Як контролюється якість паливно-мастильних матеріалів?

Забезпечення сільськогосподарських підприємств України якісними нафтопродуктами останнім часом ускладнилось: як свідчать наші дослідження, державні постачальні структури втратили монополію, а комерційні — неоднозначно зацікавлені в контролі якості. Це призводить до виходу з ладу великої кількості сільськогосподарської техніки.

Основним документом, який засвідчує якість нафтопродуктів, є паспорт (сертифікат). У ньому записуються дата виготовлення, номер партії, сорт і марка, склад присадок, значення основних фізико-хімічних показників якості. Паспорт дає змогу контролювати якість нафтопродукту під час їх зберігання і позитивно вирішувати суперечки з постачальниками. Контроль якості полягає у відбиранні проби, виконанні аналізу і в порівнянні одержаних показників якості з відповідними в паспорті.

До відбору проб допускаються особи, які мають відповідний досвід і навички. Найточніший і старанно проведений аналіз дасть помилкові результати, якщо проба відібрана неправильно та неакуратно доставлена в лабораторію. Тому під час виконання всіх етапів цієї роботи особа, що відбирає проби, має бути уважною і добросовісною. Вона має також знати, для якого виду випробування відбирає пробу і вимоги цього випробування до відбору проб.

Пробу нафтопродукту для аналізу якості відбирають безпосередньо з місткості або ж із трубопроводу у безпосередній близькості від місткості під час її заповнення або спорожнення. Для цього використовують спеціальні, зазвичай, переносні пробовідбірники.

Проби, залежно від призначення, розподіляють на індивідуальні (точкові), середні (об’єднані), контрольні та арбітражні.

Індивідуальну пробу, що характеризує якість нафтопродукту в тому місці, звідки вона відібрана, відбирають за один прийом.

Середню пробу складають із кількох індивідуальних, відібраних на різних рівнях в одному або кількох резервуарах або з індивідуальних проб партії затареного нафтопродукту. Вона характеризує якість нафтопродукту в цілому і його відповідність стандарту.

Контрольна проба — частина індивідуальної або середньої, яка призначена для лабораторних випробувань.

Арбітражна проба зберігається для арбітражних випробувань, які проводять у разі виникнення розбіжності в оцінці якості нафтопродуктів. Індивідуальні проби нафтопродукту з горизонтальних і вертикальних резервуарів діаметром не більше 2500 мм беруть із трьох рівнів: верхнього — на 200 мм нижче поверхні нафтопродукту, середнього — із середини висоти наповнення нафтопродукту, нижнього — на 250 мм вище дна, а за наявності приймально-роздавальної труби — на 100 мм нижче її нижнього краю.

Середню пробу складають перемішуванням індивідуальних проб верхнього, середнього та нижнього рівнів у співвідношенні 1:6:1. Індивідуальні проби нафтопродукту з горизонтального циліндричного резервуара діаметром менше 2500 мм, незалежно від ступеня наповнення, а також із резервуарів діаметром понад 2500 мм, але заповнених до половини або менше, відбирають із двох рівнів: із середини рівня рідини й на 250 мм вище дна резервуара. Середню пробу складають змішуванням індивідуальних проб середнього і нижнього рівнів у співвідношенні 3:1. За висоти рівня нафтопродукту нижче 500 мм відбирають одну індивідуальну пробу з нижнього рівня. З автомобільної цистерни відбирають пробу на рівні 1/3 її діаметра (знизу).

Проби з бочки, бідонів та інших невеликих місткостей беруть за допомогою медичних шприців або трубок діаметром 10–15 мм із відтягнутим кінцем. Нафтопродукт перед відбором проби старанно перемішують. Пробу мазеподібного нафтопродукту відбирають щупом із поздовжнім вирізом. На місці занурення щупа видаляють верхній шар продукту завтовшки 25 мм. При відборі проби щупом із повздовжнім вирізом його опускають, вдавлюючи в продукт до дна тари, повертають на 180°, витягують і видавлюють лопаткою (шпателем) з нього нафтопродукт. Шар нафтопродукту завтовшки 5 мм у верхній частині щупа в пробу не включають. Отриману середню пробу нафтопродукту ділять на дві рівні частини: одну частину проби аналізують у лабораторії, другу (контрольну опечатану) зберігають на випадок розбіжності з паспортними даними в оцінці якості нафтопродукту.

