Тема 5. Контроль качества нефтепродуктов.

1. Физико-химические факторы потерь качества нефтепродуктов.

Мероприятия по сокращению потерь от испарения и сохранение качества нефтепродуктов.

2. Виды контроля и порядок его обеспечения на предприятиях нефтепродуктообеспечения.

3. Лаборатории. Виды проб и методы их отбора. Виды лабораторных анализов нефтепродуктов.

1. Физико-химические факторы потерь качества нефтепродуктов

Изменение качества нефтепродукта зависит от:

1. его химиче­ского состава;

2. физических процессов:

• условий хранения;

• транспортирования.

Произведенный на НПЗ нефтепродукт свои ка­чественные показатели, отражает в паспорте качества. Контроль качества нефтепродуктов является важнейшей функцией объектов нефтепродуктообеспечения.

Под воздействием внешних факторов в топливах и маслах протекают физические и химические процессы.

Основными физи­ческими процессами ухудшающими качество нефтепродуктов являются:

• испарение;

• загрязнение механиче­скими примесями и водой;

• окисление, выпадение высокоплавких компонентов при охлаждении,

• смешение в резервуарах и при последовательной перекачке по трубопроводам нефтепродуктов различного сорта, например реактивного топлива и бензина.

Основные химические процессы сле­дующие:

• окисление,

• разложение,

• полимеризация,

• конденсация

• коррозия.

1. Физические процессы. Испарение. Влияние процессов испарения на изменение качества нефтепродуктов обусловлено при прочих равных условиях давлением насыщенных паров и фракционным составом топлив и масел, а также условиями хранения и транспортирования.

При правильном хранении процессы испарения даже наи­более легких бензинов можно свести к минимуму. Довольно бы­строе испарение и связанное с этим ухудшение качества топлив на­блюдается при хранении и транспортировании в резервуарах, имеющих неплотности. Налив в авто- и железнодорожные цистер­ны, заправка открытой струей приводят к значительному испарению легких фракций топлив и изменению их качества. Эффектив­ным средством уменьшения испарения и сохранения качества неф­тепродуктов является выполнение специальных технических меро­приятий:

1. Конструктивных:

• хранение в резервуарах с повышенным давлением,

• хранение в резервуарах с пла­вающими крышами и понтонами (из пластмасс),

• в заглубленных ре­зервуарах.

2. Технологических, применение:

• микрополых шариков из пластмасс,

• защитных эмульсий и поверхностно-активных пленок,

• газовой обвязки,

• отражательно-тепловой изоляции и специальной окраски резервуаров.

По склонности к испарению и, следовательно, к изменению качества вследствие процессов испарения нефтепродукты распола­гаются в следующий убывающий ряд:

бензины —» реактивные топ­лива —>дизельные топлива ~> газотурбинные топлива —> котельные топлива —>масла для реактивных двигателей —» автомобильные масла —> дизельные масла —> масла для поршневых авиационных двигателей.

В бензинах вследствие потерь легких фракций происходят следующие изменения:

1. понижается октановое число,

2. уменьшается давление насыщен­ных паров,

3. повышаются температура начала кипения и температу­ры выкипания 10, 50 и 90%.

В отдельных случаях может повысить­ся конец кипения бензинов.

В результате испарения головных фракций:

• затрудняется запуск двигателей,

• уменьшается приемистость двигателя

• увеличивается износ и образование нагара.

Загрязнение. Изменение качества из-за процессов загряз­нения мало зависит от свойств нефтепродуктов и определяется в основном условиями хранения и транспортирования, а также за­грязненностью внешней среды. При хранении, транспортировании, перекачке и заправке должны быть созданы условия, исключающие или возможно полно ограничивающие попадание воды, грязи, пес­ка и других загрязнений в нефтепродукты. Невыполнение этих ус­ловий обычно связано с плохим состоянием технических средств и низкой квалификацией обслуживающего персонала. При понижении температуры иногда наблюдается выделение высокоплавких компонентов и некоторых присадок. В этом случае качество нефте­продуктов ухудшается только при применении в условиях низких температур. Эти процессы обратимы, поэтому нагреванием можно восстановить качество нефтепродуктов.

