Температура вспышки - это та, при которой над поверхностью нагреваемого в тигле жидкого горючего вещества кратковременно вспыхивают её пары. Обычно вспышка не переходит в горение, поскольку скорость образования горючих паров при этой температуре меньше скорости их сгорания. Горение пламенем наступает позже, при более высокой температуре, называемой температурой воспламенения (или возгорания).

Этот параметр имеет ключевое значение в технике использования всех видов горючих жидкостей, поскольку позволяет устанавливать правила и границы безопасного обращения с ними, определять чистоту топлива, наличие опасных добавок, выявлять фальсификаты, достоверно рассчитывать режимы работы двигателей и энергетических установок.

Температуру вспышки жидкого топлива измеряют двумя методами - в открытом и закрытом тиглях. Они отличаются тем, что в последнем методе пары не могут улетучиваться в окружающее пространство, и вспышка наступает при менее высокой температуре. Температура вспышки в открытом тигле всегда выше, и эта разность температур растёт с увеличением абсолютного значения параметра.

В нашей стране стандартизованы в ГОСТ 4333-87 два метода определения температуры вспышки в открытом тигле – Кливленда и Бренкена. Другой стандарт - ГОСТ 6356-75 – устанавливает аналогичную методику для закрытого тигля.

Принцип измерения

Исследование проводят на отечественном приборе типа ТВО.

Оба ГОСТа устанавливают следующий порядок измерения температур вспышки.
Нефтепродукты наливают в открытый (или в закрытый) металлический чашеобразный тигель до обозначенной метки на внутренней стенке. Тигель устанавливают в прибор на асбестовую поверхность нагревательного устройства, с помощью штатива закрепляют термометр так, чтобы ртутная головка находилась внутри жидкости на высоте не менее 8 мм от дна тигля в центре круга. Включают нагрев, устанавливают нужную скорость нарастания температуры.

Через каждые 2 ºС над поверхностью жидкости проводят в горизонтальном направлении наконечником газовой горелки с пламенем длиной не более 4 мм. При возникновении кратковременной голубой вспышки паров регистрируют температуру. Это и есть искомая величина. При дальнейшем нагревании жидкости она возгорается красным пламенем. Регистрируют температуру воспламенения.

При исследовании вспышки в закрытом тигле под крышку помещают газовый запальник с постоянным горением. Пары в таком тигле накапливаются быстрее, вспышка происходит раньше.

Некоторые данные по измерению температур вспышек

Сегодня существуют более совершенные, чем ТВО, аппараты для определения температур вспышки. Они отличаются высокой точностью измерений, автоматизацией операций, дружественными интерфейсами, большой производительностью, поэтому существенно облегчают работу операторов в загруженных лабораториях.

Методику открытого тигля используют для исследований веществ с низким давлением летучих паров – минеральных масел, остаточных нефтепродуктов. Анализы в закрытом тигле более применимы для жидкостей с высоколетучими парами. Результаты исследований по обеим методикам могут иметь существенные различия (до двух десятков ºС).

Вещества с температурами вспышки в закрытом тигле ниже 61 ºС относят к легковоспламеняющимся. Они, в свою очередь, подразделяются на особо опасные (Т всп.≤ -18 ºС), опасные (Т всп.от -18 ºС до +23 ºС) и опасные при повышенной температуре (Т всп. от 23 ºС до 61 ºС).

Для дизельного топлива температура вспышки в открытом тигле колеблется в диапазоне от 52 до 96 ºС, для бензина - -43 ºС. Температура самовоспламенения для бензина - 246 ºС, для дизтоплива - 210 ºС. Поскольку последнее не поджигается в камере сгорания ДВС, а самовоспламеняется, становится понятным, почему для него характерны столь высокая по сравнению с бензином температура вспышки и более низкая температура самовоспламенения.

Температура вспышки топлива в открытом тигле является важным информативным параметром жидкого горючего, используемым для определения качества продукта.

Владимир Хомутко

Время на чтение: 4 минуты

А А

Какова температура вспышки нефтепродуктов?

Температура вспышки нефтепродуктов (ТВНП) представляет собой такое значение, при котором из вещества, нагреваемого при стандартных условиях, выделяется количество паров, достаточное для образования в окружающем его воздухе горючей смеси, которая вспыхивает при контакте с огнем.

ТВНП и температура кипения нефтепродуктов, характеризующая степень их испаряемости, находятся в тесной взаимосвязи. Другими словами, чем нефтяная фракция легче, тем выше его испаряемость, а значит – ниже этот важный показатель.

