Системы оперативного контроля качества бензинового топлива на базе портативных измерителей октанового числа бензина (октанометров).

Постоянные читатели журнала знакомы с рядом статей об изделиях и технических решениях компании «Сатурн® Дейта Интернешенл», позволяющих решать проблемы, связанные с контролем и управлением технологическими процессами предприятий нефтегазового комплекса и других отраслей промышленности.

Данная статья посвящена контролю качества бензинового топлива. Чем же вызван такой интерес к этой тематике? Дело в том, что среди широкого ассортимента выпускаемых нефтепродуктов, автомобильный бензин занимает особое место, так как тенденции в изменении его технических и эксплуатационных характеристик в наибольшей степени по сравнению с другими топливами влияли на ускорение НТП в мировой нефтеперерабатывающей промышленности. В структуре потребления нефтепродуктов его доля составила: в США — 43,4%, Западной Европе — 21,2% и в Украине — 30,8%. Начало третьего тысячелетия было отмечено дальнейшим увеличением среднегодовых показателей темпов роста производства автомобильного бензина в странах Северной Америки — на 1,5%, Азиатско-Тихоакеанского региона — на 5-6% и в остальных странах мира — на 4-5%. В 2003 г. в Украине было произведено 4 742,2 тыс. т автомобильных бензинов, а в Российской Федерации — 29 262,5 тыс. т.

И здесь возникает вопрос качества бензинового топлива. Ведь зачастую о качестве бензина мы узнаем лишь тогда, когда выходит из строя двигатель. Однако есть и более дешевые способы, о которых мы бы хотели рассказать в данной статье.

Качество автомобильного бензина характеризуется рядом показателей. Наибольшее значение из них имеет антидетонационная стойкость, измеряемая в октановых единицах: согласно ГОСТ — 511 (моторный метод) и ГОСТ — 8226 (исследовательский метод) она оценивается октановым числом. По определению, октановое число обозначает объемную долю эталонного изооктана в смеси с нормальным гептаном, эквивалентную по интенсивности детонации испытуемому топливу, в условиях испытания по данному методу. Как правило, в странах Запада современные модели автомобилей сориентированы на использование высокооктанового бензина — с октановым числом 95 и выше. Поэтому использование некачественного бензина приводит к возникновению в двигателях автомобилей детонационных волн, разрушающих его шатунные механизмы и к появлению нагара на поршнях, в цилиндрах и на клапанах, а следовательно, к выходу из строя и дорогостоящему ремонту автомобиля.

Особенно велика вероятность попадания на рынок и использование некондиционного автомобильного бензина в странах с переходной экономикой, где НПЗ не всегда располагают современными технологиями или достаточными количествами высокооктановых компонентов — риформата, алкилата, изомеризата, кислородсодержащих присадок. Этот недостаток отражается на структуре вырабатываемого автомобильного бензина, который в Украине в 2003 г. характеризовался следующими данными: доля бензина А-76 - 20,1%, А-80 - 31,1%, А-92 - 23,9%, А-95 - 22,8% и А-98 - 2,1%. В Российской Федерации высокооктановый бензин в общем объеме производства составлял менее 50%. Заметим, что в России, где технологии нефтепереработки подобны тем, что используются и украинскими НПЗ, проверки параметров автомобильного бензина на АЗС показывают, что в половине случаев фактическое октановое число не соответствует требованиям ГОСТа. Другой причиной производства некондиционных бензинов, считают отсутствие эффективных экспресс-методов контроля качества бензинов, приборов для их осуществления. В повседневной практике для определения октанового числа бензинов используют моторные установки различных модификаций, включающие одноцилиндровый карбюраторный двигатель, систему управления режимом работы двигателя и систему определения возникновения детонации в нем. В Украине и в странах СНГ используются в основном установки российского производства типа УИТ-65, УИТ-85; в США, Англии, Франции — одноцилиндровые установки ASTMCFR F-2U (Waukesha) производства США.

Именно эти приборы признаны арбитражным во всем мире и практически остаются единственными уже более полувека.

Для того, чтобы читатель мог представить себе этот «прибор», опишем его подробнее. В отдельном помещении, размером в 20-30 кв. м, на специальном бетонном фундаменте устанавливается одноцилиндровый четырехтактный карбюраторный двигатель с водяным охлаждением и системой электронного измерения наличия детонации с помощью звукоснимателя. Для полноты картины добавьте наличие систем отвода отработанных газов и вентиляции. Стоимость установки производства США составляет от 150 до 180 тыс. долл. Установки российского производства стоят дешевле — 60-80 тыс. долл. Строительство технологического помещения и оборудования также составит около 100 тыс. долл. Анализируя соотношение цен, можно прийти к выводу, что обладание такой установкой по средствам только крупным нефтеперерабатывающим предприятиям. Определение октанового числа на моторной установке занимает довольно продолжительное время, а себестоимость определения только по одному методу составляет примерно 20-30 долл. По этой причине в настоящее время на рынке появились разнообразные приборы для экспресс-определения октановых чисел бензинов.

