水中溶解氧在線測量裝置設(shè)計

張峰　杜航　姚倩嵐　范丹丹

摘要：溶解在水中的氧稱為溶解氧。油田注水中的溶解氧會影響管道的腐蝕穿孔，準(zhǔn)確的測量水中溶解氧含量對研究管道腐蝕穿孔現(xiàn)象、管網(wǎng)維護(hù)以及評價除氧劑的效果等都具有重要作用。本文提出了一種新的在線溶解氧測量方法，該方法基于電導(dǎo)測量法，使用精密水泵從管道中取出少量水進(jìn)入電導(dǎo)測量池，采用金屬鉈作為間接測量的耗材。新方法可完成對管道中水體的溶解氧含量的在線檢測，同時又不污染管道中的水體，且金屬鉈的消耗少。整個測量過程全自動實現(xiàn)，無需人工干預(yù)。測量結(jié)果用液晶顯示，簡潔大方。

關(guān)鍵詞：溶解氧；在線測量；電導(dǎo)法；鉈

中圖分類號：TE937 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1009-3044（2017）08-0247-02

1背景技術(shù)

溶解在水中的分子態(tài)氧稱為溶解氧。目前一般認(rèn)為，高含氧環(huán)境導(dǎo)致腐蝕穿孔頻率數(shù)倍增長。以塔河油田為例，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中注水水質(zhì)溶解氧含量要求小于0.05mg/L，但塔河油田部分拉水站點(diǎn)水質(zhì)含氧量達(dá)0.2～0.3mg/L，經(jīng)罐車?yán)\(yùn)至井口含氧量高達(dá)0.40～0.65mg/L。目前，水中溶解氧測量有碘量法、熒光猝滅法、薄膜氧電極法（電流法）、電導(dǎo)測定法等。碘量法為國標(biāo)方法，準(zhǔn)確度較高，但費(fèi)時、費(fèi)力、消耗試劑多，無法滿足現(xiàn)場連續(xù)測量的要求。熒光猝滅法準(zhǔn)確度高，測量結(jié)果穩(wěn)定，但一次性投入成本高，探頭及熒光組件每年需更換，費(fèi)用較大。薄膜氧電極法測量準(zhǔn)確度高，但測量消耗氧，受擴(kuò)散因素限制，操作、維護(hù)麻煩，并且探頭、電解液等耗材成本高。電導(dǎo)測定法靈敏度高，受溫度影響不大，電極成本低，維護(hù)簡單，但污染水體。目前，缺少一種測量準(zhǔn)確、成本低、操作維護(hù)簡單的水中溶解氧含量在線測量方法及裝置。

本文以電導(dǎo)測量法為基礎(chǔ)，結(jié)合新設(shè)計的自動取樣裝置，設(shè)計了一種以金屬鉈為測量耗材的在線測量方法，新方法使用高精度的數(shù)據(jù)采集芯片，結(jié)合液晶顯示，準(zhǔn)確度高、成本低、維護(hù)簡單。

2新方法的測量原理

用導(dǎo)電的金屬鉈與水中溶解氧反應(yīng)生成能導(dǎo)電的鉈離子，其反應(yīng)方程式為：

通過測定水樣中電導(dǎo)率的增量，求得溶解氧的濃度。金屬鉈與水中溶解氧發(fā)生反應(yīng)的實驗表明，每增加0.035S/cm的電導(dǎo)率相當(dāng)于水中1mg/L的溶解氧。為了實現(xiàn)在線測量，同時保證不污染管道中的水體，使用精密水泵從管道中采集水樣至電導(dǎo)率測量池進(jìn)行測量?？刂茰y量池中的水位，在水與金屬鉈反應(yīng)前、后分別測量電導(dǎo)率，然后用兩次電導(dǎo)率差值除以0.035S/cm，即可獲得水中溶解氧含量（單位：mg/L）。完成測量后將測量池中的水排至廢液回收池中，這樣可保證不污染注水管道中的水體。測量原理如圖1所示。

3電路設(shè)計

本發(fā)明的整體示意圖如圖1所示，主要包括自動連續(xù)取樣采集裝置、電導(dǎo)率電極和電路板卡。圖2為根據(jù)圖1構(gòu)建的系統(tǒng)原型設(shè)計。

4測量流程

溶解氧在線測量裝置的詳細(xì)測量流程如下：

第一步（反應(yīng)前測量）：關(guān)閉排液管，打開進(jìn)液管，使電導(dǎo)檢測池水位達(dá)到圖1中的水位1，關(guān)閉進(jìn)液管；測量水體電導(dǎo)率值。水位可通過調(diào)整進(jìn)液管打開時間來控制。

第二步（反應(yīng)后測量）：打開進(jìn)液管，使電導(dǎo)檢測池水位達(dá)到圖1中的水位2，使水漫過金屬鉈，然后關(guān)閉進(jìn)液管。測量水樣電導(dǎo)率值，獲得兩次測量的電導(dǎo)率差值，除以0.035S/cm即可獲得水中溶解氧含量（單位：mg/L）。

第三步（排空電導(dǎo)池）：測量完成后，打開排液管。

第四步（清洗電導(dǎo)池）：關(guān)閉排液管，打開進(jìn)液管，使電導(dǎo)檢測池水位達(dá)到圖1中的水位1；關(guān)閉進(jìn)液管，打開排液管；此過程可根據(jù)實際情況，重復(fù)1-3次，完成電導(dǎo)池的清洗工作。

一次在線測量完成后，返回第一步開始第二次在線測量。

5測量結(jié)果

采用圖2所示的測量裝置，對不同的水樣進(jìn)行了溶解氧測量。同時，采用DOG6810溶氧測量儀進(jìn)行測量結(jié)果比對。具體測量結(jié)果如表1所示（單位：mg/L），結(jié)果表明，本裝置的測量結(jié)果與DOG6810的測量結(jié)果基本一致。

6結(jié)論

本文采用電導(dǎo)率法對水中溶解氧含量進(jìn)行測量，采用泵從管道中取出水樣進(jìn)入電導(dǎo)池進(jìn)行測量，測量電極采用電導(dǎo)率電極。新方法可完成溶解氧在線測量，精度高、成本低且維護(hù)簡單，適用于油田注水管網(wǎng)實時監(jiān)測。