Содержание воды (Water) в топливе
Стандарт ISO 8217 2005 допускает содержание воды, в процентах по объёму, в остаточных топливах — не более 0,50%, а для дистиллатных топлив сортов DMB и DMC — не более 0,30%.
Обводнение морских сортов топлива может быть вызвано:
- нарушениями технологических процессов изготовления топлив;
- несоблюдением надлежащих процедур транспортировки и хранения топлива на берегу, бункеровщике и на судне;
- преднамеренное обводнение топлива при его поставках или непосредственно на борту судна;
- плохой или недостаточно эффективной обработкой топлива на борту судна.
Несомненно, что по коммерческим соображениям, покупателю нежелательна поставка топлива содержащего воду. Достаточно просто определить влияние количественного содержания воды на чистую удельную теплоту сгорания топлива (нетто) — Qн. Каждый процент содержания воды в топливе снижают его Q
Это означает, что на каждые 100 US$ стоимости топлива за одну тонну, при содержании в нём воды 1,0 %, покупатель платит за воду, в эквиваленте потенциальной энергии, приблизительно
1.06 US$.
Так, например, при поставке 1000тонн бункерного топлива, содержащего 0,50% воды, стоимостью 500 US$ за тонну, потребитель дополнительно платит:
(1000 х 0,50 х 1,06) х (500 : 100) = 2650 US$.
Если количество содержания воды в топливе превышает 0,50%, то покупатель вправе рассчитывать на пропорциональное снижение цены топлива.
Кроме финансовых потерь, повышенное содержание воды в топливе вызывает ряд проблем связанных с технической эксплуатацией судовых технических средств и судна в целом. Многое в этом зависит от природы воды —
Плотность и вязкость топлива оказывают дополнительное влияние на эффективность процессов удаления воды в отстойных цистернах и центробежных сепараторах.
Обводнение топлив морской водой
Чаще всего забортная вода попадает в топливо при его поставках с бункеровщика, это может происходить:
- при смешивании балластной воды с топливом в процессе погрузки бункеровщика;
- вследствие дефектов корпусных конструкций или неисправностей клапанов бункеровщика во время морского перехода или в процессе выдачи бункера на судно.
Не следует исключать и преднамеренное обводнение топлива недобросовестными поставщиками или перевозчиками.
Непосредственно на судне, забортная вода может попадать в цистерны хранения топлива через дефектные горловины цистерн или трещины в корпусе судна. Обводнение топлива может явиться также результатом его смешивания с балластной водой. Наиболее распространённой причиной поступления балластной воды в топливные танки является коррозионное разрушение мерительных труб топливных цистерн, которые проходят через балластные танки.
В ряде случаев вода может образовать с топливом стойкие гидрофильные эмульсии (вода в топливе), которые трудно поддаются разделению фаз вода-топливо. Это возникает при значениях плотности топлива близких к плотности забортной воды. При этом капельки воды удерживаются тяжёлыми фракциями топлива во взвешенном состоянии. Образование стойкой эмульсии может быть вызвано действиями обслуживающего персонала бункеровщика: одновременная подача топлива в сочетании с дозированной подачей забортной воды и воздуха, что приводит к увеличению занимаемого объёма топлива поступающего в цистерны хранения. В этих случаях, в зависимости от условий, топливо в эмульгированном состоянии может удерживаться достаточно долго — до нескольких суток.
Образование устойчивой эмульсии, при проведении бункеровочных операций, не позволяет определить фактический объем и массу принятого топлива, чем пользуются недобросовестные поставщики (перевозчики). Характерными признаками подачи воздуха с бункерным топливом являются: пульсация приёмного бункеровочного шланга; интенсивное наполнение воздухом контейнера отбора проб топлива воздухом, и выход воздуха наружу в месте его крепления к пробоотборнику.
Обводнение забортной водой приводит к интенсивному шламообразованию в топливных цистернах, блокированию топливных фильтров, нарушениям в процессах сгорания топлива, коррозии топливной аппаратуры и выпускных клапанов, загрязнению газовыпускных трактов и турбин газотурбокомпрессоров.
