способ управления и контроля нефти и нефтехимических продуктов посредством химической обработки и способы оперативного использования датчиков на основе кварцевых кристаллических микровесов

Формула изобретения

1. Способ быстрого определения наличия накипи, коррозии или биологического обрастания, имеющих место на поверхности, находящейся в контакте с технической водой, содержащейся в технической водной системе, и предпринятия шагов для коррекции такого состояния, при котором А) погружают в техническую воду устройство резонатора с колебаниями сдвига по толщине, посредством чего поверхность кварца устройства резонатора с колебаниями сдвига по толщине приводится в контакт технической водой, В) непрерывно возбуждают устройство резонатора с колебаниями сдвига по толщине и измеряют выходной сигнал устройства резонатора с колебаниями сдвига по толщине как массы и характеристики вязкость-плотность технической воды в контакте с устройством резонатора с колебаниями сдвига по толщине; С) непрерывно определяют состояние технической воды, находящейся на поверхности кварца устройства резонатора с колебаниями сдвига по толщине на основании массы и характеристики вязкость-плотность технической воды, а затем D) непрерывно корректируют состояние технической воды в контакте с поверхностью кварца устройства резонатора с колебаниями сдвига по толщине посредством действий из группы, состоящей из: i) активирование или деактивирование насоса подачи химических продуктов, подающего изменяющие состояние химические продукты в техническую воду, ii) увеличение потока воды из системы, или iii) уменьшение потока воды из системы.

2. Способ по п.1, в котором технической водной системой является колонна охлаждения.

3. Способ по п.1, в котором состоянием, управляемым в технической воде в контакте с поверхностью кварца устройства резонатора с колебаниями сдвига по толщине является биозагрязнением, а насос подачи химических продуктов добавляет микробиоцид или токсикант в техническую воду.

4. Способ по п.1, в котором технической водной системой является промышленный бойлер.

5. Способ по п.1, в котором наличием накипи, коррозии и биологического обрастания в технической воде управляют путем подачи химических веществ, изменяющих состояние технической воды, выбираемых из группы, состоящей из ингибиторов образования накипи, и биоцида.

6. Способ по п.1, в котором поверхность кварца устройства резонатора с колебаниями сдвига по толщине помещают на одном уровне с поверхностью технической водной системы, через которую проходит техническая вода и поверхность кварца устройства резонатора с колебаниями сдвига по толщине находится в контакте с технической водой.

7. Способ по п.1, в котором поверхность кварца устройства резонатора с колебаниями сдвига по толщине помещают в технической водной системе временно.

8. Способ быстрого определения состояния накипи, коррозии или биологического обрастания, имеющих место на поверхности установки для обработки углеводородов, находящейся в контакте с углеводородной текучей средой, и предпринятия шагов для коррекции такого состояния, содержащий стадии, при которых А) помещают устройство резонатора с колебаниями сдвига по толщине в текучую среду, содержащуюся в установке для обработки углеводородов, посредством чего поверхность кварца устройства резонатора с колебаниями сдвига по толщине приводится в контакт с углеводородом; В) непрерывно возбуждают устройство резонатора с колебаниями сдвига по толщине и измеряют выходной сигнал устройства резонатора с колебаниями сдвига по толщине как массу и характеристику вязкость-плотность углеводородной текучей среды в контакте с устройством резонатора с колебаниями сдвига по толщине; С) непрерывно определяют состояние углеводородной текучей среды, находящейся в контакте с поверхностью кварца резонатора с колебаниями сдвига по толщине, на основании массы и характеристики вязкость-плотность, и затем D) непрерывно корректируют состояние углеводородной текучей среды, контактирующей с поверхностью кварца резонатора с колебаниями сдвига по толщине, посредством активирования или деактивации насоса, подающего корректирующие состояние химические продукты в установку для обработки углеводородов.

9. Способ по п.8, в котором устройством для обработки углеводородов может быть компрессор, ребойлер, теплообменник, колонна очистки, резервуар хранения или реактор, а насос подачи химических продуктов подает ингибитор загрязнения.

10. Способ по п.8, в котором устройство для обработки углеводородов выбирают из группы, состоящей из устройств обработки углеводородов, производящих алкены и алкины, а насос подачи химических продуктов подает один или более ингредиентов из группы, содержащей ингибиторы загрязнения, ингибиторы коррозии и антипенообразователи.

11. Способ по п.10, в котором устройство резонатора с колебаниями сдвига по толщине помещают на поверхности устройства обработки углеводородов.

12. Устройство по п.8, в котором устройство обработки углеводородов выбирают из группы, состоящей из устройств обработки углеводородов, производящих стирен, акрилонитрид, акриловую килоту, алкилакрилаты, винилхлорид, бутадиен и изопрен.

13. Способ по п.8, в котором устройство обработки углеводородов обрабатывает сырую нефть и насос подачи химических продуктов подает один или более химикатов, корректирующих текучую углеводородную среду из группы, состоящей из ингибиторов загрязнения, ингибиторов коррозии и антипенообразователей.

14. Способ быстрого определения состояния вязкость-плотность или состояния вязкость-температура углеводородной текучей среды и предпринятия шагов для коррекции или модификации такого состояния, содержащий стадии, при которых А) помещают устройство резонатора с колебаниями сдвига по толщине в углеводородную текучую среду, посредством чего поверхность кварца устройства резонатора с колебаниями сдвига по толщине приводят в контакт с углеводородной текучей средой, В) непрерывно возбуждают резонатор с колебаниями сдвига по толщине и измеряют выходной сигнал устройства резонатора с колебаниями сдвига по толщине как массу и характеристику вязкость-плотность углеводородной текучей среды, С) непрерывно определяют состояние углеводородной текучей среды в контакте с поверхностью кварца резонатора с колебаниями сдвига по толщине на основании массы и характеристики вязкость-плотность, и затем D) непрерывно корректируют состояние углеводородной текучей среды посредством активирования или деактивирования насоса подачи химических продуктов, подающего изменяющие состояние химические продукты в углеводородную текучую среду.

15. Способ по п.14, в котором углеводородная текучая среда содержится в резервуаре, выбранном из группы, состоящей из устройства для обработки углеводородов, танка для хранения углеводородов, трубопровода или резервуара для транспортировки.

16. Способ по п.15, в котором устройство резонатора с колебаниями сдвига по толщине помещают в резервуар, содержащий такую углеводородную текучую среду временно.

17. Способ быстрого определения состояния смеси углеводородов/водной текучей среды, содержащейся в резервуаре, и предпринятия шагов для коррекции или модификации такого состояния, содержащий стадии, при которых А) помещают в смесь углеводородов/водной текучей среды, по меньшей мере, одно устройство резонатора с колебаниями сдвига по толщине, посредством чего поверхность кварца устройства резонатора с колебаниями сдвига по толщине приводят в контакт со смесью углеводородов/водной текучей среды, В) непрерывно возбуждают устройство резонатора с колебаниями сдвига по толщине и измеряют выходной сигнал резонатора с колебаниями сдвига по толщине как массу и характеристику вязкость-плотность смеси углеводородов/водной текучей среды, С) непрерывно определяют состояние смеси углеводородов/водной текучей среды на основании массы и характеристики вязкость-плотность вышеуказанных характеристик, и затем D) непрерывно корректируют состояние смеси углеводородов/водной текучей среды посредством активирования или деактивирования насоса подачи химических продуктов, подающего корректирующее состояние химические продукты в смесь углеводородов/водной текучей среды.

18. Способ по п.17, в котором смесь углеводородов/водной текучей среды, содержащаяся в резервуаре, выбирают из группы, состоящей из резервуара деэмульсификации сырой нефти, нагревателей - очистителей сырой нефти, устройств обессоливания сырой нефти, колонн охлаждения этиленовых печей, систем, генерирующих разжиженный пар, резервуаров для хранения углеводородов, резервуаров для транспортировки углеводородов, отстойников сточных вод, устройств очистки сточных вод, танков для осаждения, накопителей, и грязеотстойника текучей среды после обработки металла.