К примеру, ТВНП бензиновых нефтяных фракций находится в отрицательном диапазоне значений (вплоть до минус 40 градусов Цельсия). Керосины образуют горючие воздушные смеси в диапазоне от 28-ми до 60-ти градусов, а различные виды дизельного топлива – от 50-ти до 80-ти градусов. Тяжелые масляные фракции вспыхивают в диапазоне от 130-ти до 325-ти °С. Если говорить о самой сырой нефти, то дня различных видов нефтей ТВНП может быть как отрицательной, так и положительной.

Также ТВНП сильно зависит от присутствия в конкретном продукте влаги, присутствие которой её снижает. Поэтому, для точного определения ТВНП в условиях измерительной лаборатории исследуемое вещество предварительно обезвоживают.

В настоящее время используют два основных метода определения ТВНП, имеющих государственные стандарты:

• в открытом тигле (по ГОСТ-у 4333-87);
• в закрытом тигле (по ГОСТ-у 6356-75).

Разница в результатах, получаемых этими методами, может составлять от 20-ти до 30-ти градусов. Это связано с тем, что в открытом тигле часть выделяемых продуктом паров улетучивается в атмосферу, поэтому накопление их количества, достаточного для возникновения горючей смеси, происходит несколько дольше, чем при использовании закрытого тигля. Соответственно, ТВНП, полученная с использованием открытого тигля, будет выше, чем при использовании тигля закрытого типа.

В основном открытый тигль используют для определения этого значения у тех нефтяных фракций, которых относятся к высококипящим. К таким продуктам относятся разные виды нефтяных масел и мазутов. ТВНП считается такая, при которой первое синее пламя на поверхности исследуемого вещества появляется – и сразу исчезает.

По значению этого параметра все нефтепродукты делят на две категории:

• легковоспламеняющиеся;
• горючие.

К первой категории относят все нефтяные вещества, у которых этот ТВНП составляет меньше 61-го градуса Цельсия при проверке в закрытом тигле, и не большее 66-ти – в открытом. Горючими считаются вещества, у которых ТВНП больше 61-го и 66-ти градусов соответственно методу исследования.

ТВНП является важнейшим показателем, по которому определяется взрывоопасность (другими словами, при каких условиях пары нефтяного вещества образуют с атмосферным воздухом взрывчатую смесь).

Взрываемость имеет два показателя – нижний предел и верхний предел.

Их суть заключается в том, что при концентрации выделяемых продуктом паров в паровоздушной смеси ниже, чем нижний предел, или выше, чем верхний предел – взрыва не будет. В первом случает это связано с тем, что выделяющееся тепло поглощается избытком воздуха, что не позволяет загореться остальным частям горючего. Во втором случае для взрыва в паровоздушной смеси просто недостаточно кислорода.

Другие показатели, важные для нефтепродуктов

К таким показателям относят температуры воспламенения, самовоспламенения и застывания.

Температура воспламенения нефтепродукта

Эта температура нефтепродуктов всегда выше описанной в первой части статьи. Если для определения значения вспышки появления первого пламени с последующим его затуханием, то для этого показателя необходим такой нагрев, при котором вещество будет гореть постоянно. Разница между этими двумя характеристиками при измерении может составлять от 30-ти до 50-ти градусов.

За температуру воспламенения берется минимальная, при которой вспышка вещества приводит не к моментальному затуханию пламени, а к процессу постоянного горения исследуемого продукта.

Если продолжить нагрев исследуемого нефтяного вещества, избегая его контакта с атмосферным воздухом, а при достижении высоких температурных значений создать такой контакт, то вещество способно самопроизвольно загореться. Минимальные показания прибора, при котором это происходит, и являются температурой его самовоспламенения.

Анализатор температуры вспышки по Пенски-Мартенсу PMA 5

Она находится в прямой зависимости от химического состава нефтепродукта. Самые высокие значения этого показателя характерны для углеводородов ароматической группы, за ними идут нафтеновые и парафиновые вещества.

Зависимость проста – чем легче нефтяная фракция, тем выше значение t самовоспламенения. Например, самовоспламенение бензиновых фракции может происходит в диапазоне от 400 до 450 градусов, а у газойлей – от 320-ти до 360-ти.

Знание этого значения очень важно, поскольку самовоспламенение является достаточно частой причиной возникновения пожаров на предприятиях нефтепереработки, когда любое нарушение герметичности в теплообменниках, трубопроводах или в ректификационных колоннах (например, из-за разгерметизации фланцевых соединений) приводит к самовозгоранию.