Присутствие капелек воды задерживает процесс окисления тяжёлых фракций топлива – асфальтенов
Кроме того, повышенное содержание воды в топливе, приводит к перегрузке топливных насосов высокого давления (перегрузка топливных насосов высокого давления может быть вызвана также и нестабильностью топлива). Это объясняется тем, что при низких значениях давлениях, в ТНВД создаются условия способствующие вскипанию воды и выделению газов из топлива, с последующим образованием гидрофильной эмульсии, которая вызывает ухудшение процесса сгорания и, как результат, может вызвать неустойчивую работу двигателя.
Установлено, что более высокие значения зольности имеют топлива, в которых присутствовали значительные количества морской воды, по сравнению с топливами, в которых количества воды были минимальными, так как золообразующие компоненты, содержащиеся в забортной воде, дополнительно увеличивает их содержание в топливе.
При использовании обводнённых топлив интенсифицируется образование значительных количеств зольных отложений на защитной решётке перед газотурбокомпрессором и на сопловых и рабочих лопатках турбины.
Если своевременно не удалять эти отложения, путём сокращения периодичности очистки проточной части турбины, то будет снижаться эффективность работы турбокомпрессора. В результате это приведёт к ухудшению процесса сгорания топлива и дополнительному увеличению слоя отложений.
Одной из основных проблем, которая возникает при обводнении топлив морской водой, является протекание химических реакций между соединениями натрия (Na), содержащимися в воде, и ванадия (Va), содержащимися в топливе, вызывающими высокотемпературную коррозию выпускных клапанов и их сёдел.
Вследствие сложного состава морских сортов остаточных топлив, достаточно трудно, в каждом конкретном случае, определить наиболее эффективные процессы топливообработки, направленные на удаление больших количеств содержания морской воды в топливах.
При правильно организованных процессах отстоя и сепарирования, из топлива удаляется забортная вода, уменьшается содержание в нём золообразующих компонентов и, следовательно, натрия.
Обводнение топлив пресной водой
Обводнение топлив пресной водой может явиться следствием различных причин. Пресная вода может быть поставлена вместе с топливом при бункеровке; образоваться в цистернах хранения запасов топлива на борту судна при конденсации паров влаги из воздуха; результатом поступления вовнутрь топливных цистерн дождевой воды.
Обводнение топлива происходит при утечках пара или его конденсата из систем обогрева топлива, а также при неправильно организованных процессах отстоя и сепарирования топлива.
Обводнение пресной водой топлив не так опасно, как морской, однако могут возникнуть проблемы с образованием гидрофильной эмульсии и повышенным шламообразованием. При правильно организованных процессах отстоя и сепарирования, пресная вода практически полностью удаляется из топлива и снижается количество содержащихся в топливе, золообразующих компонентов.
Э-Хим.Нефтехимические технологии.
12 февраля 2008 • 0 Comments
Производство индивидуальных ароматических углеводородов (бензола и толуола).
Данное производство осуществляют на установке Л Г-35-8/ЗООБ, сырьем которой служит фракция 62-105°С. В отличие от установки каталитического риформинга, работающей на получение высокооктановых компонентов автобензина, это производство имеет в своем составе дополнительные блоки, имеющие специфическое назначение: блок селективного гидрирования непредельных углеводородов (догидрирования), блок экстракции с регенерацией растворителя и блок ректификации экстракта на индивидуальные ароматические углеводороды.
