5.2. Пожарная и взрывная опасность нефтепродуктов

Пожарная опасность топлива определяется его огнеопасностью и взрывоопасностью . Пожарная опасность характеризуется следующими показателями качества: температурой вспышки, температурой воспламенения и самовоспламенения, предельной концентрацией смеси паров топлива с воздухом, в пределах которой смесь взрывоопасна (верхний и нижний пределы).

Температурой вспышки нефтепродукта называется минимальная температура, при нагревании до которой над поверхностью образуются смесь его паров и воздуха, способная вспыхивать при поднесении открытого пламени (например, огня спички). Она зависит от фракционного состава топлива. Эта температура тем ниже, чем больше в топливе низкокипящих углеводородов и выше давление насыщенных паров. В таблице 5.2 представлены температуры вспышек различных топливосмазывающих материалов. Следует отметить, что любой вид жидкого топлива способен гореть, если он превращен из жидкой фазы в газообразную (путем нагрева) и перемешан с воздухом (кислородом).

Бензин – наиболее опасное жидкое топливо в плане пожарной опасности. Его пары могут вспыхнуть от пламени даже при температуре минус 40 о С. По этой причине температура вспышки бензина не регламентируется ГОСТом.

Температура воспламенения (горения) – это минимальная температура топлива, при которой горючая смесь топлива с воздухом вспыхивает от постороннего источника пламени и продолжает гореть вследствие испарения топлива. Температура воспламенения больше температуры вспышки на 5 – 10 °С.

Температура самовоспламенения – это температура, при которой пары нагретого топлива, смешанные с воздухом, воспламеняются самостоятельно без постороннего источника пламени. Примерно можно считать, что температура самовоспламенения для дизельных топлив, бензинов и газов, соответственно, 250 – 300; 400 – 500; 600 – 700 °С.

Температура вспышки и воспламенения характеризуетпожарную опасность топлива, а температура самовоспламенения – способность топливасамостоятельно воспламеняться в цилиндре дизеля и использоваться в качестве топлива.

В стандартахтемпературу вспышки нормируют для ограничения в нефтепродуктах количества фракций с более высоким давлением насыщенных паров. Этот показатель служит в основном для оценки пожарной опасности и потерь на испарение, что весьма важно для правильной организации применения и хранения нефтепродуктов.

Верхний инижний пределы воспламенения газов, паров топлива в воздухе – значения граничных концентраций в области воспламенения. Значения этих пределов используют при расчёте предельно допустимой взрывоопасной концентрации паров топлива и газов в воздухе при работе с применением огня или искрообразующего инструмента.

Таблица 5.2

Температура вспышки нефтепродуктов, 0 С

	Температура вспышки в закрытом тигле		Температура в открытом тигле
Бензин автомобильный Дизельное		Моторное Моторное загущ. Цилиндровое Индустриальное

В таблице 5.3 приведены показатели пожарной и взрывной опасности бензина, дизельного топлива и моторного масла и сжиженного газового топлива.

Таблица 5.3

Показатели пожарной и взрывной опасности нефтепродуктов

Нефтепродукт	Температура самовоспламенения, °С	Температурный предел взрываемости насыщенных паров в воздухе, °С		Объемная доля предела взрываемых паров В воздухе, %
		Верхний	Нижний	Верхнего	Нижнего
Бензины	300 – 480	– 5	– 40		0,75
Дизельное топливо зимнее	240 – 345	120,0	70,0	–	0,61
Масло моторное	340,0	190,0	150,0	–	–
Пары сжиженных газов	–	–	–

В таблице 5.4 приведены физико-химические свойства газообразных топлив, влияющих на взрывную и пожарную опасность (параметры бензина Аи-80 даны для сравнения) .

