СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИЧЕСКОЙ СТАБИЛЬНОСТИ МОТОРНЫХ ТОПЛИВ ПРИ ИХ ХРАНЕНИИ В СТАЦИОНАРНЫХ РЕЗЕРВУАРАХ (ЦИСТЕРНАХ) Российский патент 2017 года по МПК G01N33/22 

Изобретение относится к лабораторным методам оценки эксплуатационных свойств моторных топлив, в частности к способам определения физической стабильности моторных топлив, и может быть использовано как в научно-исследовательских работах, так и в квалификационных и исследовательских испытаниях при прогнозировании склонности моторных топлив к изменению количественных потерь от естественной убыли на складах, базах нефтепродуктов и других предприятиях, потребляющих и производящих моторные топлива.

Одна из проблем хранения моторных топлив на объектах нефтепродуктообеспечения связана с необходимостью сохранения их качества и количества (1 - Большаков Г.Ф. Восстановление и контроль качества нефтепродуктов. - Ленинград: Недра, 1982, с. 19).

Физическая стабильность непосредственно связана с испаряемостью моторных топлив. Чем выше содержание в нем легких фракций (С₄-С₆), тем больше склонность моторных топлив к потерям от испарения (2 - Гуреев А.А., Серегин Е.П., Азев B.C. Квалификационные методы испытаний нефтяных топлив. - М.: Химия, 1984, с. 52).

При правильной организации хранения процесс испарения может существенно влиять на снижение количества хранимых запасов топлив и их качество, особенно при большой длительности хранения (1 - с. 8-20). Изменение количества и качества моторных топлив при хранении зависит от влияния внешних и внутренних факторов. Внутренние факторы обусловлены физико-химической природой компонентов, входящих в состав горючего, и их термодинамической неустойчивостью, что приводит к потере легких фракций. Внешние факторы связаны с температурными режимами хранения (температура испарения топлива), конструктивными особенностями средств хранения (диаметр резервуара, оборудование его средствами сокращения потерь от испарения и др.), технологическими режимами хранения (объем заполнения резервуара и его оборачиваемость, соотношение жидкой и паровой фаз и др.) и др. (1 - с. 8-14; 3 - Абузова Ф.Ф., Бронштейн И.С., Новоселов В.Ф. и др. Борьба с потерями нефти и нефтепродуктов при их транспортировании и хранении. - М: Недра, 1981, с. 11-84).

Потери моторных топлив от испарения при хранении зависят от, так называемых, больших и малых «дыханий» резервуаров (4 - Черникин В.И. Сооружение и эксплуатация нефтебаз. - М.: Гостоптехиздат, 1955, с. 320-321). В результате испарения легких фракций моторных топлив ухудшаются мощность, пусковые, экономические и экологические характеристики двигателей внутреннего сгорания (5 - Гуреев А.А., Камфер Г.М. Испаряемость топлив для поршневых двигателей. - М.: Химия, 1982, с. 7-10; 6 - Гуреев А.А. Применение автомобильных бензинов. - М.: Химия, 1972, с. 178-217; 7 - Гуреев А.А., Азев B.C. Автомобильные бензины. Свойства и применение. - М.: Нефть и газ, 1996, с. 141-145, 323-350).

Повышение уровня экологических свойств моторных топлив связано с необходимостью вовлечения в их состав компонентов и веществ из нового и альтернативного сырья, повышающих октановое число и улучшающих экологические характеристики: газовых конденсатов, продуктов вторичной переработки нефти, оксигенатов, различных присадок, обеспечивающих пусковые, мощностные, экологические и другие свойства двигателей, но не обладающих необходимой физической стабильностью в составе топлив при хранении (8 - Данилов A.M. Присадки и добавки. Улучшение экологических характеристик нефтяных топлив. - М: Химия, 1996, с. 35-52; 9 - Сафонов А.С., Ушаков А.И., Чечкенев И.В. Автомобильные топлива. Химмотология. Эксплуатационные свойства. Ассортимент. - Санкт-Петербург: НИПКЦ, 2002, с. 201-214, с. 243-251).

Учитывая вышесказанное, основными значимыми факторами, оказывающими влияние на испаряемость моторных топлив при хранении в резервуарах являются: температура испарения, герметичность резервуара, объем его заполнения.

