Индикаторное устройство для обнаружения подземной утечки жидких углеводородных нефтепродуктов в грунте Российский патент 2025 года по МПК G01N31/22 

Изобретение относится к химмотологии, в частности к средствам анализа небиологических материалов химическими способами с использованием химических индикаторов, и может быть использовано в организациях, где предусмотрен слив (налив) нефтепродуктов.

Одним из наиболее распространенных видов техногенного воздействия на объекты окружающей среды является загрязнение грунта нефтепродуктами в местах аварийных проливов при хранении и транспортировке в различных емкостях. Причинами аварийных разливов могут являться износ и поломки оборудования в процессе осуществления технологических операций и различные внешние воздействия, в том числе криминального характера. Оперативная индикация наличия нефтепродуктов в грунте в местах размещения технологического оборудования является актуальной проблемой. Перед авторами стояла задача разработки информативного, простого в исполнении индикаторного устройства для подземного обнаружения утечки нефтепродуктов в грунте.

При просмотре источников научно-технической и патентной информации были выявлены аналоги, частично решающие поставленную задачу.

Известен широко используемый датчик утечки жидких нефтепродуктов в грунте, содержащий два или более электродов, один из которых покрыт диэлектриком, растворимым в нефтепродукте, но не растворимым в воде. При нахождении этого прибора в грунте и утечке нефтепродукта и попадании его на электрод диэлектрик растворяется, в результате чего сопротивление между электродами уменьшается, что регистрируется сигнализатором (Пат. RU 2190844. G01N 27/02).

Недостатком этого датчика является необходимость наличия влажного грунта и низкая чувствительность, не достаточная при малых утечках в грунт: при определении необходимо попадание на датчик нескольких литров топлива для смыва защитной пленки на электродах и столько же воды для их взаимодействия.

Известен индикаторный элемент (ИЭ) для обнаружения утечки жидкого ГСМ, содержащий гидроизоляционную подложку с закрепленной индикаторной бумагой с сорбированным красителем между подложкой и бумагой. Трехслойный ИЭ прикладывают бумажной впитывающей стороной к поверхности оборудования для обнаружения утечки топлива и (или) масла для двигателей (Пат. RU 2564002 C1. G01N 31/22, G01N 33/22).

Недостатком этого ИЭ является то, что он предназначен для определения топлива с визуальной индикацией на любой твердофазной поверхности в воздушной среде и не имеет приспособления для погружения в подземный грунт.

Наиболее близким по технической сущности и взятым за прототип является индикаторное устройство (ИУ) для обнаружения подземной утечки жидких углеводородных нефтепродуктов. В этом ИУ имеется ИЭ в форме кругового кольца, состоящий из трех слоев: двухсторонней липкой ленты, мелкодисперстного красителя - формазилбензола ч. (ТУ ШЗ 54-84), растворимого в ГСМ и не растворимого в воде, и белой впитывающей бумаги, при этом на второй клейкой стороне двухсторонней липкой ленты расположен четвертый опорный несущий слой из белой пластиковой пленки. На резьбовую ось навинчивается ИЭ до упора в наконечник, а резьбовая ось связана со стержнем и закрыта наружной трубой. При погружении устройства в грунт и открытии трубы в грунте (выталкиванием стержня) на этот ИЭ попадает рыхлый грунт, загрязненный топливом. Краситель ИЭ окрашивается с цветовым переходом из белого в темно-красный (Пат. RU 2790830 C1, G01N 31/22, G01N 33/24 - прототип).

Недостатками данного индикаторного устройства для обнаружения подземной утечки жидких углеводородных нефтепродуктов является ограниченная применимость ИЭ (функциональные возможности), обусловленная свойством красителя и конструкцией ИЭ. Краситель - формазилбензол в ИЭ прототипа при контакте с ГСМ во многих случаях окрашивается в темно-красные цвета, но в некоторых случаях эти окраски очень темные. Например, универсальное всесезонное моторное масло (М-4з/14Д ТУ 0253-006-8151164-2002 «Универсальное всесезонное моторное масло М-4з/14Д») с ИЭ дает черное окрашивание, и дизельное топливо (ГОСТ 305 2013 «Топливо дизельное. Технические условия») с ИЭ дает черно-красное окрашивание, что затрудняет обнаружение этих ГСМ в грунтах темного цвета. Кроме того, ИЭ прототипа высоко чувствителен и легко входит в контакт со многими ГСМ в рыхлом грунте. Если индикация утечек нефтепродуктов производится в жестком твердом грунте, то в таком грунте необходимо предварительно просверлить отверстие с помощью бура, а затем в это отверстие ввести ИУ. Кроме того, конструкция ИЭ в виде многослойного кольца не позволяет грунту с нефтепродуктом со стенок отверстия попасть на ИЭ на верхней поверхности наконечника и не входит в контакт с ним, что не может обеспечить высокочувствительного обнаружения утечки ряда некоторых ГСМ, таких как универсальное всесезонное моторное масло и дизельное топливо, то есть ограничивает ассортимент анализируемых нефтепродуктов.