Таблица 5.4

Параметры газообразных топлив

Параметры	Метан	Этан	Пропан	Бутан	Бензин
1. Молекулярная формула	СН 4	С 2 Н 6	С 3 Н 8	С 4 Н 10	Смесь
2. Относительная плотность газовой фазы по воздуху	0,55	1,05	1,56		3,78
3. Критическое давление (абсолютное), МПа	4, 58	4,88	4,20		–
4. Температура кипения при давлении 100 кПа, °С	Минус	Минус	Минус	Минус	Плюс 35-180
5.Температура самовоспламенения, °С	680–750	508–605	510–580	475–510	470–530
6. Критическая температура, °С	– 82				–
7. Плотность жидкой фазы, кг/м 3 , при 15 °С			580
8. Пределы воспламенения объемные, в %: нижний, Верхний		12,5
9. Коэффициент избытка воздуха, соответствующий нижнему и верхнему пределу воспламеняемости	0,65	1,82 0,42		1,67	1,18 0,29

По относительной плотности газовой фазы по воздуху можно судить
о местах скопления газов при их утечках и взрывоопасности. Из анализа таблицы 5.4 следует, что при утечке метана он будет уходить вверх, так как легче воздуха, а этан, пропан и бутан будут скапливаться внизу.

Критическая температура представляет собой температуру, при которой плотности жидкости и ее насыщенных паров становятся равными и граница раздела между ними исчезает.

Давление насыщенных паров при критической температуре называетсякритическим давлением .

При температуре выше критической вещество может находиться тольков газообразном состоянии независимо от внешнего давления.

Так, при критической температуре пропана (+97 °С) и бутана (+153 °С) они при небольшом давлении переводятся в жидкое состояние. К примеру, при плюс 20 °С пропан становится жидким при избыточном давлении 0,7 МПа, а бутан – при 0,1 МПа. Поэтому газовая смесь из пропана-бутана хранится в жидком состоянии при давлении до 1,6 МПа при диапазоне температур от плюс 40 до минус 40 °С.

По температуре самовоспламенения судят о возможности воспламенения смеси топлива с воздухом в камере сгорания двигателя. При температуре самовоспламенения топлива более 500 °С его целесообразно применять в двигателях с воспламенением горючей смеси от электрической искры. В газодизельном варианте смесь газа с воздухом можно воспламенить запальной порцией дизельного топлива (15 – 20 мм 3 за цикл).

Пределы воспламенения газов характеризуют граничные значения содержания газа (в процентах по объему) в воздухе, при которых еще возможно воспламенение горючей смеси. На воспламеняемость газовой смеси оказывают влияние температура, давление и турбулентность. Обедненные и обогащенные газовые смеси не воспламеняются.

Нижний предел воспламенения сжатого природного газа в смеси с воздухом составляет 5 % от объема. У пропана он составляет 2,1 %, у бутана – 1,9 %. Таким образом, сжатый природный газ менее взрывоопасен. Для того, чтобы он спровоцировал взрыв, его должно накопиться в 2,5 раза больше, чем сжиженного нефтяного газа.

Знание этих пределов важно как для организации рабочего процесса и регулирования подачи топлива в двигателях, так и для определения взрывной, пожарной опасности концентраций в местах хранения и технического обслуживания автомобилей.

Температурный предел воспламенения – температура вещества, при которой его насыщенные пары, смешанные с воздухом, образуют концентрацию, соответствующую пределам воспламенения.

Взрываемость нефти и нефтепродуктов характеризуется величинами нижнего и верхнего пределов взрываемости.

Нижний предел взрываемости – минимальная концентрация газа и паров топлива в воздухе, при которой возможен взрыв. Ниже данного предела из-за избытка воздуха и недостатка паров нефтепродукта не происходит вспышка смеси.

Верхний предел взрываемости – концентрация газа и паров топлива в воздухе, выше которой смесь не взрывается, а горит (взрыва не происходит).

Значение концентрации паров нефтепродукта с воздухом между нижним и верхним пределами взрываемости называютинтервалом взрываемости. Для некоторых нефтепродуктов интервалы взрываемости составляют: бензин от 0,76 до 8,4 %, керосин от 1,4 до 7,5 %, уайт-спирит от 1,4 до 6,0 %.

Возникновение в топливовоздушной смесивзрывоопасной концентрации тем вероятнее, чем выше давление насыщенных паров и ниже температура начала кипения. Поэтому взрывоопасность бензина намного выше, чем дизельного топлива. Можно считать правилом, что горение в ёмкостях бензина или керосина обязательно сопровождается взрывом.

Если три одинаковых герметичных емкости с равной толщиной стенок частично наполнить дизельным топливом, бензином, газом метаном и бросить в горящий костер, то вначалесамовоспламенится (взорвется) дизельное топливо, затем бензин и газ. Это объясняется тем, что самую низкую температуру самовоспламенения (300 °С) имеет дизельное топливо, затем бензин (450 °С) и далее газ (650 °С). Но при поднесении открытого пламени вначале воспламеняется смесь газа с воздухом, затем пары бензина с воздухом и далее пары дизельного топлива с воздухом.

