【摘要】：氫氣是石油化工行業(yè)加氫工藝中的重要原料,是生產(chǎn)過程中的重要還原劑,通過深度加氫脫硫可生產(chǎn)出低硫清潔油品,對于防治大氣污染具有重要的意義。受制氫工藝的限制,載氫管道內(nèi)的氫氣含有一定濃度的雜質(zhì)氣體,雜質(zhì)氣體不僅會影響產(chǎn)品質(zhì)量,還提高了企業(yè)的采購成本。由于氫氣、甲烷等氣體的易燃易爆性,目前石化企業(yè)通常采用離線分析技術(shù)對氫氣成分進(jìn)行定期采樣分析,但是其分析結(jié)果往往存在一定滯后性,且自動化程度低,人工采樣也存在很大的安全隱患。針對此,本論文提出將具有本征安全和遠(yuǎn)距離測量特征的光纖傳感技術(shù)用于對載氫管道氣體成分的在線測量,深入研究了一種基于拉曼光譜分析技術(shù)的氣體成分光纖傳感在線測量系統(tǒng)。論文的主要工作概括如下:(1)在分析和比較了目前常用的氣體成分分析方法的基礎(chǔ)上,結(jié)合光纖傳感技術(shù)的優(yōu)勢,提出了一種基于拉曼光譜分析技術(shù)的氣體成分光纖傳感在線測量系統(tǒng)的研究思路。(2)研究了拉曼光譜分析技術(shù)的基本理論,針對武漢石化載氫管道的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了一種基于光學(xué)F-P增強(qiáng)腔的氣體樣品池。對F-P增強(qiáng)腔的增強(qiáng)效果進(jìn)行了理論分析和實(shí)際光路調(diào)試,結(jié)果表明該增強(qiáng)腔能夠?qū)⑸湫盘栠_(dá)到50倍左右的增強(qiáng)。(3)根據(jù)武漢石化載氫管道氣體成分的變化特征,搭建了一套模擬管道氣體變化的光纖傳感探測系統(tǒng),進(jìn)行了多種甲烷/氫氣標(biāo)準(zhǔn)混合氣體的拉曼光譜探測實(shí)驗(yàn)研究。在對測得的光譜信號進(jìn)行小波去噪和背景扣除的基礎(chǔ)上,對甲烷和氫氣的拉曼光譜特征峰建立了單變量校準(zhǔn)曲線,校準(zhǔn)曲線對甲烷和氫氣的交叉檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差分別達(dá)到0.5139%和0.6684%;另外采用偏最小二乘算法構(gòu)建了兩種氣體的多變量分析模型,該模型對甲烷和氫氣的交叉檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差分別降低到0.3600%和0.4825%。(4)設(shè)計(jì)并在石化載氫管道現(xiàn)場安裝了在線測量系統(tǒng),利用LabVIEW平臺開發(fā)了一套基于拉曼光譜分析技術(shù)的氣體成分光纖傳感在線測量軟件,實(shí)現(xiàn)了光譜數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理,氣體濃度計(jì)算以及實(shí)時(shí)顯示等功能。(5)對在線測量系統(tǒng)進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)研究,分別采用已建立的單變量校準(zhǔn)曲線和偏最小二乘模型對管道內(nèi)未知成分的甲烷/氫氣進(jìn)行定量分析,并將分析結(jié)果與武漢石化載氫管道氣體的離線色譜分析結(jié)果進(jìn)行比對。結(jié)果顯示,通過偏最小二乘模型分析得到的結(jié)果穩(wěn)定性好且準(zhǔn)確性較高,其對管道內(nèi)甲烷和氫氣的最大測量誤差分別為0.654%,0.612%。該測量結(jié)果已滿足廠家的使用要求,該技術(shù)也可用于化工行業(yè)相關(guān)氣體成分的在線測量。
【圖文】：

圖 1-2 現(xiàn)場加氫裝置此可見，載氫管道內(nèi)氣體成分分析依靠人工操作還存在諸多問題，，析方式不能滿足現(xiàn)代自動化生產(chǎn)的要求。因此研究一種對載氫管進(jìn)行在線測量的系統(tǒng)，可有效提高石化生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和工，還可以降低成本，具有重要的應(yīng)用價(jià)值和巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。國內(nèi)外氣體成分分析方法研究現(xiàn)狀體成分分析包括定性分析和定量分析，是指通過一定的技術(shù)手段體的化學(xué)組成和相對含量�，F(xiàn)有氣體傳感器有電化學(xué)型、電學(xué)型和考慮到石化載氫裝置內(nèi)充溢著氫氣、甲烷等易燃易爆氣體，電學(xué)類大的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，目前國內(nèi)外應(yīng)用較為廣泛的分析方法主要是光學(xué)型相色譜分析技術(shù)、紅外光譜分析技術(shù)以及拉曼光譜分析技術(shù)。 氣相色譜分析技術(shù)

將鏡片尺寸參數(shù)代入式(3-3)可得到 n≤50，即在 O 與 O’重合的情況下，最多可有 50 條光線聚焦增強(qiáng)，在 O 與 O視形⑿【嗬氳那榭魷攏瓷涔庀呋岣唷-P 增強(qiáng)腔的實(shí)際增強(qiáng)效果可以通過光學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺驗(yàn)證，如圖 3-6 所示。運(yùn)用三維調(diào)整器及光學(xué)滑動導(dǎo)軌調(diào)整兩個(gè)凹面反射鏡間的距離以及激光的入射角度，圖 3-6(b)~圖 3-6(d)中鏡面上的光斑成圓形陣列分布，個(gè)數(shù)分別達(dá)到 13 個(gè)，17 個(gè)以及 25 個(gè)。腔內(nèi)光線的條數(shù)是光斑個(gè)數(shù)的兩倍，由此該 F-P 腔最大可實(shí)現(xiàn)約 50 倍的拉曼散射信號增強(qiáng)。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O657.37;TQ116.02

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