Перед авторами стояла задача разработать способ определения физической стабильности моторных топлив при их хранении в стационарных резервуарах (цистернах), который отвечал бы следующим требованиям: высокой достоверности и оперативности, и был бы приближен к условиям хранения в резервуарах в реальных условиях.

Известен ряд технических решений, оценивающих физическую стабильность моторных топлив по изменению их физико-химических свойств:

метод определения фракционного состава, заключающийся в перегонке 100 см³ испытуемого образца при условиях, соответствующих природе продукта, и проведении постоянных наблюдений за показаниями термометра и объемами конденсата (10 - ГОСТ 2177-99. Нефтепродукты. Метод определения фракционного состава);

метод определения давления насыщенных паров, в определении абсолютного давления пара летучей сырой нефти и летучих невязких нефтепродуктов (11 - ГОСТ 1756-2000. Нефтепродукты. Определение давления насыщенных паров).

Несмотря на то что эти методы являются лабораторными и требуют небольшого количества времени для проведения испытаний, а также несложную аппаратуру, вместе с тем, результаты испытаний свидетельствуют о том, что потери от испарения не коррелируют с показателями фракционного состава (температура начала кипения и перегонки 10%) и давления насыщенных паров (2 - с. 53). Кроме того, эти методы не учитывают температурные режимы хранения топлива в различных климатических зонах, конструкционные особенности средств хранения, технологические режимы хранения, что позволяет оценивать склонность топлив к потерям от испарения только косвенно.

Известен метод определения потерь от испарения, заключающийся в продувке определенного объема бензина десятикратным объемом воздуха при 20°С и определении потери массы бензина (2 - с. 52).

Известен также способ определения потерь бензинов от испарения (СССР, а.с 1642383, G01N 31/22, 1989 г.) по относительному приросту концентрации дибромпропана за период хранения.

Эти методы не воспроизводят механизм протекания процесса испарения в резервуаре (цистерне), как и предыдущие, не учитывают реальных условий хранения топлива, температурных режимов испарения, конструкционных особенностей резервуаров (цистерн), соотношения паровой и жидкой фазы, что не позволяет обеспечить необходимую достоверность при прогнозировании физической стабильности топлива.

Известны способы непосредственного измерения количества потерь моторных топлив от испарения в выбросах паровоздушной смеси:

способ определения массы потерь нефти и нефтепродуктов от испарения в выбросах паровоздушной смеси в процессе заполнения емкости определенного объема, заключающийся в измерении концентрации углеводородов в паровоздушной смеси на выходе из горловины емкости, с последующим расчетом значения массы потерь (3 - с. 26-33);

способ определения объема легких углеводородов, теряемых при заполнении транспортных емкостей, заключающийся в определении значения объема выбросов в зависимости от объема залитого нефтепродукта, плотности паров нефтепродукта в паровоздушной смеси на выходе из горловины цистерны и давления насыщенных паров нефтепродукта с последующим расчетом массы потерь углеводородов (3 - с. 75-76);

способ определения потерь углеводородов нефти и нефтепродуктов от испарения по концентрации углеводородных паров, вытесняемых из емкости за одно заполнение в зависимости от объема газового пространства емкости, температуры и давления в газовом пространстве в момент наполнения емкости, молекулярного веса паров углеводородов последующим расчетом массы потерь углеводородов (4 - с. 325-331);

способ определения массы потерь нефти и нефтепродуктов от испарения в выбросах паровоздушной смеси во время налива в транспортные емкости по математической зависимости для чего определяют объем емкости, отрезок времени от начала налива емкости до достижения максимального уровня заполнения, максимальную и минимальную массовую концентрации углеводородов в паровоздушной смеси, отрезки времени от начала налива до выхода паров с максимальной и минимальной концентрациями (RU №2542451 G01N 33/22, 2013 г.);

способ определения массы потерь нефти и нефтепродуктов от испарения углеводородов при хранении и транспортировке в резервуарах по математической зависимости для чего определяют объем газового пространства резервуара, массовую концентрацию углеводородов в парах до и после дыхания, молекулярную массу паров углеводородов, атмосферное давление, температуру паров углеводородов до и после дыхания (RU №2541695 G01L 11/00, 2013 г.).