У углеводородных жидкостей высокое электрическое сопротивление. У бензинов оно составляет 3∙10 9 – 4 ∙10 11 Ом∙м. При трении их частиц между собой о стенки трубопроводов, а также о воздух возникают заряды статического электричества величиной до нескольких десятков киловольт. Для воспламенения паров топлива, смешанного с воздухом, достаточно разряда с энергией 4 – 8 киловольт.

Для защиты от разрядов статического электричества применяют заземление токопроводящих элементов оборудования (4 – 6 Ом) и ограничивают скорость слива или налива. Скорость в начале налива в емкость не должна превышать 1 м/ c , а в процессе наполнения – 5 м/ c .

Нефть и нефтепродукты к потребителям транспортируются по нефтяным и газовым трубопроводам, по воде и суше. По суше нефтепродукты перевозят железнодорожным и автомобильным транспортом. Так как нефтепродукты взрывоопасны и пожароопасны, то их транспортировка производится согласно специальным Правилам.

Контрольные вопросы

1. В чём заключаются экологические свойства топливосмазывающих материалов?

2. Какие токсичные вещества входят в состав отработавших газов?

3. Какие вы знаете показатели пожарной и взрывной опасности нефтепродуктов?

4. Что называют температурой вспышки, горения и самовоспламенения?

5. Как воздействуют топливосмазывающие материалы на окружающую природу и человека?

6. Укажите допустимые значения отравляющих веществ выхлопных газов по Стандарту ЕВРО–5.

7. Почему газ бутан опаснее метана с точки зрения взрывной и пожарной безопасности?

8. ..

Для создания НКПРП паров над поверхностью жидкости достаточно нагреть до температуры, равной НТПРП, не всю массу жид­кости, а лишь только ее поверхностный слой.

При наличии ИЗ такая смесь будет способ­на к воспламенению. На практике чаще всего используются понятия температура вспышки и воспламенения.

Под температурой вспышки понимают наименьшую темпера­туру жидкости, при которой над ее поверхностью в условиях спе­циальных испытаний образуется концентрация паров жидкости, способная к воспламенению от ИЗ, но скорость их образования недостаточна для последующего горения. Таким образом, как при температуре вспышки, так и при нижнем тем­пературном пределе воспламенения над поверхностью жидкости образуется нижний концентрационный предел воспламенения, однако в последнем случае HKПРП создается насыщенными пара­ми. Поэтому температура вспышки всегда несколько выше, чем НТПРП. Хотя при температуре вспышки имеет место кратковременное воспламенение паров в воздухе, которое не спо­собно перейти в устойчивое горение жидкости, тем не менее при определенных условиях вспышка паров жидкости способна явить­ся источником возникновения пожара.

Температура вспышки принята за основу классификации жидкостей на легковоспламеняющиеся (ЛВЖ) и горючие жидкости (ГЖ). К ЛВЖ относятся жидкости, имеющие температуру вспыш­ки в закрытом тигле 61 0 С или в открытом 65 0 С и ниже, к ГЖ – с температурой вспышки в закрытом тигле более 61 0 С или в открытом тигле 65 0 С.

I разряд – особо опасные ЛВЖ, к ним относятся легко воспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки от -18 0 С и ниже в закрытом тигле или от -13 0 С и ниже в открытом тигле;

II разряд – постоянно опасные ЛВЖ, к ним относятся легко воспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки выше -18 0 С до 23 0 С в закрытом тигле или от -13 до 27 0 С в открытом тигле;

III разряд – ЛВЖ, опасные при повышенной темпе­ратуре воздуха, к ним относятся легко воспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки от 23 до 61 0 С в закрытом тигле или от 27 до 66 0 С в открытом тигле.

В зависимости от температуры вспышки устанавли­вают безопасные способы хранения, транспортирования и применения жидкостей для различных целей. Темпе­ратура вспышки жидкостей, принадлежащих к одному и тому же классу, закономерно изменяется с изменени­ем физических свойств членов гомологического ряда (табл. 4.1).