Проби рідких нафтопродуктів зберігають у чистих сухих скляних пляшках, заповнених на 90%, щоб був вільний простір для збовтування перед виконанням аналізу. Пробу мазеподібного нафтопродукту розміщують у чистій сухій скляній, жерстяній або поліетиленовій банці. Пляшки з пробами мають бути щільно закриті корками або гвинтовими кришками з прокладками, що не розчиняються в нафтопродукті; банки мають бути щільно закриті кришками. Горловину закритої пляшки або банки слід обгорнути поліетиленовою або іншою щільною плівкою і зав’язати мотузкою (шнурком), кінці якої продівають в отвори етикетки й пломбують або заливають сургучем (мастикою) та опечатують печаткою організації, що одержує нафтопродукт. Допускається приклеювати етикетку до пляшки, банки.

Проби, взяті для проведення аналізів якості на місці взяття проб, не опечатуються. На етикетці зазначається: номер проби за журналом обліку, марка нафтопродукту, назва підприємства-постачальника, номер резервуара і висота наповнення, номер партії, тари, цистерни, з якої відібрана проба, дата, час відбору і термін зберігання проби, стандарт чи технічні умови на нафтопродукт, прізвища і підписи осіб, що відібрали та опечатали пробу. Пробу, на випадок розбіжностей в оцінці якості, зберігають протягом трьох місяців у сухому приміщенні, яке відповідає протипожежним вимогам.

Контроль якості нафтопродуктів полягає у відбиранні проби та проведенні її візуального огляду і лабораторних випробувань (аналіз), а також у вивченні паспорта якості на одержаний нафтопродукт.

Лабораторні випробування, залежно від їх призначення, розподіляють на приймально-здавальні, контрольні, повні та арбітражні. Приймально-здавальні аналізи проводять для встановлення відповідності марки нафтопродукту, що надійшов і вказаний у супровідних документах. Ці аналізи проводять за зразками, що відібрані з транспортних засобів або перед зливанням із них. Проведення аналізу слід закінчити до відправлення транспортних засобів. Контроль-аналіз проводять задля встановлення чи під час зливання або під час перекачування нафтопродукт не змішано з іншими марками нафтопродуктів, і періодично — під час зберігання нафтопродуктів для оперативної перевірки їх якості, щоб за найважливішими показниками визначити, чи відповідають вони вимогам стандартів, чи їх потрібно змінити на свіжі.

Повний аналіз проводять під час сертифікації нафтопродуктів під час надходження нафтопродукту без паспорта якості, періодично — під час зберігання, а також у разі невідповідності результатів випробувань під час проведення контрольного аналізу вимогам нормативної документації на продукцію. Арбітражному аналізу підлягають зразки нафтопродуктів у разі виникнення розбіжностей в оцінці якості випробувальними лабораторіями відправника та отримувача нафтопродуктів. Арбітражні аналізи проводять, зазвичай, у “нейтральній” лабораторії за погодженням обох сторін. Аналізи під час приймання та видачі нафтопродуктів і контрольні (в господарствах) проводять в обсязі, передбаченому набором обладнання ручних і польових лабораторій. Повні аналізи потребують складнішого обладнання і їх, зазвичай, проводять у спеціалізованих лабораторіях.

 Аналізи нафтопродуктів для висунення претензій нафтопостачальним організаціям щодо їх якості можуть виконуватися у лабораторіях навчальних закладів, науково-дослідних організацій або машинно-випробувальних станцій на замовлення підприємств і організацій сільського господарства. Такі аналізи проводять відповідно до вимог стандартів на методи випробувань.

Арбітражні аналізи проводять в акредитованих лабораторіях за встановленим порядком.

Для швидкої оцінки придатності нафтопродуктів до використання можуть бути застосовані прості (експрес) методи, які менш точні, але дають змогу оперативніше оцінити показники якості палив і мастильних матеріалів. Охарактеризуємо основні показники якості нафтопродуктів.

