Патент на изобретение №2284522

(54) СПОСОБ ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ СВЕТЛЫХ НЕФТЕПРОДУКТОВ НА ИЗДЕЛИЯ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к исследованию топливостойких свойств полимерных конструкционных материалов для емкостей, арматуры трубопроводов, внутренних покрытий и т.д. Способ включает подготовку образцов полимерных материалов заданной массы, взаимодействие этих образцов с агрессивной средой при заданной температуре в течение заданного времени и последующее определение информативного показателя по расчетной формуле. При этом задают коэффициент кратности конкретного изделия заданной вместимости светлого нефтепродукта, который используют в качестве агрессивной среды, готовят образец светлого нефтепродукта с заданной концентрацией фактических смол и разделяют его на две равные по массе части, по отношению массы одной части образца к заданному коэффициенту кратности определяют массу образца полимерного материала, который помещают в одну из частей образца светлого нефтепродукта, выдерживают в герметичном контейнере обе части образца светлого нефтепродукта при температуре от 20 до 50°С, причем выдержку светлого нефтепродукта с образцом полимерного материала осуществляют до достижения этим образцом равновесного состояния набухания, которое устанавливают по достижению образцом постоянного значения массы, охлаждают обе части образца светлого нефтепродукта до комнатной температуры и определяют концентрации фактических смол в обеих частях этого образца, а в качестве информативного показателя используют разность этих концентраций, которая для полимерного материала, применимого для хранения данного светлого нефтепродукта, составляет для авиационных бензинов и реактивных топлив от 0,1 до 3 мг/100 см³, для автомобильных бензинов от 0,1 до 5 мг/100 см³, для дизельных топлив от 0,1 до 10 мг/100 см³. Достигается повышение достоверности результатов за счет приближения условий испытаний к натурным условиям эксплуатации. 2 ил., 7 табл.

Изобретение относится к методам исследования топливостойких свойств полимерных конструкционных материалов, используемых для эластичных резервуаров, уплотнительных изделий, рукавов, фильтроэлементов, трубопроводов, тары, внутренних покрытий и т.д. и может быть использовано при разработке (модернизации), производстве, эксплуатации и ремонте технических средств нефтепродуктообеспечения.

В последние годы все более актуальной становится проблема снижения габаритно-массовых характеристик технических средств нефтепродуктообеспечения за счет использования в их конструкции полимерных материалов. Применение полимеров обусловлено рядом преимуществ перед металлическими материалами – низкая плотность, высокая прочность, стойкость к агрессивным средам, долговечность, способность принимать требуемую форму, возможность использования современных технологий производства, хранения и утилизации [1 – В.К.Крыжановский, В.В.Бурлов, А.Д.Паниматченко, Ю.В.Крыжановская. Технические свойства полимерных материалов, Санкт-Петербург, Издательство «Профессия», 2003, с.6].

Одной из проблем эффективного применения полимерных материалов в конструкции технических средств нефтепродуктообеспечения является определение их стойкости к светлым нефтепродуктам (авиационные и автомобильные бензины, дизельные топлива, топлива для реактивных двигателей и др.). При контакте со светлыми нефтепродуктами из полимерного конструкционного материала могут экстрагироваться наполнители – антифризы, антистарители, пластификаторы, отвердители, реологические добавки, красители, антисептики, антистатики и др., улучшающие эксплуатационные (прочность, плотность, электропроводность, теплоемкость, фрикционность и др.) и технологические свойства (вязкость расплава и его стабильность, особенности формования изделий и их извлечения из оснастки) [1 – В.К.Крыжановский, В.В.Бурлов, А.Д.Паниматченко, Ю.В.Крыжановская. Технические свойства полимерных материалов, Санкт-Петербург: Профессия, 2003, с.16, 17]. Экстракция наполнителей ухудшает деформационно-прочностные свойства не только самого изделия из полимерного материала, но и качество хранимых (транспортируемых) светлых нефтепродуктов, которое чаще всего оценивают по концентрации фактических смол, снижающих детонационную стойкости и испаряемость. Фактические смолы – остаток от выпаривания авиационного бензина или топлива для турбореактивных двигателей или нерастворимая в гептане часть остатка от выпаривания автомобильного бензина (промытые смолы). Содержание фактических смол определяют по ГОСТ 1567-97 [2 – ГОСТ 1567-97 (ИСО 6246-95) Нефтепродукты. Бензины автомобильные и топлива авиационные. Метод определения смол выпариванием струей. М.: Издательство стандартов, 1999, с.4-6]. Концентрация фактических смол в светлых нефтепродуктах строго ограничивается и устанавливается в мг на 100 мл топлива. При этом учитывается неизбежность осмоления светлых нефтепродуктов в процессе хранения, устанавливается предельное содержание смол на месте производства и на месте потребления. Смолы образуют в светлых нефтепродуктах вязкие осадки темно-коричневого цвета, которые отлагаются на деталях резервуаров, трубопроводов, топливных баков, камерах сгорания, осадки смолы ухудшают подачу топлива в цилиндры двигателя, в камере сгорания они образуют нагар, способствующий самовоспламенению рабочей смеси, работе с детонацией, зависанию клапанов и другим неисправностям [3 – Чулков П.В., Чулков И.П. Топлива и смазочные материалы: ассортимент, качество, применение, экономия, экология. М.: Политехника, 1996, с.28-29].

