указания на метод измерения используется метод Пенски-Мартенса.

По температуре вспышки из группы горючих жидкостей выделяют легковоспламеняющиеся. Легковоспламеняющимися называются горючие жидкости с температурой вспышки не более 61 °C в закрытом тигле (з.т.) или 66 °C в открытом тигле (о.т.).

Для каждой горючей жидкости можно определить давление насыщенных паров. С повышением температуры оно растёт, таким образом, количество горючего вещества на единицу объёма воздуха над жидкостью также растет с ростом температуры. При достижении температуры вспышки содержание горючего вещества в воздухе становится достаточным для поддержания горения. Достижение равновесия между паром и жидкостью требует, однако, некоторого времени, определяемого скоростью образования паров. При температуре вспышки скорость образования паров ниже, чем скорость их горения, поэтому устойчивое горение возможно лишь при достижении температуры воспламенения.

Из-за сложностей прямого измерения температуры вспышки газов и паров, за неё принимают минимальную температуру стенки реакционного сосуда, при которой наблюдают вспышку. Эта температура зависит от условий тепломассообмена как внутри реакционного сосуда, так и самого сосуда с окружающей средой, объёма смеси, а также каталитической активности стенки сосуда и ряда других параметров.

Показатель применяется для определения допустимой температуры нагревания горючих веществ при различных условиях хранения и перевозки. Наиболее известным способом измерения температуры вспышки является определение в закрытом тигле по Пенски-Мартенсу ASTM D93, ГОСТ 6356. Для температур ниже 20-50 градусов Цельсия используют другие методы.

Также существуют методы экспериментального определения температуры вспышки жидкостей в открытом тигле.

Температура вспышки и связанные с ней параметры некоторых веществ

Температура застывания (дизельного топлива) – показатель, характеризующий прокачиваемость топлива и определяющий условия его хранения. ТЗДТ определяет условия складского хранения и нормируется ГОСТ 305, Температура для летнего – 10 °C, для зимнего – 35 °C, для арктического -55 °C. Определяют по ГОСТ 20287. Разность температур помутнения и застывания большинства дизельных топлив без присадок составляет 5-10 °C.

Температура начала кристаллизации (авиационных бензинов) –

показатель прокачиваемости, температура начала образования кристаллов в условиях регламентируемых ГОСТ 5066, ISO 3013. В методе ГОСТ 5066 температурой начала кристаллизации считают ту, при которой кристаллы появляются, а в методе ISO ту, при которой кристаллы, образовавшиеся, при охлаждении исчезают при последующем нагреве. Разница между температурами появления кристаллов и их исчезновением не должна превышать 3 °C.

Температура помутнения (дизельного топлива) – показатель, характеризующий низкотемпературные свойства дизельного топлива, а именно прокачиваемость топлива. Определяют как температуру, при которой наблюдается образование кристаллической фазы. Бесперебойная работа

73

техники обеспечивается, при температуре окружающего воздуха выше температуры помутнения топлива ТПДТ зависит от суммарного содержания парафиновых углеводородов и их строения. Ее определяют по ГОСТ 5066, зарубежный аналог ISO 3013. Согласно европейскому стандарту EN 590 ТПДТ определяют по методу EN ISO 23015 (аналог ASTM D 2500). Разница температур помутнения летних сортов топлива, определенных по ГОСТ 5066 и EN ISO 23015, практически отсутствует. Для зимних сортов температура определенна по EN ISO 23015, на 1 -3 °C ниже аналогичных показателей по ГОСТ 5066.

Температура размягчения (нефтяного битума) – температура, при которой материал в стандартизированных условиях из относительно твердого состояния переходит в жидкое. При нагревании битумы не плавятся, а постепенно размягчаются. При превышении значения температуры размягчения, установленного для конкретной марки битума, он переходит из вязкого состояния в жидкое. Принцип определения температуры размягчения по методу кольца и шара (КиШ): два горизонтальных диска. Сформированных из битума внутри медных или латунных колец, с постоянной скоростью 5 °C /мин. Нагревают в жидкой среде до тех пор, пока они выдерживают массу стандартного стального шарика. Температура размягчения – среднее значение двух температур, при которых диски битума размягчаются до степени достаточной. Чтобы каждый шарик. Окруженный испытуемым продуктом, переместился через кольцо вниз на расстоянии 25,0 +- 0,4 мм. Для температуры размягчения от 30 до 80 °C в качестве рабочей жидкости в ванне используют дистиллированную или деминерализованную воду. Для температуры размягчения от 80 до 150 °C - глицерин. Методика определения данного показателя условна и научно не обоснована, однако широко применяется на практике. Условия определения температуры размягчения нормируются ГОСТ 11506, зарубежный аналогASTM D36.