Густина (абсолютна) — маса речовини, що знаходиться в одиниці об’єму. Відносна густина виражається відношенням маси об’єму речовини до маси такого ж об’єму води, що має температуру 4°С (маса 1 л води за 4°С дорівнює 1 кг). Визначають густину нафтопродуктів за допомогою нафтоденсиметрів. Під час вимірювання опускають нафтоденсиметр у посудину із нафтопродуктом, за верхнім меніском на шкалі відраховують значення густини та водночас за допомогою термометра визначають температуру рідини. Якщо вона не дорівнює 20°С, то її приводять до стандартних умов за допомогою формули p20=pt+a(t–20),де pt — показання нафтоденсиметра за температури визначення, кг/м3; t — температура підконтрольного нафтопродукту, °С; a — температурна поправка (з таблиць). Густина автомобільних бензинів за 20°С становить 690–810 кг/м3, дизельного палива — 820–860 кг/м3, мастильних матеріалів — 870–950 кг/м3.

Колір і прозорість. Рідкі палива — прозорі рідини, мутність вказує на наявність води або забруднення. Поява забарвлення від жовтого до світло-коричневого свідчить про наявність смолистих речовин або ж про змішування з іншими нафтопродуктами. Неетильовані бензини й гаси — без кольору, дизельне паливо має забарвлення від світло-жовтого до світло-коричневого, збільшення інтенсивності забарвлення свідчить про вміст фактичних смол.

Вода і механічні домішки. Вода і механічні домішки потрапляють у нафтопродукти під час виготовлення, транспортування, зберігання та видачі. Наявність води в нафтопродуктах небажана, тому що вона підсилює корозію металів, прискорює розкладання, спрацювання і вимивання присадок. Узимку вода, що наявна в нафтопродуктах, утворюючи кристалики льоду, може припинити їх подачу. Тому стандартами не допускається наявність води в рідких і газоподібних паливах, а в оливі її має бути не більше 0,03% (сліди).

Механічні домішки (грунтовий пил, продукти корозії резервуарів, трубопроводів, продукти спрацювання елементів системи живлення тощо), потрапляючи в камери згоряння двигунів, спричиняють інтенсивне спрацювання деталей циліндро-поршневої групи. Тому стандартами не допускається наявність механічних домішок у рідких і газоподібних паливах, а в оливах суворо обмежується. Вода і механічні домішки не розчиняються в паливі, тому їх можна виявити, продивляючись середню пробу палива в посудині з прозорого скла.

Якщо паливо каламутне, то воно містить воду. Інший спосіб полягає в тому, що в чисту суху пробірку наливають на 1/2 висоти добре перемішаного палива і додають до нього два-три кристали марганцевокислого (перманганату) калію. Вміст пробірки старанно перемішують. За наявності води кристалики марганцевокислого калію розчиняються в ній, утворюючи навколо кристаликів водяні підтікання. Крапля оливи, що містить воду, під час нанесення на скло виглядає також каламутною. В оливі наявність вологи можна визначити пробою на потріскування. Для цього невелику кількість старанно перемішаної оливи наливають у пробірку та обережно нагрівають на малому вогні або сірниками (не більше трьох). За наявності води чути потріскування, олива піниться, на холодній частині пробірки осідають крапельки води. Якщо ж верхня частина пробірки помутніла, а потріскування немає, то в оливі є тільки сліди води (до 0,03%). Задля виявлення підтоварної води кілька кристалів марганцевокислого калію, який не розчиняється в паливі, але легко розчиняється у воді, кладуть у білу тканину, опускають на дно резервуара й витримують 2–4 хв. Забарвлення тканини вказує на наявність води. Висоту шару води визначають за допомогою водочутливої пасти або стрічки. Стрічку виготовляють із щільного паперу, покривають спеціальною речовиною, яка розчиняється у воді й не вступає в реакцію з нафтопродуктами. На нижню частину метр-штоків, лотів-пробовідбірників прикріплюють водочутливу стрічку або наносять рівний тонкий шар пасти заввишки 10–15 см, а потім занурюють у нафтопродукт і витримують 5 хв. Якщо в нафтопродукті є вода, речовина розчиниться в ній. На стрічці або пасті чітко видно межу, за якою можна визначити висоту шару води.