Таблица 4.1.

Физические свойства спиртов

	Молекулярная	Плот-ность,	Температура, К
Метиловый СН 3 ОН
Этиловый С 2 Н 5 ОН
н-Пропиловый С 3 Н 7 ОН
н-Бутиловый С 4 Н 9 ОН
н-Амиловый С 5 Н 11 ОН

Температура вспышки повышается с увеличением молекулярной массы, темпе­ратуры кипения и плотности. Эти закономерности в го­мологическом ряду говорят о том, что температура вспышки связана с физическими свойствами веществ и сама является физическим параметром. Необходимо от­метить, что закономерность изменения температуры вспышки в гомологических рядах нельзя распространятьна жидкости, принадлежащие к разным классам органических соединений.

При смешении горючих жидкостей с водой или четы-реххлористым углеродом давление горючих паров при той же температуре понижается, что приводит к повышению температуры вспышки. Можно разбавить горючую жидкость до такой степени, что получившаяся смесь не будет иметь температуру вспышки (см. табл. 4.2).

Практика пожаротушения показывает, что горение хорошо растворимых в воде жидкостей прекращается, когда концентрация горючей жидкости достигает 10-25 %.

Таблица 4.2.

Для бинарных смесей горючих жидкостей, хорошо растворимых друг в друге, температура вспышки находится между температурами вспышки чистых жидкостей и приближается к температуре вспышки одной из них в зависимости от состава смеси.

С повышением температуры жидкости скорость испарения увеличивается и при определенной температуре достигает такой величины, что раз подожженная смесь продолжает гореть после удаления источника воспламенения. Такую температуру жидкости принято называть температурой воспламенения . Для ЛВЖ она отличается на 1-5 0 С от температуры вспышки, а для ГЖ – на 30-35 0 С. При температуре воспламенения жидко­стей устанавливается постоянный (стационарный) про­цесс горения.

Между температурой вспышки в закрытом тигле и нижним тем­пературным пределом воспламенения имеется корреляционная связь, описываемая формулой:

Т вс – Т н.п. = 0,125Т вс + 2. (4.4)

Это соотношение справедливо при Т вс < 433 К (160 0 С).

Существенная зависимость температур вспышки и воспламене­ния от условия эксперимента вызывает определенные трудности при создании расчетного метода оценки их величин. Одним из наиболее распространенных из них является полуэмпирический метод, предложенный В. И. Блиновым:

, (4.5)

где Т вс – температура вспышки, (воспламенения), К;

р вс – парциальное давление насыщенного пара жидкости при температуре вспышки (воспламенения), Па;

D 0 – коэффициент диффузии паров жидкости, м 2 /с;

n – количество молекул кислорода, необходимое для пол­ного окисления одной молекулы горючего;

Введение

Нефтеперерабатывающая и нефтехимическая промышленность вырабатывает самые разнообразные продукты: газообразное и жидкое топливо, смазочные и специальные масла, битумы, парафин, ароматические углеводороды, и многие другие технические и химические продукты. Требования ко всем этим продуктам разнообразны и диктуются изменяющимися условиями применения и эксплуатации того или иного нефтепродукта.

Основная задача технического анализа – наиболее полно и четко охарактеризовать необходимые химические, физические и эксплуатационные свойства конечных продуктов производства с учетом особенностей их назначения и применения.

В техническом анализе разнообразных продуктов применяются следующие способы, методы и приемы исследования: химические – использующие классические приемы качественного и количественного анализа, физические – определение плотности, температуры застывания, пенетрация, перегонка и др., физико-химические – спектроскопия, газовая и жидкостная хроматография, специальные – определение различных эксплуатационных свойств или состава анализируемого продукта. К этой группе относят методы определения свойств нефтепродуктов: октановое число, цетановое число, химической стабильности топлив и масел и др.

Целью изучения курса технического анализа нефтепродуктов является получение четких представлений о том, какие физико-химические и специальные показатели характеризуют тот или иной продукт.

Методические указания состоят из двух частей:

- первая часть включает следующие лабораторные работы: определение температуры вспышки нефтепродуктов в закрытом тигле, определение температуры вспышки нефтепродуктов в открытом тигле, определение давления насыщенных паров нефтепродуктов, определение фракционного состава нефтей, анализ нефтяных битумов, определение содержания минеральных примесей в нефтях.