При нормальной работе блока гидрируются только олефино-вые углеводороды, концентрация ароматических углеводородов в катализате остается неизменной. При этом разность температуры на входе в реактор и выходе из него не должна превышать 6- !0°С, в противном случае это будет свидетельствовать о снижении селективности гидрирования. Обычно это наблюдается в конце цикла работы катализатора. Характеристика катализаторов селективного гидрирования приведена в табл.Таблица Характеристика катализаторов селективного гидрирования
Показатели | Катализаторы | ||
АП-10 | АП-15 | ГО-1 | |
Массовая доля компонентов катализатора платина | 0.10+0,01 | 0,15 ±0. | 0,10 ±0,01 |
рений | — | — | 0,25 ±0,005 |
кадмии | — | — | 0,01 ±0,002 |
Насыпная плотность, г/см | 0,64 +0,4 | 0,64 +0,4 | 0.63 ±0,05 |
Коэффициент прочности (средний), кг/мм, не менее | 0,97 | ||
Размер таблеток, мм: диаметр | 2, 8 ±0.2 | ||
длина | 5 ±2 | ||
Каталитические свойства: активность — бромное число гидрированного катализата, г брома на 100 см’ продукта, не более | 0,1 | ||
селективность— абсолютная разность между массовой долей ароматических углеводородов в сырье и в продукте. | 1 | 2 | 1 |
01
%. не болееНовые статьи
Дефекты лакокрасочных материалов и покрытий часть II
14 июля 2017
Дефекты лакокрасочных материалов и покрытий
14 июля 2017
Преобразователи пластовой и осыпающейся ржавчины
14 июля 2017
Статистика
Партнеры
Все права защищены © 2008 — 2022, Э-Хим.
Использование информации с сайта e-him.ru разрешено, при условии согласования с владельцем сайта и указания ссылки на этот сайт.
Обнаружение воды в топливе со спиртовой смесью
Аудиоверсия PetrolPlaza представлена вам на UNITI expo 2022, ведущей выставке розничной торговли нефтепродуктами и автомойками в Европе.
- Войти или подписаться
- Информационный бюллетень
- Дом
- Знание
- Обнаружение воды в топливе со спиртовой смесью
Последнее обновление:
Автор: Schrittenlacher Wolfgang, Dr., FAFNIR GmbH
Глобальная необходимость сокращения выбросов CO2 привела к принятию постановлений во многих странах об использовании так называемого биотоплива. Наиболее распространенными являются этанол и биодизель (RME), которые производятся из растений, поглощающих эквивалентное количество CO2 из атмосферы во время роста, который снова выделяется после сгорания.
Это биотопливо в основном используется в качестве добавки к обычному бензину и дизельному топливу по двум причинам. Одной из причин является его ограниченная доступность. Вторая причина заключается в том, что большинство транспортных средств на сегодняшний день не способны использовать более высокий процент примеси биотоплива. Со стороны автомобиля есть проблемы со стойкостью эластомеров к этому топливу, а также разница в свойствах горения /Отчет ДГМК 645/. В последние годы все больше и больше гибких топливных транспортных средств (FFV) выпускаются на дороги, оснащенные автоматическим датчиком качества топлива, способным использовать бензин с содержанием этанола от 0 % до 100 %. Новые автомобили оснащены уплотнениями, выдерживающими умеренный процент примеси биотоплива. Чтобы накопить опыт, многие страны начали с добавления 5 % этанола в бензин (E5), а в то же время несколько стран увеличили ограничение по постановлению до 10 % этанола (E10). Но на рынке есть и более высокие проценты, такие как E25, E50, E85 до E100.
Частично с такими же проблемами сталкивается примеси метанола к бензину. Стимулом для использования метанола является не цель сокращения выбросов CO2, а ограниченная доступность сырой нефти и иностранной валюты в некоторых странах. Значительное количество метанола получают из угля и добавляют до 25 % (М25). Еще одной серьезной проблемой для автомобиля из-за примеси спирта является повышенный износ двигателя из-за коррозии. Муравьиная кислота образуется при сгорании смесей и воздействует на цилиндр и поршень, а также на содержимое моторного масла и, следовательно, на подшипники. Специальные покрытия помогают защитить эти компоненты в современных автомобилях. Кислотообразование еще сильнее для примесей метанола.
Существуют проблемы не только со стороны транспортных средств, но и значительные проблемы со стороны производства топлива и логистики распределения. Проблемы в дистрибутиве станут основной темой следующего обсуждения. Топливо изменяет давление паров и октановое число, если добавляется этанол.