Известен способ определения стойкости пластмасс к действию химических сред, включающий подготовку стандартных образцов пластмасс, образцов химических сред заданного качества и определения при заданных температуре и времени их стойкости к указанному воздействию по изменению величины одного или нескольких показателей: массы, линейных размеров и механических свойств в ненапряженном и напряженно-деформированном состоянии [4 – ГОСТ 12020-72 Пластмассы. Методы определения стойкости к действию химических сред, М.: Издательство стандартов, 1980, с.1].

Недостатками известного способа определения стойкости пластмасс к действию химических сред являются:

большая трудоемкость исследования, связанная с определением значительного количества показателей (изменение массы, линейных размеров, физико-механических свойств в ненапряженном и напряженно-деформированном состоянии до и после контакта с жидкими агрессивными средами);

пластмасса признается стойкой (хорошая, удовлетворительная) к действию жидких агрессивных сред по результатам изменения только прочностных и деформационных свойств.

Данный метод не позволяет корректно оценить влияние светлых нефтепродуктов на изделия из полимерных материалов без определенной доработки, касающейся оценки качества рабочей среды.

Наиболее близким по технической сущности и взятым за прототип является метод определения стойкости резин в ненапряженном состоянии к воздействию жидких агрессивных сред, включающий подготовку образцов резины заданной геометрической формы, воздействие на эти образцы жидких агрессивных сред заданного качества при заданных температуре и продолжительности и последующее определение их стойкости к указанному воздействию по массе веществ, экстрагированных средой из образцов, рассчитываемой по математической зависимости [5 – ГОСТ 9.030-74 «ЕСЗКР. Резины. Метод испытаний на стойкость в ненапряженном состоянии к воздействию жидких агрессивных сред» метод Б с.40-42].

где М_1Э – масса веществ, экстрагированных средой из образца;

M₁ – масса образца, г;

M₅ – масса образца, высушенная в термостате при 40°С до постоянной значения массы, г.

Кроме того, в известном способе массу веществ, экстрагированных средой из образца, оценивают еще и выпариванием среды (по сухому остатку), значение показателя вычисляют по математической зависимости

где М_2Э – масса веществ, экстрагированных из образца (по сухому остатку);

М₀ – масса емкости с сухим остатком, г;

М – масса емкости до высушивания, г;

M₁ – масса всех образцов, использованных для испытаний, до воздействия среды, г.

В качестве агрессивных сред используют стандартные растворители:

жидкость А – изооктан эталонный по ГОСТ 12433-83;

жидкость Б – изооктан + толуол (70+30 по объему);

жидкость В – изооктан + толуол (50+50 по объему);

жидкость Г – толуол по ГОСТ 5789-78 или ГОСТ 14710-78;

жидкость Д – изооктан + толуол (60+40 по объему);

жидкость Е – изооктан + толуол (80+20 по объему);

Недостатками этого способа являются:

большая трудоемкость и длительность исследования, связанные с определением массы веществ, экстрагированных средой из образцов, по изменению массы образца M_1Э и по сухому остатку М_2Э;

низкая достоверность оценки, связанная с выполнением многократных измерений (до и после контакта с рабочей средой) длины, ширины и толщины образцов с погрешностью ±0,5 мм, при этом допускаемое отклонение каждого результата определения масс M_1Э и М_2Э от среднего арифметического составляет ±5% (10%);