- вторая часть включает следующие лабораторные работы: определение низкотемпературных свойств нефтепродуктов, определение кислотного числа нефтепродуктов, определение содержания ароматических углеводородов в нефтепродуктах, определение кинематической вязкости нефтепродуктов, определение условной вязкости нефтепродуктов, определение содержания серы и серосодержащих соединений, определение плотности нефтепродуктов, определение высоты некоптящего пламени нефтепродуктов.

Лабораторная работа № 1

В закрытом тигле

Температурой вспышки .

Методика определения температуры вспышки в закрытом тигле

Испытуемые нефтепродукты по заданию преподавателя.

Прибор состоит из металлического закрытого тигля 1,который помещается в чугунную ванну 2,а последняя в свою очередь окружена латунной рубашкой 3 (см. рис.1).Такое устройство предохраняет ванну от излишнего излучения тепла. Тигель с внутренней стороны имеет метку для указания уровня налива испытуемой жидкости. Крышка тигля снабжена заслонкой с двумя отверстиями, гнездом для термометра, зажигательным приспособлением 4,пружинным рычагом 6и мешалкой 5с гибкой передачей. Поворотом пружинного рычага открываются заслонки и наклоняется в паровое пространство тигля зажигательное приспособление. Нагрев осуществляется газовой горелкой или электрической спиралью.

Рис.1. Прибор для определения температуры вспышки в закрытом тигле: 1-тигль, 2-чугунная ванна, 3-латунная рубашка, 4-зажигательное устройство, 5-перемешивающее устройство, 6-пружинный рычаг.

Перед определением прибор устанавливают в помещении, где отсутствует резкое движение воздуха. Снимают с прибора термометр, крышку с мешалкой и вынимают тигель. Эти части, соприкасающиеся с нефтепродуктом, тщательно промывают керосином или бензином и сушат. Испытуемый нефтепродукт наливают в тигель до метки, устанавливают его на место и закрывают крышкой. В крышке укрепляют термометр, проверяют, работает ли мешалка, пружинный рычаг и зажигают фитиль зажигательного устройства.

С помощью электрической спирали при постоянном перемешивании нагревают прибор, повышая температуру на 5 - 8°С/мин для продукта с температурой вспышки от 30 до 150°С и на 10 - 12°С/мин для продукта с температурой вспышки выше 150°С. За 30°С до ожидаемой температуры вспышки скорость нагревания уменьшают до 2°С/мин. Когда нефтепродукт нагреется до температуры на 10°С ниже ожидаемой температуры вспышки, проводят испытание на вспыхивание через 1°С для продуктов с температурой вспышки до 150 °С и через 2°С для продуктов с температурой вспышки выше 150 о С. Для этого на 1с поворачивают пружинный рычаг и наблюдают за появлением синего быстро исчезающего пламени над поверхностью нефтепродукта. Отмечаемую при этом температуру фиксируют как температуру вспышки.

Получив первую вспышку, нагревание продолжают и через 1-2 о С повторяют зажигание. Если вспышки не происходит, испытание считают неправильным и повторяют его снова со свежей порцией нефтепродукта.

Если испытанию подвергается неизвестный нефтепродукт, то в этом случае нагревание ведут со скоростью 4 о С/мин при постоянном помешивании. Через каждые 4 о С проводят испытание на вспыхивание. Определив ориентировочную температуру вспышки, повторяют испытание со свежей порцией нефтепродукта по описанной выше методике. Расхождение между параллельными определениями при температуре вспышки до 50°С не должно превышать 1°С, выше 50°С - 2 о С.

Результаты работы представить в виде таблицы и вывода:

В выводе сопоставить полученные значения температур вспышки нефтепродуктов со значениями в соответствии с ГОСТ.