19. Способ по п.18, в котором резонатор с колебаниями сдвига по толщине размещают на поверхности резервуара таким образом, чтобы поверхность кварца устройства резонатора контактировала с содержащейся в резервуаре смеси углеводородов/водной текучей среды.

20. Способ по п.18, при котором поверхность кварца устройства резонатора с колебаниями сдвига по толщине размещают в смеси углеводородов/водной текучей среды временно.

21. Способ по п.17, при котором используют два или более устройств резонатора с колебаниями сдвига по толщине, при этом один из резонаторов размещают на одном уровне для определения наличия водной фазы, а другой резонатор размещают на другом уровне для определения наличия углеводородной фазы.

Описание изобретения к патенту

Добавление химических соединений специального назначения во множество производственных процессов желательно и часто необходимо для эффективной, рентабельной и безопасной работы процессов. Добавление в такие процессы химических соединений, предназначенных для обработки, может способствовать, помимо остальных, замедлению процессов ухудшения качества нефтепродукта, коррозии и ценообразования. Эти химические соединения специального назначения добавляют в процессы с уровнями концентрации, изменяющимися от нескольких частей на миллион до нескольких процентов. Дозировка соединений часто определяется регулирующими изменениями параметров процесса с течением времени, которые соответствуют добавлению специальных химических соединений. В оптимальном случае специалисты желали бы соотносить дозировку с изменениями в текучих средах процесса. Однако средство определения дозировки часто требует длительного времени, тогда как важные параметры процесса будут много раз изменяться, и значительно изменятся только в течение очень длительного времени. Для некоторых процессов соответствующее определение правильной дозировки специальных химических соединений может занять несколько месяцев. Однажды установленные, эти дозировки становятся статическим значением. Такая дозировка не увеличивается и не уменьшается, когда ухудшение качества, коррозия или скорость пенообразования, например, изменяются с течением времени. Это приводит многократно к добавлению бесполезного избытка химических продуктов специального назначения или к продукту худшего качества, недостаточно обработанному химическими продуктами специального назначения.

Примерами способов, применяемых для контроля за добавлением специальных химических соединений, включают использование анализа пробного образца, автономное (вне процесса) тестирование остаточного продукта, тестирование остаточного полимера, оперативные регистрации уровня рН, устройства контроля за проводимостью и т.п. Однако эти способы и многие другие, которые применяют для управления производительностью и контроля за дозировкой, обычно являются медленными и не отображающими в реальном времени изменений в процессе. Тестирование остаточных продуктов, например, обычно включает в себя удаление образца текучей среды из процесса и анализ этого образца отдельно от процесса. Аналогично, в случае оперативных измерителей, таких как датчиков рН и измерителей проводимости, предел определения и расхождения многих способов является слишком высоким для получения точных данных для управления добавлением специальных химических продуктов. То есть чувствительность оперативных инструментальных средств часто является недостаточно высокой, чтобы дать возможность оператору регулировать дозировку специальных химических продуктов в реальном времени. Таким образом, для точной и правильной дозировки специальных химических продуктов в промышленные процессы необходим высокочувствительный способ, выполняемый in situ, который обеспечивает обратную связь в реальном времени о состоянии текучих сред в процессе.

Известно применение микровесов с использованием кристаллов кварца для измерения величины накипи, образования отложений или потерь массы, имеющих место как в углеродных, так и в водных системах. Эти устройства работают на принципе возбуждения кристалла кварца, находящегося в контакте с текучей средой (жидкостью или парами) до резонансной частоты, а затем измерения сдвига резонансной частоты из-за потерь или накопления массы с/на поверхности кристалла. В то время как измерения массы отложений твердых веществ, кристаллической накипи или ухудшающих качество продуктов являются успешными, заявитель обнаружил, что обычные устройства микровесов на кристаллах кварца являются ненадежным показателем многих явлений, которые имеют место в водных и неводных системах. Во-первых, обычные кварцевые микровесы неточно измеряют массу аморфных отложений, образующихся, например, из биозагрязнений, или отложений аморфных углеводородов на поверхности установок по обработке и т.п. Полагаясь на традиционные кварцевые микровесы для таких типов измерений, можно получить неточные и ненадежные данные, которые не могут быть использованы для управления подачей химических продуктов, используемых для исправления состояний, которые измеряют (контролируют).

Примеры использования типовых микровесов на кристалле кварца для измерения образования кристаллической накипи в водных системах приведены в ожидающей решения заявке на патент США №08/421206 от 13.04.1995, раскрытие которой включается в данное описание в качестве ссылки. Хотя устройство и способы, описанные в заявке 421206, работают правильно и обеспечивают превосходное управление только в случае, когда в системе образуется только кристаллическая накипь, обнаружено, что это устройство не работает в системах, в которых может образовываться аморфная накипь или комбинации аморфной и кристаллической накипи. Далее, устройства такого типа, которое описано в заявке 421206, не могут быть применены для восприятия имеющих место в текучей среде изменений, таких как увеличение или уменьшение вязкости, увеличение или уменьшение плотности, наличие несмешивающейся текучей среды, или рост аморфных осаждений, образующихся внутри контейнера, содержащего текучую среду.

Соответственно, настоящее изобретение относится к способу измерения свойств веществ и потоков процесса, а более конкретно - измерению вязкости и плотности веществ, более конкретно - к точному и быстрому измерению вязкости и плотности водных и неводных текучих сред, а также осаждений массы. Способ по настоящему изобретению использует устройство резонатора с колебаниями сдвига по толщине для определения накопления массы, вязкости и/или плотности углеродных растворов, паров и смесей, а также определения накопления массы, вязкости и/или плотности водных текучих сред. Используя данный способ, можно получить быстрые точные измерения мгновенно, а также за определенное время, которые могут быть применены для контроля за добавлением химических продуктов для обработки и переменными процесса в системе. Используя устройство резонатора с колебаниями сдвига по толщине, может быть значительно улучшена обработка сырых нефтепродуктов и химических продуктов посредством правильного и своевременного добавления препятствующих ухудшению качества веществ посредством расслоения эмульсии как при обработке сточных вод, так и при деэмульсации сырой нефти, а также при расслоении эмульсий, образованных при обработке сырых нефтепродуктов (например, при обессоливании, деэмульсации, и некоторых эмульсий, образованных при обработке углеводородов, например, в колоннах охлаждения этиленовых печей) посредством правильного добавления дисперсантов или других добавок в углеводороды и посредством добавления обработанных биоцидных регулирующих химических продуктов или стабилизаторов. Таким же образом, устройство резонатора с колебаниями сдвига по толщине может быть использовано в водных системах для измерения роста и/или осаждения биологических, неорганических или органических накипей, или устройства могут быть применены для измерения скорости коррозии, имеющей место или в водной, или в углеводородной системе. Дополнительные использования устройства резонатора с колебаниями сдвига по толщине раскрываются ниже.

Предшествующий уровень техники

Микровесы на кристалле кварца, иногда называемые также пьезоэлектрическими датчиками, предложены для измерения массы вещества, осаждающегося из текучей среды, измерения вязкости протекающей текучей среды, определения скорости осаждения тонких пленок, контроля за коррозией и т.п. Отчасти успешно применяемые кварцевые микровесы, измеряющие только сдвиги резонансной частоты, часто дают ошибочные показания при использовании в промышленности при некоторых условиях. Например, кварцевые микровесы, которые были превосходными при измерении твердой липкой накипи, которая в реальных условиях осаждается на кристалл и демпфирует колебания кристалла, часто не дают правильных результатов при осаждении аморфной или мягкой накипи (биологического обрастания, аморфных неорганических кристаллов и.п.) на один и тот же кристалл. Вот почему на эти устройства полагаются только при измерении сдвигов резонансной частоты. Поэтому эти датчики будут бесполезными в качестве средства контроля за добавлением химических продуктов, предназначенных для обработки, таких как биоциды и антиполимеризаторы.