использование стандартных жидкостей А, Б, В, Г, Д, Е [5 – ГОСТ 9.030-74 «ЕСЗКР. Резины. Метод испытаний на стойкость в ненапряженном состоянии к воздействию жидких агрессивных сред» метод Б с.45, приложение 1, табл.3] в качестве рабочих сред не моделирует реальные условия эксплуатации изделий и не позволяет оценить изменение углеводородного состава светлых нефтепродуктов при статическом контакте с полимерными материалами;

ограничение, связанное с невозможностью изготовления образцов заданной геометрической формы для проведения исследований из полимерных изделий (например, из уплотнительных деталей круглого сечения).

Технический результат изобретения – повышение достоверности результатов за счет приближения условий испытаний к натурным условиям эксплуатации.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе оценки влияния светлых нефтепродуктов на изделия из полимерных материалов, включающем подготовку образцов полимерных материалов заданной массы, взаимодействие этих образцов с агрессивной средой при заданной температуре в течение заданного времени и последующее определение информативного показателя по расчетной формуле, согласно изобретению задают коэффициент кратности конкретного изделия заданной вместимости светлого нефтепродукта, который используют в качестве агрессивной среды, готовят образец светлого нефтепродукта с заданной концентрацией фактических смол и разделяют его на две равные по массе части, по отношению массы одной части образца к заданному коэффициенту кратности определяют массу образца полимерного материала, который помещают в одну из частей образца светлого нефтепродукта, выдерживают в герметичном контейнере обе части образца светлого нефтепродукта при температуре от 20 до 50°С, причем выдержку светлого нефтепродукта с образцом полимерного материала осуществляют до достижения этим образцом равновесного состояния набухания, которое устанавливают по достижению образцом постоянного значения массы, охлаждают обе части образца светлого нефтепродукта до комнатной температуры и определяют концентрации фактических смол в обеих частях этого образца, а в качестве информативного показателя используют разность этих концентраций, которая для полимерного материала, применимого для хранения данного светлого нефтепродукта, составляет для авиационных бензинов и реактивных топлив от 0,1 до 3 мг/100 см³, для автомобильных бензинов от 0,1 до 5 мг/100 см³, для дизельных топлив от 0,1 до 10 мг/100 см³.

Суть изобретения заключается в том, что авторы, обработав большое количество статистических данных по техническим средствам нефтепродуктообеспечения (эластичные резервуары; стальные резервуары, топливозаправщики, трубопроводы, бочки, канистры с внутренним полимерным покрытием; пластиковые трубопроводы; рукава: полимерная тара; фильтры и др.) для хранения и транспортирования светлых нефтепродуктов, получили зависимости массы полимерного материала изделия (его составной части) от массы хранимого светлого нефтепродукта. Фрагменты результатов статистической обработки результатов исследования эксплуатационных характеристик технических средств нефтепродуктообеспечения представлены в табл. 1-6:

табл.1 – результаты исследования эксплуатационных характеристик эластичных резервуаров;

табл.2 – результаты исследования эксплуатационных характеристик барабанов (бочек) из полимерных материалов;

табл.3 – результаты исследования эксплуатационных характеристик канистр из полимерных материалов;

табл.4 – результаты исследования эксплуатационных характеристик рукавов резиновых напорно-всасывающих;

табл.5 – результаты исследования эксплуатационных характеристик труб стеклопластиковых для сборно-разборных магистральных трубопроводов;

табл.6 – результаты исследования эксплуатационных характеристик стальных горизонтальных резервуаров с внутренним полимерным покрытием.

На основе проведенного исследования получен коэффициент кратности К, представляющий собой отношение массы светлого нефтепродукта к массе контактирующего с ним в изделии полимерного материала («коэффициент – число, на которое нужно помножить конкретную величину, чтобы получить искомую»; «кратность – величина, делящаяся без остатка на какое-либо число» [6 – С.Н.Ожегов. Словарь русского языка, Москва, 1991, с.303, 305].