Вміст механічних домішок і води можна визначити відстоюванням середньої проби. Для цього потрібно мати відстійник об’ємом 100 мл. Він являє собою скляну місткість (рис. 3), яка в нижній частині переходить у вузьку трубку. Трубка проградуйована до 10 мл через 0,5 мл, за цими поділками визначають кількість води й механічних домішок. Середню пробу малов’язкого палива старанно перемішують, швидко наливають у відстійник до рівня 100 мл і витримують 25–30 хв у вертикальному положенні. Процентний вміст дорівнює об’єму осаду, за наявності води осад складається з двох частин: верхня — вода, нижня — механічні домішки. Більш в’язке паливо для прискорення відстоювання ставлять у гарячу (50…60°С) воду. Оливу, позаяк у ній домішки осідають дуже повільно, розводять бензином. Для цього середню пробу оливи наливають у відстійник до рівня 25 або 50 мл і додають чистий бензин до рівня 100 мл. Суміш старанно перемішують, потім відстійник опускають у теплу воду. Процентний вміст механічних домішок визначають, помноживши їх кількість у мілілітрах на 4, якщо взято 25 мл оливи; або на 2, якщо взято 50 мл.

Наявність абразивних домішок в оливі можна визначити так: на чисте сухе плоске скло наносять одну-дві краплі середньої проби оливи та накривають другим таким самим склом і, щільно притискуючи, переміщають їх одне відносно одного; якщо в оливі є абразив, чути характерний різкий звук; дослід повторюють 3–4 рази, щоразу з новою пробою. У разі виявлення абразивних домішок оливу використовувати не можна.

Активні сірчисті сполуки. Сірчисті сполуки за корозійною активністю поділяють на активні та неактивні. Сірководень, меркаптани та вільна сірка належать до групи активних речовин, що спричиняють корозію металів. Решта сірчистих сполук є неактивними, вони становлять основну їх частину і менш шкідливі. Тому дуже важливо за експлуатації двигуна на паливі з високим вмістом сірки підтримувати оптимальний тепловий режим, оскільки в зоні високих температур проявляється газова корозія, а в зоні низьких температур — рідинна корозія.

За роботи двигунів на паливі з високим вмістом сірки утворюється більше твердого і щільного нагару, частинки якого, потрапляючи в оливу, прискорюють спрацювання циліндро-поршневої групи. Для визначення наявності активних сірчистих сполук відполіровану пластинку з чистої електролітичної міді занурюють в паливо і витримують три години за температури 50°С або 24 години за кімнатної температури. Якщо на пластинці з’явилися чорні плями або темно-сірий наліт, то у паливі наявні активні сірчисті сполуки (його використовувати не можна). Водорозчинні (мінеральні) кислоти й луги. 

Одна з основних вимог до нафтопродуктів — мінімальна корозія металів, з якими вони контактують (корозія зумовлена наявністю в нафтопродуктах хімічно активних речовин, які можуть потрапити під час транспортування, зберігання, а також унаслідок послабленого контролю за процесом очищення). Органічні кислоти за корозійною активністю значно слабші за водорозчинні, спричиняють корозію тільки кольорових металів, тому наявність їх у нафтопродуктах допускається та обмежується у паливах показником “кислотність”, а у мастильних матеріалах — “кислотне число” (див. нижче).

Для визначення наявності водорозчинних кислот і лугів у ділильну лійку наливають приблизно однакову кількість нафтопродукту і гарячої дистильованої води, старанно перемішують протягом 3–4 хв і дають відстоятися. Через кран нижній водний шар (витяжку) зливають у дві пробірки. В одну додають одну-дві краплі фенолфталеїну. Якщо витяжка забарвлюється в рожевий або малиновий колір, то в продукті є луги. У другу пробірку додають одну-дві краплі метилового оранжевого індикатора. Поява рожевого або червоного забарвлення свідчить про наявність кислоти; в нейтральному або лужному середовищі забарвлення жовто-рожеве. Нафтопродукт придатний до використання, якщо реакція водної витяжки нейтральна. 