Основные источники и причины загрязнения нефтепродук­тов:

• попадание примесей из атмосферы;

• образование нерастворимых продуктов в результате кор­розии металлов и разрушения неметаллических материалов;

• образование нерастворимых продуктов в результате окис­ления топлив и масел;

• налив нефтепродуктов в плохо зачищенные емкости и пе­рекачка по грязным трубопроводам;

• накопление загрязнений в отстойниках и на дне резервуа­ров

Загрязнения в бензинах вызывают обычно засорение жик­леров, поплавкового механизма и т. д. Это может сделать невоз­можным пуск двигателя или привести к существенным нарушени­ям закона подачи в двигатель. Относительная интенсивность изно­са автомобильных двигателей возрастает с увеличением среднего размера частиц до 30 мкм, а затем начинает уменьшаться, посколь­ку более крупные частицы не попадают в трущиеся детали.

Наиболее жесткие требования предъявляются к чистоте авиационных нефтепродуктов, что связано, прежде всего, с надежно­стью летательных аппаратов и безопасностью полетов.

При отложениях микрозагрязнений на датчиках (первичных преобразователях) приборов топливной системы их работоспособ­ность уменьшается. В присутствии воды микрозагрязнения стано­вятся электропроводящими, в датчиках появляются токи утечки и сопротивление их изоляции уменьшается. В результате изменяются и рассогласовываются начальные параметры датчиков, возникают погрешности и отказы.

Велико значение чистоты топлив в обеспечении нормальной работы дизелей. Твердые частицы, попадающие в насос и форсун­ки, приводят к повышенному износу отсечного клапана плунжера гильзы, корпуса распылителя форсунки и иглы и пр. С уменьшени­ем загрязненности топлива долговечность работы плунжерной па­ры значительно увеличивается. Топлива для средне- и малооборот­ных дизелей содержат больше механических примесей, чем топлива для быстроходных дизелей. Поэтому тихоходные двигатели с вос­пламенением от сжатия работают в более тяжелых условиях и ха­рактеризуются повышенным износом.

Большое количество загрязнений в мазутах ухудшает работу газотурбинных и котельных установок из-за повышенного образо­вания отложений в камерах сгорания и на лопатках турбин

Окисление. При хранении, транспортировании и примене­нии нефтепродуктов под воздействием кислорода воздуха протека­ют процессы окисления, причем они усиливаются в присутствии каталитически активных металлов, их окислов, различных инород­ных примесей.

Следствием процессов окисления является образо­вание высокомоле-кулярных веществ - смол и осадков, которые по­сле превышения определенных концентраций ухудшают эксплуа­тационные свойства топлив и масел.

На образование смол и осад­ков влияют:

1. химический состав нефтепродуктов

2. внешние условия:

• температура,

• давление,

• состав атмосферы,

• контакт с металлами и др.

Смолистые вещества, содержащиеся в автомобильных и авиационных бензинах сверх определенных пределов, значительно ухудшают их качество и понижают надежность работы двигателей. Отлагаясь во впускных трубопроводах и на клапанах, они приводят к уменьшению мощности и экономичности двигателей, а иногда и к аварийной их остановке. С увеличением количества смолистых ве­ществ повышается нагарообразование в камерах двигателей, хотя и менее значительно, чем рост отложений во впускной системе.

Смолистые вещества ухудшают термоокислительную ста­бильность топлив, в их присутствии фильтры топливной системы сильно засоряются. Смолистые вещества повышают нагарообразование в камерах сгорания реактивных двигателей.

Отлагаясь на стенках камер сгорания, нагар нарушает аэро­динамику потока, ухудшает эффективность горения топлива, вызы­вает местный перегрев, коробление и растрескивание жаровых труб. При отложении нагара на форсунках изменяется форма рас­пыленной струи, снижается эффективность горения топлива, каме­ры сгорания в отдельных случаях могут прогореть. Частицы нага­ра, отрывающиеся от форсунок и стенок камер, уносятся с газами к турбине и вызывают эрозию ее лопаток, что приводит к децентров-ке турбины и может вызвать аварийную ситуацию в полете.

Смолы увеличивают образование нагара и в камерах сгора­ния дизелей. Нагар вызывает закоксовывание распылителей форсу­нок, засорение продувочных окон двигателей, абразивный износ дизелей, в результате их мощность уменьшается, возникает воз­можность аварийных поломок.

