1.7. ТЕМПЕРАТУРЫ ЗАСТЫВАНИЯ, ПОМУТНЕНИЯ И НАЧАЛА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ

Использование любых материалов сайта разрешено только с письменного согласия владельцев ресурса logmag.info ©

Температуры застывания, помутнения и начала кристаллизации нефтепродуктов

Нефти, нефтяные фракции и товарные нефтепродукты в случае охлаждения могут переходить из одного агрегатного состояния в другое. При понижении температуры их отдельные компоненты (углеводороды) или примеси (вода) становятся постепенно более вязкими и малоподвижными, а некоторые из них переходят в твердое состояние и выделяются в виде осадка или кристаллов.

Низкотемпературные свойства смазочных масел обуславливают  их способность проникать в зазор между трущимися поверхностями деталей машин и механизмов при низких температурах и обеспечивают надежную работу последних с момента пуска до выхода на рабочий температурный режим.

 Для характеристики низкотемпературных свойств нефтепродуктов введены следующие показатели: температура застывания, температура помутнения и температура начала кристаллизации. Эти показатели выбраны чисто условно и определяются по стандартизованным методикам.

За температуру застывания принимают условно ту наивысшую температуру, при которой нефтепродукт в строго стандартных условиях испытания теряет свою подвижность. Причиной потери подвижности может быть повышение вязкости нефтепродукта или образование множества кристаллов твердых парафиновых углеводородов и загустение всей системы. По мере понижения температуры кристаллы парафинов образуют объемную сетку – кристаллический каркас, который и обуславливает потерю подвижности испытуемого нефтепродукта. Чем больше твердых при обычной температуре углеводородов в нефтепродукте, тем скорее нефтепродукт теряет свою подвижность при охлаждении, т.е. имеет более высокую температуру застывания. Асфальто–смолистые вещества задерживают кристаллизацию твердых углеводородов, адсорбируясь на поверхности кристаллов. Этим объясняется то, что температура застывания нефтепродуктов, очищенных от смол, выше. Существуют вещества, которые при добавлении к минеральным маслам понижают температуру застывания. Такие вещества называют депрессорными присадками.

Нефтяные фракции, не содержащие парафиновых углеводородов, могут терять подвижность вследствие высокой вязкости их при низких температурах.

Температура застывания является технической характеристикой нефтепродукта, по которой судят о его эксплуатационных свойствах. Эта характеристика имеет большое практическое значение при всех товаротранспортных операциях при низких температурах и использовании нефтепродуктов в зимних условиях. Кроме того, зная температуру застывания, можно судить о примерном количественном содержании парафинов в нефтепродукте.

Примерные температуры застывания нефтяных фракций находятся в следующих пределах:

– бензиновые фракции  –  от ниже  минус 75 до минус 350С;

– керосиновые фракции – от ниже  минус 60 до минус 100С;

– дизельные фракции – от ниже минус 60 до +50С;

– вакуумные газойли и масляные дистилляты – от минус 50 до +450С;

– гудроны – от  минус 25 до 500С (иногда выше);

– нефти – от  минус 60 до 300С.

Температуру застывания определяют с помощью стандартного прибора в стандартных условиях.

Определение температуры застывания нефтепродуктов проводят по ГОСТ 20287. Прибор для определения температуры застывания  нефтепродуктов показан на рис. 1.16.

Использование любых материалов сайта pазрешено только с письменного согласия владельцев ресурса logmag.info ©

Температуры застывания, помутнения и начала кристаллизации нефтепродуктов

Прибор для определения температуры застывания нефтепродуктов

Для охлаждения нефтепродуктов применяют следующие охлаждающие смеси:

– лед и вода для нефтепродуктов с температурой выше 00С, для чего лед измельчают на кусочки размером до 3 см и смешивают с водой;

 – лед или снег и поваренная соль для нефтепродуктов с температурой от 0 до –200С. В сосуд засыпаются поочередно слой соли и слой измельченного на кусочки до 3 см льда или снега. Смесь лучше всего составлять из расчета 1 часть соли на 2 части снега или льда по массе;

– спирт и твердый диоксид углерода для нефтепродуктов с температурой ниже –200С. Для этого следует использовать сосуд Дьюара или сосуд со слоем изоляции высотой не менее 16 см и внутренним диаметром не менее 12 см.

В сосуд наливают спирт примерно до 2/3 его высоты. Устанавливают термометр. Вносят в спирт мелкими порциями деревянной или фарфоровой ложкой твердый диоксид углерода, предварительно раздавленный на куски (в мешке из фланели), и перемешивают, следя, чтобы не было разбрызгивания спирта. В случае необходимости после газовыделения осторожно доливают спирт.

