ИНДИКАТОРНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ УТЕЧКИ ЖИДКОГО УГЛЕВОДОРОДНОГО ТОПЛИВА Российский патент 2015 года по МПК G01N31/22 G01N33/22 

Изобретение относится к химмотологии, конкретно к химическим индикаторам на твердофазных носителях для определения нефтепродуктов, и может быть использовано для экспрессного визуального обнаружения утечки жидких углеводородных топлив на месте сварных швов и соединительных стыков трубопроводов, резервуаров и другого оборудования.

Перед авторами стояла задача создания простого индикаторного средства, обеспечивающего возможность экспрессного обнаружения утечки углеводородного жидкого топлива на уровне не ниже долей мл на любом месте сварных и соединительных штыков магистральных трубопроводов, резервуаров, запорной регулирующей и предохранительной аппаратуры и другого оборудования в помещениях и полевых условиях.

При просмотре научно-технической и патентной информации были выявлены аналоги.

Известен заводской испытательный комплекс для проверки герметичности оборудования, выпускаемого заводом, для гидроиспытания запорной, регулирующей и предохранительной аппаратуры, в котором могут использоваться вода, вода с эмульсией, гликоль, этанол, метанол, дизельное топливо, масло [Разговоров И.И. (ООО «Процесс инжиниринг»). Стенды для тестирования аппаратуры компании PC Progetti // Химическая технология. 2013. №.8. С. 14-16].

Недостатком этого комплекса является то, что он не транспортабелен и предназначен только для контроля аппаратуры на выпускающем ее заводе и с помощью этого комплекса невозможно тестирование утечки топлива «in situ» («на месте») применения и эксплуатации аппаратуры.

Известен также датчик жидкостей для контроля герметичности одностенных резервуаров на автозаправочных станциях. Датчик подключается к уровнемеру, причем к одному уровнемеру может подключаться множество датчиков; об утечке топлива свидетельствует снижение уровня топлива [Газалеева Э.И., Фролов Ю.А., Газалеев И.Я. Контроль за утечками нефтепродуктов на АЗС // Трубопроводный транспорт-2012 // Материалы VIII Международной учебно-научно-практической конференции. Уфа: изд-во УГНТУ, 2012. С. 29-30].

Недостатком датчика утечки топлива является то, что он чувствителен только к утечке более литра топлива и не позволяет определять конкретное место утечки топлива из одностенного резервуара и не пригоден для обнаружения места утечки топлива из одностенных трубопроводов.

Каждый из известных устройств имеет свои преимущества и свою область применения, но не может обеспечить высокочувствительного обнаружения утечки жидких топлив из сварной и соединительной арматуры в полевых условиях и в других местах ее эксплуатации.

Наиболее близким по технической сущности и взятым за прототип является датчик утечки жидких нефтепродуктов в грунт, содержащий два или более электродов, один из которых покрыт диэлектриком, растворимым в нефтепродукте, но не растворимым в воде. При утечке нефтепродукта и попадания его на электрод диэлектрик растворяется, в результате чего сопротивление между электродами уменьшается, что регистрируется сигнализатором [Пат. RU 2190844. G01N 27/02, 2000].

Недостатком этого датчика является необходимость наличия влажного грунта и низкая чувствительность датчика: минимально обнаруживаемые количества топлива несколько литров.

Технический результат изобретения - повышение чувствительности и экспрессности определения утечки микроколичеств жидкого углеводородного топлива, определение точного места его утечки на поверхности оборудования, арматуры и аппаратуры.

Указанный технический результат достигается тем, что индикаторный элемент для обнаружения утечки жидкого углеводородного топлива, содержащий подложку и индикатор, согласно изобретению дополнительно содержит закрепленный на подложке белый впитывающий материал, а индикатор выполнен из мелкодисперсного красителя, растворимого в жидком углеводородном топливе, но не растворимого в воде, и размещен между подложкой и белым впитывающим материалом, при этом в качестве подложки содержит гидроизоляционную непрозрачную пленку с липким слоем.