Таким образом, получив коэффициент кратности К конкретного изделия и используя постоянный объем образца светлого нефтепродукта (в герметичном контейнере), можно перейти от натурных условий эксплуатации к лабораторно-стендовым, т.е. провести моделирование натурных условий

Таблица 1 Результаты исследования эксплуатационных характеристик эластичных резервуаров
№ п.п	Наименование показателя	Числовые значения
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	Вместимость, м3	4	6	10	25	50	150	250
2	Масса порожнего резервуара, кг	110	120	170	250	515	1000	1400
3	Масса хранимого светлого нефтепродукта, МнАи-92, кг, при 4 20=0,730 г/см3	2900	4400	7300	18300	36500	109000	182500
4	Масса хранимого светлого нефтепродукта, МнТС-1, кг, при 4 20=0,800 г/см3	3200	4800	8000	20000	40000	120000	200000
5	Масса хранимого светлого нефтепродукта, МнДТ-Л, кг, при 4 20=0,850 г/см3	3400	5000	8400	21000	42000	126000	210000
6	Коэффициент кратности КАИ-92	26	37	43	73	71	113	130
7	Коэффициент кратности КТС-1	29	40	47	80	78	120	143
8	Коэффициент кратности КДТ-Л	31	42	49	84	82	126	150
9	Масса испытуемого топлива, г	150	150	150	150	150	150	150
10	Масса полимерного материала для испытания МпАИ-92, г	5,8	4,1	3,5	2,1	2,1	1,3	1,2
11	Масса полимерного материала для испытания МпТС-1, г	5,2	3,8	3,2	1,9	1,9	1,3	1,0
12	Масса полимерного материала для испытания МпДТ-Л, г	4,8	3,6	3,1	1,8	1,8	1,2	1,0

Таблица 2 Результаты исследования эксплуатационных характеристик барабанов (бочек) из полимерных материалов
№ п.п.	Наименование показателя	Числовые значения
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
1	Вместимость, л	32	41	48	51	65	105	127	227	250
2	Масса порожнего барабана (бочки), кг	1,2	1,9	3,1	2,3	3,6	4,8	5,4	8,6	9,2
3	Масса хранимого светлого нефтепродукта, МнАи-92, кг, при 4 20=0,730 г/см	23	30	35	37	48	77	93	166	183
4	Масса хранимого светлого нефтепродукта, МнТС-1, кг, при 4 20=0,800 г/см3	26	33	38	41	52	84	102	182	200
5	Масса хранимого светлого нефтепродукта, МнДТ-Л, кг, при 4 20=0,850 г/см3	27	35	41	43	55	89	108	193	213
6	Коэффициент кратности КАИ-92	19	16	11	16	13	16	17	19	20
7	Коэффициент кратности КТС-1	22	17	12	18	14	18	19	21	22
8	Коэффициент кратности КДТ-Л	13	18	13	19	15	19	20	22	23
9	Масса испытуемого топлива, г	150	150	150	150	150	150	150	150	150
10	Масса полимерного материала для испытания МпАИ-92, г	7,9	9,4	13,6	9,4	11,5	94	8,8	7,9	7,5
11	Масса полимерного материала для испытания МпТС-1, г	6,8	8,8	12,5	8,3	10,7	8,3	7,9	7,1	6,8
12	Масса полимерного материала для испытания МпДТ-Л, г	6,5	8,3	11,5	7,9	10,0	7,9	7,5	6,8	6,5

Таблица 3 Результаты исследования эксплуатационных характеристик канистр из полимерных материалов
№ п.п.	Наименование показателя	Числовые значения
1	2	3	4	5	6	7	8
1	Вместимость, л	3	5	11	21	31	63
2	Масса порожней канистры, кг	0,2	0,2	0,5	1,1	1,5	2,5
3	Масса хранимого светлого нефтепродукта, МнАи-92, кг, при 4 20=0,730 г/см	2.2	3,7	8.0	15,3	22,6	46,0
4	Масса хранимого светлого нефтепродукта, МнТС-1, кг, при 4 20=0,800 г/см3	2,4	4,0	8,8	16,8	24,8	50,4
5	Масса хранимого светлого нефтепродукта, МнДТ-Л, кг, при 4 20=0,850 г/см3	2,6	4,3	9,4	17,9	26,4	53,6
6	Коэффициент кратности КАИ-92	11	19	16	14	15	18
7	Коэффициент кратности КТС-1	12	20	18	15	17	20
8	Коэффициент кратности КДТ-Л	13	22	19	16	18	21
9	Масса испытуемого топлива, г	150	150	150	150	150	150
10	Масса полимерного материала для испытания МпАИ-92, г	13,6	7,9	9,4	10,7	10,0	8,3
11	Масса полимерного материала для испытания МпТС-1, г	12,5	7,5,	8,3	10,0	8,8	7,5
12	Масса полимерного материала для испытания МпДТ-Л, г	11,5	6,8	7,9	9,4	8,3	7,1