Поэтому необходимо изменить состав базового бензина, чтобы компенсировать эти эффекты. Следующая проблема заключается в гораздо более высокой растворимости смесей этанола в шламе и воде, которые могут присутствовать в резервуаре для хранения. Это вызывает много проблем после замены продукта в баке с обычного бензина на бензин, смешанный со спиртом. Основная проблема – частое засорение топливных фильтров в ТРК. Поэтому многие нефтяные компании решили очистить резервуары перед хранением смеси. Но также наблюдалось воздействие на эластомеры и повышенная коррозия металлов, которые использовались для трубопроводов.
Автоматические уровнемеры
Для эксплуатации резервуаров-хранилищ автоматические уровнемеры (ATG) используются уже около 25 лет. Они устраняют необходимость использования измерительного щупа, являются гораздо более точными и допускают множество новых функций в приложении, таких как, например, оптимизация логистики с использованием данных об уровне из удаленной компьютерной системы.
Требования к характеристикам таких ATG приведены в европейском стандарте /EN 13352/. В нем указывается необходимая точность для определения уровня продукта, измерения температуры и возможности определения уровня воды. Последняя функция является обязательной, так как без обнаружения загрязнения воды существует риск того, что заправленные автомобили перестанут работать.
Процесс обнаружения воды зависит от типа ATG. Для емкостных зондов вода определяется по разнице диэлектрической проницаемости, для ультразвуковых зондов по разнице акустического импеданса, а в поплавковых системах по плотности. Поплавковые системы на основе магнитострикционного принципа занимают наибольшую долю рынка, поэтому соответствующие проблемы рассматриваются более подробно.
Рисунок 1: Плотность топлива в г/л в зависимости от температуры; красные кривые представляют собой диапазон допуска для бензина; синие кривые представляют собой диапазон допуска для дизельного топлива, а розовая кривая представляет собой плотность чистого этанола.
Рисунок 2: Плотность разделительной жидкости в г/л по отношению к водному загрязнению; синяя кривая для E5; пурпурная кривая для E10 Обнаружение воды в стандартном топливе
Полосы допусков для плотности топлива и ее зависимости от температуры показаны на рис. 1 . Данные плотности для бензина отображаются в соответствии со стандартом EN 228, а для дизельного топлива – в соответствии со стандартом EN 590. Без примеси спирта к топливу проникшая вода будет собираться на дне бака и будет иметь плотность, близкую к 1000 г. /л. Таким образом, простое решение состоит в том, чтобы выбрать один поплавок для обнаружения воды с плотностью около 900 г/л для всех видов топлива, и он будет плавать, если присутствует слой воды, а ATG покажет уровень воды и подаст сигнал тревоги. Другой возможностью является использование двух различных поплавков для обнаружения воды с различной плотностью для бензина и дизельного топлива, например, с плотностью 840 г/л и 950 г/л соответственно.
Недостаток последнего решения заключается в том, что поплавок обнаружения воды необходимо заменять при смене хранимого продукта.
Свойства разделительной фазы в спиртовых смесях
Сейчас с введением спиртовых купажей ситуация существенно меняется. Когда вода капает в цистерну со спиртовой смесью, она , а не образует на дне слой воды с плотностью, близкой к 1000 г/л. Будет иметь место определенный эффект вымывания спирта из топлива в слой воды, что приведет к снижению плотности отделяемой фазы. Степень вымывания зависит от нескольких параметров (см. ниже). Спирты полностью смешиваются с водой, поэтому спирт растворяется в отделившейся фазе. На рисунке 1 видно, что плотность этанола близка, но несколько превышает плотность стандартного бензина (это справедливо и для метанола). Поэтому ожидается, что в зависимости от количества спирта, извлеченного из топлива, будет уменьшаться плотность разделительного слоя на дне. Чтобы определить эти эффекты, в лабораторных масштабах были проведены более количественные эксперименты по смешиванию.