Целесообразно, что индикаторный элемент для обнаружения утечки жидкого углеводородного топлива выполнен в любой форме, подходящей к форме исследуемого объекта с жидким углеводородным топливом, в том числе - ленты, квадрата, круга, полосы или кольца.

Состав впитывающего материала может быть из древесной целлюлозы, хлопка или искусственного полимера.

Способ получения индикаторного элемента для обнаружения утечки жидкого углеводородного топлива (далее сокращенно индикатор утечки топлива - ИУТ) состоит в том, что на белую поверхность впитывающего материала равномерно наносят микрочастицы или наночастицы красителя, растворимого в заданном топливе, но не растворимого в воде, и дублируют эту поверхность подложкой из клеящей пленки, устойчивой к жидкому топливу и воде.

В качестве индикаторов-красителей используют хорошо растворимые в жидком углеводородном топливе любые яркие красители, в том числе выпускаемые химической промышленностью, например приведенные ниже.

Красители, выпускаемые промышленностью и испытанные для изготовления и применения ИУТ.

Формулы красителей.

I) 1,3,5-трифенилформазан,ч. (формазилбензол, ТУ ШЗ 54-64), (ТФФ).

II) 2-Метилбензол-(1-азо-1′)-3′-метилбензол-(4′-азо-1′′)-2′′-нафтол {1[[4-(о-толилазо)-о-толил]-азо]-2-нафтол, ч., для цветной дефектоскопии, ТУ КРЗ 109-64, С.I. 26105, жирорастворимый красный}, (Судан IV)

III) Индулин, ч., С. I. 50405, МРТУ 6-09-2622-65.

IV) Оранжевый жирорастворимый 2,4-Диметилбензол-(1-азо-1′)-2′-нафтол (Оранжевый Ж).

Растворимость индикаторов-красителей в ряде углеводородных топлив и углеводородных растворителей (которые в той или иной части входят в состав топлив) и цвет окрашенных растворов представлены в табл.1.

Из табл.1 видно, что для изготовления индикаторного элемента для обнаружения утечки децилина и ракетного топлива ВЭГ лучше подошел ТФФ, для бензинов - Судан IV, для ароматических углеводородов - Индулин, для толуола - Оранжевый Ж.

В качестве подложек используют двухслойную с липким слоем гидроизоляционную ленту TPL Klebe-bänder ADM® (П-1), двухслойную супер-ленту «Момент» ООО «Хенкель Рус» (из Италии) (П-2), клеящую гидроизоляционную ленту с липким слоем Brown Klebe-bänder (П-3), двухстороннюю липкую ленту, на одной стороне которой дублирована бумага голубого цвета (П-4).

Изобретение поясняется примерами изготовления и использования ИУТ с рядом индикаторов и подложек.

Изобретение проиллюстрировано фиг. 1, 2.

Фиг. 1. Электронные спектры отражения ИУТ в форме полос 1 × 4 см с индикатором ТФФ и подложками П-1 (1, 2, 3), П-2 (4, 5, 6), П-3 (7, 8, 9), снятые через 1 сутки после контакта с 0.1 мл топлива: ВЭГ (1, 4, 7), дизеля (2, 5, 8), ПГБ (3, 6, 9). Спектры сняты в области длин волн 380-720 нм, в функции Кубелки-Мунка F=(1-R)²/2R, где R - коэффициент отражения, на миниспектрофотометре Macbeth ilPro фирмы Gretag, США.

Фиг. 2. Электронные спектры отражения ИУТ в форме полос 1 × 4 см с индикатором Судан IV и подложками П-1 (1, 2, 3), П-2 (4, 5, 6), П-3 (7, 8, 9), снятые через 1 сутки после контакта с 0.1 мл топлива: ВЭГ (1, 4, 7), дизеля (2, 5, 8), ПГБ (3, 6, 9). Спектры сняты в области длин волн 380-720 нм, в функции Кубелки-Мунка F=(1-R)²/2R, где R - коэффициент отражения, на миниспектрофотометре Macbeth ilPro фирмы Gretag, США.