Резонаторы с колебаниями сдвига по толщине, полезные при практической реализации настоящего изобретения, специалистам известны. Особенно полезный резонатор с колебаниями сдвига по толщине раскрывается в патенте США №5201215, выданный Гранстаффу (Granstaff) и др., раскрытие которого включается в данное описание в качестве ссылки. Это устройство способно определить произведение плотность-вязкость заданной текучей среды. Следует отметить, что кварцевая часть этого резонатора с колебаниями сдвига по толщине является, по существу, идентичной известным кварцевым микровесам. Существует способ, в котором обрабатывают сигнал, что придает уникальность использованию резонаторов Гранстаффа с колебаниями сдвига по толщине, и который позволяет этим резонаторам с колебаниями сдвига по толщине делать то, что обычные кварцевые микровесы делать не могут. Полезным в данном изобретении отличием резонаторов с колебаниями сдвига по толщине от кварцевых микровесов, которые не могут быть использованы для измерения плотности-вязкости заданной текучей среды, является схема генератора. Схема генератора устройства, описанная в патенте США №5201215, обеспечивает не только измерение резонансной частоты, но также и измерение изменений амплитуды резонанской частоты, которая чувствительна к физическим свойствам текучей среды, в которую погружают кристалл.

Второй тип резонатора с колебаниями сдвига по толщине, который может быть полезен при практической реализации настоящего изобретения, раскрывается в "Sensors and Actuators A44(1994)209-218 авторов S.J.Martin и др., раскрытие которого включается в данное описание в качестве ссылки. Этот тип устройства использует первый датчик, имеющий шероховатую поверхность, и второй датчик, имеющий гладкую поверхность. Обнаружено, что возможно применение такого устройства для одновременного определения и растворения отложений массы, вязкости и плотности текучей среды. Использование и гладкой, и шероховатой поверхностей, которые по разному реагируют на адгезию массы, помогает различать отложение массы и вязкость и плотность текучей среды, находящейся в контакте с пьезоэлектрическим кристаллом резонатора с колебаниями сдвига по толщине.

Как указано в патенте США №5201215, масса твердого вещества и/или физические свойства текучей среды могут быть определены, когда и масса, и текучая среда контактируют с одним и тем же кристаллом кварца, посредством приложения изменяющегося электрического поля в толщине кварцевых микровесов в контакте с массой твердого вещества, расположенного между кварцевыми микровесами и текучей средой, измерения, по меньшей мере, одной резонансной частоты кварцевых микровесов, одновременного измерения величины полной проводимости на резонансных частотах и корреляции резонансной частоты и величины полной проводимости для получения плотности массы на поверхности и произведения вязкость/плотность текучей среды. Напротив, и как также предлагает Гранстафф, осциллирующее электрическое поле может быть приложено в толщине кварцевых микровесов, качая частоту по диапазону, который перекрывает, по меньшей мере, одну резонансную частоту кристалла, измеряя величину и фазу полной проводимости в частотном диапазоне, коррелируя данные полной проводимости с частотой, и выдавая данные корреляции полной проводимости/частоты на эквивалентную модель схемы, приведение в контакт массы твердого вещества и/или текучей среды с кристаллом, причем твердая масса расположена между кристаллом и текучей средой, повторяя этап качания частоты по диапазону, который перекрывает резонансную частоту, измеряя величину и фазу полной проводимости в частотном диапазоне и коррелируя данные полной проводимости с частотой, а затем выдавая данные корреляции полной проводимости/частоты на эквивалентную модель схемы, а затем получая массу твердого вещества и произведение плотность/вязкость из данных корреляции полной проводимости/частоты.

Хотя Гранстафф и др. раскрывают, что слой массы может быть металлическими сплавами, солями, некоторыми жесткими полимерами или льдом, и что эти твердые вещества могут быть нанесены на кварцевые микровесы посредством испарения, гальваническим покрытием, осаждением или посредством другой химической или термодинамической реакции, Гранстаффом и др. не оценено, что способ может быть эффективно применен в области обработки углеводородов или очистки воды, или что устройства могут быть эффективно использованы для контроля за внесением добавок в процесс в этих областях.

Заявитель обнаружил, однако, что определенный тип кварцевых микровесов, по существу описанный в заявке Гранстаффа, может быть использован для преодоления недостатков известных устройств с использованием кварцевых микровесов, и может выдавать точные и мгновенные данные для управления подачей химических продуктов, используемых для контроля и модификации как водных, так и неводных процессов.

Поэтому вариант осуществления настоящего изобретения предоставляет способ контроля за химическими добавками в процессы обработки углеводородов и очистки воды с использованием устройств резонаторов с колебаниями сдвига по толщине.

Другой вариант осуществления настоящего изобретения предоставляет точный способ контроля в реальном времени за подачей химических добавок в процессы обработки углеводородов и очистки воды.

Еще один вариант воплощения настоящего изобретения предоставляет точный способ контроля в реальном времени за подачей корректирующих состояний химических добавок в процессы обработки углеводородов и очистки воды.

Дополнительные варианты осуществления настоящего изобретения будут очевидны далее.

Сущность изобретения

Основной способ согласно настоящему изобретению включает в себя использование устройства резонатора с колебаниями сдвига по толщине, установку такого устройства в месте, где поверхность кристалла кварца может находиться в контакте с текучей средой, которой в данном случае может быть жидкость или пар (газ), измерение и массы, и произведения вязкость/плотность текучей среды, определение состояния системы и добавление химических продуктов для обработки или предпринятие такого другого корректирующего действия, как получение массы и произведения вязкость/плотность текучей среды. Устройство с колебаниями сдвига по толщине может быть установлено на поверхности резервуара для такой текучей среды или может быть просто опущено в текучую среду. Когда устройство опущено в текучую среду или временно, или постоянно, следует позаботиться о том, чтобы гарантировать точное отображение контактов поверхности кристалла кварца с текучей средой. Устройство резонатора с колебаниями сдвига по толщине предпочтительно устанавливают на поверхность резервуара, содержащего текучую среду. Используемый термин "резервуар" означает трубопровод, цистерну или любое другое устройство, которое содержит текучую среду.

Изобретение применимо к определению свойств как водных, так и неводных систем. Среди принципов, используемых в изобретении, имеются определение накипи, коррозии и биозагрязнения в водных системах, определение органических веществ, ухудшающих качество, и коррозии в углеводородных процессах и определение скорости расслоения как эмульсий воды в масле, так и масляных эмульсий, определение характеристик текучей среды, таких как вязкость, плотность, процентное содержание твердых веществ и т.п., количество осаждений, имеющихся в резервуаре или сосуде, и скорость, с которой образуются такие осаждения. Как указано, это только некоторые из применений изобретения в области очистки воды и обработки углеводородов.

Используемый термин "очистка воды" означает предотвращение образования неорганической накипи, коррозии и биозагрязнений на поверхностях, находящихся в контакте с подаваемой водой или технической водной системой. Изобретение, как упомянуто выше, особенно полезно для определения скорости биологического обрастания, имеющего место в водной системе. В термин "очистка воды" включено также отделение твердых частиц из текучих сред, или паров, или жидкостей, используя или химические, и/или физические средства, и используя отделение масла от воды, опять же используя или химические, и/или физические средства. Используемый термин "обработка углеводородов" означает транспортировку сырой нефти по трубопроводу, железной дороге, на барже или танкере и переработку этой сырой нефти в полезные продукты посредством различных средств, включая процессы обессоливания, дистилляции, крекинг и другие средства для получения пользующихся спросом продуктов, так же, как и дополнительную обработку таких углеводородных продуктов в химической промышленности, включая производство таких ценных веществ, как стирен, бутадиен, изопрен, винилхлорид, этилен, пропилен, акрилонитрил, акриловая кислота, алкилакрилаты, и продуктов полимеризации, образованных из таких веществ. На практике предмет изобретения может быть применен в любой ситуации, где требуется знать скорость, с которой образуются органические загрязнения, на поверхностях оборудования теплопередачи, трубопроводах, танках для хранения и т.п. Резонатор с колебаниями сдвига по толщине может быть установлен для осуществления способа согласно изобретению в любом месте в процессе, где можно ожидать органического загрязнения, неорганической накипи, коррозии и микробиологического обрастания, или где изменение в характеристиках текучей среды может указывать на проблемы обработки, которые могут быть скорректированы посредством добавления химических продуктов специального назначения. Подобным же образом предмет изобретения может быть использован для определения скорости, с которой может быть расслоена эмульсия, или состояния эмульсии в реальном времени так, чтобы позволить добавление соответствующего вещества для расслоения эмульсии (или, наоборот, эмульсификации требуемого продукта, эмульгатора). Так как использование настоящего изобретения допускает получение данных в реальном времени, то контроль за накипью, загрязнением, микробиологическим обрастанием и т.п. осуществляется быстро и правильно достижимым беспрецедентным способом. Заявителю не известен никакой другой способ, который может обеспечить одновременное мгновенное получение данных в реальном времени об отложении массы и свойствах текучей среды для управления подачей химических продуктов для обработки воды и/или химических продуктов для обработки углеводородов.