Лабораторная работа № 2

Определение температуры вспышки нефтепродуктов

В открытом тигле

Температурой вспышки называется температура, при которой пары нефтепродукта, нагреваемого в определенных условиях, образуют с окружающим воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении к ней пламени. Температура вспышки характеризует огнеопасность любых нефтепродуктов. Впервые ее начали определять для керосинов, чтобы обнаружить в них примесь бензина, которая приводила к взрывам во время горения керосина. В настоящее время температура вспышки является нормируемым показателем смазочных масел, дизельных и котельных топлив, а также реактивных топлив Т-1, ТС-1, осветительных и тракторных керосинов и бензинов-растворителей. По температуре вспышки можно составить представление о характере углеводородов, входящих в его состав, а также о наличии примесей легко испаряющихся компонентов. Высококипящие углеводороды повышают температуру вспышки и, на­оборот, низкокипящие снижаютее. На температуру вспышки некоторое влияние оказывают атмосфер­ное давление и влажность воздуха. Чем выше атмосферное давление, тем выше и температура вспышки. Повышенная влажность воздуха увеличивает температуру вспыш­ки, таккак при этом в паро-воздушной смеси парциальное давление воздуха уменьшается за счет присутствия водяных паров.

Определение температуры вспышки нефтепродуктов необходимо проводить в вытяжном шкафу, так как они разлагается с выделением газообразных продуктов. В вытяжном шкафу не следует плотно закрывать дверцы, а держать их на рекомендуемом преподавателем уровне.Разрешается наблюдать за процессом только через стекло шкафа.

Похожая информация.

Cтраница 1

Температура вспышки нефти и нефтепродуктов, зависящая от их испаряемости и упругости паров, колеблется в очень широких пределах: от - 35 до 36 С для сырых нефтей, от - 36 до - 7 С для бензина, от 15 до 60 С для керосина, от 60 до 120 С для мазута, от 130 до 325 С для масла.  

Температуры вспышки нефти и нефтепродуктов чрезвычайно разнообразны; бензиновые фракции имеют отрицательные температуры вспышки от - 10 до - 30 С, керосиновые - от 28 до 60 С, а масляные - от 1 30 до 325 С.  

Температуры вспышки нефти п нефтепродуктов чрезвычайно разнообразны; бензиновые фракции имеют отрицательные температуры вспышки от минус 40 до минус 30 С, керосиновые - от 28 до 60 С, а масляные - от 130 до 325 С.  

Аппарат Абель-Пенского служит для определения температуры вспышки нефтей, керосинов и тому подобных продуктов с температурой вспышки до 50 С. Устройство его показано на рис. VIII. Внутри латунного цилиндрического резервуара 1 имеется один штифт 2 для регулирования высоты налива исследуемого продукта. Резервуар снабжен хорошо пригнанной к нему крышкой, имеющей тубус для термометра 3, зажигательное приспособление 4, часовой механизм 5 с рычажком для пуска 6 и пуговичкой для завода механизма, заслонку 7 и рядом с зажигательным приспособлением белый шарик (на рис. VIII. Весь прибор (с крышкой) устанавливается на водяной бане 8, причем отверстие 9 для, цилиндра сделано в бане таким образом, что между ним и стенками цилиндра остается некоторое воздушное пространство. Благодаря этому достигается равномерность нагрева. Аппарат снабжен двумя термометрами: 3 - для наблюдения за температурой нефтепродукта с шаровидным ртутным резервуаром со шкалой от 10 до 55 С, градуированный через каждые 0 5 С, длиной не более 230 мм т 11 - для наблюдения за температурой воды в бане; этот термометр градуирован от 201 до 105 С через каждые 1 С.  

Методы анализа и измерительные устройстве контроля температуры вспышки нефти и нефтепродуктов.  

В зависимости от протяженности, диаметра труб и температуры вспышки нефти и нефтепродукта различают четыре категории магистральных нефтепроводов.  

Поверочные средства представляет собой комплекты химреэкти-вов для контроля температуры вспышки нефти и нефтепродуктов.  

В настоящее время совместными усилиями специалистов УфНИ, ВНИИ Ш, Ново-Уфимского НПЗ разработаны и начинают внедряться в широком масштабе поверочные средства - стандартные образцы для метрологического обеспечения методов анализа и приборов контроля температур вспышки нефти и нефтепродуктов. В лаборатории Технологические измерения и приборы кафедры автоматизации химико - технологических процессов Уфимского нефтяного института и в Башкирском ОКБ НПО Нефтехимавтоматика выполнен комплекс одновременных испытаний по исследованию точностных характеристик отечественных.  