Методы непосредственного измерения количества потерь моторных топлив от испарения в выбросах паровоздушной смеси позволяют в целом решить задачу определения потерь моторных топлив, однако имеют существенные недостатки: необходимость применения сложной и дорогостоящей измерительной аппаратуры (хроматограф и т.п.), значительная трудоемкость и сложность определения концентрации паров углеводородов в газовом пространстве, неточность определения которых приводит к увеличению погрешности определения массы потерь, невозможность задания и варьирования факторами, влияющими на процесс испарения, таких как температура испарения топлива, герметичность резервуара, объем его заполнения.

Наиболее близким по технической сущности и взятым за прототип является способ натурного хранения моторных топлив на складах, включающий заполнение резервуара, определение массы заложенного на хранение топлива, его хранение в определенных условиях склада или базы, периодическое определение массы хранимого топлива, сравнение ее с исходными значениями (Черникин В.И. Сооружение и эксплуатация нефтебаз. - М.: Гостоптехиздат, 1955, с. 400 - прототип), а о фактических потерях топлива, обусловленных его физической стабильностью, судят по полученной величине рассогласования, которую сравнивают с нормативами.

Нормативы естественной убыли нефтепродуктов при их хранении в резервуарах (цистернах) приведены в приказе (12 - Приказ Министерства энергетики РФ от 13 августа 2009 г. №364 «Об утверждении норм естественной убыли нефтепродуктов при хранении»).

Недостатками известного способа являются: длительность испытаний - хранения (от 2 до 5 лет и более в зависимости от климатической зоны), низкая достоверность (не дифференцируются потери, связанные с разгерметизацией резервуара, проливами, утечками, полимеризацией отдельных углеводородов), что приводит к значительным затратам на опытное хранение.

Технический результат изобретения - повышение достоверности результатов за счет приближения условий испытаний к реальным условиям хранения в резервуарах с одновременным сокращением времени на проведение испытаний.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе оценки физической стабильности моторных топлив при их хранении в резервуарах (цистернах), включающем заполнение топливом емкости до задаваемого уровня, хранение топлива в заданных условиях в течение определенного времени, и оценивание физической стабильности по массе испарившегося топлива, согласно изобретению испытуемое топливо заливают в термостатируемую емкость, задают факторы условий процесса испарения: температуру испарения топлива в интервале 20-50°С, коэффициент герметичности термостатируемой емкости в интервале 0,0-1,0, коэффициент заполнения термостатируемой емкости в интервале 0,3-0,9, которые кодируют в виде х₁, х₂, х₃ соответственно, шифруют эти значения параметров как «+1» - верхний, «0» - средний «-1» и - нижний уровни, относя к «+1» максимальные значения х₁, х₂, х₃, к «-1» - минимальные значения, а к «0» - средние значения, задавая шаг изменения от «0» до «+1» и от «0» до «-1» для x₁ равным 15°С, для х₂ равным 0,5, для х₃ равным 0,3, формируют из 15 этапов цикл испытаний как необходимую и минимально достаточную совокупность режимов испытаний в виде матрицы:

после каждого этапа, длительность которого составляет 240±5 минут, фиксируют массу испарившегося топлива, по завершении цикла испытаний определяют обобщенный показатель m_исп склонности испытуемого топлива к потерям от испарения, и при значении m_исп меньше значения m_эт, полученного для топлива, принятого за эталон, считают испытуемое топливо физически стабильным, и что оно может быть рекомендовано к длительному хранению в резервуарах (цистернах), при этом обобщенный показатель m_исп(эт) склонности топлива к потерям от испарения вычисляют по формуле:

m_{исп(эт)=}3b₀+b₁₁+b₂₂+b₃₃,

где

3 - постоянный коэффициент (получен экспериментально);

b₀, b₁₁, b₂₂, b₃₃ - числовые значения коэффициентов зависимости массы испарившегося топлива от факторов условий процесса испарения, отражающие средневзвешенный уровень (b₀) и индивидуальный квадратичный (b₁₁, b₂₂, b₃₃) уровни зависимости массы испарившегося топлива от факторов условий испарения, рассчитанные с использованием трех закодированных в виде x₁, х₂, x₃ факторов условий процесса испарения, значения каждого из которых варьируют на трех уровнях, зашифрованных в виде «+1» - верхний, «0» - средний и «-1» - нижний.

