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高标准油配制的准确性和稳定性提供技术支持

人气:发表时间:2018-04-14
开展配油装置油中标准气体体积的准确计量和气路设计研究, 为提高标准油配制的准确性和稳定性提供技术支持。
式中: Vg为配油平衡后的气相体积, m L; Vg,0为配制环境下混合标气的进气体积, m L; cis为混合标准气中 i 组分的体积分数, 10-6; Vk为配油平衡后标准油的体积, m L; Vk,0为配制环境下加入空白油的体积, m L; cik为 20 ℃、 101.325 k Pa 下空白油中气体 i 组分的体积分数, 10-6; cil为 20 ℃、101.325 k Pa 下配制出的标准油中 溶解气体 i 组分的体积分数, 10-6; Ki为气体 i 在常压下、 50 ℃时的平衡分配系数; t 为实验室温度, ℃; 0.929 为油中溶解气体浓度的温度校正系数(从 50 ℃校正到 20 ℃); 0.000 8 为绝缘油配制热膨胀系数, L/℃。通过设置其中 1 种气体在标准油中的理想浓度 cil, 可求出配油平衡后的气相体积 VgVg=Vk(cil-cik)0.929cis-cil/ki。
式(5)结合式(4)就可算出混合标气的进气体积 Vg,0, 然后 根据式 (2)算出 剩余 6 种组 分在标准油中的浓度 cil。
由以上公式可知, 对于已知浓度的混合标准气, 该数学模型只能设定一种气体的理想浓度 ,一旦这种气体在标准油中的浓度设定后, 其他气体在标准油中的浓度将不可更改。 若要实现设定每种标准气体在标准油中的理想浓度, 则需要对混合标准气中各组分浓度进行调整。
 
1、标准油的配制:
1.1、标准油配制原理:
标准油的配制原理是: 利用分配定律, 在温度和压力一定的密闭空间内, 将一定体积的空白变压器油与一定体积的标准气体充分混合, 使气、液两相达到动态平衡, 排出平衡后的气体, 即获得含有一定浓度溶解气体的标准油。 配制的标准油至少含有甲烷(CH4)、 乙烯(C2H4)、 乙烷(C2H6)、乙炔(C2H2)、 氢气(H2)、 一氧化碳(CO)、 二氧化碳(CO2)等 7 种组分。
1.2、常用配制方法:
标准油配制主要由标准气体、 空白油、 密闭容器、 温控装置、 油气两相混合装置等组成。 空白油储存在一定体积的密闭容器中, 根据标准气体组成和气体加入到空白油中方式的不同, 标准油配制方法主要分为混合标准气法和单一标准气法 2 种。
(1) 混 合 标准气法 。 将一定体积的混合标准气 (含 有 H2、 CH4、 C2H4、 C2H6、 C2H2、 CO 、 CO2等 7 种组分, 以氮气(N2)为底 气 )和空白油注入密闭容器中, 在 50 ℃恒温和一定压力条件下, 通过水平振荡或循环泵强制循环的方式充分混合后 ,排出平衡气体得到标准油(见图 1 a))。 其中, 空白油进入密闭容器之前需要充入氮气进行饱和 ,保证油中溶解气体达到饱和状态。 该法简单易行,但需要通过配制不同浓度混合标准气体来配制不同理想浓度的标准油, 实际操作起来比较麻烦,不能采用一瓶固定浓度混合标准气, 随意配制任意理想浓度的标准油。
(2) 单一 标准气法 。 根据理论计算的每种气体所需加入量, 将上述 7 种单一组分浓度标准气依次加入到一定体积空白油中, 加气结束后, 在50 ℃恒温和一定压力条件下 , 通过 水平振荡或循环泵强制循环的方式, 使空白油和加入的标准气充 分 混 合 后 , 排 出 平 衡 气 体 得 到 标 准 油 ( 见 图1 b))。 其空白油处理方法与混合标准气法一样 ,需要进行氮气饱和。 由于采用单一组分标准气,通过控制不同标准气加入量, 即可配制任意目标浓度的标准油。 该法操作相对繁琐, 需要将每种标气逐一加入到油中, 每种标准气体的进气体积计算比较困难。 为了准确计量标气加入量, 应尽可能减少气体死体积的影响, 对配油系统的软件与硬件设计要求都较高。 这种方法的优点是可以配制含有任意组分和理想浓度的标准油, 便于对在线监测装置进行不同浓度点的校验。 因此, 现在标油配制装置的设计逐渐由混合标准气法向一标准气法转变。
对于常规配油装置, 由于配油量较大, 油样配制过程中涉及的环节和影响因素较多, 标准油配制后一般用实验室气相色谱仪对标准油进行定值检验, 依据偏差大小评定标准油配制的准确度。
2、标准油配制数学模型:
不同配制方法对标准油的准确配制影响较大,其关键在于正确建立配制方法对应的数学模型 。由配油原理可知, 要准确配制理想浓度的标准油,必须准确计量标准气体的量。 因此, 标准气体的进气方式及其进气量计算数学模型是保证准确配油的关键, 不同的配制方法采用的数学计算模型也不同。
2.1、混合标准气法数学模型:
在恒温 50 ℃和恒压条件下, 混合标气与空白油在密闭容器中经过重新分配达到气、 液两相的动态平衡。 由于空白油预先通入高纯氮气充分饱和, 达到溶解气体平衡, 平衡后的空白油和脱出气体的体积可等同于恒定 50 ℃配制时实际空白油和实际加入混合标准气的体积。 根据物料平衡原理和分配定律, 配油前后气相与液相中物质的量之和应相等, 则混合标准气法配制标准油的数学模型如式(1)所示。 根据混合标准气体中各组分浓度和加气量, 可以得到所配制标准油中溶解气体的浓度。

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