В одном своем наиболее широком смысле изобретение предоставляет способ определения состояния текучей среды, имеющего место на поверхности резервуара, содержащего такую текучую среду, и мгновенного или последовательного предпринятия шагов для коррекции такого состояния, причем указанный способ содержит следующие стадии:

А. помещают устройство резонатора с колебаниями сдвига по толщине в резервуар и приводят кварцевую поверхность резонатора с колебаниями сдвига по толщине в контакт с текучей средой,

В. непрерывно возбуждают устройство резонатора с колебаниями сдвига по толщине и измеряют сдвиг частоты и компонентов затухающего напряжения выходного сигнала устройства резонатора с колебаниями сдвига по толщине,

С. непрерывно определяют состояние поверхности устройства резонатора с колебаниями сдвига по толщине на основании сдвига частоты и компонентов затухающего напряжения, и затем

D. непрерывно корректируют состояние, определенное на поверхности устройства резонатора с колебаниями сдвига по толщине, посредством действий из группы, состоящей из:

i. активирование или деактивирование насоса подачи химических продуктов, подающего изменяющие состояние химические продукты в текучую среду,

ii. увеличение потока текучей среды из системы, или

iii. уменьшение потока текучей среды из системы.

Хотя сдвиг частоты и компоненты затухающего напряжения, которые являются выходными сигналами резонатора с колебаниями сдвига по толщине, могут быть использованы непосредственно, часто полезно преобразовать эти данные в массу и компонент вязкость-плотность. Как отмечено выше, устройство резонатора с колебаниями сдвига по толщине может быть помещено по соседству с поверхностью резервуара, содержащего текучую среду, или может быть опущено в резервуар в любом месте, где содержащаяся в резервуаре текучая среда находится в контакте с поверхностью кристалла кварца устройства резонатора с колебаниями сдвига по толщине. Применяемый резервуар может быть выбран из группы, состоящей из установок для обработки углеводородов, танков для хранения углеводородов, трубопроводов или транспортных резервуаров, таких как баржи, корабли и дрезины.

К тому же, хотя устройство резонатора с колебаниями сдвига по толщине согласно изобретению может быть размещено в системе постоянно, возможно также размещать такое устройство в системе временно для определения, должны ли быть добавлены химические продукты, корректирующие состояние текучей среды.

Хотя изобретение полезно для коррекции состояния на поверхности, находящейся в контакте с текучей средой, оно может быть также использовано для контроля состояния текучей среды как таковой или в жидком, или в газообразном состоянии, и для регуляции состояний текучей среды, таких как консистенция, вязкость и т.п. В одном из своих примеров в наиболее широком смысле изобретение включает в себя определение состояния текучей среды в процессе получения текучей среды, включая хранение или транспортировку указанной текучей среды, и одновременное предпринятие шагов для коррекции такого состояния, причем эти шаги включают в себя:

А. помещают в резервуар, содержащий указанную текучую среду, устройство резонатора с колебаниями сдвига по толщине, посредством чего кварцевая поверхность резонатора с колебаниями сдвига по толщине приводится в контакт с текучей средой,

В. непрерывно возбуждают устройство резонатора с колебаниями сдвига по толщине и измеряют сдвиг частоты и компоненты затухающего напряжения выходного сигнала устройства резонатора с колебаниями сдвига по толщине,

С. непрерывно определяют состояние поверхности устройства резонатора с колебаниями сдвига по толщине на основании сдвига частоты и компонентов затухающего напряжения, и затем

D. непрерывно корректируют состояние, определенное на поверхности устройства резонатора с колебаниями сдвига по толщине, посредством действий из группы, состоящей из:

i. активирование или деактивирование насоса подачи химических продуктов, подающего изменяющие состояние химические продукты в текучую среду,

ii. увеличение потока текучей среды из системы, или

iii. уменьшение потока текучей среды из системы.

Для применения изобретения другим образом изобретение в данном применении работает в системе очистки воды с использованием следующих стадий:

А. вводят в воду, предпочтительно на поверхность резервуара, содержащего такую воду, устройство резонатора с колебаниями сдвига по толщине, посредством чего кварцевая поверхность резонатора с колебаниями сдвига по толщине приводится в контакт с текучей средой,

В. непрерывно возбуждают устройство резонатора с колебаниями сдвига по толщине и измеряют массу и компонент вязкость-плотность выходного сигнала устройства резонатора с колебаниями сдвига по толщине,

С. непрерывно определяют состояние на поверхности устройства резонатора с колебаниями сдвига по толщине на основании массы и компонента вязкость-плотность, а затем

D. непрерывно корректируют состояние, определенное на поверхности устройства резонатора, с колебаниями сдвига по толщине посредством действий из группы, состоящей из:

i. активирование или деактивирование насоса подачи химических продуктов, подающего изменяющие состояние химические продукты в текучую среду,

ii. увеличение потока текучей среды из системы, или

iii. уменьшение потока текучей среды из системы.

В то время как в вышеприведенном описании термин "устройство резонатора с колебаниями сдвига по толщине" используется в единственном числе, часто требуется использовать более одного устройства резонатора с колебаниями сдвига по толщине в заданной системе. Как таковое, единственное число термина "резонатор с колебаниями сдвига по толщине" используется здесь для включения одного, двух или множества устройств резонатора с колебаниями сдвига по толщине. Это допускает дополнительное управление системой. Использование множества устройств резонатора с колебаниями сдвига по толщине особенно важно, когда устройства используются для определения осаждений в танкере, эффективности расслоения эмульсии, уровня пены в резервуаре, уровня каждой из двух или более различных фаз в резервуаре и т.п.

Применение данного изобретения позволяет определять в реальном времени параметры, которые влияют на водную систему. Используя этот способ, образование накипи, коррозия или биологическое загрязнение могут быть визуально определены в системе намного раньше, чем другие способы измерения могут предоставить такую же информацию. Из-за чувствительности резонаторов с колебаниями сдвига по толщине проблемы, имеющиеся в системе, определяются намного раньше, чем традиционными способами, и корректирующие действия посредством применения соответствующих ингибиторов образования накипи или коррозии или микробиоцидов могут быть начаты немедленно для управления проблемой. Посредством быстрого управления системой с помощью способов согласно изобретению можно достичь превосходного управления промышленными системами. Используя устройства резонаторов с колебаниями сдвига по толщине в рассматриваемом способе, может быть выполнено жесткое управление системами очистки воды. Резонатор с колебаниями сдвига по толщине также работает в реальном времени, что позволяет избежать проблем с взятием химических продуктов на анализ образца, которые являются композитными (интегрированными по времени) пробами. Этот тип управления не указывает состояний нарушения, когда они имеют место.

В неводной системе, например, установке для обработки углеводородов, изобретение может в реальном времени определить состояние загрязнения, коррозии и/или биологического обрастания, имеющихся на поверхности установки для обработки углеводородов, находящейся в контакте с углеводородной текучей средой (или жидкостью или газом), содержащейся в установке для обработки углеводородов, и шаги могут быть непрерывно предприняты для коррекции такого состояния. Эти шаги включают:

А. помещают устройство резонатора с колебаниями сдвига по толщине в текучую среду, содержащуюся в установке для обработки углеводородов, посредством чего кварцевая поверхность резонатора с колебаниями сдвига по толщине приводится в контакт с углеводородами,

В. непрерывно возбуждают устройство резонатора с колебаниями сдвига по толщине и измеряют массу и компонент вязкость-плотность,

С. непрерывно определяют состояние поверхности устройства резонатора с колебаниями сдвига по толщине на основании массы и компонента вязкость-плотность, и затем

D. непрерывно корректируют состояние, определенное на поверхности устройства резонатора с колебаниями сдвига по толщине, посредством активирования или деактивирования насоса, подающего изменяющие состояние химические продукты в установку для обработки углеводородов.

Снова, из-за чувствительности рассматриваемого способа, загрязнение и образование накипи могут быть определены на чрезвычайно низких уровнях, и корректирующие действия могут быть предприняты немедленно и, поэтому, до возникновения основных проблем. Как указано выше, хотя устройство резонатора с колебаниями сдвига по толщине предпочтительно размещают на поверхности установки для обработки углеводородов так, чтобы кристалл кварца резонатора с колебаниями сдвига по толщине находился в контакте с текучей средой, в наиболее широком смысле изобретения важно только, чтобы поверхность кристалла кварца устройства резонатора с колебаниями сдвига по толщине была в контакте с текучей средой, которую необходимо измерить. При использовании способа по настоящему изобретению следует ожидать, что основные проблемы, такие как осаждение асфальтенов на поверхность устройства теплопередачи на нефтеперерабатывающем заводе, могут быть замечены прежде, чем они станут серьезными или угрожающими жизни, такие как выходящая из-под контроля экзотермическая полимеризация в резервуаре хранения мономеров. Отметим, что приведены только примеры использования способа согласно изобретению, и специалисты для обработки углеводородов в производстве и очистке сырой нефти, очистке и получении нефтехимических продуктов легко увидят другие области, в которых может быть использовано настоящее изобретение. Оборудование для обработки углеводородов, в котором может быть применим способ по настоящему изобретению, включает любое оборудование, обрабатывающее сырую нефть, или дистиллят для получения топлив или нефтехимических продуктов. Оборудованием могут быть компрессор, ребойлер, теплообменник, колонна очистки, резервуар хранения или реактор. Подобным же образом изобретение применимо к почти любой установке для обработки углеводородов, включая установки для обработки алкенов и алкинов (т.е. этилена, пропилена, стирена, акрилонитрила, акриловой кислоты, алкилакрилатов, винилхлорида, бутадиена и изопрена), так же, как и установки по дальнейшей обработке, которые осуществляют дальнейшую обработку алкенов и алкинов. Химические добавки, которые могут быть контролируемыми, включают в себя ингибиторы образования накипи и ингибиторы коррозии, антизагрязнители, антипенообразователи, антиполимеризаторы и т.п. Должно быть понятно, что настоящее изобретение не ограничивается конкретным типом химической добавки к любому конкретному процессу.

Изобретение также может быть использовано для определения вязкости, плотности или состояния вязкость/температура углеводородной текучей среды, находящейся в резервуаре, и мгновенного предпринятия шагов по коррекции или модификации такого состояния. Предпринимаемые шаги включают:

А. помещают устройство резонатора с колебаниями сдвига по толщине в резервуар, содержащий такой углеводород, посредством чего кварцевая поверхность резонатора с колебаниями сдвига по толщине приводится в контакт с углеводородом,

В. непрерывно возбуждают устройство резонатора с колебаниями сдвига по толщине и измеряют массу и компонентов вязкость-плотность,

С. непрерывно определяют состояние углеводородной текучей среды на основании массы и компонентов вязкость-плотность, и затем

D. непрерывно корректируют состояние углеводородной текучей среды посредством активирования или деактивирования насоса подачи химических продуктов, подающего изменяющие состояние химические продукты в углеводородную текучую среду, находящуюся в указанном резервуаре.

Этот способ полезен, например, при обработке дизельных топлив или другого вида топлива, которое требует добавления депрессантной присадки для поддержания соответствующей текучести или другой такой добавки, например, улучшения индекса вязкости, или другой добавки, которая изменяет свойство углеводородной жидкости. Подобным же образом, как и в водной системе, изобретение может быть полезно для определения наличия и уровня ценообразования в процессе, и может быть полезно при введении антипенообразователей в обрабатывающую систему.

Изобретение может быть также полезно при использовании расслаивателей эмульсии (или, наоборот, эмульгаторов) в масляных эмульсиях или эмульсях воды в масле, таких как те, которые получаются при обработке кубовых остатков нефти, в обессоливателях на нефтеперерабатывающих заводах, при очистке сточных вод и т.п.

В этом способе обычно два или более устройств резонатора с колебаниями сдвига по толщине, согласно изобретению, помещают на различных уровнях в резервуаре, в котором находится эмульсия. Различающиеся характеристики текучих сред, обычно заключающих в себе две или более несмешивающиеся жидкости, могут быть получены, используя резонаторы с колебаниями сдвига по толщине и накопленные данные о состоянии эмульсии на любом конкретном уровне в таком сосуде или резервуаре. Из-за различающихся вязкости и плотности воды и масла и любого промежуточного неоднородного слоя может последовать расслоение эмульсии, и могут быть добавлены деэмульгаторы в результате определения массы, вязкости и плотности, сделанного с использованием резонаторов с колебаниями сдвига по толщине. Способ определения состояния смеси углеводородов/водной текучей среды и подача расслаивателя эмульсии для такой системы обычно содержит следующие стадии:

А. помещают в резервуар, хранящий или содержащий смесь углеводородов/водной текучей среды, устройство резонатора с колебаниями сдвига по толщине, посредством чего кварцевая поверхность резонатора с колебаниями сдвига по толщине приводится в контакт со смесью углеводородов/водной текучей среды,

В. непрерывно возбуждают устройство резонатора с колебаниями сдвига по толщине и измеряют массу и компоненты вязкость-плотность,

С. непрерывно определяют состояние смеси углеводородов/водной текучей среды на основании массы и компонентов вязкость-плотность, и затем

D. непрерывно корректируют состояние смеси углеводородов/водной текучей среды посредством активирования или деактивирования насоса подачи химических продуктов, подающего изменяющие состояние химические продукты в установку для обработки, содержащую смесь углеводородов/водной текучей среды.

Хотя данный вариант осуществления может быть на практике реализован с использованием только одного резонатора с колебаниями сдвига по толщине, расположенного в резервуаре на уровне, на котором требуется измерить, какая присутствует фаза, часто полезно применять два или более резонаторов с колебаниями сдвига по толщине, расположенных на различных уровнях резервуара или цистерны для определения состояния текучей среды на каждом из измеренных уровнях. В наиболее предпочтительном режиме практической реализации данного варианта осуществления изобретения используют, по меньшей мере, два устройства, одно из которых предпочтительно расположено на уровне определения присутствия водной фазы, и, по меньшей мере, одно из таких устройств расположено на уровне определения наличия углеводородной фазы. Дополнительное устройство может быть использовано на уровне, где имеет место неоднородность или поверхность раздела между двумя несмешивающимися текучими средами. Смесь углеводородов/водной текучей среды, подлежащая обработке, обычно содержится в резервуаре, выбранном из группы, состоящей из резервуаров деэмульсификации сырой нефти, нагревателей-очистителей сырой нефти, устройств обессоливания сырой нефти, колонн охлаждения этиленовых печей систем, генерирующих разжиженный пар, резервуаров для хранения углеводородов, резервуаров для транспортировки углеводородов, отстойников сточных вод, устройств очистки сточных вод, танков для осаждения, накопителей, и грязеотстойника текучей среды после обработки металла. Применение более одного резонатора с колебаниями сдвига по толщине предоставляет оператору процесса расслоения эмульсии мгновенную информацию о реальном времени о состоянии эмульсии и контроле за подачей в эмульсию корректирующего состояния деэмульсификатора или другого химического продукта. Используемый в указанном выше смысле термин "смесь" означает эмульсию воды в масле, масляной эмульсии, эмульсионные "неоднородные" слои, разделенные масляные слои и разделенные водные слои, а также дисперсии твердых частиц в жидкостях.