В качестве основы использовался определенный безалкогольный бензин, любезно предоставленный исследовательской лабораторией нефтяной компании. Из этого базового топлива для экспериментов готовили смеси с различными смесями этанола и метанола. К этим образцам смеси поэтапно пипеткой добавляли воду. При превышении предела растворимости в воде происходило расслоение и определялся его объем в мернике. Объем фазы разделения в какой-то момент превышает объем добавляемой воды. Этот дополнительный объем обусловлен вымыванием спирта. В настоящее время хорошо известно, что в системе вода/этанол существует усадочный эффект из-за изменения межмолекулярного взаимодействия в смеси. Это учитывалось для того, чтобы определить объем спирта до примеси к воде и для определения фактической плотности отделяемой фазы. Степень вымывания зависит от исходного содержания спирта, температуры и продолжительности, если перемешивание не применялось. Перемешиванием этот процесс можно значительно ускорить.
В экспериментах применялась воспроизводимая процедура перемешивания. Типичные результаты подмешивания воды к смесевым топливам Е5 и Е10 по плотности в разделительном слое показаны на рис. 2 . Поскольку эффект перемешивания в реальных резервуарах будет не таким тщательным, как в лабораторном контейнере, можно предположить, что в целом плотность разделительного слоя будет несколько выше значений, показанных на рисунке 2.
Обнаружение воды в смесях этанола
Для обнаружения фазы разделения в E5 следует использовать поплавок для обнаружения воды приблизительно 880 г/л.
Такой поплавок может быть еще универсальным для дизтоплива и бензина до Е5.
Что происходит при еще большем содержании спирта с плотностью отделяемой фазы? Первый эффект заключается в том, что в топливе остается все больше воды в растворенном виде (см. отчет ДГМК 645). Для Е10 содержание растворенной воды составляет около 0,3 %, тогда как для Е25 может быть уже 1 %! Для отделившейся фазы измерения показывают, что плотность все более и более приближается к значению самого этанола. Таким образом, нет возможности различить фазовое разделение только с одним поплавком для бензина и дизельного топлива. Поэтому для смесей выше Е5 следует выбирать поплавок с плотностью, близкой к бензиновой 820 г/л. Такое решение обеспечивает обнаруживаемость разделительного слоя до Е20. Для еще более высоких концентраций разделительный слой не может быть обнаружен поплавком. Это связано с тем, что плотность такой разделительной фазы может быть даже ниже 820 г/л при более высокой температуре (снижение температуры сравните с рис.
1). Единственный шанс — измерить плотность и температуру датчиком плотности на дне резервуара. Если измеренная плотность выходит за пределы допустимого диапазона, установленного стандартом на топливо, такая система может подать сигнал тревоги. Пример установки выставлен в рисунок 3 .
Для смесей этанола с концентрацией от 50 % до 100 % не будет разделения фаз при содержании воды менее 5 %. Содержание воды остается растворенным, но увеличивает плотность топлива. Таким образом, единственный шанс состоит в том, чтобы также использовать плотность топлива как меру возможного загрязнения водой. В таких странах, как Бразилия, продается E100, содержащий около 3,6% воды (азеотропная смесь). Поскольку воду можно смешивать в любых количествах, качество должно быть обеспечено путем контроля плотности. Система вода-этанол точно известна и характеристика плотности приведена в рисунок 4 .
Из начального наклона (-4,3 г/л на процент) в сторону высокой концентрации этанола можно сделать вывод, что для датчика плотности с точностью ±2 г/л изменение концентрации составляет 0,5 % содержания воды может быть обнаружен.
Таким образом, мошенничество с добавлением воды может быть диагностировано в пределах этого предела.
Взяв Е85 в качестве еще одного примера, можно показать, что действительно концентрация воды может быть определена в диапазоне около 2% воды. Увеличение неопределенности в отношении E100 связано с тем, что 15% бензина, примешанного к топливу, имеют такую же дисперсию, как и стандартный бензин без спирта. При этом концентрация примесей не является фиксированной, а варьируется в пределах ± 5 %. В исследовании PTB /PTB 2008/ Вольф и Ринкер определили температурную зависимость плотности различных смесей этанола, включая E85. Отклонение от этих значений можно использовать для оценки процента возможного загрязнения воды по данным плотности и температуры.
Библиография:
/Отчет ДГМК 645/ «Программа лабораторных испытаний добавки этанола в автомобильные топлива»; Deutsche Wissenschaftliche Gesellschaft für Erdöl, Erdgas und Kohle e.