В области методов испытаний и средств контроля качества нефти и продуктов ее переработки разработаны оригинальные методы анализа состава и свойств нефти и продуктов ее переработки в условиях достижения равновесия фаз - содержания солей, содержания воды в нефти, давления насыщенных паров, температуры вспышки нефти и нефтепродуктов. На основе сформулированных им представлений создан прибор экспрессного анализа давления насыщенных паров нефти и нефтепродуктов и освоено его производство.  

Температура вспышки нефти или нефтепродукта - минимальная температура нагреваемых в стандартных условиях нефти или нефтепродукта, при которой смесь паров нефти или нефтепродукта с воздухом в условиях атмосферного давления при поднесении к ней пламени вспыхивает и сразу затухает. Температура вспышки нефти колеблется в широких пределах (от 35 до 120 С) в зависимости от ее фракционного состава. Температура вспышки нефтепродуктов: легковоспламеняющихся бензинов - ниже 28 С, керосинов - 28 - 45 С; горючих нефтепродуктов (моторное и дизельное топливо, мазуты) 45 - 120 С. Кроме того, пары нефти или нефтепродукта обладают взрыво-опасностью. Взрыв паров нефти или нефтепродуктов при наличии открытого огня или искр возможен при определенном их содержании в воздухе. При этом наименьшее и наибольшее содержание паров нефти или нефтепродуктов в воздухе называют соответственно нижним и верхним пределами взрываемости. При концентрации паров выше верхнего предела взрываемости смесь паров нефти и нефтепродуктов с воздухом горит. Пределы взрываемости нефти или нефтепродуктов зависят от их состава и колеблются в широких пределах.  

Температура вспышки нефти в основном зависит от содержания в ней легких бензиновых фракций и поэтому колеблется в довольно значительных пределах. Большей частью ее значение отрицательно (как и для бензинов); например, температура вспышки ромашкипской нефти около - 38 С (при 24 % фракций до 200 С), но для тяжелой ярегской нефти (Коми АССР), практически не содержащей бензина, она составляет 108 С. Определяют температуру вспышки в закрытом тигле (ГОСТ 6356 - 75); если эта температура отрицательна, то с применением охлаждающей смеси. Температура вспышки нефти и нефтепродуктов характеризует их пожарную опасность. При наличии растворенных газов температура вспышки нефтей значительно понижается.  

Температурой вспышки паров легковоспламеняющейся или горючей жидкости называют наинизшую температуру, при которой посторонний источник зажигания вызывает вспышку ее паров, насыщающих пространство, не сопровождающуюся, однако, воспламенением самой жидкости. Пары легковоспламеняющихся и горючих жидкостей относятся к пожароопасным, если температура вспышки их выше 45 С, и к взрывоопасным, если температура вспышки этих паров 45 С и ниже. Температуры вспышки нефти и нефтепродуктов весьма разнообразны и колеблются в широких пределах. Так, например, бензиновые фракции имеют отрицательные температуры вспышки от - 40 до - 30 С; керосиновые-от 28 до 60 С; масляные от 130 до 325 С.  

Нефть представляет сложную смесь алканов, некоторых циклонов, ароматических углеводородов различной молекуллрной массы, а также кислородных, сернистых и азотистых соединений. В пределах большинства нефтяных залежей нет полного единообразия и в характеристике пластовых нефтей, обнаруживаются признаки дифференциации их по физико-химическим показателям. Температура вспышки нефти колеблется в широких пределах (от ниже минус.  

Низкотемпературные свойства

Понятие температуры вспышки

Температурой вспышки называется температура, при которой нефтепродукт, нагреваемый в стандартных условиях, выделяет такое количество паров, которое образует с окружающим воздухом горючую смесь, вспыхивающую при поднесении к ней пламени.

Для индивидуальных углеводородов существует определенная количественная связь температуры вспышки и температуры кипения, выражаемая соотношением:

Для нефтепродуктов, выкипающих в широком интервале температур, такую зависимость установить нельзя. В этом случае температура вспышки нефтепродуктов связана с их средней температурой кипения, т. е. с испаряемостью . Чем легче фракция нефти, тем ниже ее температура вспышки. Так, бензиновые фракции имеют отрицательные (до минус 40°С) температуры вспышки, керосиновые 28-60°С, масляные 130-325°С. Присутствие влаги, продуктов распада в нефтепродукте заметно влияет на величину его температуры вспышки. Этим пользуются в производственных условиях для заключения о чистоте получаемых при перегонке керосиновых и дизельных фракций. Для масляных фракций температура вспышки показывает наличие легкоиспаряющихся углеводородов. Из масляных фракций различного углеводородного состава наиболее высокую температуру вспышки имеют масла из парафинистых малосернистых нефтей. Масла той же вязкости из смолистых нафтено-ароматических нефтей характеризуются более низкой температурой вспышки.