Хотя этот способ описан как пригодный при расслоении эмульсий, способ, конечно, может быть применен для получения эмульсий. Используя значения плотность-вязкость, полученные с помощью устройств резонаторов с колебаниями сдвига по толщине, образующий эмульсию агент может быть добавлен для получения эмульсии, имеющей требуемые характеристики.

Как можно видеть, каждый из описанных вариантов осуществления изобретения использует преимущество резонатора с колебаниями сдвига по толщине. При использовании резонатора с колебаниями сдвига по толщине для определения количества имеющейся накипи, ухудшающего качества вещества и/или коррозии, резонатор с колебаниями сдвига по толщине устанавливается так, чтобы подвергаемая воздействию сторона кварца находилась в непосредственном контакте с циркулирующей в системе текучей средой. При построении таких систем важно принять во внимание турбуленцию текучей среды, вызванную наличием резонатора с колебаниями сдвига по толщине. Соответственно, при измерении загрязнения, накипи, коррозии или даже вязкости или другой характеристики текучей среды, часто выгодно установить погруженный резонатор с колебаниями сдвига по толщине на поверхности резервуара или трубы, по которой протекает текучая среда. Когда погруженное размещение на практике не используется, или когда резонатор с колебаниями сдвига по толщине не может быть установлен погруженным на поверхности резервуара или трубы, через которую протекает жидкость, специалисты легко определят наилучшее положение резонатора с колебаниями сдвига по толщине. При всех вариантах установки является критичным, чтобы подвергаемая воздействию поверхность резонатора с колебаниями сдвига по толщине контактировала с измеряемой текучей средой или текучей средой, из которой осаждаются накипь или загрязнения.

В другом варианте осуществления изобретения может быть использован переносной резонатор с колебаниями сдвига по толщине. В своей простейшей форме переносное крепление может быть легко вставлено в текучую среду или в свободное пространство резервуара, бочки или открытого сосуда.

Поверхность кристалла кварца резонатора с колебаниями сдвига по толщине согласно изобретению может быть также малой, как это необходимо, или такой же большой, как это возможно реализовать. Кварцевые микровесы такого типа, который требуется для создания резонаторов с колебаниями сдвига по толщине, пригодных с точки зрения практической реализации настоящего изобретения, доступны различных размеров из множества коммерческих источников. Одним из признаков настоящего изобретения является то, что резонатор с колебаниями сдвига по толщине допускает быстрое и точное определение состояния и измерения параметра для управления состоянием. Изобретение применимо для широкого разброса давления и температур. При использовании в условиях высокого давления предпочтительно, чтобы обе стороны кристалла кварца были одинаково сжаты. Когда только одна сторона кристалла подвергается высокому давлению, могут иметь место искажения кристалла, вызывающие неточные результаты считывания. Аналогично, изобретение полезно для широкого диапазона температур, изменяющихся от по существу находящихся ниже точки замерзания до точки плавления электрических соединителей, используемых для приема сигналов от кристалла кварца. Как таковое, хотя устройство не является непосредственно пригодным в секции пиролиза, например, этиленовой печи, устройство пригодно для использования в точках выхода из печи.

Среди многих применений резонатора с колебаниями сдвига по толщине такое устройство применяют для управления добавлением химических веществ специального назначения, которые предназначены для улучшения или, с другой стороны, для смягчения состояния, например, включения или выключения насоса, содержащего микробиоцид, ингибитор коррозии, ингибитор накипи, ингибитор загрязнения и т.п. Хорошо известны способы построения схем, управляющих насосами, используя выходной сигнал устройства резонатора с колебаниями сдвига по толщине. Такие схемы используют сигнал после определения посредством калибрации уровня требуемого сигнала из устройства резонатора с колебаниями сдвига по толщине для приведения в действие такого перекачивающего средства. В дополнение к приведению в действие средства перекачивания сигнал может быть применен для открытия или закрытия продувочных клапанов в системе водяного охлаждения или бойлере, или для увеличения или уменьшения потока углеводородной текучей среды, проходящей через данную систему, уменьшения или увеличения времени нахождения эмульсии внутри сосуда, которое необходимо для расслоения такой эмульсии и т.п.

Во время работы резонаторов с колебаниями сдвига по толщине, пригодных для рассматриваемого изобретения, используется схема генератора для поддержания постоянного потенциала на пьезоэлектрическом кристалле (кристалла кварца) для получения стабильных колебаний. Выходной сигнал измеряют и обрабатывают в соответствии с общими принципами, разъясненными в вышеупомянутом патенте США 5201215.

Хотя текущий предпочтительный режим использования изобретения заключается в использовании вычисленной массы и результатов вязкость-плотность, полученных обработкой исходных данных, сгенерированных устройством Гранстаффа, выходные "исходные данные", сдвиг частоты и затухание напряжения, полученные с использованием схемы, описанной Гранстаффом и в патенте США 5416448, раскрытие которого включается в данное описание в качестве ссылки, являются также мерой изменений, имеющих место на поверхности датчика, и могут быть применены непосредственно без преобразования в значения физической характеристики. Этот способ может быть особенно полезен, когда трудно получить точные значения массы или свойств текучей среды. В таких применениях химическая добавка может быть управляема посредством эмпирического наблюдения частоты и/или выходного напряжения.

Эти исходные данные являются также, конечно, значениями измерения компонентов вязкость-плотность и массы текучей среды, находящейся в контакте, с пьезоэлектрическим устройством, и изобретение охватывает управление процессами с помощью специальных химических продуктов, используя или исходный сдвиг частоты и данные напряжения, или компоненты массы и вязкость-плотность, вычисленные из исходных данных.

Примеры

Акрилонитрил обычно восстанавливают из газообразного потока, вытекающего из каталитического реактора, посредством экстракции водой в колонне, известной как абсорбер. Цианистый водород и акрилонитрил селективно экстрагируют из вытекающего потока, и эту смесь отбирают сверху после испарения в колонне восстановления для подачи в колонну, где акрилонитрил отделяют в качестве чистого компонента за последовательность перегонок. Остаточные органические соединения в потоке из нижней части колонны рекуперации удаляются дистилляцией в отгоночной колонне, а большая часть оставшейся воды направляется обратно в абсорбер в таком циклическом процессе восстановления. Эффективная работа процесса восстановления ограничена наличием ухудшающих качеств веществ, имеющихся в процессе, особенно в оборудовании теплопередачи, таком как ребойлеры, теплообменники и дистилляционные колонны. Эта проблема может быть облегчена посредством добавления коммерчески доступных специальных химических антизагрязнителей. Добавление антизагрязняющего вещества к процессу с дозировкой 0.001-1000 частей на миллион может значительно замедлить скорость загрязнения процесса и затем увеличить время работы устройства, сокращая количество периодических очисток оборудования, и увеличить производительность устройства. Соотношения добавления антизагрязнителя к устройствам такого типа в настоящее время основаны на лабораторном тестировании или эмпирических данных о количестве дней, в течение которых устройство может быть оставлено в процессе с заданной дозировкой антизагрязнителя. В реальной практике время работы теплообменника является слишком короткой из-за наличия загрязнения, дозировка антизагрязнителя увеличивается до тех пор, пока не получают приемлемое время работы или не наблюдают никакого загрязнения. Этот процесс часто приводит к передозировке антизагрязнителя, так как дозировка антизагрязнителя максимизируется для наихудшего возможного состояния и не основано на реальных состояниях загрязнения в устройстве. Не существует способа in situ, оперативного, в реальном времени для определения оптимальной дозировки антизагрязнителя.

