УСТАНОВКА ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВСПЫШКИ НЕФТЕПРОДУКТОВ Российский патент 2002 года по МПК G01N25/50 

Изобретение относится к области испытаний материалов с помощью тепловых средств путем определения температуры воспламенения, в частности к установкам для исследования нефтепродуктов, и может быть использовано в автоматизированных системах контроля и управления в нефтеперерабатывающей отрасли.

Перед авторами стояла задача разработать компактный прибор, позволяющий определять температуру вспышки любых нефтепродуктов (топлив, масел) без снижения требуемой точности, с одновременным сокращением времени испытания (до 58 минут при определении температуры вспышки в закрытом и открытом тигле), исключения субъективности при выполнении измерений, создания идентичных условий при проведении параллельных определений.

Известен аппарат для определения температур вспышки и воспламенения нефтепродуктов в открытом тигле, состоящий из двух блоков: блока управления и термоблока. Оба блока установлены на общем основании. Блок управления представляет собой собранный на элементах автоматики (трансформаторы, реле, выпрямители и др.) громоздкий узел. На кожухе блока управления смонтировано устройство поворота газового фитильного устройства. Органы управления нагревательным элементом, газовый вентиль и регуляторы размещены на лицевой панели блока управления. Термоблок объединяет в себе корпус, нагревательный элемент и отражатель. Температура вспышки исследуемого нефтепродукта контролируется с помощью термометра. Этот аппарат применяется в основном для определения температуры вспышки масел (1 - Аппарат для определения температуры вспышки и воспламенения в открытом тигле ТВ-2. Техническое описание и инструкция по эксплуатации - НПО "Нефтехимавтоматика", башкирское специальное конструкторское бюро, 1978 г., с.10-13).

Известен также аппарат для определения температуры вспышки нефтепродуктов в закрытом тигле, состоящий аналогично первому из двух блоков: блока управления и термоблока. Оба блока установлены на общем основании. В этом аппарате на кожухе блока управления смонтирован двигатель с приводом мешалки. Все органы управления нагревом воздушной бани - газовый вентиль и регуляторы - размещены на лицевой панели блока управления. Термоблок объединяет в себе корпус, воздушную баню, верхний и нижний отражатели, узел тигля с крышкой и узел автоматической остановки двигателя привода мешалки. Температура вспышки исследуемого нефтепродукта контролируется с помощью термометра. Этот аппарат применяется в основном для определения температуры вспышки светлых нефтепродуктов (2 - Аппарат для определения температуры вспышки в закрытом тигле ТВ-1. Техническое описание и инструкция по эксплуатации - НПО "Нефтехимавтоматика", башкирское специальное конструкторское бюро, 1979 г., с.10-11).

Общим недостатком этих аппаратов является длительность определения (до 118 минут), обусловленная необходимостью проведения параллельных определений. Кроме того, при проведении параллельных определений (параллельность определений - это последовательное проведение испытаний нефтепродуктов одной марки в идентичных условиях на одной и той же установке) не исключено влияние внешних воздействий (изменение давления, температуры и др.) на результаты анализа. Исключена возможность одновременного определения температур вспышек топлив и масел.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению и взятым за прототип является полуавтоматический прибор для определения температуры вспышки нефтепродуктов (ПТВ-1), состоящий из блока питания и блока вспышки, смонтированных в одном корпусе. На передней панели прибора размещены тумблеры и переключатели: тумблер включения питания, переключатель скорости подъема температуры, кнопка включения воспламенителя, тумблер переключения измеряемых температур, тумблер дополнительного нагрева, измерительный прибор-термометр. В верхней части корпуса имеется гнездо, в которое помещается тигель с исследуемым нефтепродуктом. Нагрев тигля осуществляется электрическим подогревателем. Скорость нагрева регулируется автоматически. Рядом с верхней частью тигля прикреплен съемный воспламенитель паров нефтепродукта в виде петли из нихромовой проволоки. Тигель и петля покрываются съемной крышкой со смотровым стеклом. Воспламенение происходит при контакте паров пробы с раскаленной спиралью воспламенения (3 - Белянин Б.В., Эрих В.Н. Технический анализ нефтепродуктов и газа - Л.: Химия, 1979, с.144-146 - прототип).

Недостатком известного прибора является ограничение перечня нефтепродуктов по температуре вспышки (диапазон измерения температуры вспышки от +50 до +250^oС). Показатель - температура вспышки в закрытом тигле включен в перечень полного анализа по ГОСТ для авиационных керосинов и дизельных топлив и изменяется от +28 до +30 для авиационных керосинов, от +30 до +61 для дизельных топлив различных марок. Кроме того, этому прибору присуще длительность определения при необходимости исследования как топлив, так и масел, обусловленная необходимостью охлаждения прибора для проведения повторного определения со свежей порцией нефтепродукта. Действительно, при определении температуры вспышки топлива после определения температуры вспышки масла необходимо охладить тигель (например, с температуры 207^oС для масла М-8В) до температуры 50^oС. Кроме того, при проведении параллельных определений не исключено возникновение погрешностей, обусловленных воздействием внешней среды (давления, температуры и др.) на результаты анализа.