Технический результат изобретения - расширение ассортимента определяемых при подземной утечке нефтепродуктов с помощью индикаторного устройства и расширение функциональных возможностей с одновременным повышением чувствительности и оперативности обнаружения подземной утечки жидкого ГСМ в любых типах грунта на глубине (глубина определяется длиной несущего стержня, который может быть любой, в частности до 1 метра. Глубина проникновения нефтепродуктов исследовалась с помощью устройства ПМ № 198068Ж01Н3324).

Указанный технический результат достигается тем, что известное индикаторное устройство для обнаружения подземной утечки жидких углеводородных нефтепродуктов в грунте, выполненное сборно-разборным в виде стальной трубы с нанесенной шкалой измерения глубины погружения устройства в грунт, внутри трубы размещен соосно свободно проходящий через центральное отверстие в крышке трубы и имеющий на верхнем торце наружную рукоятку металлический цилиндрический стержень, на нижнем торце которого выполнена наружная резьба для стыковки с осевой проточкой в верхней части съемной цилиндрической насадки, соединенной в нижнем торце ответной осевой резьбовой проточкой с удлиненной резьбовой осью обращенного вершиной к поверхности анализируемого грунта конусного наконечника, связанного с индикаторным элементом, состоящим из гидроизоляционной непрозрачной двухсторонней клейкой пленки и белого впитывающего материала, между которыми размещен индикатор из красителя, растворимого в жидком углеводородном топливе, но не растворимого в воде, а также опорный несущий слой из белого жесткого пластика, закрепленного на другой стороне двухсторонней клейкой пленки, съемная насадка при этом имеет диаметр менее внутреннего диаметра стальной трубы, диаметр основания конусного наконечника равен наружному диаметру стальной трубы, диаметр основания конусного наконечника равен наружному диаметру стальной трубы, согласно изобретению, в качестве красителя содержит 1-[[4-(о-толилазо)-о-толил]-азо]-2-нафтол CH₃C₆H₄N=NC₆H₃CH₃)N=NC₁₀H₆OH, а на верхнюю часть резьбовой оси конусного наконечника навинчена дополнительно введенная металлическая шайба диаметром меньше диаметра насадки на расстоянии от вершины резьбовой оси, равном размеру ответной верхней осевой резьбовой проточки насадки, при этом навинченный на резьбовую ось конусного наконечника индикаторный элемент до упора к металлической шайбе выполнен в виде одного или нескольких полимерных полос с центральным проточным резьбовым отверстием.

Сущность заявляемого способа поясняется фиг. 1-2.

На фиг. 1. представлена блок-схема индикаторного устройства для обнаружения подземной утечки жидких углеводородных нефтепродуктов в грунте с указанием различных его позиций в последовательности действий: «а», «б», «в», «г» - до ввода в грунт; «д», «е», «ж», «з» - в момент ввода в грунт; «и», «к», «л» - после извлечения из грунта.

Фиг. 2. - электронные спектры отражения получены на приборе миниспектрофотометр Macbeth i1Pro фирмы Gretag, США. Спектры сняты в области длин волн 400-700 нм, в функции Кубелки-Мунка F=(1-R)² /2R, R -коэффициент отражения индикаторных полос, содержащих красители: I-1-[[4-(о-толилазо)-о-толил]-азо]-2-нафтол (Судан IV) (ТУ 6-09-07-1605-87) с дизельным топливом (ГОСТ 305 2013) и II - Судан IV с универсальным всесезонным моторным маслом (М-4з/14Д ТУ 0253-006-8151164-2002); III - формазилбензол с тем же дизельным топливом и IV - формазилбензол с тем же универсальным всесезонным моторным маслом.

Краситель CH₃C₆H₄N=NC₆H₃(CH₃)N=NC₁₀H₆OH (1-[[4-(о-толилазо)-о-толил]-азо]-2-нафтол) изготавливается по ТУ 6-09-07-1605-87 (Судан IV // АО «ЛенРеактив» URL: https://lenreactiv-shop.ru/katalog-2/sudan-iv-ch (дата обращения: 12.06.2024), применяется для окрашивания тканей (в легкой промышленности), для качественного определения жиров и покраске гистологических проб, при проведении биохимических исследований для окрашивания препаратов. Авторам при просмотре источников научно-технической и патентной информации не удалось обнаружить примеров применения Судана IV в качестве красителя для детектирования утечек нефтепродуктов. Гидрофобный краситель Судан IV проверен по растворимости в минеральных маслах, интенсивности и глубине окраски, способности адсорбироваться на целлюлозной полосе. Были изучены цветовые переходы при индикации ГСМ. Спектры диффузного отражения, как видно из фиг. 2, в случае использования Судана IV более интенсивные, чем при использовании формазилбензола, что свидетельствует о более интенсивном окрашивании при детектировании нефтепродуктов ИЭ с красителем Судан IV.

