加压气体管道中的拉曼光谱

在加压气体管道内识别不需要的液体的存在是石油化工行业面临的关键挑战之一，因为它们的存在提高了安全问题。液体样品分析只能远程和通过非侵入性方法进行。确定污染物让待定的液体源是解决这个问题的关键步骤之一。

由于需要从超过2米的距离对大约1毫米深度的液体样品进行精确测量，并消除周围气体对识别方法的影响，使测定技术局限于某种形式的激光诱导光谱。

IS-Instruments与GL集团、英国国家电网和IMA有限公司共同创建了一种新型的拉曼光谱仪以确定这些有害液体在天然气管道中的微量水平。拉曼测量是在GL气体流动环路中进行的，该环路是一个模拟天然气国家传输系统的设备。

在这项工作中，进行了实验室路径以测量来自2M的距离的四个不同的液体，然后进行场径以测量该领域的加压气体流回路中的液体。本文在成功完成这些测量时讨论了IS-Instruments高通量谱仪。

IS-Instruments高通量拉曼光谱仪

这是一项艰巨的任务，使拉曼测量从几米距离，因为拉曼光谱非常弱。信号强度最终是激光动力望远镜面积产品的功能：

图像信用：是仪器

在那里,我_ph是每秒发射的激光光子数，

A是接收孔径区域，

α是拉曼散射截面，

N是被拦截的分子数，

O._E.是仪器的光传输，

QE是探测器的量子效率，

T是积分时间，

T是通过大气的传输，R是与目标源的距离。

需要使用热龙头和光学窗口的插入来在管道内执行测量。考虑3“NB热龙头用于测试设置，呈现<75mm的工作孔径。

由于该应用要求光谱测量的分辨率小于5cm^-1，由于它们不充分的光损，特性，大多数商业上可获得的光谱仪不适合这种应用，或者将导致更轻微的损失和差的SNR测量。

基于HES光谱仪的范围，IS-Instruments与IMA有限公司合作，建立了一种用于天然气管道的高性能光谱仪。这一具有挑战性的应用利用光谱仪提供的高电子率，从而使拉曼测量成为可能。

该光谱仪配备了一个冷却的低噪声探测器，以确定从大约2.5米的距离液体的拉曼信号。完整的仪器是在ATEX认可的耐候性外壳内开发的，用于现场应用，如图1所示。系统连接到直径为1mm、无任何缝隙的0.22 Na光纤。

图1。测试管道上使用的原型光谱仪。

图像信用：是仪器

IS-Instruments高通量拉曼光谱仪规格

IS- Instruments高通量拉曼光谱仪的规格如下表:

表格1。仪表规格。

范围	规范
操作波长	785海里
激光功率	500MW
激光发散	4mrad.
解决	4cm.-1
范围	150-2700cm.-1
检测器定量宽松政策	70%(785海里)
黑暗的噪音	0.004E / S.
接收光圈	70毫米(直径)

实验程序和结果

使用该仪器测量二甲苯，甲醇，乙二醇（MEG）和三乙二醇（TEG）的液体样品。对于现场试验，气流回路测试设施配有改进的阀芯件，以允许用适当的液体填充管道的一部分。

充入天然气的气流回路长度约为30m。在进行测量之前，将液体注入阀芯并使其沉淀。二甲苯是第一个被分析的液体。从20mm二甲苯返回的测量如图2所示，显示了从0-2500cm的光谱^-1．

图2。二甲苯光谱：黑线代表20mm二甲苯。

图像信用：是仪器

图2显示了多个强峰。图3中描绘了来自2mm液位的相应拉曼光谱，图3中描绘了如图2中所观察到的多个峰值。这表示液位低的完整系统的优异灵敏度。广泛的特征在约1400厘米左右观察到^-1是由于在管道底部存在残余压缩机油，它返回一个广泛的荧光信号。为了完整性，图3中还描述了一个完全干净的管道的频谱。

图3。二甲苯拉曼光谱，红线代表2mm二甲苯;蓝线表示没有液体存在。

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图4中示出了对甲醇观察到估计略微超过10mm的甲醇的拉曼光谱，返回清晰的拉曼光谱。结果与实验室测量有关。

图4。甲醇光谱：黑线代表10mm的甲醇，蓝线是背景水平。

图像信用：是仪器

观察到MEG的拉曼光谱如图5所示，在分析整个范围内显示具有较弱条带的四个强峰。

图5。<20mm的乙二醇(MEG);三甘醇(羊毛)。

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TEG是对估计的<10mm水平分析的最终化学品，并且在图6中证明了所得光谱。虽然在MEG和TEG光谱的外观中存在相似性，但可以清楚地观察到差异，特别是在结构的结构中山顶约为800cm^-1．TEG频谱的噪声较高，这是由于管道中液体含量较低造成的回波信号较弱。

图6。三乙二醇(TEG)的拉曼光谱。

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结论

结果清楚地证明了IS-Instruments高通量拉曼光谱仪在高压管道中测量液体样品的能力。目前，该系统已经完成了在工作管道上的扩展现场试验。

这些信息已经从IS-Instruments提供的材料中获得、审查和改编。亚博网站下载

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