Для того чтобы управлять дозировкой антизагрязнителя, кварцевый датчик описанного типа устанавливают в критичном месте в процессе очистки акрилонитрила. Типичными местами, в которых могут быть установлены резонаторы с волнами сдвига по толщине, являются поток водного растворителя непосредственно перед теплообменником. Этот датчик устанавливают таким образом, чтобы он выступал в поток водного растворителя. Кристалл приводят в действие схемой возбуждения на внешней стенке трубопровода. Генератор и кристалл соединяют посредством герметичной РЧ-схемы, находящейся на внешней стороне трубопровода. Генератор выдает выходной сигнал заданной частоты и амплитуды. Изменения резонансной частоты указывают на изменения массы на поверхности кристалла и/или на изменения свойств текучей среды. Изменения амплитуды отражают ослабление кристалла. Измерения затухания кристалла являются особенно подходящим измерением, так как на затухание влияет вязкоупругая природа осаждения, а осаждения в акрилонитриловом процессе могут обладать высокой вязкоупругостью. Вязкоупругие осаждения в акрилонитриловом процессе препятствуют использованию других датчиков на основе кварцевых микровесов, которые не объясняют влияние вязкоупругих свойств. Затухание также важно для изменений свойств текучей среды, так как резонансная частота является чувствительной к каждым. Традиционные кварцевые резонаторные датчики не могли удовлетворять этому требованию, так как эти устройства чувствительны только к изменениям резонансной частоты. Используемый в изобретении датчик пригоден для управления процессом, так как связанная с ним схема генерирования является чувствительной к изменениям резонансной частоты и изменениям амплитуды (затухающее напряжение).

В датчике, размещенном в магистрали водного растворителя, выходной сигнал генератора измеряют измерителем частоты и вольтметром, причем каждый из них соединен с персональным компьютером. Другие выполняемые измерения включают время и температуру. Используя выходной сигнал генератора, компьютер используют для вычисления и построения графика скорости накопления массы на поверхности кристалла. Эту скорость затем определяют до введения антизагрязнителя в процесс, и скорость осаждения в неочищенном водном растворителе пропорциональна скорости загрязнения в теплообменнике. Эту скорость непрерывно контролируют с течением времени, когда антизагрязнитель вводят в систему. Дозировка антизагрязнителя затем должна регулироваться до тех пор, пока скорость не начнет меняться. Это очевидно из показаний на компьютере в виде изменения наклона линии, которая является результатом построения графика осажденной массы от времени. В итоге дозировкой антизагрязнителя медленно управляют до тех пор, пока наклон этой линии не достигнет нуля (не определяемое осаждение в течение заданного промежутка времени) для получения оптимизированной дозировки антизагрязнителя. Оптимизированную дозировку устанавливают с помощью измерения в реальном времени лучше, чем беспорядочные переменные, которые легко испытывают действие других переменных процесса. В любое время во время теста при увеличении осаждения скорость антизагрязнителя увеличивают для компенсирования более высокой скорости загрязнения.

В качестве альтернативы размещению резонатора с волнами сдвига по толщине в потоке водного растворителя может быть использован малый скользящий поток, взятый из процесса восстановления акрилонитрила. В некоторых случаях можно ожидать, что общее осаждение твердых частиц в общем объеме водного растворителя будет заливать (заваливать) резонаторы с волнами сдвига по толщине. Для ослабления больших скоростей потока и скоростей загрязнения малый поток водного растворителя отводят в проточную ячейку, содержащую резонатор с волнами сдвига по толщине. Осаждение твердых частиц из скользящего потока пропорционально осаждению из общего объема водного растворителя, при условии, что такие параметры процесса, как температура и давление, поддерживаются на постоянных уровнях. Для облегчения этих состояний проточная ячейка может быть нагрета с помощью средств, таких как нагревающие стержни, ленточный нагреватель, водяной пар или других обычных средств. Кроме того, может быть также полезным добавление регулятора обратного давления к трубопроводу скользящего потока для поддержания постоянного давления. В этом случае резонатор с волнами сдвига по толщине в проточной ячейке подсоединяют к схеме генератора с внешней стороны проточной ячейки и трубопровода скользящего потока. Выходной сигнал генератора используют, как указано выше, для вычисления скорости осаждения и оптимизации подачи антизагрязнителя.

Как очевидно для специалистов, микропроцессор может заменить компоненты, подобные вольтметру и измерителю частоты. Микропроцессор может сделать устройства более пригодными для работы с ними и позволит использовать данные регистрирующих устройств и настольных компьютеров. Выходной сигнал микропроцессора в этом случае согласуют с настольными компьютерами и регистраторами данных. В другом возможном варианте компьютер используют для автоматического управления ходом поршня насоса, добавляющего антизагрязнитель в акрилонитриловый процесс. Компьютер программируют для регулировки длиной хода поршня в некоторой степени при пропорциональном изменении скорости осаждения твердых частиц на поверхность кристалла. Когда скорость загрязнения падает до нуля, компьютер должен принудить насос сохранять постоянную длину хода поршня или уменьшить длину хода на несколько процентов. Таким образом, дозировка химического антизагрязнителя автоматически оптимизируется.

Резонатор с колебаниями сдвига по толщине может быть также полезен для контроля за добавлением антизагрязнителей к другим операциям обработки углеводородов. В качестве следующего примера этот гипотетический пример раскрывает применение резонатора с колебаниями сдвига по толщине для управления добавления антизагрязнителя к системе промывки каустиком этиленовой установки.

В этиленовой установке так называемые кислые газы, подобные диоксиду углерода и сероводороду, удаляют из углеводородной смеси с помощью промывки разообразных углеводородов раствором каустика. Это обычно выполняют в процессе в устройстве, называемом каустической колонной. Каустическая колонна подвержена загрязнению из-за полимеризации с катализатором-основанием химически активных альдегидов, подобных ацетальдегиду. Загрязнение в каустической колонне и связанном оборудовании может быть контролируемым с помощью применения коммерчески доступных антизагрязнителей. В большинстве случаев не существует обычного способа определения оптимальной дозировки антизагрязнителя, требуемого для уменьшения загрязнения до приемлемого уровня или для устранения загрязнения. В некоторых случаях, которые не могут быть удовлетворительными, были сделаны попытки установить дозировку антизагрязнителя на основании количества ацетальдегида, который подают в каустическую колонну. В одной возможной конфигурации резонатор с колебаниями сдвига по толщине может быть установлен в текучие среды нижней части колонны. Определение твердых частиц в остатках со дна колонны указывает количество загрязняющих веществ, образованных во время промывки углеводородного газа. Реакция датчиков может быть использована для установки оптимальной дозировки антизагрязнителя каустической колонны, требуемого для устранения загрязнения в каустической колонне. Определение малого количества твердых частиц или их отсутствия в остатках со дна колонны определяют оптимальную дозировку антизагрязнителя.

Гипотетические примеры, приведенные ниже, описывают использование резонатора с колебаниями сдвига по толщине для контроля загрязнения при обработке потоков светлых нефтепродуктов.

Во время восстановления светлых нефтепродуктов в этиленовых установках, бутадиеновых установках, изопреновых установках и т.п., колонны дистилляции и связанное оборудование, такое как теплообменники и ребойлеры, загрязняются термической и/или окислительной полимеризацией химически активных олефинов, подобных бутадиену. Размещая устройства резонаторов с колебаниями сдвига по толщине, пригодных для настоящего изобретения, в паровое пространство, ниже выбранных тарелок, колонны, могут быть использованы пробы для определения образования загрязнения в паровой фазе. Обычно это определение является очень трудной проблемой до тех пор, пока полимерные загрязнители, часто называемые "зернообразными полимерами", не разрушают оборудование в колонне. "Зернообразные" полимеры вырастают из паровой фазы на металлической поверхности в колонне.

Резонаторы с колебаниями сдвига по толщине могут быть размещены в паровом пространстве колонн, таких как первичные фракционирующие колонны, депропанизаторы, дебутинизаторы и колонны очистки бутадиена. Резонаторы с колебаниями сдвига по толщине чувствительны к образованию вязкоупругого полимера в паровой фазе, который осаждается на резонаторы. Осаждение тонкой вязкоупругой пленки определяют с использованием схемы генератора, описанной выше. Если обнаружено образование загрязнения на кристалле, то дозировка антизагрязнителя паровой фазы может быть соответственно отрегулирована. Таким образом, может быть определено точное количество антизагрязнителя, требуемое для контроля за паровой фазой.