ИУ выполнено, как и в прототипе, сборно-разборным из нержавеющей стали, не поддающейся коррозии, состоит из следующих узлов (поз. а). В трубе 1, с наружным диаметром 20 мм, с внутренним диаметром 18 мм и длиной 102 см, толщиной стенок трубы 1 мм, вставлен стержень 2 длиной 100 см (менее длины трубы 1) и диаметром 9 мм. Труба имеет навинчивающуюся крышку 3 с отбортовкой. Стержень 2 свободно проходит через центральное отверстие в крышке 3 и заканчивается рукояткой 4. Стержень 2 с наружной резьбой 5 соединен с верхней резьбовой проточкой 6 цилиндрической сборной насадки 7, которая в нижнем торце резьбовой проточкой 8 соединена с удлиненной резьбовой осью 9 конусного наконечника 10, на которую навинчена стальная шайба 11. Наружная резьба всех узлов соответствует резьбовой проточке: Р=1 мм, D=6 мм, d=4.918 мм (где Р -шаг резьбы, D - наружный диаметр, d - внутренний диаметр резьбы). Основание конусного наконечника 10 равно наружному диаметру трубы 1 для герметичности закрытой камеры; диаметр сборной насадки 6 равен внутреннему диаметру трубы 1 (так как насадка 6 входи в трубу 1); диаметр шайбы 11 меньше и равен 15 мм (так как шайба 11 входит внутрь трубы 1 и на шайбу 11 помещаются один или больше ИЭ 12.). Каждая полоса ИЭ 12 имеет четыре слоя, из которых нижний несущий слой из белого жесткого пластика. К белому жесткому пластику приклеена одной стороной двухсторонняя клейкая лента, с наружной клейкой стороны которой закреплены в едином слоем частицы красителя 1-[[4-(о-толилазо)-о-толил]-азо]-2-нафтола (Судана IV). Размер полосы ИЭ 12 10 × 50 мм. Индикаторный элемент 12 (поз 6, в) навинчен на резьбовую ось 9 конусного наконечника 10 поверх металлической шайбы 11.

Индикаторное устройство с красителем «Судан IV» пригодно не только для тех ГСМ, что и прототип, но и для универсального всесезонного моторного масла и дизельного топлива.

Индикаторное устройство функционирует следующим образом.

Пример 1. Подготовка ИУ для обнаружения утечки жидких углеводородных нефтепродуктов в грунт

Порошок красителя «Судан IV» ч. (ТУ 6-09-07-1605-87) наносили на бумагу-основу для экспресс-тестов марки I (ТУ ОП 13-7310005-20-83) в количестве 100 мг/м, дублировали полученную поверхность двухсторонней клейкой лентой с адгезивным покрытием «Attache» (РФ, ТУ 2245-004-4577247-2007 «Клейкие ленты двухсторонние»). С полученной трехслойной заготовки снимали с клейкого покрытия второй (на нижней стороне) защитный слой и прикрепляли к клейкому слою белый жесткий пластик толщиной 0.5 мм, (ГОСТ 9639-71 «Листы из непластифицированного поливинилхлорида (винипласт листовой)»). Из полученной четырехслойной заготовки вырезали с помощью «Устройства размерной резки для получения кислотно-основных, реагентных и диагностических индикаторных полос» (Островская В.М. Пат. РФ на полезную модель № 117853. 24.05.2012). ИЭ - четырехслойные полимерные полосы 12 шириной 10 мм и центральным отверстием 5 мм, которые навинчивали на резьбовую ось 9 наконечника 10 ИУ (поз. 6, в) поверх навинченной на резьбовую ось 9 металлической шайбы 11 и зажимали полосы концами вниз при закрывании трубой (поз. г).