Ниже приведены примеры изготовления и испытания. ИУТ.

Пример 1. ИУТ 1.

Наносили равномерно 50 мг красителя-индикатора - мелкодисперсного порошка ТФФ на белую бумагу-основу для экспресс-тестов марки I (ТУ ОП 13-7310005-20-83) площадью 600 кв. см и полученную индикаторную бумагу окрашенной стороной дублировали на подложку П-1. Полученный ИУТ разрезали на индикаторные ленты шириной 4 см и длиной 50 см. Для изучения его индикаторных свойств данная лента прикладывалась на 2-10 сек белой стороной бумаги-основы к твердой плоской поверхности, на которую предварительно помещали 0.04 г ВЭГ, при этом на белой поверхности индикаторной ленты появляется интенсивное темно-красное пятно диаметром до 3 см, не изменяющееся по цвету через сутки и устойчивое при хранении. При этом подложка устойчива к топливу и от бумажного индикатора не отслаивается. Далее такую же исходную ленту разрезали на полоски 1×4 см. Полоску прикладывали к твердой плоской поверхности, на которую помещали 0.1 г ВЭГ. Вся полоска окрашивалась в темно-красный цвет. Ее сушили на воздухе и через 1 сутки снимали спектр отражения этой окрашенной полоски (фиг. 1).

Пример 2. ИУТ 2.

ИУТ 2 получали, как в примере 1, с той разницей, что вместо подложки П-1 использовали подложку П-2, которую дублировали с бумажным индикатором по его окрашенной сторонке. При контакте с 0.04 г ВЭГ образуется красное пятно диаметром до 3 см, через полчаса пятно светлеет. Окраска устойчива при хранении, но подложка отслаивается от индикатора. Через 1 сутки снимали спектр отражения этой окрашенной полоски (фиг.1).

Пример 3. ИУТ 3.

ИУТ 3 получали, как в примере 1, с той разницей, что вместо подложки П-1 использовали подложку П-3. При контакте с 0.04 г ВЭГ образуется светло-красное пятно диаметром до 3 см, через полчаса пятно светлеет, по краям пятна выступают серо-желтые кольца. Через 1 сутки снимали спектр отражения окрашенной полоски ИУТ 3 (фиг. 1). Через неделю окраска практически обесцвечивается. При этом подложка от бумажного индикатора не отслаивается.

Пример 4. ИУТ 4.

ИУТ 4 получали, как в примере 1, с той разницей, что вместо подложки П-1 использовали подложку П-4. При контакте с 0.04 г ВЭГ на белой поверхности индикаторной ленты появляется красное пятно диаметром до 3 см. Окраска устойчива при хранении. При этом частично окрашивается наружная голубая бумага.

Пример 5. ИУТ 5.

Индикаторный элемент 5 получали, как в примере 3, с той разницей, что краситель наносили на более гладкую сторону бумаги, на которую затем дублировали подложку. При контакте с 0.04 г ВЭГ образуется темно-красное пятно диаметром до 3 см, менее яркое по сравнению с пятном в примере 3, в котором краситель наносили на шершавую поверхность бумаги.

Пример 6. Определение визуальных и спектральных характеристик ИУТ (в форме полосок).

Полоски размером 1×4 см (в количестве шести типов) получены, как в примерах 1-3 с ТФФ в качестве индикатора-красителя и с тремя типами подложек П-1, П-2 и П-3, а также полоски получены, как в примерах 1-3, но с тем отличием, что вместо индикатора-красителя ТФФ использовали индикатор-краситель Судан IV. Полоски прикладывали к поверхности, на которой находилось 0.1 мл углеводородного топлива (контакт проводили с пятью марками топлив). Визуально определены цветовые переходы окрасок этих полосок через 1 мин и через 1 месяц. Результаты цветовых переходов представлены в табл.2. Кроме того, чтобы оценить количественно сравнительную интенсивность окраски этих полосок, были сняты их спектры отражения с ТФФ (фиг. 1) и с Суданом IV (фиг. 2).