Смоли в паливі. Смолисті речовини — складні сполуки вуглецю, водню, кисню, іноді сірки. Вони надають нафтопродуктам темного кольору. Наявність смолистих речовин у паливі призводить до підвищеного нагароутворення, а в оливах — до утворення липких осадів на деталях двигунів. Фактичні смоли — це смолисті речовини, які є в нафтопродуктах, і вміст їх нормується стандартами. Для визначення вмісту фактичних смол піпеткою 1 мл бензину поміщають на сферичне скло і підпалюють (пробу дизельного палива розводять такою самою кількістю безкольорового бензину, що не містить смол). Після згоряння залишаються жовті або коричневі кільця. Що більше смол у паливі, то темніший залишок і більший діаметр плями. Приблизне співвідношення діаметра (мм) і кількості смол (мг/100 мл):6/4, 8/11, 10/20, 12/32, 14/43, 16/56, 18/70, 20/85, 22/102, 24/120. За відсутності у паливі смол на склі залишаються малопомітні світлі кільця. 

В’язкість. В’язкість — одна з найважливіших характеристик нафтопродуктів, це властивість рідини чинити опір взаємному переміщенню її шарів під дією зовнішньої сили. Підвищення в’язкості дизельного палива ускладнює подачу і розпилювання, а зниження — призводить до збільшення спрацювання паливної апаратури та до втрат. В’язкість оливи впливає як на режим змащування, так і на експлуатаційні характеристики механізмів: крутний момент, надійність пуску тощо. На практиці для оцінки нафтопродуктів використовують кінематичну в’язкість — питомий коефіцієнт внутрішнього тертя, відношення динамічної в’язкості до густини за тієї самої температури (м2/с, частіше мм2/с). Для цього використовують польовий віскозиметр ПВ-3.

У віскозиметрі розміщено п’ять пробірок з еталонними оливами, в’язкість яких за температури 100°С дорівнює 4,6,10,16 і 22 мм2/с. Останню пробірку заповнюють зразком, який досліджують. Усі пробірки мають сталеві кульки та розміщені в металевій оправі, закручені пробками. Дія польового віскозиметра грунтується на порівнянні в’язкості підконтрольної оливи з еталонною з використанням швидкості опускання металевих кульок. Найефективнішим способом підвищення мийно-диспергувальних властивостей олив (здатності забезпечувати належну чистоту деталей, запобігати утворенню великих часток продуктів окислення, а за їх появи — руйнувати їх, нейтралізувати кислі продукти неповного згоряння палива й окислення оливи) є застосування однойменних присадок.

Одним із показників, за яким можна судити про наявність цих присадок в оливі, є лужне число. Лужне число — кількість лугу КОН (мг), еквівалентна кількості соляної кислоти, витраченої на нейтралізацію лугів у 1 г оливи. Кислотне число, як зазначалося, характеризує наявність в оливі органічних кислот — кількість лугу КОН (мг), що потрібна для нейтралізації кислот в 1 г оливи.

Суть спрощеного визначення лужного й кислотного чисел полягає в розведенні розчинником проби оливи та обробці отриманої суміші спиртовим розчином соляної кислоти (їдкого калію) для нейтралізації сполук лужного (кислотного) характеру. Різниця між кількістю кислоти (лугу), взятої для обробки оливи і кількістю екстрагованої водою кислоти (лугу) еквівалентна вмісту лужних (кислотних) сполук в оливі. Якість мастил можна визначити за кольором, водостійкістю, масною плямою тощо. У Графітного мастила колір чорний або чорно-зелений; у Консталінів, 1–13 жирове — жовтий; № 158 — синій. Водостійкість: мастила Літол — 24; Солідоли та Уніоли — водостійкі й не омилюються; Консталіни, 1–13 жирове, ЯНЗ–2 — не водостійкі й у воді “намилюються”. Визначення температури крапання за допомогою масної плями проводять так: грудочку мастила діаметром 5 мм кладуть на фільтрувальний папір і підігрівають на електроплиті або іншому джерелі тепла. Мастила низькотемпературні — Гарматне, вазелін ВВТ-1 — за температури 60…70°С розплавляться зовсім, залишаючи рівну світло-жовту або коричневу пляму. Солідоли утворюють пляму з м’яким світло-коричневим залишком у середині фільтра. Зазвичай залишок жирових солідолів світло-коричневий, а синтетичних — коричневий.