Смолистые вещества значительно ухудшают качество ко­тельных топлив. Понижение стабильности, нарушение процесса горения, образование эмульсий с водой связано с присутствием смолистых веществ в мазутах. Топлива с высоким содержанием смолистых веществ при хранении образуют осадки, выпадающие на дно резервуаров. Выпавшие осадки уменьшают полезную ем­кость складов и судов, ухудшают эффективность подогревателей, забивают топливные фильтры и мазутопроводы. Смолистые веще­ства значительно ухудшают топочный процесс. На соплах форсу­нок образуется нагар, который ухудшает качество распыла, изменя­ет структуру факела. Каналы сердечника зачастую забиваются вплоть до полного прекращения подачи мазута. При горении ко­тельных топлив с повышенным содержанием смол наблюдается интенсивное образование искр.

При увеличении содержания смолистых веществ сверх оп­тимальных количеств в смазочных маслах их устойчивость к окис­лению уменьшается; масла темнеют, в них интенсивно накаплива­ются осадки, засоряющие масляные фильтры и масляную систему двигателей. Вязкость масел увеличивается, их низкотемпературные свойства ухудшаются. Из-за повышенной вязкости доступ масла к некоторым трущимся деталям затрудняется.

Образующиеся при хранении смолистые вещества значи­тельно ухудшают качество промышленных масел, в частности ин­дустриальных, изоляционных. Смолы, например, существенно по­вышают диэлектрические потери в изоляционных маслах. После дальнейшего окисления смолистые вещества выпадают в осадок, состоящий в основном из асфальтенов и оксикислот. Мельчайшие частицы этого осадка образуют коллоидный раствор и тем самым повышают проводимость масел.

Коррозия. В нефтепродуктах присутствуют коррозионно-активные вещества - органические кислоты, меркаптаны, сера и сероводород, перешедшие из нефти и образовавшиеся при перера­ботке. Органические кислоты образуются также при хранении неф­тепродуктов в результате процессов окисления.

Продукты коррозии обычно нерастворимы в нефтепродук­тах, загрязняют их, катализируют процессы окисления и, таким образом, ухудшают качество нефтепродуктов. Кроме того, в резуль­тате коррозии разрушаются технические средства хранения, транс­портирования и перекачки, что причиняет значительный матери­альный ущерб.

Обводнение. Полученные на заводах нефтепродукты со­держат незначительное количество воды. Вода в них попадает при хранении, транспортировании и перекачке. Особенно велика воз­можность обводнения при разогреве нефтепродуктов острым па­ром.

Вода в нефтепродуюах существенно ухудшает их качество. Степень ухудшения эксплуатационных свойств зависит от агрегатного состояния воды в топливах и маслах. В присутствии воды по­вышаются вязкость, температуры помутнения и кристаллизации. Это ухудшает прокачиваемость и фильтруемость топлив и масел при отрицательных температурах. Вода ухудшает распыливание, испарение и горение, снижает теплоту сгорания топлива и кпд дви­гателей. В присутствии воды значительно усиливаются процессы коррозии, увеличивается склонность к накоплению загрязнений, поскольку "собирательная" роль воды хорошо известна. Вода су­щественно уменьшает смазывающие свойства топлив и масел.

Смешение. Привсе возрастающем ассортименте нефтепро­дуктов резервуарный парк и технологические трубопроводы нефте­баз не обеспечивают в полной мере раздельной перекачки и раз­дельного приема всех сортов нефтепродуктов, что также приводит к пересортице.

Степень изменения качества нефтепродуктов при смешении зависит от их марок и сортов, а также от наличия в них воды и ме­ханических примесей.

Так, небольшое количество бензина, попавшего в дизельное топливо, уменьшает его вязкость, облегчает фракционный состав и понижает температуру вспышки. При этом может увеличиться так­же и пожароопасность. При попадании моторного топлива, масел или мазутов в дизельное топливо его качество резко ухудшается; утяжеляется фракционный состав, повышается вязкость, коксуе­мость, зольность и температура застывания.

Резервуары, железнодорожные цистерны и суда необходимо подготовлять к приему нефтепродуктов в строгом соответствии с ГОСТ 1510.

При товарных операциях на нефтебазах часто возникает не­обходимость в последовательной перекачке различных сортов неф­тепродуктов по одному трубопроводу без предварительного его опорожнения. Это связано со смешением нефтепродуктов непосред­ственно в трубопроводах.

При освобождении трубопроводов и последовательной пе­рекачке оперативный персонал должен уметь правильно определять время подхода границы раздела продуктов к резервуару, в который принимается первый нефтепродукт с тем, чтобы вовремя переклю­чить "голову" подходящего второго нефтепродукта в другой резер­вуар и избежать излишней пересортицы.