Технический результат предлагаемого изобретения - снижение погрешности с одновременным сокращением времени определения при одновременном исследовании нефтепродуктов с разной температурой вспышки за счет исключения влияния внешних условий при проведении параллельных определений.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной установке для определения температуры вспышки нефтепродуктов, содержащей термостатируемый корпус, в котором выполнено углубление для размещения подогреваемого тигля с исследуемым нефтепродуктом, закрываемого крышкой, с внутренней стороны которой по оси углубления закреплена мешалка, связанная с приводом, датчик температуры нефтепродуктов, средство воспламенения и блок управления, соединенный с исполнительным механизмом привода мешалки, нагревателем тигля и средством воспламенения, согласно предлагаемому изобретению в термостатируемом корпусе выполнено дополнительное углубление для второго подогреваемого тигля, а установка снабжена дополнительным датчиком температуры нефтепродукта и дополнительным средством воспламенения, установленным во втором тигле, фотоэлементами регистрации вспышки нефтепродуктов в каждом тигле, соединенными с блоком управления, соответствующие выходы которого подключены к датчикам температуры нефтепродуктов в тиглях, а один из выходов соединен с подогревателем второго тигля, а также тем, что блок управления последовательностью операций выполнен в виде микропроцессора, к входу которого через АЦП подключен выход мультиплексора, связанного через усилители с датчиками температуры и фотоэлементами регистрации вспышки нефтепродуктов в тиглях, при этом выход микропроцессора соединен с приводом мешалки, устройствами воспламенения и нагревателями тиглей, а также тем, что все датчики закреплены на съемной крышке тигля или на специальной подставке, выполненной с возможностью фиксации на кромке тигля без крышки.

На фиг.1 представлена блок-схема установки для автоматизированного определения температуры вспышки нефтепродуктов.

На фиг.2 представлена блок-схема блока управления.

Установка для автоматизированного определения температуры вспышки нефтепродуктов состоит из корпуса 1 с нагревателями 2, 3 тиглей 4, 5. В корпусе 1 выполнены углубления (без позиции) для тиглей 4,5, которые заполняются анализируемым нефтепродуктом. Тигель 4 имеет крышку 6, по оси которой установлена встроенная мешалка 7. Тигель 5 имеет подставку 8 для размещения датчиков. На крышке 6 и подставке 8 установлены датчики 9, 10 температуры нефтепродуктов, средства воспламенения 11, 12, фотоэлементы 13, 14 регистрации вспышки нефтепродуктов. Кроме того, на крышке 6 установлен привод 15 мешалки. В состав установки для автоматизированного определения температуры вспышки нефтепродуктов также входят блок управления 16, клавиатура 17 микропроцессора, индикатор 18 (цифровое табло).

Блок управления 16 последовательностью технологических операций реализован (как вариант) на микропроцессоре AT MEGA 103 (4-www.otmel.com. (сайт интернета - описание микропроцессора).

Все используемые в устройстве средства выпускаются серийно. В качестве фотоэлементов, регистрирующих вспышку нефтепродуктов, используются фотодиоды ФД-25 (как вариант), имеющие чувствительность в видимом диапазоне 3 мА/люмен (5 - Справочник. Приемники оптического излучения. - М.: Радио и связь, 1988, 54 с.).

Установка работает следующим образом.

Пример 1. Анализируемые пробы топлива и масла помещают в тигли 4 и 5. С использованием клавиатуры 17 через блок управления 16 устанавливают скорость нагрева тиглей 4, 5. Мешалкой 7 осуществляется постоянное перемешивание топлива, находящегося в тигле 4. Температура анализируемых проб топлива и масла непрерывно замеряется датчиками 9 и 10 температуры нефтепродуктов и регистрируется через усилители, мультиплексоры и аналого-цифровой преобразователь - микропроцессором. Блоком управления 16 периодически подаются кратковременные импульсы на средства воспламенения 11 и 12, установленные в тиглях 4 и 5. Пламя, появляющееся над поверхностью анализируемой пробы, регистрируется фотоэлементами 13, 14. Сигнал с фотоэлементов 13 и 14, датчиков 9 и 10 температуры топлива и масла поступает в блок управления 16, в котором фиксируется температура вспышки анализируемых топлива и масла, с последующей регистрацией на индикаторе 18. Одновременно отключается питание нагревательного элемента тигля 4 (так как температура вспышки топлива значительно ниже, чем масла) для предотвращения возможности возгорания пробы нефтепродукта. Нагревание тигля 5 продолжается до момента возникновения пламени над поверхностью масла с последующей фиксацией на индикаторе 18.