Високотемпературні мастила: Літол-24, Уніоли, 1–13 жирове — не розплавляються, але залишають навколо грудочки масну пляму. Під час транспортування та зберігання палива та оливи можуть змінювати свою якість внаслідок змішування, обводнення і забруднення механічними домішками. Змішування може бути в разі заливання у резервуар неоднакових сортів паливно-мастильних матеріалів, і воно пов’язане з неякісним обслуговуванням і станом резервуарів. Доступний і простий метод зневоднення палив та олив — відстоювання. Цим методом можна вилучити з нафтопродуктів більшу частину води й механічних домішок. Відстоювання застосовують як самостійний процес відновлення якості нафтопродуктів і як попередній перед фільтруванням. Бензин відстоюють за звичайної температури, а дизельне паливо, для прискорення зневоднення, попередньо підігрівають до 50…60°С, потім відстоюють і фільтрують. Оливи зневоднюють, підігріваючи їх до температури 70…80°С упродовж кількох годин і відстоюють. Якщо вода в оливі залишилась і після цих операцій, її слід підігріти до 105…110°С і витримати за такої температури до повного випаровування води. При цьому слід пам’ятати, що обводнена олива за нагрівання понад 100°С сильно піниться, внаслідок чого можливий її викид. Механічні домішки із палив та олив видаляють, як зазначалося, відстоюванням із дальшим фільтруванням у чистий резервуар.

Для прискорення відстоювання оливи її можна підігрівати до 60…80°С (залежно від в’язкості). Поряд із фільтруванням у практиці широко застосовують відцентрове очищення (сепарацію). Нафтопродукти, що різняться за якісними показниками від норм стандартів понад величину допустимих відхилень, не можуть застосовуватися в техніці, тому їх потрібно поправляти (коригувати). Коригування якості палив та олив за такими показниками, як в’язкість, густина, вміст сірки й фактичних смол, октанове (метанове) число проводиться змішуванням із продуктом тієї самої марки, але що має запас якості за відповідним показником.

Співвідношення продуктів, потрібних для змішування, визначають за формулою М1=(К—К2)/(К1—К) х М2,Де М1 — кількість продукту, що має запас якості, кг; М2 — кількість нафтопродукту, що виправляється, кг; К — значення показника, який слід одержати після виправлення нафтопродукту; К1 — значення показника продукту, що має запас якості;К2 — значення показника некондиційного продукту. Під час змішування палива спочатку в резервуар закачують продукт більшої густини, потім у нижню частину — меншої густини. Для перемішування суміш не менш як тричі перекачують за схемою: резервуар — насос — резервуар. Змішування закінчують, коли суміш у різних шарах буде однорідною й аналіз підтвердить відповідність вимогам стандарту або ТУ. Аналіз проводять через 3–4 год після змішування.

Оливи змішують у змішувачах, попередньо підігрівши їх до температури 60…80°С, і цю температуру витримують протягом усієї операції змішування та 2 год опісля. Потім перевіряють її однорідність і відповідність стандарту або ТУ. Якщо суміш неоднорідна, змішування повторюють. Значення фізико-хімічних показників суміші продуктів, за винятком в’язкості й температури спалаху, можна визначити за формулою: Х=(Х1М1+Х2М2/)/(М1+М2,)де Х — значення показника, яке слід одержати в результаті змішування; Х1 і Х2 — значення показника продукту до змішування і того, що додається; М1 і М2— кількість продукту, якість якого виправляється, і того, що додається. Нафтопродукти — суміші, що довго не зберігаються, тому їх слід відразу ж використати.

А. Окоча, Я. Білоконь,

доценти НАУ