Температура самовоспламене́ния — наименьшая температура горючего вещества, при нагреве до которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических объёмных реакций, приводящее к возникновению пламенного горения и/или взрыва. Эта температура требуется для достижения энергии активации реакции горения.

Из-за сложностей прямого измерения температуры самовоспламенения газов и паров, за неё принимают минимальную температуру стенки реакционного сосуда, при которой наблюдают самовоспламенение. Эта температура зависит от условий тепломассообмена как внутри реакционного сосуда, так и самого сосуда с окружающей средой, объёма смеси, а также каталитической активности стенки сосуда и ряда других параметров.

Показатель применяется для определения допустимой температуры нагревания горючих веществ, электрического и технологического

74

оборудования, а также для установления группы взрывоопасной смеси. Для измерения температуры самовоспламенения жидкостей используют метод

ASTM E 659.

По данным ГОСТ Р 51330.19-99 Данные по горючим газам и парам, относящиеся к эксплуатации электрооборудования

•Силан: < 21,23 °C (70 °F)

•Белый фосфор: 34 °C (93 °F)

•Сероуглерод: 100 °C (212 °F)

•Бензин: 257 °C (495 °F) [1]

•Бутан: 372 °C (702 °F)

•Магний: 473 °C (883 °F)

•Водород: 510 °C (1060 °F)

Температура самовоспламенения бумаги: 451 °F, или 233 °C. Получила известность среди неспециалистов благодаря знаменитому роману Рэя Брэдбери «451 градус по Фаренгейту», в заглавие которого и вынесено это значение. У некоторых видов бумаги температура самовоспламенения отличается (бумага фотографическая — температура самовоспламенения 365

°C).

Теплота сгорания топлива - количество тепла, выделяющегося при полном сгорании единицы массы или объема топлива. Показатель характеризует потенциальный запас энергии топлива и влияет на мощность теплового двигателя. Различают теплоту сгорания низшую (без учета тепла, выделяемого при конденсации водяных паров) и высшую (с учетом тепла, выделяемого при конденсации паров воды). Обозначаемые Qн и Qв.

Фракционный состав – показатель, определяющий количественное содержание фракций, выкипающих в определенных температурных пределах, остаток и потери при перегонке в заданных условиях (ГОСТ 26098). Требования к фракционному составу зависят от условий применения и нормируются соответствующими стандартами. Фракционный состав нефтепродуктов определяют по ГОСТ 2177 (зарубежный аналог ASTM D 86).

Цетановое число — характеристика воспламеняемости дизельного топлива, определяющая период задержки воспламенения смеси (промежуток времени от впрыска топлива в цилиндр до начала его горения). Чем выше цетановое число, тем меньше задержка и тем более спокойно и плавно горит топливная смесь.

Цетановое число численно равно объёмной доле цетана (С16Н34, гексадекана), цетановое число которого принимается за 100, в смеси с α- метилнафталином (цетановое число которого, в свою очередь, равно 0).

75

Когда дизельное топливо характеризуется такой же воспламеняемостью, определённой на опытном двигателе (ASTM D 613, EN 5165, ISO 5165, ГОСТ 3122), что и модельная смесь этих двух углеводородов, цетановое число данного топлива считается равным % доли цетана в этой смеси. Чем оно больше, тем лучше воспламеняемость смеси при сжатии.

Оптимальную работу стандартных двигателей обеспечивают дизельные топлива с цетановым числом 40—55. При цетановом числе меньше 40 резко возрастает задержка воспламенения (время между началом впрыска и воспламенением топлива) и скорость нарастания давления в камере сгорания, увеличивается износ двигателя. Стандартное топливо характеризуется цетановым числом 40—45, а топливо высшего качества (премиальное) имеет цетановое число 45—50. Согласно российским стандартам, цетановое число летнего и зимнего дизтоплива должно быть не менее 45 единиц. Кроме того, технические условия для зимних сортов с депрессорными присадками разрешают выпуск арктического топлива с цетановым числом не менее 40.

Премиальное дизельное топливо более лёгкое, содержит больше легковоспламеняющихся лёгких фракций и поэтому более пригодно для запуска двигателя в холодную погоду, кроме того, отношение водорода к углероду в лёгких фракциях выше, поэтому при сгорании такого дизельного топлива образуется меньше дыма.

При цетановом числе больше 60 снижается полнота сгорания топлива, возрастает дымность выхлопных газов, повышается расход топлива.

В некоторой степени цетановое число зависит от группового состава топлива (доли парафинов, олефинов, нафтенов, ароматики). Парафины, способные к самовоспламенению при низких температурах, являются полезным компонентом дизельного топлива.

Цетановое число, определённое на опытном двигателе (ASTM D 613, EN 5165, ISO 5165) являлось единственным надёжным методом определения качества дизельного топлива. В России разрешалось также использовать ГОСТ 3122, в котором добавлялась отечественная установка ИДТ-90, не прошедшая международных испытаний на воспроизводимость результатов. На основе результатов истинных определений цетанового числа топлива производилась калибровка так называемых неарбитражных приборов для экспресс определения цетанового числа. В основном это различного рода инфракрасные спектрометры. С 2009 года в EN590 и соответствующий российский ГОСТ Р 52368-2005 вводится ещё один моторный метод - метод задержки самовоспламенения EN 15195 (ГОСТ Р ЕН 15195-2011), который показывает хорошую сходимость со старым методом при улучшении точности, воспроизводимости и сокращении теста до 20 мин. Основной проблемой измерения цетанового числа немоторными методами является сильное влияние состава дизельного топлива. То есть моторный метод (включая ГОСТ Р ЕН 151952011) одинаково правильно определяет цетановое число любых видов топлива, а все экспресс анализаторы необходимо перекалибровывать при переходе, допустим, от классической солярки к биодизельному топливу.

76

РАЗДЕЛ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ПО ОРГАНИЗАЦИИ ИЗМЕРЕНИЙ НА

1.1. Структура топливно-энергетического комплекса. Виды и специфика

1.2. Организация измерений на предприятиях ТЭК. Информационные системы на предприятиях ТЭК. Способы передачи данных измерений.

1.3. Общая классификация и характеристики приборов и методов контроля

Технические характеристики датчиков, приборов и испытательного

РАЗДЕЛ 2. КРАТКИЙ ОБЗОР ПРИБОРОВ И МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ ОСНОВНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

РАЗДЕЛ 4. ОБЗОР ПРИБОРОВ И МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА

4.2. Приборы и методы для определения параметров качества моторных

78

В 2009 году Университет стал победителем многоэтапного конкурса, в результате которого определены 12 ведущих университетов России, которым присвоена категория «Национальный исследовательский университет». Министерством образования и науки Российской Федерации была утверждена Программа развития государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики» на 2009– 2018 годы.

__________________________________________________________________

КАФЕДРА ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ТОПЛИВНОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА (КАФЕДРА ХИМИИ)

Кафедра химии входила в состав первых 14 кафедр ЛИТМО, сформированных в 1930 году. В 1930–1960 годах кафедра работала в рамках факультета Точной механики; в период деятельности Инженерно-физического факультета (ИФФ) с 1946 года по 1954 год кафедра входила в состав ИФФ. С 1933 года – кафедру возглавлял известный специалист в области оптического стекла профессор В.Г. Воано, позже – известный русский ученый-химик профессор С.А. Щукарев. С 1954 по 1972 год кафедру возглавлял доцент Г.С. Кошурников.

С момента второго рождения инженерно-физического факультета в 1976 г. кафедра химии вошла в его состав. В 1974–76 годы на кафедру были приглашены доценты И.К. Мешковский, О.С. Попков и Ю.П. Тарлаков из ЛТИ им. Ленсовета, А.Ф. Новиков из ВНИИМ им. Д.И. Менделеева, затем В.И. Земский, а позднее В.Ф. Пашин – из ФТИ им. А.Ф. Иоффе. Заведующим кафедрой был избран И.К. Мешковский. В те годы на кафедре была предложена новая учебная программа по курсу «Химия», которая базировалась на последних по тому времени достижениях науки и методики преподавания. На кафедре стали развиваться, в основном, три научно-технологических направления: создание новых композиционных оптических материалов; разработка химических сенсоров; технология оптического волокна.