Порядок определения температуры застывания следующий:

       – налейте обезвоженный нефтепродукт в сухую чистую пробирку до метки так, чтобы он не растекался по стенкам пробирки;

– вставьте плотно в пробирку при помощи корковой пробки соответствующий термометр. Укрепите его так, чтобы он проходил по оси пробирки, а резервуар находился на расстоянии  6-10 мм от дна пробирки (см. рис. 1.16);

– поместите пробирку с продуктом и термометром в водяную баню, нагретую предварительно до температуры 50±10С, и выдерживайте в ней до тех пор, пока продукт не примет температуру бани;

– извлеките пробирку с продуктом и термометром из водяной бани, вытрите ее насухо снаружи и укрепите при помощи корковой пробки в пробирке-муфте так, чтобы стенки ее находились на одинаковом расстоянии от стенок муфты;

– закрепите собранный прибор в держателе штатива в вертикальном положении и оставьте при комнатной температуре до тех пор, пока нефтепродукт не охладится до температуры 35±50С;

– подготовьте сосуд с охлаждающей смесью, температура которой должна быть на 50С ниже температуры застывания;

– поместите собранный прибор с нефтепродуктом в сосуд с охладительной смесью;

– поддерживайте установленную температуру охладительной смеси во время охлаждения продукта с точностью до ±10С;

– когда продукт в пробирке примет температуру, намеченную для определения температуры застывания, наклоните прибор под углом 450 и, не вынимая из охладительной смеси, держите в таком положении в течение 1 мин;

– осторожно извлеките прибор из охладительной смеси, быстро вытрите муфту и посмотрите, не сместился ли мениск испытуемого продукта.

Если мениск сместился, то извлеките пробирку из муфты, снова подогрейте до 50±10С и произведите новое определение температуры застывания при температуре на 40С ниже предыдущей. Повторяйте эту операцию до тех пор, пока мениск не перестанет перемещаться.

Если мениск не сместился, извлеките пробирку из муфты, снова подогрейте до 50±10С и произведите новое определение температуры застывания при температуре на 40С выше предыдущей. Повторяйте эту операцию до тех пор, пока мениск не начнет смещаться.

Таким образом вы oпределите температуру застывания испытуемого нефтепродукта с точностью до 40С.

Использование любых материалов сайта разрешено только с письменного согласия владельцев ресурса logmag.info ©

Температуры застывания, помутнения и начала кристаллизации нефтепродуктов

Повторите определение, повышая или понижая температуру испытания на 20С. Примите за температуру застывания ту температуру, при которой мениск продукта остается неподвижным, а при повторении испытания при температуре на 20С выше он сдвигается. Зафиксируйте эту температуру как установленную для данного опыта.

Проведите два параллельных испытания. Начинайте второе испытание с температуры на 20С выше установленной при первом испытании. Расхождения между результатами параллельных определений не должны превышать 20С.

За температуру застывания испытуемого продукта принимают среднее арифметическое двух определений.

По мере охлаждения светлых нефтепродуктов они до достижения своей температуры застывания проходят промежуточные стадии – температуру помутнения и температуру начала кристаллизации.

Температурой помутнения называют наивысшую температуру, при которой топливо начинает мутнеть. Показатель «температура помутнения» предусмотрен стандартами для товарных дизельных топлив. По этому показателю можно судить о гигроскопичности авиационных бензинов, реактивных топлив и возможности выпадения в них кристаллов льда, засоряющих топливоподающую систему, что чрезвычайно опасно при эксплуатации авиационных двигателей. Гигроскопичность топлива повышается при увеличении содержания в нем ароматических углеводородов, которые входят, как правило, в состав топлив для воздушно-реактивных двигателей. Вообще растворимость воды в углеводородах очень мала (не более 0,01%), но для ароматических углеводородов она примерно в 2-3 раза выше.

При понижении температуры растворимость воды в углеводородном топливе уменьшается, поэтому часть воды, захваченной топливом из воздуха, начинает выделяться в виде мельчайших капелек, и топливо мутнеет. Ясно, что чем больше топливо содержит растворенной воды, т.е. чем оно более гигроскопично, тем при более высокой температуре оно начнет выделять воду, т.е. мутнеть.

При температурах ниже нуля выделившаяся вода замерзает, и в топливе накапливаются кристаллики льда. Это явление имеет особенно важное эксплуатационное значение для всех сортов реактивного топлива. Насыщение топлива водой зависит не только от его химического состава, но и от температуры и влажности воздуха и от возможностей соприкосновения топлива с воздухом. Точно так же на образование кристаллов льда влияет не только первоначальное содержание воды, а, следовательно, гигроскопичность топлива, но и целый ряд других факторов, например вязкость топлива.

Для предотвращения выпадения льда к реактивным топливам добавляются различные присадки, которые увеличивают растворимость воды при низких температурах.

Помутнение дизельных топлив при их охлаждении вызывается выпадением кристаллов парафиновых углеводородов, которые так же, как и кристаллы льда, могут забивать топливные фильтры и нарушать подачу топлива в двигатель. При дальнейшем охлаждении дизельное топливо полностью застывает.

За температуру начала кристаллизации принимают максимальную температуру, при которой в топливе невооруженным глазом обнаруживаются кристаллы. Этот показатель введен для характеристики авиационных и реактивных топлив, богатых ароматическими углеводородами, которые имеют более высокие температуры застывания, чем углеводороды других классов. Особенно это касается бензола, который застывает при 5,50С.