Числовые значения коэффициентов зависимости массы испарившегося топлива от факторов условий процесса испарения получают с использованием широко известной методики планирования эксперимента типа Бокса-Бенкина (13 - Box G.E.P., Behnken D.W. Some new three level designs for the study of quantitative variables. - Technometrics, 1960, v. 2, N4, p. 455-475), из которых формируют таблицу в следующем виде:

Массу (m'_исп.) испарившегося топлива на межуровневых точках цикла испытаний определяют по следующей зависимости:

m'_исп.=b₀+b₁x'₁+b₂x'₂+b₃x'₃+b₁₂x'₁x'₂+b₁₃x'₁x'₃+b₂₃x'₂x'₃+b₁₁x'₁²+b₂₂x'₂²+b₃₃x'₃²,

где

х'₁, х'₂, х'₃ - соответствуют кодированным значениям факторов из области варьирования факторов (между «-1» и «+1» из матрицы цикла);

b₀, b₁, b₂, b₃, b₁₂, b₁₃, b₂₃, b₁₁, b₂₂, b₃₃ - числовые значения коэффициентов зависимости массы испарившегося топлива от факторов условий процесса испарения (по таблице коэффициентов).

Технической сущностью изобретения является то, что использована совокупность существенных известных и отличительных признаков и широко распространенная методика планирования эксперимента типа Бокса-Бенкина (13 - р. 455-475) для оценки физический стабильности моторных топлив при их хранении в резервуарах (цистернах), для чего были проведены исследования и получена матрица за 15 этапов цикла испытания, отражающая варьирование кодированными (х₁, х₂, х₃) факторами условий процесса испарения, которые зашифрованы в виде уровней (-1; 0; +1). Для пояснения использования матрицы ниже приведена матрица с числовыми значениями факторов условий процесса испарения топлив:

Цикл испытаний из 15 этапов включает необходимую и минимально достаточную, приближенную к реальным условиям хранения моторных топлив совокупность режимных параметров в виде уровней, позволяет получить количественные оценки влияния каждого рассматриваемого фактора, а также их совокупности на процесс испарения в виде математической формулы, которая описывает склонность испытуемого топлива к потерям от испарения во всей области условий хранения.

При оценке физической стабильности моторных топлив при их хранении в резервуарах (цистернах) задано следующее:

- время испытаний на каждом этапе приняли равным 240 минут, так как свыше указанного времени характер изменения скорости испарения топлива варьируется незначительно;

- температура испарения топлива (код х₁) в интервале от 20 до 50°С характеризует температурные режимы в различных климатических районах (например, умеренный и жаркий климат): при 20°С - шифр уровня «-1», 35°С - шифр уровня «0», 50°С - шифр уровня «+1»;

- коэффициент герметичности (код х₂) характеризует: отсутствие герметичности резервуара (цистерны) - открыт полностью (шифр уровня «-1»), работу дыхательного клапана резервуара (цистерны) (шифр уровня «0»), полную герметичность резервуара (цистерны) - закрыт полностью (шифр уровня «+1»);

- коэффициент заполнения (код х₃) равняется отношению объема залитого топлива к общему объему термостатируемой емкости и характеризует при значениях:

0,3» - объем несливаемого («мертвого») остатка (в среднем 30%) резервуара (цистерны) (шифр уровня «-1»);

«0,6» - заполнение резервуара (цистерны) на 60% его вместимости (шифр уровня «0»);

«0,9» - заполнение резервуара (цистерны) на 90% его вместимости с учетом температурного расширения топлива при хранении в климатических районах с жарким климатом (шифр уровня «+1»).

Таким образом, условия испытаний на каждом из 15 этапов цикла соответствуют совокупности различных режимов условий процесса испарения топлива (см.матрицу). Например, для 1-го этапа цикла устанавливают: температуру испарения топлива 20°С в термостатируемой емкости (x₁=-1), коэффициент герметичности - «0» (х₂=-1), коэффициент заполнения равным 0,6 (х₃=0).