Таблица 4 Результаты исследования эксплуатационных характеристик рукавов резиновых напорно-всасывающих
№ п.п.	Наименование показателя	Числовые значения
1	2	3	4	5	6	7	8
1	Длина 6 м, диаметр, мм	32	38	50	65	75	100
2	Масса внутреннего резинового слоя рукава, кг	1,44	1,74	2,22	3,00	3,42	5,16
3	Масса хранимого светлого нефтепродукта, МнАи-92, кг, при 4 20=0,730 г/см	3,50	4,96	8,60	14,50	19,5	34,40
4	Масса хранимого светлого нефтепродукта, МнТС-1, кг, при 4 20=0,800 г/см3	3,90	5,44	9,42	15,90	21,2	37,70
5	Масса хранимого светлого нефтепродукта, МнДТ-Л, кг, при 4 20=0,850 г/см3	4,10	5,80	10,00	16,90	22,5	40,0
6	Коэффициент кратности КАИ-92	2	3	4	5	6	7
7	Коэффициент кратности КТС-1	3	3	4	5	6	7
8	Коэффициент кратности КДТ-Л	3	3	5	6	7	8
9	Масса испытуемого топлива, г	150	150	150	150	150	150
10	Масса полимерного материала для испытания МпАИ-92, г	75	50	37,5	30	25,0	21,4
11	Масса полимерного материала для испытания МпТС-1, г	50	50	37,5	30	25,0	21,4
12	Масса полимерного материала для испытания МпДТ-Л, г	50	50	30,0	25	21,4	18,8

Таблица 5 Результаты исследования эксплуатационных характеристик труб стеклопластиковых для сборно-разборных магистральных трубопроводов
№ п.п	Наименование показателя	Числовые значения
1	2	3	4	5	6
1	Длина 6 м, диаметр, мм	75	100	150	200
2	Масса стеклопластиковой трубы без арматуры, кг	5,9	7,8	20,0	31,0
3	Масса хранимого светлого нефтепродукта, МнАи-92, кг, при 4 20=0,730 г/см	19,3	34,4	77,4	137,5
4	Масса хранимого светлого нефтепродукта, МнТС-1, кг, при 4 20=0,800 г/см3	21,2	37,7	84,8	150,7
5	Масса хранимого светлого нефтепродукта, МнДТ-Л, кг, при 4 20=0,850 г/см3	22,5	40,0	90,1	160,1
6	Коэффициент кратности КАИ-92	3	4	4	4
7	Коэффициент кратности КТС-1	4	5	4	5
8	Коэффициент кратности КДТ-Л	4	5	5	5
9	Масса испытуемого топлива, г	150	150	150	150
10	Масса полимерного материала для испытания МпАИ-92, г	50	38	38	38
11	Масса полимерного материала для испытания МпТС-1, г	38	30	38	30
12	Масса полимерного материала для испытания МпДТ-Л, г	38	30	30	30

Таблица 6 Результаты исследования эксплуатационных характеристик стальных горизонтальных резервуаров с внутренним полимерным покрытием
№ п.п.	Наименование показателя	Числовые значения
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
1	Вместимость, м3	4	6	8	10	20	25	50	60	100
2	Масса внутреннего полимерного покрытия резервуара, кг	1,54	1,92	2,53	3,05	4,69	5,41	9,56	10,77	13,9
3	Масса хранимого светлого нефтепродукта, МнАи-92, кг, при 4 20=0,730 г/см	2920	4380	5840	7300	14600	18250	36500	43800	73000
4	Масса хранимого светлого нефтепродукта, МнТС-1, кг, при 4 20=0,800 г/см3	3200	4800	6400	8000	16000	20000	40000	48000	80000
5	Масса хранимого светлого нефтепродукта, МнДТ-Л, кг, при 4 20=0,850 г/см3	3400	5100	6800	8500	17000	21250	42500	51000	85000
6	Коэффициент кратности КАИ-92	1896	2281	2308	2393	3113	3373	3818	4067	5252
7	Коэффициент кратности КТС-1	2078	2500	2530	2623	3412	3697	4184	4457	5755
8	Коэффициент кратности КДТ-Л	2208	2656	2688	2787	3625	3928	4446	4735	6115
9	Масса испытуемого топлива, г	150	150	150	150	150	150	150	150	150
10	Масса полимерного материала для испытания МпАИ-92, г	0,08	0,07	0,06	0,06	0,05	0,04	0,04	0.04	0,03
11	Масса полимерного материала для испытания МпТС-1, г	0,07	0.06	0,06	0.06	0.04	0,04	0,04	0.03	0,03
12	Масса полимерного материала для испытания МпДТ-Л, г	0,07	0,06	0,06	0.05	0,04	0.04	0.03	0.03	0,02