При понижении температуры, даже при минимальном содержании воды, низкозастывающие углеводороды, входящие в состав нефтепродуктов, будут образовывать кристаллы, которые не менее опасны для нормальной эксплуатации двигателя, чем кристаллы льда или парафиновых углеводородов. Температуру начала кристаллизации авиационных и реактивных топлив определяют по ГОСТ 5066, и она не должна превышать  минус 50 ¸ минус 600С, в зависимости от марки топлива.

Определение температуры помутнения и начала кристаллизации моторного топлива проводится в стеклянной пробирке с двойными стенками и с меткой 2 на внутренней стенке (рис. 1.17). Пробирка снабжена корковой пробкой, через которую проходит ручная мешалка 4 и в которую вставляется термометр 3. Охлаждение пробирки с топливом осуществляется в сосуде с тепловой изоляцией, где находится охладительная смесь. Наблюдение за помутнением и появлением кристаллов в топливе проводится в приборе с зеркальным отражением света. Прибор состоит из металлического ящика 6, который разделен перегородкой на две равные части. Каждая часть в свою очередь разделена перегородкой на два неравных отсека. Крайние отсеки освещаются, и отраженный от них свет падает на средний отсек, в котором находятся пробирки с испытуемым топливом. В освещенной пробирке можно легко наблюдать появление мути или кристаллов через отверстия 9 в передней части ящика. Боковые отсеки ящика имеют вентиляционные щели 10. Ящик закрывается крышкой 7, которая снабжена двумя электролампами 11 и двумя отверстиями 8 для пробирок.

Для определения температур помутнения и начала кристаллизации необходимы серная кислота (плотность 1840 кг/м3), лед, поваренная соль, спирт и твердый диоксид углерода.

Лед и поваренную соль используют для охлаждения нефтепродукта до минус 200С.

Спирт и твердый диоксид углерода применяют для охлаждения до температуры ниже минус 200С. Охлаждающую смесь приготавливают в сосуде с двойными стенками со слоем изоляции высотой не менее 22 см и внутренним диаметром не менее 12 см. Порядок приготовления охлаждающей смеси изложен ранее.

Пробирка и прибор для определения температур помутнения и начала кристаллизации нефтепродуктов

Порядок определения температуры помутнения следующий:

– налейте нефтепродукт в две пробирки до меток;

– налейте около 1 мл серной кислоты в наружную часть одной из пробирок, чтобы избежать появления росы при охлаждении;

– закройте обе пробирки пробками с термометрами и мешалками. Укрепите термометр так, чтобы ртутный шарик находился посередине пробирки и отстоял от ее дна на 15 мм;

– установите пробирку без кислоты в прибор, а вторую, с кислотой, поместите в сосуд с охлаждающей смесью на глубину 30-40 мм выше уровня топлива в пробирке;

– температуру охлаждающей смеси поддерживайте постоянно на 150С ниже температуры испытуемого нефтепродукта;

– в период охлаждения перемешивайте топливо ручной мешалкой со скоростью от 60 до 200 движений в 1 мин, причем через каждые 20 секунд перемешивания допускается 15-секундный перерыв (на отдых);

– за 50С до ожидаемой температуры помутнения выньте пробирку из охлаждающей смеси, вытрите тряпкой, смоченной этиловым спиртом, и установите в освещенный прибор на несколько секунд;  наблюдайте через отверстие в передней стенке ящика состояние нефтепродукта по сравнению с прозрачным эталоном;

– если пробирка с испытуемым нефтепродуктом останется прозрачной, установите ее снова в охладительную смесь и проводите дальнейшее наблюдение через каждый градус;

– температура, при которой в испытуемом топливе наблюдается появление мути, принимается за температуру помутнения.

При определении температуры помутнения дизельных топлив их предварительно обезвоживают. Перед помещением пробирки с испытуемым образцом в охладительную смесь его предварительно нагревают на водяной бане до 500С, а затем охлаждают на воздухе до 300С.

Порядок определения температуры начала кристаллизации следующий:

– поместите пробирку с испытуемым топливом после определения температуры его помутнения в охладительную смесь и продолжайте охлаждение, перемешивая содержимое пробирки мешалкой с той же скоростью, что и при определении температуры помутнения;

– за 50С до ожидаемой температуры начала кристаллизации быстро выньте пробирку из охладительного сосуда, вытрите тряпкой, смоченной спиртом, установите в прибор и наблюдайте за состоянием топлива.

Если кристаллы не образовались, вновь поместите пробирку в охладительную смесь и продолжайте наблюдение через каждый градус, затрачивая на каждое наблюдение не более 12 с.

Температуру, при которой выпадут первые кристаллы, принимают за температуру начала кристаллизации.

Определение проводят в двух параллельных пробах, расхождение между которыми не должно превышать 20С. За окончательный результат берется среднее арифметическое между двумя определениями.