Следует помнить, что если на изоляционный материал попадает нефтепродукт, его нужно как можно быстрее заменить, так как каталитическое действие продукта способно вызвать самовозгорание при более низких t, чем температура самовоспламенения.

Определение температуры застывания необходимо для обеспечения нормальной транспортировки с помощью трубопроводов, а также при использовании нефтяных производных в условиях сильных морозов (например, в авиации, где использование быстро застывающего топлива невозможно). В этих сферах крайне важна такая характеристика, как подвижность нефтяных продуктов, от которой зависит степень их прокачиваемости.

ТВО-ЛАБ-11 Автоматический аппарат для определения температуры вспышки в открытом тигле

Температурой застывания считается та, при которой вещество, исследуемое в стандартных условиях, теряет свою подвижность.

Снижение подвижности и полная её потеря может объясняться следующими факторами.

Лабораторная работа №2

Определение температуры вспышки в открытом тигле (ГОСТ 4333-87)

Цель работы - э кспериментальное определение температуры вспышки в открытом тигле для горючих нефтепродуктов, в частности для дизельного топлива и мазута, и сравнение с показателями ГОСТа на товарные нефтепродукты.

Краткие теоретические сведения

Температуру вспышки измеряют в приборах закрытого и открытого типов.

Метод открытого тигля моделирует возгорание жидкости в открытых сосудах или при случайном разливе и применяется для нефтепродуктов с низким давлением насыщенных паров, обычно для минеральных масел и остаточных нефтепродуктов.

Величина температуры вспышки одного и того же продукта в аппаратах открытого типа всегда несколько выше, чем в аппаратах закрытого типа. Это объясняется тем, что в последних испарение продукта происходит в сосуде и давление паров, необходимое для создания воспламеняющейся при поднесении пламени смеси продукта с воздухом, достигается значительно раньше, чем в приборах открытого типа. В приборах открытого типа образующиеся пары имеют возможность свободно диффундировать в воздух, где значительная часть их рассеивается.

Подобная разность вспышек возрастает по мере увеличения вязкости продуктов. В случае тяжелых нефтепродуктов эта разница в величине температуры вспышки может доходить до 50 0 С, в случае маловязких масел она составляет от 3 до 8 0 С.

Методика определения

Сущность метода заключается в определении температуры, при которой пары нефтепродукта, нагреваемого в установленных настоящим стандартом условиях, образуют с окружающим воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении к ней пламени.

Аппаратура, материалы и реактивы

Аппарат для определения температуры вспышки и воспламенения нефтепродуктов в открытом тигле (рис.1); щит из листовой кровельной стали, окрашенной с внутренней стороны черной краской, высотой 550-650 мм или экран, окрашенный с внутренней стороны черной краской, каждая секция которого имеет ширину (461) см и высоту 671) см; термометр типа ТН-2; секундомер любого типа; барометр; барометр-анероид; бензин-растворитель.

Рисунок 1 - Определение температуры вспышки в открытом тигле:

1- наружный тигель; 2- внутренний тигель; 3- термометр; 4- шаблон; 5- штатив; 6 - лампа Бартеля; 7-лучины; 8- песок.

Проведение испытания

Испытуемый образец продукта перед анализом перемешивают в течение 5 мин. встряхиванием в склянке, заполненной не более чем на 2/3 её вместимости.

Аппарат устанавливают на ровном устойчивом столе в таком месте, где нет заметного движения воздуха. Поверхность над тиглем предохраняют от попадания дневного света во избежание помех при определении температуры вспышки. Защищают аппарат от движения воздуха щитом или экраном.

Тигель 2 промывают бензином для удаления следов нефтепродуктов от предыдущего испытания. Углеродистые отложения удаляют металлической щеткой. После этого тигель промывают холодной дистиллированной водой и высушивают на открытом пламени или горячей плиткой с целью удаления следов растворителя и воды. Тигель 2 охлаждают до температуры 15-25°С и ставят в наружный тигель 1 аппарата с прокаленным песком так, чтобы песок был на высоте около 12 мм от края внутреннего тигля, а между дном этого тигля и наружным тиглем был песок, толщина слоя которого 5-8 мм, что может быть проверено при помощи шаблона 4. Испытуемый нефтепродукт наливают во внутренний тигель 2 так, чтобы уровень жидкости отстоял от края на 12 мм для нефтепродуктов со вспышкой до 210°С включительно и на 18 мм - нефтепродуктов со вспышкой выше 210°С. Правильность налива нефтепродукта проверяют шаблоном 4, налив нефтепродукта производят до соприкосновения поверхности нефтепродукта с острием указателя высоты уровня жидкости. При нагревании допускается разбрызгивания нефтепродукта и смачивания стенок внутреннего тигля выше уровня жидкости.

