
58.conc
hc_inlet
＝(k1
×usample
+k2)/100
59.conc
hc_inlet
為計算的vru裝置進口管路1內的氣流中碳氫化合物的濃度，單位為百分比，k1為第一比例常數，k2為第二比例常數，實際計算值取決於介質品種；u
sample
為超聲脈衝在vru裝置進口管路1內的氣流中的傳輸速度，單位為m/s；
60.計算vru裝置進口管路1內的氣流的體積流量；
61.令紅外分析儀4向所述vru裝置出口管路5內的氣流發出紅外脈衝，並根據接收的紅外脈衝的衰減信號計算vru裝置出口管路5內的碳氫化合物的排放濃度emission
hc
，單位為g/nm3；
62.令碳氫化合物進入vru裝置後全部被vru裝置中的活性炭吸附，計算vru裝置出口管路5內的氣流中空氣的體積流量：
63.volumetricflow
air
＝volumetricflow
inlet_sample
×
(1-conc
hc_inlet
)
64.其中volumetricflow
air
為計算得到的vru裝置出口管路5的氣流中空氣的體積流量，單位為m3/s；volumetricflow
inlet_sample
為vru裝置進口管路1內的氣流的體積流量，單位為m3/s；
65.計算vru裝置出口管路5內的氣流中碳氫化合物的質量流量：
66.massflow
hc
＝volumetricflow
air
×
emission
hc
/1000
67.其中massflow
hc
為vru裝置出口管路5內的氣流中碳氫化合物的質量流量，單位為kg/s。
68.本實施例中，所述k1的數值範圍為-0.787～-0.815。
69.本實施例中，所述k2的數值範圍為269.2～273.8。
70.超聲脈衝在氣流中的速度是其組份的函數。在20℃時，超聲脈衝在空氣中的傳播速度為343.32m/s(約為343m/s)，而在丁烷中的傳播速度為215.75m/s(約為216m/s)。在計算組成時，假定這兩種純氣體為邊界氣體：如果聲速為216m/s，則混合物為100％碳氫化合物，如果聲速為343m/s，則混合物為0％碳氫化合物。任何中間值都可以計算為線性變化：例如，聲速(216+343)/2＝279.5m/s表示50％的碳氫化合物濃度。出於以上原理，本發明提供的方法首先計算vru裝置進口管路1內的氣流中碳氫化合物的濃度，再進一步計算得到vru裝置出口管路5內的氣流中碳氫化合物的質量流量。
71.圖3、圖4分別為超聲發生器2、超聲接收器3的安裝實施示意圖及紅外分析儀4的安裝實施示意圖。圖5、圖6為本發明提供的方法的應用後臺界面示意圖。本發明提供的方法通過設置超聲發生器2、超聲接收器3並計算超聲脈衝在進口管路1內的氣流中的傳輸速度從而確定vru裝置進口管路1內的氣流中碳氫化合物的濃度，以及進一步確定vru裝置進口管路1內的氣流的體積流量、vru裝置出口管路5內的氣流中空氣的體積流量及對應的vru裝置出口管路5內的氣流中碳氫化合物的質量流量。應用本發明提供的方法，在系統總壓降低於5mbar的情況下，能夠實現對vru裝置出口管路5內的氣流中碳氫化合物的質量流量的精確計算及測量。
72.實施例2
73.本實施例提供了一種vru裝置出口碳氫化合物的測量系統，其具體的方案如下：
74.vru裝置出口碳氫化合物的測量系統，包括處理器及與所述處理器電連接的超聲發生器2、超聲接收器3、紅外分析儀4，所述超聲發生器2、超聲接收器3分別設置於所述vru裝置的進口管路1的兩個橫向分支內，所述紅外分析儀4設置於vru裝置的出口管路5內；
75.處理器令所述超聲發生器2發出超聲脈衝，所述超聲脈衝穿過進口管路1內的氣流後被超聲接收器3接收；處理器通過超聲發生器2發出超聲脈衝的時刻、超聲接收器3接收超聲脈衝的時刻、超聲發生器2與超聲接收器3之間的設置間距計算超聲脈衝在進口管路1內的氣流中的傳輸速度；
76.處理器計算vru裝置進口管路1內的氣流中碳氫化合物的濃度：
77.conc
hc_inlet
＝(k1
×usample
+k2)/100
78.conc
hc_inlet
為計算的vru裝置進口管路1內的氣流中碳氫化合物的濃度，k1為第一比例常數，k2為第二比例常數，實際計算值取決於介質品種；u
sample
為超聲脈衝在vru裝置進口管路1內的氣流中的傳輸速度；
79.處理器計算vru裝置進口管路1內的氣流的體積流量；
80.處理器令紅外分析儀4向所述vru裝置出口管路5內的氣流發出紅外脈衝，並根據接收的紅外脈衝的衰減信號計算vru裝置出口管路5內的碳氫化合物的排放濃度emission
hc
；
81.處理器計算vru裝置出口管路5內的氣流中空氣的體積流量：
82.volumetricflow
air
＝volumetricflow
inlet_sample
×
(1-conc
hc_inlet
)
83.其中volumetricflow
air
為計算得到的vru裝置出口管路5的氣流中空氣的體積流量；volumetricflow
inlet_sample
為vru裝置進口管路1內的氣流的體積流量；
84.處理器計算vru裝置出口管路5內的氣流中碳氫化合物的質量流量：
85.massflow
hc
＝volumetricflow
air
×
emission
hc
/1000
86.其中massflow
hc
為vru裝置出口管路5內的氣流中碳氫化合物的質量流量。
87.本實施例中，所述k1的數值範圍為-0.787～-0.815。
88.本實施例中，所述k2的數值範圍為269.2～273.8。
89.在本技術所提供的幾個實施例中，應該理解到，所揭露的系統，裝置和方法，可以通過其它的方式實現。例如，以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，例如，所述單元的劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實際實現時可以有另外的劃分方式，例如多個單元或組件可以結合或者可以集成到另一個系統，或一些特徵可以忽略，或不執行。另一點，所顯示或討論的相互之間的耦合或直接耦合或通信連接可以是通過一些接口，裝置或單元的間接耦合或通信連接，可以是電性，機械或其它的形式。
90.所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位於一個地方，或者也可以分布到多個網絡單元上。可以根據實際的需要選擇其中的部分或者全部單元來實現本實施例方案的目的。
91.另外，在本發明各個實施例中的各功能單元可以集成在一個處理單元中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中。上述集成的單
元既可以採用硬體的形式實現，也可以採用軟體功能單元的形式實現。
92.所述集成的單元如果以軟體功能單元的形式實現並作為獨立的產品銷售或使用時，可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質中。基於這樣的理解，本發明的技術方案本質上或者說對現有技術做出貢獻的部分或者該技術方案的全部或部分可以以軟體產品的形式體現出來，該計算機軟體產品存儲在一個存儲介質中，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可以是個人計算機，伺服器，或者網絡設備等)執行本發明各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質包括：u盤、移動硬碟、只讀存儲器(rom，read-onlymemory)、隨機存取存儲器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光碟等各種可以存儲程序代碼的介質。
93.以上所述，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍。