CC BY
39
УДК 681.20:665.5
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АНАЛИЗАТОРА СОДЕРЖАНИЯ СЕРЫ В НЕФТЕПРОДУКТАХ СИМ-6
Геннадий Владимирович Шувалов
ФГУП «СНИИМ», 630004, Россия, г. Новосибирск, пр. Димитрова, 4, кандидат технических наук, и. о. директора, тел. (383)210-17-26, e-mail: [email protected]
Игорь Владиленович Минин
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доктор технических наук, профессор кафедры метрологии и технологии оптического производства, тел. (383)361-07-45, e-mail: [email protected]
Олег Владиленович Минин
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доктор технических наук, профессор кафедры метрологии и технологии оптического производства, тел. (383)361-07-45, e-mail: [email protected]
Иван Владимирович Клековкин
ФГУП «СНИИМ», 630004, Россия, г. Новосибирск, пр. Димитрова, 4, зам. начальника лаборатории, тел. (383)210-12-65, e-mail: [email protected]
Мария Геннадьевна Клековкина
ФГУП «СНИИМ», 630004, Россия, г. Новосибирск, пр. Димитрова, 4, инженер, тел.(383)210-12-65
Ольга Александровна Ясырова
Омский институт водного транспорта, 644099, Россия, г. Омск, ул. Ивана Алексеева, 2, доцент кафедры физики, тел. (3812)31-89-29, e-mail: [email protected]
Екатерина Андреевна Костенко
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, аспирант
В статье приведены результаты исследований влияющих факторов на метрологические характеристики анализаторов серы.
Ключевые слова: топливо, метрологические характеристики, анализатор серы.
RESEARCH OF METROLOGICAL CHARACTERISTICS OF THE ANALYZER OF THE CONTENT OF SULFUR IN SIM-6 OIL PRODUCTS
Gennady V. Shuvalov
Federal State Unitary Enterprise SNIIM, 630004, Russia, Novosibirsk, Dimitrov Ave., 4, Cand. Tech. Sci. of sciences, acting director, tel. (383)210-17-26, e-mail: [email protected]
Igor V. Minin
Siberian State University of Geosystems and Technology, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., doctor of technical sciences, professor of the department of metrology and optical technology, tel. (383)361-07-45, e-mail: [email protected]
Oleg V. Minin
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotny St., doctor of technical sciences, head of a department of metrology and optical technology, tel. (383)361-07-45, e-mail: [email protected]
Ivan V. Klekovkin
Federal State Unitary Enterprise SNIIM, 630004, Russia, Novosibirsk, 4 Dimitrov Ave., deputy chief of laboratory, tel. (383)210-12-65, e-mail: [email protected]
Maria G. Klekovkina
Federal State Unitary Enterprise SNIIM, 630004, Russia, Novosibirsk, 4 Dimitrov Ave., engineer, tel. (383)210-12-65
Olga A. Yasyrova
Omsk Institute of water transport, 644099, Russia, Omsk, 2 Ivan Alekseev St., associate professor of physics, tel. (3812)31-89-29, e-mail: [email protected]
Ekaterina A. Kostenko
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotny St., graduate student
Results of researches of the influencing factors on metrological characteristics of analyzers of sulfur are given in article.
Key words: fuel, metrological characteristics, sulfur analyzer.
Для повышения экологической безопасности энергетических установок в России действует технический регламент «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту», который предъявляет обязательные требования к качеству топлив по основным показателям, в том числе по содержанию серы.
Требования к выбросам оксида серы постоянно ужесточаются, что проявляется в ограничении содержания серы в топливе: например, в судовом топливе в 2012 г. содержания серы должно уменьшится с 4,5% до 3,5%, а с 2020 г. - до 0,5%. Поэтому определение содержания серы в топливе является одним из основных анализов нефтепродуктов.
В [1] была разработана методика определения серы в нефтепродуктах с использованием кондуктометрического метода, а также прибор с ее использованием [2].
Структурная схема прибора включает в себя следующие основные элементы (рис. 1):
- кондуктометрические ячейки 8 и 9 с электродами 10, 11;
- горелка для сжигания топлива 14;
- аспиратор 12 для прокачивания SO2;
- дозатор 15;
- генератор озона 7 с компрессором 6;
- схема измерения 2 со схемой управления 3; - блок питания 4.
Рис. 1. Структурная схема анализатора СИМ-6
В настоящее время уже выпущено более 100 анализаторов содержания серы СИМ-6 в нефтепродуктах. В некоторых случаях при измерениях содержания серы в топливе анализаторами СИМ-6 наблюдаются вариации показаний прибора, поэтому в настоящей статье исследованы факторы, которые могут вызывать указанные вариации.
а) Исследование влияния температуры раствора в измерительной ячейке на метрологические характеристики СИМ-6
Для этого проводились последовательные многократные измерения содержания серы в одном и том же образце топлива при различной температуре. Результаты испытаний приведены в табл. 1.
Таблица 1
Результаты измерений содержания серы в одном и том же образце топлива анализатором СИМ-6
Номер испытания 1 2 3 4 5 6 7 8
Измеренное значение серы в топливе, % 0,21 0,22 0,22 0,23 0,23 0,23 0,23 0,23
Температура раствора в измерительной ячейке,°С 21,6 22,4 22,7 23,2 23,2 23,3 23,7 23,7
Из табл. следует, что существует зависимость измеренных значений серы от температуры раствора в измерительной ячейке. Оценка количественного
значения температурного изменения содержания серы дает величину порядка 0,01% / °С.
Для подтверждения указанной зависимости были проведены измерения удельной электрической проводимости раствора измерительной ячейки в диапазоне изменения температуры (10 - 20) °С с помощью анализатора жидкости «Мультитест КСЛ-101».
Результаты измерений представлены в табл. 2.
Таблица 2
Удельная электрическая проводимость раствора измерительной ячейки анализатора СИМ-6
Температура раствора в ячейке, °С 10,2 11,7 12,8 13,4 14,5 15,8
Проводимость раствора в ячейке, мкСм/см 66,6 68,8 71,9 72,8 74,4 77,7
Температура раствора в ячейке, °С 16,3 17 17,5 18 18,5 19
Проводимость раствора в ячейке, мкСм/см 78,9 79,5 80,3 81,2 81,8 82,9
Из таблицы видно, что температурная зависимость удельной электрической проводимости раствора измерительной ячейки анализатора СИМ-6 составляет порядка 2% / °С.
б) Исследование полноты поглощения диоксида серы (SO2) в растворе измерительной ячейки анализатора
Для измерения концентрации диоксида серы SO2 использовался газоанализатор «Хоббит-Т», который был укомплектован двумя датчиками для измерения диоксида серы SO2 и оксида углерода СО. В первой группе измерений датчик газоанализатора устанавливался на входе перед измерительной ячейкой и измерил концентрацию диоксида серы поступающую в измерительную ячейку при сгорании топлива. При минимальной высоте пламени концентрация диоксида серы перед ячейкой составляли около 10 мг/м3, при максимальной высоте (практически, горение с копотью) - около 30 мг/м3. Результаты испытания изображены на рис. 2.
Во второй группе измерений датчик газоанализатора «Хоббит-Т» устанавливался на выходе измерительной ячейкой перед компрессором. В ходе испытания этот датчик измерил концентрацию диоксида серы после его поглощения раствором в измерительной ячейке. В течение этого испытания не было зафиксировано следов SO2, что служит доказательством того, что диоксид серы SO2, проходя через измерительную ячейку, полностью растворяется в поглотительном растворе, образуя слабый раствор серной кислоты.
в) Исследование влияния катализаторов на выход диоксида серы при сгорании топлива
Использовались два типа катализаторов:
- проволочка с напылением платинового катализатора, установленная на конце иголки для удобства проведения опыта;
- каталитическая сеточка с оксидом тория и оксидом церия.
Рис. 2. Изменение концентрации диоксида серы поступающую в измерительную ячейку при изменении высоты пламени в горелке
В ходе испытания изменений концентрации диоксида серы SO2,с катализатором и без него, зафиксировано не было, но при взаимодействии пламени горелки с сеточкой газоанализатор зафиксировал превышение выделения оксида углерода СО. Если без сеточки концентрация СО при горении топлива не превышала 230 мг/м3, то в данном случае она достигала 780 мг/м3. Можно предположить, что при наличии катализатора в виде сеточки происходит более полное сгорание топлива, однако на выход диоксида серы это не оказывает влияния.
Таким образом, проведенные исследования показали, что основным фактором, оказывающим влияние на метрологические характеристики анализатора СИМ-6, является температура раствора в измерительной ячейке. Оценка количественного значения температурной поправки на результат измерения серы дает величину порядка 0,01% / °С.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Шувалов Г. В. Перспективы создания метрологического комплекса для определения параметров судовых горюче-смазочных материалов // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. - 2012. - № 1. - С. 306-309.
2. Сравнительный анализ средств измерений показателей нефтепродуктов, применяемых для подтверждения технического регламента / Г. В.Шувалов, В. Н. Половинкин, И. В. Клековкин, М. Г. Клековкина, О. А. Ясырова // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. - 2014. - № 3. - С. 119-123.
© Г. В. Шувалов, И. В. Минин, О. В. Минин, И. В. Клековкин, М. Г. Клековкина, О. А. Ясырова, Е. А. Костенко, 2015