Во внутренний тигель с нефтепродуктом устанавливают термометр 3 строго вертикальном положении так, чтобы ртутный шарик находился в центре тигля приблизительно на одинаковом расстоянии от дна тигля и от уровня нефтепродукта и закрепляют термометр в таком положении в лапке штатива 5.

Наружный тигель аппарата нагревают пламенем газовой горелки или лампы Бартеля 5, или электрической плиткой так, чтобы испытуемый нефтепродукт нагревался на 10°С в 1 мин. За 40С до ожидаемой температуры вспышки нагрев ограничивают 4°С в 1 мин.

За 10°С до ожидаемой температуры вспышки проводят медленно по краю тигля на расстоянии 10-14 мм от поверхности испытуемого нефтепродукта и параллельно этой поверхности пламенем зажигательного приспособления (лучинки) 7. Длина пламени должна быть 3-4 мм. Время продвижения пламени от одной стороны тигля до другой 2-3 с. Такое испытание повторяют через 2°С подъема температуры.

За температуру вспышки принимают температуру, показываемую термометром при появлении первого синего пламени над частью или над всей поверхностью испытуемого нефтепродукта. В случае появления неясной вспышки она должна быть подтверждена последующей вспышкой через 2°С.

Расхождения между двумя последовательными определениями температуры вспышки не должны превышать следующих величин:

Температура вспышки Допускаемые расхождения

Свыше 150 6

За результат определения принимают среднее арифметическое двух последовательных определений. Вычисляют температуру вспышки с поправкой на барометрическое давление. Прибавляют поправку на барометрическое давление, если оно ниже 95,1 кПа (715 мм.рт.ст.) в соответствии со следующими данными:

Барометрическое давление кПа (мм.рт.ст.) Поправка, °С

от 95,3 до 88,7 (от 715 до 665) 2

от 88,6 до 81,3 (от 664 до 610) 4

от 81,2 до 73,3 (от 609 до 550) 6

Практическая часть

Испытуемый образец авиационное масло МС-8П t всп ≥150°С по ГОСТу.

152°С-нет вспышки

154°С-нет вспышки

168°С-нет вспышки

174°С-нет вспышки

177°С-нет вспышки

179°С-есть вспышка

Вывод: экспериментально определили температуру вспышки в открытом тигле для горючего нефтепродукта, в частности для авиационного масла МС-8П, и сравнили с показателями ГОСТа на товарные нефтепродукты. Испытуемое дизельное топливо соответствует ГОСТу. Авиационное масло МС-8П относится к горючим жидкостям.

Сопровождающееся ярким кратковременным свечением. Устойчивого горения при этом нет. Температура вспышки - минимальная температура конденсированных веществ, при которой над их поверхностью образуются пары, вспыхивающие при появлении искры, пламени либо раскаленного тела.

Способностью вспыхивать при относительно невысоких температурах обладают жидкости, относящиеся к разряду легковоспламеняющихся. Максимальная температура вспышки таких веществ в закрытых тиглях составляет + 61 °С, в открытых - + 66 °С. Некоторые вещества способны самовозгораться, достигнув характерной именно для них температуры возгорания.

Определение давления возможно для любой горючей жидкости. Оно возрастает соразмерно возрастанию температуры вещества. Как только температура вспышки достигнет критического (максимального) показателя, становится возможным и поддержание горения.

Однако наступление равновесия «пар - жидкость» потребует некоторого времени, которое пропорционально скорости образования паров. Устойчивого горения можно добиться, достигнув определенной (для каждого вещества индивидуальной) температуры возгорания, поскольку температура горения всегда выше, чем температура вспышки.

Прямое изменение температур, при которых вещества вспыхивают, имеет определенные сложности. Поэтому температурой вспышки принято считать температуру стенок реакционных сосудов, в которых эта вспышка наблюдается. Зависит температура непосредственно от условий происходящего теплообмена внутри самого сосуда, от его каталитической активности, от окружающей среды, от объема находящейся в сосуде жидкости.

Особенно опасны жидкости, способные вспыхивать при температурах ниже -18 °С в тиглях закрытых, ниже - 13°С - в открытых. Постоянно опасными принято считать жидкости, вспышка которых возможна при температуре + 23°С в закрытых тиглях и до + 27°С в открытых. Показатели температур опасных жидкостей составляют до + 60 °С включительно при закрытых тиглях, до + 66 °С включительно - при открытых.

Разница и горения существенно варьируется, причем она индивидуальна для каждого вещества. Температура вспышки например, - не более + 70 °С. Температура его горения - + 1100 °С. Температура воспламенения - от + 100 °С до + 119 °С. А вот температура вспышки бензина, в связи с очень высокой летучестью, составляет + 40 °С, а иногда и меньше. Температура его воспламенения - + 300 °C. Показатели, касающиеся бензина, несколько обобщены. Их нужно считать средними, поскольку существуют различные виды бензина (автомобильные (летние, зимние), авиационные) с существенно отличающимися характеристиками и, соответственно, разными температурами вспышки, воспламенения, горения.

Горение - процесс, сопровождающийся выделением большого количества тепла с характерным излучением света (свечением), возможный при достижении определенной для каждого вещества температуры и доступе к нему кислорода либо других веществ (серы, паров брома и пр.).

Наиболее опасными считаются взрывы, характеризующиеся мгновенной химической реакцией с выделением огромной энергии и несущие механическую работу. Огонь при взрыве может распространиться на 3000 метров за одну секунду. Горение смеси при такой скорости называют детонацией. Являющиеся следствием детонации ударные волны часто становятся причинами значительных разрушений и несчастных случаев.

Температуры вспышки, воспламенения и самовоспламенения. Температурой вспышкиназывается температура, при которой нефтепродукт, нагреваемый в стандартных условиях

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 пламени и гаснущую из-за недостатка горючей массы в этой смеси.

Эта температура является характеристикой пожароопасных свойств нефтепродуктов, и на ее основе классифицируют объекты нефтедобычи и нефтепереработки по категориям пожарной опасности.

Температура вспышки НП 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 -40 °С) температуры вспышки, керосиновые и дизельные 35-60 °С, масляные 130-325 °С. Для масляных фракций температура вспышки показывает наличие легкоиспаряющихся УВ.

Присутствие влаги, продуктов распада в НП заметно влияет на величину его температуры вспышки.

Стандартизированы два метода определения температуры вспышки: в открытом и закрытом тиглях. Разность температур вспышки одних и тех же НП в открытом и закрытом тиглях весьма велика. В последнем случае требуемое количество нефтяных паров накапливается раньше, чем в приборах открытого типа.

Все вещества, имеющие температуру вспышки в закрытом тигле ниже 61 °С, относятся к легковоспламеняющимся жидкостям (ЛВЖ), которые, в свою очередь, подразделяются на особо опасные (температура вспышки ниже минус 18 °С), постоянно опасные (температура вспышки от минус 18 °С до 23 °С) и опасные при повышенной температуре (температура вспышки от 23°С до 61°С).

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.

Ацетилен, оксид углерода и водород характеризуются самыми широкими интервалами взрываемости, поэтому они наиболее взрывоопасны.

Температурой воспламенения называют минимально допустимую температуру, при которой смесь паров НП с воздухом над его поверхностью при поднесении пламени вспыхивает и не гаснет в течение определенного времени, т.е. концентрация горючих паров такова, что даже при избытке воздуха горение поддерживается.

Определяют температуру воспламенения прибором с открытым тиглем, и по своему значению она на десятки градусов выше температуры вспышки в открытом тигле.

Температурой самовоспламенения называют такую температуру, при которой соприкосновение нефтепродукта с воздухом вызывает его воспламенение и устойчивое горение без поднесения источника огня.

Температуру самовоспламенения определяют в открытой колбе нагреванием до появления пламени в колбе. Температура самовоспламенения на сотни градусов выше температур вспышки и воспламенения (бензины 400-450 °С, керосины 360-380°С, дизельные топлива 320-380°С, мазуты 280-300°С).

Температура самовоспламенение нефтепродуктов зависит не от испаряемости, а от их химического состава. Наибольшей температурой самовоспламенения обладают ароматические углеводороды, а также богатые ими нефтепродукты, наименьшей – парафиновые.Чем выше молекулярная масса углеводородов, тем ниже температура самовоспламенения, так как она зависит от окислительной способности. С повышением молекулярной массы углеводородов их окислительная способность возрастает, и они вступают в реакцию окисления (обуславливающую горение) при более низкой температуре.