加压气体管道中的拉曼光谱

石化行业面临的主要挑战之一是如何识别加压天然气管道中是否存在有害液体，因为这些液体的存在引发了安全问题。液体样品分析只能通过远程和非侵入式方法进行。确定污染物使液体源得以识别是解决这一问题的关键步骤之一。

需要从超过2M的距离大约1mm的液体样品进行精确测量液体样品，并否定周围气体对识别方法的影响限制了某种形式的激光诱导光谱的测定技术。

IS-Instruments，与GL Group，National Grid UK和IMA Ltd.一起创建了一类新的拉曼光谱仪确定气体管道中这些不需要的液体的痕量水平。在GL气体流回路中进行拉曼测量，该设施呈现天然气国家传输系统。

在这项工作中，我们进行了实验室实验，测量了距离为2米的4种不同的液体，然后进行了现场实验，测量了现场加压气体流动回路中的液体。本文讨论了IS-Instruments高通量光谱仪在成功完成这些测量中的应用。

IS-Instruments高通量拉曼光谱仪

由于拉曼光谱非常微弱，在几米的距离进行拉曼测量是一项困难的任务。信号强度最终是激光功率望远镜领域产品的功能:

图片来源:IS-Instruments

在哪里，L._ph值是每秒发射的激光光子数，

A为接收孔径面积，

α为拉曼散射截面，

n是截取的分子数量，

O_E是仪表光传输，

QE是探测器量子效率，

T是整合的时间，

T为通过大气的传输量，R为到目标源的距离。

在管道内进行测量时，需要使用热龙头和插入光学窗口。一个3”NB热丝锥被考虑为测试设置，呈现一个小于75mm的工作孔径。

由于该应用需要具有<5cm的分辨率的光谱测量值^－1在美国，大多数商业上可用的光谱仪不适合这种应用，因为它们不充分的可接受度，或吞吐量，特性，这将导致更多的光损耗和较差的信噪比测量。

基于其基于HES光谱仪的范围，是与IMA LTD的合作的仪器，该仪器建立了一种高性能的光谱仪，可用于气体管道。这种具有挑战性的应用利用光谱仪提供的高精度，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所示。用于测试管道的光谱仪原型。

图片来源:IS-Instruments

IS-Instruments高通量拉曼光谱仪规格

is-仪器的规格高吞吐量拉曼光谱仪列于下表中：

表1。仪器规格。

参数	规格
工作波长	785nm.
激光功率	500兆瓦
激光分歧	4 mrad
决议	4厘米－1
范围	150 - 2700厘米－1
探测器QE.	70％（785nm）
黑暗的噪音	0.004 e / s
接收孔径	70mm（直径）

实验步骤及结果

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。在现场试验中，一个气体流动环路测试设备安装了一个经过改进的阀芯，允许在一段管道中注入适当的液体。

填充有天然气的气体流环的近似长度为30米。将液体进料到阀芯件中并在进行测量之前沉降。二甲苯是分析的第一液体。图2中示出了20mm二甲苯的返回测量，显示出0-2500cm的光谱^－1．

图2。二甲苯光谱:黑线代表20mm的二甲苯。

图片来源:IS-Instruments

图2显示了多个强峰值。如图3所示为2mm液位对应的拉曼光谱，如图2所示也有多个峰。这说明了整个系统在低液位的情况下仍具有卓越的灵敏度。在大约1400厘米处观察到的宽的特征^－1由于管道底部存在残留压缩机油，返回广泛的荧光签名。图3中还描绘了完全清洁管的光谱以完成完整性。

图3。二甲苯拉曼光谱，红线表示<2mm的二甲苯;蓝线表示没有液体。

图片来源:IS-Instruments

图4显示了估计深度略大于10mm的甲醇的拉曼光谱，返回一个清晰的拉曼光谱。结果与实验室测量结果吻合较好。

图4。甲醇光谱:黑线代表10mm甲醇，蓝线为背景水平。

图片来源:IS-Instruments

图5所示为MEG观察到的拉曼光谱，在整个分析范围内显示出四个强峰和一条较弱的带链。

图5。<20mm的乙二醇（MEG）;三乙二醇（TEG）。

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TEG是最终的化学分析，估计水平<10mm，得到的光谱如图6所示。虽然MEG和TEG光谱在外观上有相似之处，但可以明显观察到差异，特别是在800cm左右的峰的结构上^－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。

图片来源:IS-Instruments

结论

结果清楚地展示了IS-Instruments高通量拉曼光谱仪测量加压管道中的液体样品的能力。系统全部设置为在工作管道上的扩展现场试验中部署。

此信息已采购，审核和改编自用于仪器提供的材料。欧洲杯足球竞彩

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