Методы определения температуры вспышки

Стандартизованы два метода определения температуры вспышки нефтепродуктов в открытом (ГОСТ 4333-87) и закрытом (ГОСТ 6356-75) тиглях. Разность температур вспышки одних и тех же нефтепродуктов при определении в открытом и закрытом тиглях весьма велика. В последнем случае требуемое количество нефтяных паров накапливается раньше, чем в приборах открытого типа. Кроме того, в открытом тигле образовавшиеся пары свободно диффундируют в воздух. Указанная разность тем больше, чем выше температура вспышки нефтепродукта. Примесь бензина или других низкокипящих фракций в более тяжелых фракциях (при нечеткой ректификации) резко повышает различие в температурах их вспышки в открытом и закрытом тиглях.

При определении температуры вспышки в открытом тигле нефтепродукт сначала обезвоживают с помощью хлорида натрия, сульфата или хлорида кальция, затем заливают в тигель до определенного уровня, в зависимости от вида нефтепродукта. Нагрев тигля ведут с определенной скоростью, и при температуре на 10°С ниже ожидаемой температуры вспышки медленно проводят по краю тигля над поверхностью нефтепродукта пламенем горелки или другого зажигательного приспособления. Эту операцию повторяют через каждые 2°С. За температуру вспышки принимают ту температуру, при которой появляется синее пламя над поверхностью нефтепродукта. При определении температуры вспышки в закрытом тигле нефтепродукт заливают до определенной метки и в отличие от описанного выше метода нагревание его проводят при непрерывном перемешивании. При открывании крышки тигля в этом приборе автоматически подносится пламя к поверхности нефтепродукта.

Определение температуры вспышки начинают за 10°С до предполагаемой температуры вспышки - если она ниже 50°С, и за 17°С - если она выше 50°С. Определение проводят через каждый градус, причем в момент определения перемешивание прекращают.

Все вещества, имеющие температуру вспышки в закрытом тигле ниже 61°С, относятся к легковоспламеняющимся жидкостям (ЛВЖ), которые, в свою очередь, подразделяются на:

• особо опасные (T всп ниже минус 18°С);
• постоянно опасные (T всп от минус 18°С до 23°С);
• опасные при повышенной температуре (T всп от 23°С до 61°С).

Пределы взрываемости

Температура вспышки нефтепродукта характеризует возможность этого нефтепродукта образовывать с воздухом взрывчатую смесь. Смесь паров с воздухом становится взрывчатой, когда концентрация паров горючего в ней достигает определенных значений. В соответствии с этим различают нижний и верхний пределы взрываемости смеси паров нефтепродукта с воздухом. Если концентрация паров нефтепродукта меньше нижнего предела взрываемости, взрыва не происходит, так как имеющийся избыток воздуха поглощает выделяющееся в исходной точке взрыва тепло и таким образом препятствует возгоранию остальных частей горючего. При концентрации паров горючего в воздухе выше верхнего предела взрыва не происходит из-за недостатка кислорода в смеси. Нижний и верхний пределы взрываемости углеводородов можно определить соответственно по формулам:

В гомологическом ряду парафиновых углеводородов с повышением молекулярной массы как нижний, так и верхний пределы взрываемости понижаются, а интервал взрываемости сужается от 5-15% (об.) для метана до 1,2-7,5% (об.) для гексана. Ацетилен, оксид углерода и водород характеризуются самыми широкими интервалами взрываемости, поэтому они наиболее взрывоопасны.

С повышением температуры смеси интервал ее взрываемости слегка сужается. Так, при 17°С интервал взрываемости пентана равен 1,4-7,8% (об.), а при 100°С составляет 1,44-4,75% (об.). Присутствие в смеси инертных газов (азота, диоксида умерода и др.) также сужает интервал взрываемости. Увеличение давления приводит к повышению верхнего предела взрываемости.

Пределы взрываемости паров бинарных и более сложных смесей углеводородов можно определить по формуле: