Измеритель концентрации асфальтенов в нефти с погружной решёткой Брэгга

Характеристика асфальтенов
Асфальтены – это класс компонентов углеводородного сырья, относящиеся к асфальто-смолистым веществам, являющиеся неотъемлемым компонентом почти всех нефтей.
Асфальтены представляют собой неплавкие высокомолекулярные вещества черного или бурого цвета.

При добыче нефти асфальтены создают затруднения, связанные с их осаждением и последующим налипанием, что ведет к закупорке нефтепровода и скважин.
По техническому регламенту необходимо иметь информацию о составе нефти и условиях, при которых содержащиеся в ней асфальтены не будут выпадать из раствора.
Актуальность

Приборы используемые для измерения концентрации асфальтенов
Рефрактометров
Спектрофотометров
Фотоколориметров
Масс-спектрометров
Предлагаемое техническое решение
Волоконно-оптический датчик с погружной решеткой Брэгга

Преимущества таких датчиков
Широкий диапазон измерений
Возможность интеграции датчика в структуру объекта
Передача сигнала на дальние расстояния
Интеграция нескольких датчиков в одном оптоволоконном канале
Нечувствительны к электромагнитным и радиочастотным воздействиям
Не требуют перекалибровки (устойчивы во времени при неизменных внешних условиях)

Принцип работы решетки Брэгга с вытравленной оболочкой

Функциональная схема измерителя
Где, И - источник излучения,
Ц1 – первый циркулятор,
Ц2 – второй циркулятор,
ПУ - пороговое устройство,
ПД – пиковый детектор,
ЦАП –цифроаналоговый преобразователь,
К – коммутатор,
МК – микроконтроллер,
ФП – фотоприемник,
У – усилитель.

График зависимости показателя преломления от концентрации асфальтенов

Зависимость сдвига центральной длины волны ВБР
от изменения коэффициента преломления среды
Из данного графика видно, что в диапазоне где меняется коэффициент внешнего преломления от 1 до 1,3 можно наблюдать слабую, практически линейную зависимость эффективного показателя преломления.

Моделирование измерителя с параллельной структурой решеток в программе Optisystem

Отраженное от ВБР1 и ВБР2 излучение

Моделирование изменение сигнала на управляемой решетке Брэгга.
а) Для первой ВБР б) для второй ВБР

Моделирование, при котором изменялась длина волны на управляемой решетке Брэгга
Спектр отраженного излучения от управляемой решетки Брэгга с резонансной длиной волны 1555.1нм. 1555.5 нм.

Заключение
Рассмотрен ряд вопросов, связанный с асфальтенами, что из себя представляют эти компоненты нефтей.
Была предложена и доработана схема измерителя концентрации асфальтенов с погружной решеткой Брэгга, с параллельной структурой.
Промоделирована оптическая составляющая измерителя с параллельной структурой решеток.

Спасибо за внимание

Принцип работы ВОД датчика

Управляемая решетка Брэгга
В состав Управляющей решетки Брэгга входит : пластина 1 из электрооптического материала, в которой может быть выполнен оптический волновод 2. Решетку Брэгга – 3, пространственно неоднородного апериодического внешнего электрического поля в виде электродов 4 различной конфигурации, к которым через контакты 5 прикладывают потенциалы V1, V2.