Колонны восстановления углеводородов также загрязняются в жидкой и газообразной фазах. Размещение резонатора с колебаниями сдвига по толщине, описанными выше, в жидких остатках со дна колонны может помочь обнаружению твердых частиц, которые осаждаются в остатки со дна колонны и связанные с ними ребойлеры. Эти датчики могут быть использованы для управления количеством антизагрязнителя, который добавляют в остатки со дна колонны и ребойлеры. Эти добавки обычно отличаются от тех, которые добавляют для контроля загрязнениями паровой фазы, хотя загрязнители обычно являются аналогичным вязкоупругим полимером, который нерастворим в жидком углеводороде.

Иногда загрязнитель поступает в колонну из другого источника. Рассмотрим добавление пиролизного бензина в первичную фракционирующую колонну. В некоторых случаях отработанный каустик промывают пиролизным бензином для удаления бензола из отработанного каустика перед ликвидацией отработанного каустика. После того как пиролизный бензин отделяют от каустика, пиролизный бензин иногда используют в качестве флегмы первичной фракционирующей колонны. Во время промывки отработанного каустика образуется альдольный полимер посредством полимеризации фенилацетальдегида с каустическим катализатором и других химически активных карбонильных частиц в пиролизном бензине. Любая растворимая смола, образованная в этом процессе, поступает в первичную фракционирующую колонну, где некоторая часть смолы осаждается на оборудование внутри первичной фракционирующей колонны. Накопление смолы в первичной фракционирующей колонне приводит к загрязнению колонны. Обнаружено, что пиролизный бензин из отгоночных секций бензола содержит до 1 грамма смолы на 100 мл бензина. Коммерчески доступные дисперсанты могут быть добавлены к бензину для облегчения контроля за осаждением смолы в первичной фракционирующей колонне. Размещение устройства резонатора с колебаниями сдвига по толщине согласно изобретению в трубопроводах процесса, возвращающих флегму в колонну, может быть использовано в качестве индикатора количества смолы в пиролизно-бензиновой флегме. Отклики от датчика могут быть использованы для определения соответствующей дозировки антизагрязнителя, требуемой для сохранения смолы в диспергированном состоянии в колонне. Датчики не только могут реагировать на осаждение смолы на поверхность кристалла, но они также откликаются на изменения вязкости пиролизного бензина из-за более высоких или более низких концентраций растворимой смолы в жидкости.

Как указано выше, резонатор с колебаниями сдвига по толщине может быть использован для управления ростом биопленки или "мягких" осаждений, которые не могут быть измерены с использованием ранее известных устройств на основе кварцевых микровесов. Применения для водных систем, которые могут быть контролируемыми с использованием резонатора с колебаниями сдвига по толщине, включают в себя процессы производства пульпы и бумаги, в которых микробиологическое обрастание представляет проблему, системы водяного охлаждения, в которых рост бактерий и водорослей может представлять значительные проблемы, и некоторых систем очистки стоков. Изобретение может также предоставлять усовершенствованный способ для расслоения нефтезаводской водно-масляной эмульсии, отделения масляной фазы от водной фазы и для других систем, в которых различные плотности жидкостей могут быть обнаружены с помощью устройств резонаторов с колебаниями сдвига по толщине. Так как устройство резонатора с колебаниями сдвига по толщине может одновременно измерять осаждение массы и изменения свойств жидкости, таких как плотность и вязкость, в отличие от ранее известных схем устройств, взятие образцов из бокового погона с использованием устройств с колебаниями сдвига по толщине может быть использовано для контроля в реальном времени за микробиологическим обрастанием. Выходной сигнал резонатора с колебаниями сдвига по толщине непосредственно связан с ростом биопленки и может быть использован для управления насосом подачи химических продуктов. Могут быть разработаны соответствующие управляющие алгоритмы, которые могут гарантировать, что скорость роста пленки останется в приемлемых пределах. Без использования устройств резонатора с колебаниями сдвига по толщине доступен только способ прямого измерения с помощью взятия пробы на анализ. Взятие пробы на анализ, однако, требует получения составной пробы за промежуток времени и не сообщает о нарушениях системы, когда они имеют место. Управление в реальном времени, возможное с использованием резонаторов с колебаниями сдвига по толщине, даст возможность быстро управлять этими нарушениями посредством изменения дозировки химических продуктов специального назначения.

Таким же образом, в колонне охлаждения существует одновременное осаждение минеральной накипи и микробиологическое обрастание. Способность измерять и различать эти два режима загрязнения даст возможность оптимизировать программу очистки колонны охлаждения. Описанные резонаторы с колебаниями сдвига по толщине и те, которые описаны в патенте США 5201215, раскрывают прибор, который одновременно измеряет накопление массы и изменение произведения вязкость-плотность. Различие этих двух свойств позволит оптимизировать правильную дозировку как химических соединений для обработки от накипи, так и для обработки биоцидами.

Возможность оперативного измерения вязкости образца дает возможность управления в реальном времени за добавлением модификаторов вязкости для суспензий. Модификаторы вязкости добавляют к суспензиям, используемым при обработке драгоценных металлов, для уменьшения потребления энергии насосным оборудованием. Способ по настоящему изобретению дает возможность оперативного управления добавлением этих химических продуктов очистки, используя способы взятия проб контроля, описанные выше.

В качестве примера резонатор с колебаниями сдвига по толщине устанавливают на стенке машины для производства бумаги в контакте с используемой бумажной композицией. Резонатор с колебаниями сдвига по толщине тарируют в соответствии с реакцией на увеличение массы биопленки, имеющейся на поверхности кварцевого кристалла. При осаждении биопленки на поверхность кристалла кварца резонатор с колебаниями сдвига по толщине посылает сигнал, указывающий на рост пленки. Этот сигнал усиливают, и начинают подачу микробиоцидного продукта, растворимого в воде. Подачу биоцида продолжают до тех пор, пока масса осаждения увеличивается, и останавливают, когда масса осаждения или уменьшается или остается постоянной. Аналогичным образом вязкоупругие свойства биопленки также могут быть использованы для управления обрастанием биопленкой. Используя любой способ, машину для производства бумаги сохраняют по существу свободной от биологического обрастания. Из-за чувствительности резонатора с колебаниями сдвига по толщине микробиоцид добавляют со скоростью, требуемой для уменьшения биологического обрастания и снижения перерасхода химических продуктов. Это приводит к пониженному потреблению химических продуктов.

Резонатор с колебаниями сдвига по толщине устанавливают на внутренней увлажненной стенке промышленной колонны охлаждения. Резонатор с колебаниями сдвига по толщине тарируют для указания осаждения массы на его поверхности, а сигнал усиливают и подают на насос, предназначенный для подачи коммерчески доступного промышленного микробиоцида. Насос подает вещество биоцида в колонну охлаждения. Как только замечено микробиологическое обрастание, что видно по изменению массы или вязкоупругих свойств пробы, резонатор с колебаниями сдвига по толщине будет посылать сигнал, указывающий на обрастание, включая насос и инициализируя подачу биоцида. Когда будет замечено отсутствие дальнейшего обрастания или уменьшение обрастания, подачу биоцида прекращают. Используя эту систему, получают более чистую колонну охлаждения, и потребляют и выгружают меньшее количество биоцида с течением времени.

Представленные примеры не предназначены для охвата всех разнообразных применений, в которых могут быть использованы датчики, согласно изобретению. Специалисты легко определяют, что дополнительно к определению скорости ухудшения качества углеводородных систем и контроля за таким ухудшением качества датчики могут быть также использованы для таких разнообразных применений, как определение скорости, с которой расслаивается эмульсия в обессоливателе, и достижение оперативного управления подачей расслаивателя эмульсии, скорости, с которой должен быть добавлен микробиоцид к конечным продуктам, и скорости, с которой химические продукты для обработки должны быть поданы в поток углеводородов для поддержания ее текучести и предотвращения ухудшения качества.