Следует отметить, что для определения октанового числа можно воспользоваться хроматографом. Это также сопряжено с большими расходами, требует привлечения специалистов высокой квалификации и немалого времени для измерения.

Даже во времена «застоя», при достаточном финансировании, нефтеперерабатывающая промышленность требовала создания экспресс-анализатора октанового числа бензинов. Естественно, данная ниша постепенно начала заполняться, появились ряд приборов, позволяющих проводить экспресс-анализ качества топлива.

К группе наиболее простых относятся приборы, принцип действия которых основан на измерении косвенных параметров бензинов, диэлектрической проницаемости, рефрактометрических свойств.

Хорошо известны октанометры серии СВП 1.00.000 российского производства. Принцип работы октанометров заключается в определенной детонационной стойкости бензинов на основании измерения их диэлектрической проницаемости. По аналогичному принципу работают октанометры - ПЭ-7300, САТ-1100 и ряда других серий. Следует отметить, что между исследуемыми косвенными параметрами и октановым числом нет однозначной зависимости, поэтому и погрешность определения ими октанового числа бензина достигает десяти октановых единиц.

В более сложных приборах в качестве определяющего заложен метод оптической инфракрасной (ИК) спектрометрии. Эти устройства определяют компоненты бензина: зная их октановые числа, рассчитывают октановое число бензина. Наиболее совершенным из этого класса является ИК — спектрометр PetroSpec GS-1000 Plus, который определяет бензин по 21 показателю. Заявленная погрешность определения октанового числа ±2 октановых единицы соответствует действительности. Данный прибор относится скорее к классу хромотографов, чем к октаномерам и характеризуется довольно высокой стоимостью: цена прибора у производителя составляет около 40 тыс. долл.

Разработанный специалистами компании «Сатурн® Дейта Интернешенл» «Измеритель октанового числа бензина ОКМ-1» - прибор нового поколения, основывается на процессах, сходных с процессами, протекающими в моторных установках. В данном приборе при измерении октанового числа бензин подвергается испытанию высокой температурой, вследствие чего протекает термохимическая реакция, по интенсивности и характеру которой рассчитывается октановое число бензина. Таким образом, в приборе протекают процессы, близкие тем, что имеют место в реальном двигателе в фазе, предшествующей детонации бензина.

Этот прибор предназначен для определения детонационной стойкости бензинов эквивалентно стандартным методам (ГОСТ 511-82 и ГОСТ 8226-82), соответствующих ДСТУ 4063-2001, ГСТУ 320.00149943.015-2000, ТУУ 00149943.601-98. Он применяется для экспресс-анализа октанового числа бензинов во время контроля технологического процесса их изготовления, при проведении научно-исследовательских работ, в местах хранения и продажи бензинов, при проверке таможенными органами.

Технические возможности созданного прибора аналогичны возможностям существующих моторных установок. Однако прибор не требует отдельного помещения, вентиляции и специального монтажа, устанавливается на лабораторном столе. При желании его можно сделать даже переносным. Цена октаномера ОКМ-1, с учетом затрат на закупку, установку и обучение персонала в несколько раз меньше цены на моторную установку, и в эксплуатации разработанный прибор экономичнее моторных установок. Технические характеристики прибора приведены в таблице. Октанометр имеет интерфейс RS-232 и может работать в сочетании с компьютером, что увеличивает возможности прибора.

Испытания в полевых условиях, при температуре окружающей среды + 7 °С и питании от аккумуляторной батареи показали, что прибор удобен в работе, не требует специальной подготовки оператора и обеспечивает хорошие результаты измерений. Первый образец прибора изготовлен в 1994 г. Промышленный образец реализован в 1996 г. и работает до настоящего времени. В данный момент у заказчиков работают десятки таких приборов.

Прибор рекомендуется использовать в лабораториях нефтеперерабатывающих предприятий, в заводских стационарных лабораториях и в передвижных, — например, сельскохозяйственных лабораториях. Возможно широкое применение прибора при организации хранения бензинов, таможенном контроле. Огромные возможности прибор дает специалистам, занимающимся созданием антидетонационных присадок и глубокой переработкой нефти, позволяя значительно быстрее получить результаты своего труда. Использование прибора в лабораториях учебных заведений нефтехимического профиля позволило бы существенно повысить практическую подготовку специалистов.

На сегодняшний день по результатам тендера осуществлена поставка первой партии октаномеров ОКМ-1 Государственной таможенной службе Украины, в качестве самых оперативных, точных и надежных приборов, имеющих цену в несколько раз дешевле приборов импортного производства.

Разработка методов и инструментальных средств измерения октанового числа бензинов является не единственной проблемой, стоящей сегодня перед специалистами лаборатории контроля качества ГСМ компании «Сатурн® Дейта Интернешенл». Определение качественных характеристик бензина, дизтоплива и прочих нефтепродуктов по другим показателям — вот те задачи, которые ставят и решают специалисты лаборатории.

Технические характеристики «Измерителя октанового числа бензина ОКМ-1»