После хранения образцов ИУТ в течение одного месяца их окраски практически не менялись.

Из табл.2 следует, что наиболее интенсивно окрашенные ИУТ и при этом наиболее устойчивые при хранении после контакта со всеми испытанными углеводородными топливами являются ИУТ, содержащие в качестве индикатора-красителя ТФТ, а в качестве подложки П-1 -гидроизоляционную ленту TPL Klebe-bänder ADM®.

Преимущество ТФТ и подложки П-1 видно также из электронных спектров отражения ИУТ в видимой области по высоким значениям функции F (фиг. 1, 2). Таким образом эти ИУТ пригодны для хранения в качестве свидетельских образцов.

ИУТ используют следующим образом. При контроле наличия утечек углеводородного топлива из сварочных швов трубопроводов и резервуаров, трещин соединительных стыков запорной, регулирующей и предохранительной аппаратуры, в частности проверки герметичности вентилей, ИУТ приводят в контакт белой стороной бумаги с этими изделиями и визуально наблюдают за изменением окраски белой стороны. В случае утечки жидкого углеводородного топлива белая поверхность ИУТ окрашивается в темно-красный цвет.

Индикаторы и подложки не ограничиваются приведенным перечнем. Ассортимент их может быть расширен.

Так как технолог должен обнаруживать утечку известного жидкого углеводородного топлива, находящегося в данном объекте, то для этого топлива можно подобрать индикаторный элемент с индикатором-красителем, наиболее хорошо растворимым в данном топливе, и таким образом создать набор индикаторных элементов для обнаружения утечки разных типов углеводородных топлив.

Можно направленно синтезировать и использовать универсальный краситель, подходящий для универсального индикаторного элемента для обнаружения утечки всех жидких углеводородных топлив. Кроме того, можно подобрать индикаторный элемент для обнаружения утечки жидкого углеводородного топлива, заполняющего испытуемый объект, и проводить визуальную индикацию утечки этого топлива в местах сварки и соединительных стыках магистральных трубопроводов и другого оборудования на месте их нахождения и эксплуатации.

Применение изобретения позволит повысить чувствительность, экспрессность и точность локализации утечки жидкого углеводородного топлива, что снизит потери топлива и улучшит экологию окружающей среды.

Изобретение относится к химмотологии применительно к химическим индикаторам на твердофазных носителях для определения нефтепродуктов. Индикаторный элемент содержит подложку, индикатор и закрепленный на подложке белый впитывающий материал, а индикатор выполнен из мелкодисперсного красителя, растворимого в жидком углеводородном топливе, но не растворимого в воде, и размещен между подложкой и белым впитывающим материалом, при этом в качестве подложки индикаторный элемент содержит гидроизоляционную непрозрачную пленку с липким слоем. Достигается повышение чувствительности и экспрессности определения утечки жидкого углеводородного топлива, а также точность локализации места его утечки на поверхности оборудования, арматуры и аппаратуры. 1 з.п. ф-лы, 6 прим., 2 табл., 2 ил.

1. Индикаторный элемент для обнаружения утечки жидкого углеводородного топлива, содержащий подложку и индикатор, отличающийся тем, что дополнительно содержит закрепленный на подложке белый впитывающий материал, а индикатор выполнен из мелкодисперсного красителя, растворимого в жидком углеводородном топливе, но не растворимого в воде, и размещен между подложкой и белым впитывающим материалом, при этом в качестве подложки содержит гидроизоляционную непрозрачную пленку с липким слоем.

2. Индикаторный элемент для обнаружения утечки жидкого углеводородного топлива по п. 1, отличающийся тем, что выполнен в любой форме, подходящей к форме исследуемого объекта с жидким топливом, в том числе - ленты, квадрата, круга, полосы или кольца.