Для обоснования отличительных признаков испытывались: образец автомобильного бензина Регуляр-92 по ГОСТ Р 51105 «Топлива для двигателей внутреннего сгорания. Неэтилированный бензин. Технические условия», изготовленные с классом испаряемости В (давление насыщенных паров - 47 кПа), который принят в качестве эталонного; образцы автомобильного бензина Регуляр-92 по ГОСТ Р 51105 с классом испаряемости F (давление насыщенных паров - 70 кПа) и классом испаряемости С (давление насыщенных паров - 62 кПа).

После завершения каждого этапа цикла испытаний фиксируют (как и в прототипе) массу испарившегося топлива как разность массы топлива до и после испытания (таблица 1).

По методике планирования эксперимента (13 - р. 455-475) с учетом значений массы испарившегося топлива (таблица 1) рассчитывают числовые значения коэффициентов b₀, b₁, b₂, b₃, b₁₂, b₁₃, b₂₃, b₁₁, b₂₂, b₃₃ (таблица 2), характеризующих режимы испытаний, и отражающих средневзвешенный уровень (b₀) массы потерь от испарения, степень индивидуального линейного (b₁, b₂, b₃), совместного (b₁₂, b₁₃, b₂₃) и индивидуального квадратичного (b₁₁, b₂₂, b₃₃) влияния факторов условий процесса испарения на массу потерь от испарения.

Индекс числового коэффициента b (от b₀ до b₃₃) в таблице 2 указывает на необходимость применения b к конкретному коду (например, b₁ к x₁), произведению кодов (например, b₁₂ к x₁x₂), или соответствующему квадратичному коду (например, b₁₁ к x₁²).

Зная числовые значения коэффициентов b (от b₀ до b₃₃), авторы получили интегральную зависимость склонности испытуемого топлива к потерям от испарения в виде обобщенного показателя m_исп, который рассчитывают по формуле:

m_исп.=3b₀+b₁₁+b₂₂+b₃₃,

где

3 - постоянный коэффициент (получен экспериментально);

b₀, b₁₁, b₂₂, b₃₃ - числовые значения коэффициентов зависимости массы испарившегося топлива от факторов условий процесса испарения, отражающие средневзвешенный уровень (b₀) и индивидуальный квадратичный (b₁₁, b₂₂, b₃₃) уровни (из таблицы 2 коэффициентов).

Учитывая, что шифры (уровни), например, «-1», «0», «+1», являются конкретными значениями факторов условий испытаний, авторы получили возможность оценки показателя склонности к потерям от испарения по формуле, позволяющей производить оценку для любого сочетания числовых межуровневых значений факторов условий испытаний (например, для шифров 0,2; 0,25; 0,008 и т.д.) при полученных постоянных значениях их коэффициентов от b₀ до b₃₃ (из таблицы 2 коэффициентов), соответствующих этим выбранным факторам (сочетаниям факторов), для выбранных топлив.

Эффективность предлагаемого способа подтверждается приведенным ниже примером.

Пример.

Для автомобильного бензина Регуляр-92 по ГОСТ Р 51105 с классом испаряемости В (давление насыщенных паров - 47 кПа), который принят в качестве эталонного, автомобильных бензинов Регуляр-92 по ГОСТ Р 51105 с классом испаряемости С (давление насыщенных паров - 62 кПа) и классом испаряемости F (давление насыщенных паров - 70 кПа) были использованы: емкость для хранения испытуемого топлива объемом 0,005 м³ и термостатируемая емкость, имитирующая резервуар (цистерну) с аналогичным объемом.

В соответствии с матрицей задают условия испытания: температуру испарения топлива (код x₁); коэффициент герметичности (код х₂) термостатируемой емкости; коэффициент заполнения (код х₃) термостатируемой емкости.

При проведении испытаний топлива значения факторов (коды х₁, х₂, х₃), влияющих на процесс испарения, задаются и варьируются в цикле в соответствии со значениями, зашифрованными в виде уровней (-1; 0; +1) (см. матрицу цикла испытаний). Первой операцией каждого этапа является заполнение термостатируемой емкости (из емкости для хранения испытуемого топлива) на объем, соответствующий коду х₃ (см. уровни по матрице). Для изменения коэффициента заполнения (код х₃) меньше 0,9 осуществляют перекачку из термостатируемой емкости в емкость для хранения испытуемого топлива. Испытания каждого топлива проводят циклами в течение 3600 мин.