Пример 2. Определение подземной утечки дизельного топлива (ГОСТ 305 2013) с помощью индикаторного устройства для обнаружения утечки жидких углеводородных нефтепродуктов в грунте

Стержень 2 в ИУ ввинчивают в верхнюю проточную часть 6 цилиндрической насадки 7 (поз. а). Предварительно подготовленный с красителем Суданом IV ИЭ 12 по примеру 1 навинчивают на удлиненную резьбовую ось 9 до контакта белого жесткого слоя ИЭ 12 с металлической шайбой 11, затем ввинчивают резьбовую ось 9 в нижний торец 8 насадки 7 (поз. б, в). Закрывают насадку 7 и резьбовую ось 9 с ИЭ 12 трубой 1, сдвигая ее по стержню 2 вниз, до основания конусного наконечника 7 (поз. г). Заправленное ИУ погружают в грунт, фиксируя по шкале на трубе глубину погружения (поз д). За отбортовку крышки 3 трубу 1 поднимают (поз. е) до границы открывания трубы под землей, при этом упругие жесткие концы 12 ИЭ расходятся в стороны, обеспечивая контакт ИЭ 12 с грунтом (поз. е). При наличии следов ГСМ в грунте ИЭ 12 приобретает (за счет растворения красителя в нефтепродукте) ярко красный цвет (поз. ж). Затем трубу 1 опускают до упора - закрывают ИЭ 12 (поз з) и извлекают ИУ из грунта (поз. и), открывают трубу 1 (поз. к). При попадании грунта на ИЭ 12 грунт удаляют, промывая конусный наконечник 10 с ИЭ 12 проточной водой (поз. к). При этом окраска ИЭ 12 не исчезает, так как краситель не растворяется в воде. Удаляют конусный наконечник 10 с резьбовой осью 9 из насадки 7 (поз. л). Снимают ИЭ 12 и делают вывод о наличии нефтепродуктов в грунте, на замеренной глубине, в данном примере таких, как дизельное топливо или универсальное всесезонное моторное масло (поз. л).

Таким образом, индикаторное устройство позволило расширить ассортимент определяемых при подземной утечке нефтепродуктов и функциональные возможности индикаторного устройства за счет совокупности существенных признаков: использования в индикаторном элементе красителя Судан IV, дающего интенсивную светлую окраску индикаторного элемента за счет растворения красителя в нефтепродукте, а также за счет особой формы индикаторного элемента, благодаря которой возможно детектировать утечки нефтепродуктов в любых видах грунта с высокой чувствительностью.

Изобретение относится к устройствам экспрессного визуального обнаружения подземной утечки жидких горюче-смазочных материалов в грунте. Сущность: устройство выполнено сборно-разборным в виде стальной трубы (1), внутри которой размещен металлический цилиндрический стержень (2). Цилиндрический стержень (2) соединен с цилиндрической насадкой (7), которая соединена с конусным наконечником (10). Конусный наконечник (10) связан с индикаторным элементом (12). Индикаторный элемент (12) включает индикатор из красителя Судан IV, растворимого в жидком углеводородном топливе, но не растворимого в воде. Технический результат: расширение ассортимента определяемых нефтепродуктов, расширение функциональных возможностей устройства, повышение чувствительности и оперативности обнаружения. 2 ил.

Индикаторное устройство для обнаружения подземной утечки жидких углеводородных нефтепродуктов в грунте, выполненное сборно-разборным в виде стальной трубы с нанесенной шкалой измерения глубины погружения устройства в грунт, внутри трубы размещен соосно свободно проходящий через центральное отверстие в крышке трубы и имеющий на верхнем торце наружную рукоятку металлический цилиндрический стержень, на нижнем торце которого выполнена наружная резьба для стыковки с осевой проточкой в верхней части съемной цилиндрической насадки, соединенной в нижнем торце ответной осевой резьбовой проточкой с удлиненной резьбовой осью обращенного вершиной к поверхности анализируемого грунта конусного наконечника, связанного с индикаторным элементом, состоящим из гидроизоляционной непрозрачной двухсторонней клейкой пленки и белого впитывающего материала, между которыми размещен индикатор из красителя, растворимого в жидком углеводородном топливе, но не растворимого в воде, а также опорный несущий слой из белого жесткого пластика, закрепленного на другой стороне двухсторонней клейкой пленки, съемная насадка при этом имеет диаметр менее внутреннего диаметра стальной трубы, диаметр основания конусного наконечника равен наружному диаметру стальной трубы, диаметр основания конусного наконечника равен наружному диаметру стальной трубы, отличающееся тем, что в качестве красителя содержит 1-[[4-(о-толилазо)-о-толил]-азо]-2-нафтол CH3C₆H₄N=NC₆H₃(CH₃)N=NC₁₀H₆OH, а на верхнюю часть резьбовой оси конусного наконечника навинчена дополнительно введенная металлическая шайба диаметром меньше диаметра насадки на расстоянии от вершины резьбовой оси, равном размеру ответной верхней осевой резьбовой проточки насадки, при этом навинченный на резьбовую ось конусного наконечника индикаторный элемент до упора к металлической шайбе выполнен в виде одного или нескольких полимерных полос с центральным проточным резьбовым отверстием.