水中溶解氧在线测量装置设计

张峰　杜航　姚倩岚　范丹丹

摘要：溶解在水中的氧称为溶解氧。油田注水中的溶解氧会影响管道的腐蚀穿孔，准确的测量水中溶解氧含量对研究管道腐蚀穿孔现象、管网维护以及评价除氧剂的效果等都具有重要作用。本文提出了一种新的在线溶解氧测量方法，该方法基于电导测量法，使用精密水泵从管道中取出少量水进入电导测量池，采用金属铊作为间接测量的耗材。新方法可完成对管道中水体的溶解氧含量的在线检测，同时又不污染管道中的水体，且金属铊的消耗少。整个测量过程全自动实现，无需人工干预。测量结果用液晶显示，简洁大方。

关键词：溶解氧；在线测量；电导法；铊

中图分类号：TE937 文献标志码：A 文章编号：1009-3044（2017）08-0247-02

1背景技术

溶解在水中的分子态氧称为溶解氧。目前一般认为，高含氧环境导致腐蚀穿孔频率数倍增长。以塔河油田为例，行业标准中注水水质溶解氧含量要求小于0.05mg/L，但塔河油田部分拉水站点水质含氧量达0.2～0.3mg/L，经罐车拉运至井口含氧量高达0.40～0.65mg/L。目前，水中溶解氧测量有碘量法、荧光猝灭法、薄膜氧电极法（电流法）、电导测定法等。碘量法为国标方法，准确度较高，但费时、费力、消耗试剂多，无法满足现场连续测量的要求。荧光猝灭法准确度高，测量结果稳定，但一次性投入成本高，探头及荧光组件每年需更换，费用较大。薄膜氧电极法测量准确度高，但测量消耗氧，受扩散因素限制，操作、维护麻烦，并且探头、电解液等耗材成本高。电导测定法灵敏度高，受温度影响不大，电极成本低，维护简单，但污染水体。目前，缺少一种测量准确、成本低、操作维护简单的水中溶解氧含量在线测量方法及装置。

本文以电导测量法为基础，结合新设计的自动取样装置，设计了一种以金属铊为测量耗材的在线测量方法，新方法使用高精度的数据采集芯片，结合液晶显示，准确度高、成本低、维护简单。

2新方法的测量原理

用导电的金属铊与水中溶解氧反应生成能导电的铊离子，其反应方程式为：

通过测定水样中电导率的增量，求得溶解氧的浓度。金属铊与水中溶解氧发生反应的实验表明，每增加0.035S/cm的电导率相当于水中1mg/L的溶解氧。为了实现在线测量，同时保证不污染管道中的水体，使用精密水泵从管道中采集水样至电导率测量池进行测量。控制测量池中的水位，在水与金属铊反应前、后分别测量电导率，然后用两次电导率差值除以0.035S/cm，即可获得水中溶解氧含量（单位：mg/L）。完成测量后将测量池中的水排至废液回收池中，这样可保证不污染注水管道中的水体。测量原理如图1所示。

3电路设计

本发明的整体示意图如图1所示，主要包括自动连续取样采集装置、电导率电极和电路板卡。图2为根据图1构建的系统原型设计。

4测量流程

溶解氧在线测量装置的详细测量流程如下：

第一步（反应前测量）：关闭排液管，打开进液管，使电导检测池水位达到图1中的水位1，關闭进液管；测量水体电导率值。水位可通过调整进液管打开时间来控制。

第二步（反应后测量）：打开进液管，使电导检测池水位达到图1中的水位2，使水漫过金属铊，然后关闭进液管。测量水样电导率值，获得两次测量的电导率差值，除以0.035S/cm即可获得水中溶解氧含量（单位：mg/L）。

第三步（排空电导池）：测量完成后，打开排液管。

第四步（清洗电导池）：关闭排液管，打开进液管，使电导检测池水位达到图1中的水位1；关闭进液管，打开排液管；此过程可根据实际情况，重复1-3次，完成电导池的清洗工作。

一次在线测量完成后，返回第一步开始第二次在线测量。

5测量结果

采用图2所示的测量装置，对不同的水样进行了溶解氧测量。同时，采用DOG6810溶氧测量仪进行测量结果比对。具体测量结果如表1所示（单位：mg/L），结果表明，本装置的测量结果与DOG6810的测量结果基本一致。

6结论

本文采用电导率法对水中溶解氧含量进行测量，采用泵从管道中取出水样进入电导池进行测量，测量电极采用电导率电极。新方法可完成溶解氧在线测量，精度高、成本低且维护简单，适用于油田注水管网实时监测。