Например, для 1-го этапа цикла устанавливают: температуру 20°С в термостатируемой емкости (x₁=-1), коэффициент герметичности - «0» (х₂=-1), коэффициент заполнения равным 0,6 (х₃=0).

Порядок реализации цикла из 15 этапов испытаний. В незаполненную емкость для хранения испытуемого топлива с известной массой заливают испытуемое топливо и замеряют с помощью лабораторных весов его массу (m₁), которая равна разности массы емкости для хранения до и после залива испытуемого топлива. С помощью насоса по трубопроводу перекачивают испытуемое топливо из емкости для хранения в термостатируемую емкость с известной массой, которая установлена на лабораторных весах. Термостатируемую емкость заполняют топливом на объем, соответствующий коду х₃ (см. уровни по матрице).

Фиксируют массу (m₂) перекаченного испытуемого топлива в термостатируемой емкости с использованием лабораторных весов, которая равна разности массы термостатируемой емкости до и после залива испытуемого топлива.

Определяют убыль массы испытуемого топлива после перекачки (Δm₁) как разницу массы топлива до и после проведения перекачки из емкости для хранения в термостатируемую емкость по формуле:

Δm₁=m₂-m₁.

Задают условия герметичности термостатируемой емкости, соответствующие коду х₂ (см. уровни по матрице) с помощью устройства регулирования давления, которое установлено на ее горловине. При х₂=0 - устройство регулирования давления открыто полностью, при х₂=0,5 - устройство регулирования давления открыто на половину, при х₂=1 - устройство регулирования давления закрыто.

Устанавливают температуру испарения топлива в термостатируемой емкости, соответствующую коду х₁ (см. уровни по матрице), которую контролируют с помощью лабораторного термометра. Выдерживают испытуемое топливо в течение 240 мин.

После каждого этапа цикла испытания фиксируют массу испытуемого топлива после испарения (m₃) и рассчитывают убыль массы топлива в термостатируемой емкости после испытания (Δm₂) как разницу массы испытуемого топлива до и после проведения испытаний по формуле:

Δm₂=m₃-m₂.

Рассчитывают общие потери испытуемого топлива за этап испытаний по формуле:

Δm_общ=Δm₁+Δm₂.

Результаты испытаний представлены в таблице 1.

Рассчитывают числовые значения коэффициентов b: для автомобильного бензина Регуляр-92 с классом испаряемости С - в строке 1 таблицы 2, для автомобильного бензина Регуляр-92 с классом испаряемости В - в строке 2 таблицы 2, для автомобильного бензина Регуляр-92 с классом испаряемости F - в строке 3 таблицы 2.

Определяют обобщенный показатель m_исп склонности испытуемого топлива к потерям от испарения по формуле:

m_исп=3b₀+b₁₁+b₂₂+b₃₃,

где b₀, b₁₁, b₂₂, b₃₃, - числовые значения коэффициентов из таблицы 2.

Для автомобильного бензина Регуляр-92 (класс испаряемости В), который принят за эталон:

m_эт=3×0,23+0,00-0,06+0,00=0,63.

Для автомобильного бензина Регуляр-92 (класс испаряемости С):

m_исп=3×0,15+0,00-0,04+0,00=0,41.

Для автомобильного бензина Регуляр-92 (класс испаряемости F):

m_исп=3×0,49-0,01-0,13-0,01=1,32.

Значения обобщенных показателей m_исп склонности к потерям от испарения автомобильных бензинов Регуляр-92 с различными классами испаряемости по результатам испытаний представлены в таблице 3.

Учитывая, что значение обобщенного показателя m_исп для автомобильного бензина Регуляр-92 с классом испаряемости С меньше значения обобщенного показателя m_эх для автомобильного бензина Регуляр-92 с классом испаряемости В (эталон) принимают, что автомобильный бензин Регуляр-92 с классом испаряемости С физически стабилен и может быть рекомендован к длительному хранению в резервуарах (цистернах). Этот вывод качественно подтверждается данными, полученными при реальном хранении этого бензина (Научно-технический отчет о НИР 2.02.31, «шифр Симптом-2002». - М.: 25 ГосНИИ МО РФ, 2003).