В. (2005)
/EN13352/EN13352:2011; «Технические требования к характеристикам автоматических датчиков резервуаров». Проект будет опубликован в 2011 году.
/PTB 2008/ H. Wolf, E. Rinker «Температурное преобразование биотопливно-минеральных топливных смесей» PTB (2008)
Доктор Вольфганг Шриттенлахер — физик, уже 20 лет работает инженером-разработчиком в FAFNIR GmbH. Ранее он занимался разработкой волоконно-оптических датчиков и исследованиями в области катализа.Обсудить
Определение содержания воды в бензине с помощью ГХ-ВУФ
Вода — драгоценный товар, и когда я отправляюсь в поход по центральному Техасу в это время года, когда температура приближается к 38°C (100°F), я благодарен за то, что у меня есть мой верный CamelBak, который защищает меня от обезвоживания.
Учитывая, как сухо было во время недавней поездки, я уверен, что гремучей змее, с которой я столкнулся, тоже не помешало бы глотнуть.
Вода ценится не везде, особенно в нашем автомобильном топливе, где она может вызвать проблемы с запуском и работой, а также способствовать росту микробов в топливной системе. В США большая часть бензина содержит 10% этанола, что может способствовать увеличению содержания воды. Можем ли мы определить количество воды в бензине? Да, с трудным и иногда неточным титрованием Карла Фишера. Или мы можем сделать это проще с помощью GC-VUV.
Недавно я провел исследовательскую работу, изучая различное содержание воды в бензине, начиная с 0,5% и постепенно уменьшая его. Я разбавил бензин E10 (10 % этанола по объему), который содержал 0,5 % воды, бензином, не содержащим этанола, так что у меня были различные уровни воды в бензине для анализа с помощью GC-VUV.
Вода имеет отчетливый спектр поглощения ВУФ ( Рисунок 1 ), и когда я построил наложенные хроматограммы воды в бензине, вы можете видеть, что пик отклика, как и ожидалось, зависит от концентрации воды ( Рисунок 2 ).
Надеюсь, вы заметили, что наш спектральный диапазон в Рис. 2 ограничен 165-185 нм (полный диапазон детектора VGA-100 составляет 125-240 нм). Если вам интересно, почему я не строю график, скажем, от 145-185 нм для воды, это потому, что для условий ГХ, используемых для работы, используется совместное элюирование воды и пропана. Пропан имеет хороший ВУФ-отклик от 125 до примерно 160 нм ( рис. 3 ), но начинает становиться «невидимым» примерно при 165 нм, таким образом, начинается график спектрального фильтра для воды. Вы можете увидеть эффект от правильного выбора графиков спектрального фильтра в Рисунок 4 , где две вершины пиков расположены очень немного друг от друга, одна для воды, а другая для пропана.
Не допускайте укуса змеи водой в бензине (или при титровании по Карлу Фишеру). Используйте GC-VUV для анализа воды.
См. также: ГХ – ВУФ-спектроскопия поглощения для количественного определения воды
Рис.
1. В отличие от многих ГХ-детекторов универсальный характер ВУФ-спектроскопии позволяет проводить чувствительное определение воды.
Рис. 2. Определение воды в бензине можно проводить при более низких уровнях (< 200 частей на миллион) с помощью ГХ-ВУФ. Неполярная колонка для ГХ элюирует воду очень рано, вдали от возможных помех.
Рис. 3. Пропан совместно элюируется с водой во время ГХ-ВУФ-анализа бензина, но, поскольку он не показывает абсорбцию примерно после 165 нм, воду можно обнаружить с помощью фильтра > 165 нм.
Рис. 4. Соответствующий спектральный фильтр VUV позволяет без помех отображать пик воды в бензине, даже когда он совместно элюируется с пропаном.
Автор
Джек Кокран
Джек провел 30 лет в лабораториях, разрабатывая методы ГХ, связанные с окружающей средой, безопасностью пищевых продуктов, метаболомикой, судебной экспертизой, нефтью и каннабисом.