В 1982 г. кафедра дополнительно подключилась к подготовке специалистов по технологии волоконной оптики и была переименована в кафедру “Физической химии, волоконной и интегральной оптики”. Благодаря работам профессоров И.К. Мешковского, В.И. Земского, А.Ф. Новикова возникла

79

научная школа в области фотоники дисперсных и нелинейных сред. Были созданы новые нано-композиционные оптические материалы на основе пористого силикатного стекла с внедренными в поры молекулами органических и неорганических веществ, на основе которых впервые были созданы активные элементы твердотельных перестраиваемых лазеров на красителях, а также разработан целый ряд волоконно-оптических и фотонных химических сенсоров.

Впоследующие годы сотрудники кафедры, прежде всего профессора Новиков А.Ф. и Успенская М.В., существенно переработали методику преподавания курса химии, адаптировав ее к активно внедрявшейся тогда в Университете системе дистанционного обучения. В результате, преподавание курса химии в Университете ИТМО вышло на новый более высокий уровень.

Вдальнейшем на кафедре под руководством профессора М.В. Успенской активно развивалось научно-техническое направление в области химии

ифизики сорбирующих полимерных материалов и нанокомпозитов. В частности, на основе акриловых супервлагоабсорбентов разработан ряд новых материалов многофункционального назначения: сенсоры, жидкие линзы, раневые повязки, искусственные почвы для сельского хозяйства, огнестойкие конструкционные элементы и др.

Кафедра осуществляет научные разработки совместно со многими отечественными и зарубежными фирмами и университетами.

В связи с увеличением производства и потребления продукции топлив- но-энергетического комплекса (ТЭК), развитием нефте- и газотранспортных систем, а также переходом отечественных предприятий на выпуск продукции по международным стандартам, ужесточением требований к охране окружающей среды и широким внедрением сложных аналитических автоматизированных систем контроля качества и мониторинга в рамках направления «Техническая физика» кафедра с 2008 года осуществляет подготовку магистров и бакалавров по профилю «Физико-технические аспекты аналитического приборостроения»,

Образовательная программа включает в себя следующие разделы:

•Компьютерные комплексы для автоматизированного контроля физических, химических, механических, термических, реологических и некоторых других свойств нефтяного сырья и продуктов нефтепереработки;

•Встроенные микропроцессорные комплексы для управления технологическими процессами и измерением широкого круга параметров энергетических установок и систем энергоснабжения.

•Физико-математическое моделирование технологических процессов нефтепереработки и топливно-энергетического комплекса.

80

Решение поставленных задач требует привлечения современных методов исследования и использования широкого спектра новейшего оборудования, а также создания информационно-аналитических систем и комплексов различного профиля, адаптированных под специфические условия работы на предприятиях ТЭК.

Уникальная программа обучения сочетает фундаментальную подготовку в о бласти информационных систем, физической оптики, молекулярной спектроскопии, аналитической и физической химии, компьютерной метрологии, общехимической технологии, автоматики, информатики.

Врамках специальных дисциплин изучаются приборы и методы контроля качества продукции и принципы построения автоматизированных анализаторных систем для предприятий ТЭК, нефтяной и химической промышленности.

Такие системы как основа информационных технологий контроля качества и мониторинга безопасности могут успешно применяться практически на всех предприятиях и лабораториях химического и нефтехимического профиля, а также в металлургической, пищевой и фармацевтической промышленности.

Входе реализации новой образовательной программы с 2011 году кафедра (исторически – кафедра химии) позиционировала себя как отдельное структурное подразделение Национального исследовательского университета ИТМО в качестве кафедры “Информационных технологий топливноэнергетического комплекса”.

С2012 года на кафедре открыта подготовка бакалавров и магистров по направлению «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии».

Внастоящее время на кафедре трудятся 11 преподавателей, четверо из них являются докторами наук, профессорами, признанными на международном уровне, членами ученых советов в России и за рубежом.

Выпускники кафедры имеют широкие перспективы трудоустройства в современных крупных компаниях ТЭК, таких как ЛУКОЙЛ, Роснефть, Газпром, Сургутнефтегаз, ТНК-ВР, ТРАНСНЕФТЬ, энергогенерирующих компаниях, а также на предприятиях и лабораториях пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности.

81

Клим Олег Васильевич

Приборы и методы контроля качества продукции на предприятиях ТЭК, нефтехимической и пищевой промышленности

Учебное пособие

В авторской редакции

Редакционно-издательский отдел НИУ ИТМО

Лицензия ИД № 00408 от 05.11.99 Подписано к печати Заказ № Тираж 100

Отпечатано на ризографе

82

Редакционно-издательский отдел

Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики

197101, Санкт-Петербург, Кронверкский пр., 49

83