Так как, значение обобщенного показателя m_исп. для автомобильного бензина Регуляр-92 класс с классом испаряемости F больше значения обобщенного показателя m_эт для автомобильного бензина Регуляр-92 с классом испаряемости В (эталон), то считают, что автомобильный бензин Регуляр-92 с классом испаряемости F физически недостаточно стабилен и не может быть рекомендован к длительному хранению в резервуарах (цистернах). Этот вывод также качественно подтверждается данными реального хранения этого бензина (Научно-технический отчет о НИР 2.02.31, «шифр Симптом-2002». - М.: 25 ГосНИИ МО РФ, 2003).

Для получения информации о прогнозируемом количестве потерь от испарения моторных топлив в условиях, соответствующих межуровневым значениям факторов (например, между уровнями «+1» и «0»), массу испарившегося топлива (m'_исп.) рассчитывают по формуле:

m'_исп.=b₀+b₁x'₁+b₂x'₂+b₃x'₃+b₁₂x'₁x'₂+b₁₃x'₁x'₃+b₂₃x'₂x'₃+b₁₁x'₁²+b₂₂x'₂²+b₃₃x'₃²,

где

х'₁, x'₂, х'₃ - соответствуют кодированным значениям факторов из области варьирования факторов (между «-1» и «+1» из матрицы цикла);

b₀, b₁, b₂, b₃, b₁₂, b₁₃, b₂₃, b₁₁, b₂₂, b₃₃ - числовые значения коэффициентов зависимости массы испарившегося топлива от заданной совокупности факторов условий (по таблице коэффициентов).

Например, требуется определить массу потерь от испарения (m'_исп.) автомобильного бензина при следующих условиях испытаний: температура испарения топлива 30°С (x'₁=-0,33), устройством регулирования давления задан промежуточный уровень сообщения резервуара с атмосферой (х'₂=0,50), резервуар заполнен топливом на 50% от вместимости (х'₃=-0,33).

При этом массу испарившегося топлива (m'_исп.) рассчитывают по формуле:

m'_исп.=b₀+b₁x'₁+b₂x'₂+b₃x'₃+b₁₂x'₁x'₂+b₁₃x'₁x'₃+b₂₃x'₂x'₃+b_I1x'₁²+b₂₂x'₂²+b₃₃x'₃².

Используя числовые значения коэффициентов b из таблицы 2, получим:

m'_исп.=0,23+0,04×x'₁-0,08×x'₂-0,05×x'₃+0,02×x'₁x'₂+0,03×x'₁x'₃+0,01×х'₂х'₃+0,00×x'₁²-0,06×x'₂²+0,00×x'₃².

Подставляя в полученное выражение фактические значения кодов х'₁, х'₂, х'₃ условий испытаний (x'₁=-0,33; х'₂=0,50; х'₃=-0,33), и, округляя до третьего знака после запятой, получим:

m'_исп.=0,23+0,04×x'₁-0,08×х'₂-0,05×х'₃+0,02×х'₁х'₂+0,03×x'₁x'₃+0,01×х'₂х'₃+0,00×х'₁²-0,06×х'₂²+0,00×х'₃²=0,23+0,04×(-0,33)-0,08×0,5-0,05×(-0,33)+0,02×(-0,33)×0,5+0,03×(-0,33)×(-0,33)+0,01×0,5×(-0,33)+0,00×(-0,33)²-0,06×0,5²+0,00×(-0,33)²=0,230-0,013-0,040+0,017-0,003+0,003-0,002+0,000-0,015+0,00=0,177.

Приведенные расчеты показали, что масса потерь от испарения автомобильного бензина Регуляр-92 с классом испаряемости В при температуре испарения топлива 30°С, заполнении резервуара топливом на 50% от вместимости, при промежуточном уровне сообщения резервуара с атмосферой составит 177×10^-3 кг.

Таким образом, заявляемый способ является оперативным (испытания составляют 5 суток для двух видов (испытуемого и эталонного) топлив вместо от 2 до 5 лет) и достоверным за счет приближения условий испытаний к реальным условиям хранения с учетом влияния температуры испарения топлива (код x₁), степени герметичности резервуаров (цистерн) (код х₂), степени их заполнения (код х₃).