Пример 2. При необходимости определения температуры вспышки одного нефтепродукта, в зависимости от предполагаемой температуры вспышки, в углубления устанавливают два одинаковых тигля (либо 4, либо 5). Например, при испытании топлива в углубления устанавливают два тигля 4 и далее процедура определения повторяется.

В целом установка дает возможность одновременного исследования температуры вспышки различных нефтепродуктов (топлив, масел).

На данной установке были проведены испытания дизельного топлива Л-0,2-62, реактивного топлива ТС-1 и масла М-8В.

Результаты испытания приведены в таблице.

Как видно из результатов испытания, заявляемая установка обладает преимуществами перед известным прибором и позволяет:
- снизить время определения при исследовании нефтепродуктов, имеющих различную температуру вспышки (строка 4 таблицы);
- снизить погрешность определения (строка 7 таблицы) с одновременным сокращением времени проведения испытания при исследовании температуры вспышки одного нефтепродукта (строка 8 таблицы) за счет создания идентичных условий и исключения влияния внешних факторов на результаты испытания при проведении параллельных определений.

Эти преимущества достигаются за счет использования совокупности известных (поз.1, 2, 4, 6, 7, 9, 11, 15, 16), дополнительно введенных (поз.3, 5, 8, 10, 12, 14, 17, 18) в установку узлов и за счет конструктивного выполнения блока управления последовательностью операций.

Применение изобретения позволит повысить оперативность контроля показателя - температуру вспышки в открытом и закрытом тиглях, что особенно важно при необходимости принятия решения о применении ГСМ в ограниченные сроки (например, при ведении боевых действий) и исключения использования на технике некондиционных нефтепродуктов.

Источники информации
1. Аппарат для определения температуры вспышки и воспламенения в открытом тигле ТВ-2. Техническое описание и инструкция по эксплуатации - НПО "Нефтехимавтоматика", башкирское специальное конструкторское бюро, 1978 г., с.10-13.

2. Аппарат для определения температуры вспышки в закрытом тигле ТВ-1. Техническое описание и инструкция по эксплуатации - НПО "Нефтехимавтоматика", башкирское специальное конструкторское бюро, 1979 г., с.10-11.

3. Белянин Б.В., Эрих В.Н. Технический анализ нефтепродуктов и газа. - Л.: Химия, 1979, с.144-146 - прототип.

4. www.otmel.com. (сайт интернета - описание микропроцессора).

5. Справочник. Приемники оптического излучения. - М.: Радио и связь, 1988, с.54.

Изобретение относится к области испытаний материалов. В одном термостатируемом корпусе выполнено два углубления для тиглей, в которые может быть залито как топливо, так и масло, а также топливо и масло разных марок, за счет исключения влияния внешних условий при проведении параллельных определений и использовании датчиков температуры нефтепродуктов, фотоэлементов регистрации вспышки нефтепродуктов и микропроцессора, управляющего средствами воспламенения, приводом мешалки и нагревателями тиглей в заданном диапазоне. Технический результат изобретения: снижение погрешности с одновременным сокращением времени определения при одновременном исследовании нефтепродуктов с разной температурой вспышки. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Установка для автоматизированного определения температуры вспышки нефтепродуктов, содержащая термостатируемый корпус, в котором выполнено углубление для размещения подогреваемого тигля с исследуемым нефтепродуктом, закрываемого крышкой, с внутренней стороны которой по оси углубления закреплена мешалка, связанная с приводом, датчик температуры нефтепродуктов, средство воспламенения и блок управления, соединенный с исполнительным механизмом привода мешалки, нагревателем тигля и средством воспламенения, отличающаяся тем, что в обогреваемом корпусе выполнено дополнительное углубление для второго подогреваемого тигля, а установка снабжена дополнительным датчиком температуры нефтепродукта и дополнительным средством воспламенения, установленным во втором тигле, фотоэлементами регистрации вспышки нефтепродуктов в каждом тигле, соединенными с блоком управления, соответствующие входы которого подключены к датчикам температуры нефтепродуктов в тиглях, а один из выходов блока управления дополнительно соединен с подогревателем второго тигля. 2. Установка для автоматизированного определения температуры вспышки нефтепродуктов по п. 1, отличающаяся тем, что блок управления последовательностью операций выполнен в виде микропроцессора, к входу которого через АЦП подключен выход мультиплексора, связанного через усилители с датчиками температуры нефтепродуктов и фотоэлементами регистрации вспышки нефтепродуктов в тиглях, при этом выход микропроцессора соединен с приводом мешалки, устройствами воспламенения и нагревателями тиглей. 3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что все датчики закреплены на съемной крышке тигля или на специальной подставке, выполненной с возможностью фиксации на кромке тигля без крышки.