Учитывая, что авторы при просмотре патентной информации и научно-технической литературы не обнаружили указанной выше совокупности существенных признаков, изложенных в формуле изобретения, то заявляемый способ отвечает требованиям условий патентоспособности: новизне, изобретательскому уровню и промышленной применимости.

Применение изобретения позволит достоверно оценивать качество моторных топлив и, как результат, проводить определение и прогнозирование физической стабильности моторных топлив при их хранении в стационарных резервуарах (цистернах).

Изобретение относится к лабораторным методам оценки эксплуатационных свойств моторных топлив и может быть использовано при прогнозировании склонности моторных топлив к изменению количественных потерь от естественной убыли на предприятиях, потребляющих и производящих моторные топлива. Способ включает заполнение топливом емкости до задаваемого уровня, хранение топлива в заданных условиях в течение определенного времени и оценивание физической стабильности по массе испарившегося топлива, причем испытуемое топливо помещают в термостатируемую емкость, задают факторы условий процесса испарения, формируют из 15 этапов цикл испытаний как необходимую и минимально достаточную совокупность режимов испытаний в виде матрицы, после каждого этапа, длительность которого составляет 240±5 минут, фиксируют массу испарившегося топлива, по завершении цикла испытаний определяют обобщенный показатель m_исп склонности испытуемого топлива к потерям от испарения, и при значении m_исп меньше значения m_эт, полученного для топлива, принятого за эталон, считают испытуемое топливо физически стабильным, и что оно может быть рекомендовано к длительному хранению в резервуарах (цистернах), при этом обобщенный показатель m_исп(эт) склонности топлива к потерям от испарения вычисляют по заданной формуле. Достигается повышение достоверности результатов за счет приближения условий испытаний к реальным условиям хранения в резервуарах с одновременным сокращением времени на проведение испытаний. 3 табл.

Способ оценки физической стабильности моторных топлив при их хранении в резервуарах (цистернах), включающий заполнение топливом емкости до задаваемого уровня, хранение топлива в заданных условиях в течение определенного времени и оценивание физической стабильности по массе испарившегося топлива, отличающийся тем, что испытуемое топливо помещают в термостатируемую емкость, задают факторы условий процесса испарения: температуру испарения топлива в интервале 20-50°С, коэффициент герметичности термостатируемой емкости в интервале 0,0-1,0, коэффициент заполнения термостатируемой емкости в интервале 0,3-0,9, которые кодируют в виде x₁, x₂, х₃ соответственно, шифруют эти значения параметров как «+1» - верхний, «0» - средний и «-1» - нижний уровни, относя к «+1» максимальные значения х₁, х₂, х₃, к «-1» - минимальные значения, а к «0» - средние значения, задавая шаг изменения от «0» до «+1» и от «0» до «-1» для x₁ равным 15°С, для х₂ равным 0,5, для х₃ равным 0,3, формируют из 15 этапов цикл испытаний как необходимую и минимально достаточную совокупность режимов испытаний в виде матрицы:

после каждого этапа, длительность которого составляет 240±5 минут, фиксируют массу испарившегося топлива, по завершении цикла испытаний определяют обобщенный показатель m_исп склонности испытуемого топлива к потерям от испарения, и при значении m_исп меньше значения m_эт, полученного для топлива, принятого за эталон, считают испытуемое топливо физически стабильным, и что оно может быть рекомендовано к длительному хранению в резервуарах (цистернах), при этом обобщенный показатель m_исп(эт) склонности топлива к потерям от испарения вычисляют по формуле:

m_исп(эт)=3b₀+b₁₁+b₂₂+b₃₃,

где

3 - постоянный коэффициент (получен экспериментально);

b₀, b₁₁, b₂₂, b₃₃ - числовые значения коэффициентов зависимости массы испарившегося топлива от факторов условий процесса испарения, отражающие средневзвешенный уровень (b₀) и индивидуальный квадратичный (b₁₁, b₂₂, b₃₃) уровни зависимости массы испарившегося топлива от факторов условий испарения, рассчитанные с использованием трех закодированных в виде х₁, х₂, х₃ факторов условий процесса испарения, значения каждого из которых варьируют на трех уровнях, зашифрованных в виде «+1» - верхний, «0» - средний и «-1» - нижний.