эксплуатации изделий из полимерных материалов в лабораторных условиях с высокой степенью достоверности, используя постоянный объем образца светлого нефтепродукта (150 г), помещая его в герметичный контейнер.

Авторами определено, что время достижения образцом полимерного материала равновесного состояния набухания зависит от марки и температуры светлого нефтепродукта. Равновесное состояние набухания устанавливают по достижении образцами постоянного значения массы [5 – ГОСТ 9.030-74 «ЕСЗКР. Резины. Метод испытаний на стойкость в ненапряженном состоянии к воздействию жидких агрессивных сред» с.37]. Так, при температуре различных светлых нефтепродуктов (50±2)°С достижение образцом равновесного состояния набухания происходит в течение первых 3-5-ти суток (72-120 ч), при дальнейшем контакте изменения практически не происходит. При температуре контакта с нефтепродуктами (23±2)°С отмечаются аналогичные закономерности, как и при 50°С. Однако период достижения состояния равновесного набухания происходит медленнее в течение первых 5-15 суток (120-360 ч) контакта (табл.7).

Для климатических районов I₁-II₁₀ (очень холодный – теплый влажный) со средней месячной температурой воздуха июля до 25°С [7 – ГОСТ 16350-80 Климат СССР. Районирование и статистические параметры климатических факторов для технических целей. М.: Издательство стандартов, 1986, с.2.] время выдержки (воздействия светлого нефтепродукта на конструкционный материал) для автобензина АИ-92 – 5 сут (120 ч); топлив ТС-1 ДТ-Л – 15 сут (360 ч) при температуре (23±2)°С;

Для климатических районов II₁₁, II₁₂ (жаркий сухой, очень жаркий сухой) со средней месячной температурой воздуха июля от 30°С и выше время выдержки для автобензина АИ-92 – 3 сут (72 ч); топлив ТС-1 и ДТ-Л – 5 сут (120 ч) при температуре (50±2)°С.

На фиг.1 представлена блок-схема алгоритма реализации способа оценки влияния светлых нефтепродуктов на изделия из полимерных материалов;

на фиг.2 – зависимости массы полимерного материала изделия (его составной части) от массы хранимого светлого нефтепродукта (получены экспериментально по серийно выпускаемым отечественной промышленностью техническим средствам нефтепродуктообеспечения):

2а – стальные резервуары с полимерным покрытием вместимостью 4-5000 м³ производства Саратовского акционерного производственно-коммерческого общества «Нефтемаш»;

2б – полимерная тара (канистры, барабаны) вместимостью 3-250 м³ производства ЗАО «Завод тарных изделий», г.Самара;

2в – рукава резиновые напорно-всасывающие 32, 38, 50, 65, 75, 100 мм (L=6 м) производства ЗАО «Курскрезинотехника», ОАО «Черкесский завод резиновых и технических изделий»;

2г – трубы стеклопластиковые для сборно-разборных магистральных трубопроводов 75, 100, 150, 200 мм (L=6 м) производства НПО «Ресурс», г.Хотьково, Московской обл.;

2д – эластичные резервуары вместимостью 4, 6, 10, 25, 50, 150, 250 м³ производства ОАО «Ярославрезинотехника».

Контейнер представляет собой металлический толстостенный цилиндр с крышкой, которая снабжена прокладкой, обеспечивающей герметичность контейнера. Конструкция контейнера должна быть рассчитана на давление, возникающее при испытаниях с учетом не менее трехкратного запаса прочности. Контейнер и прокладка должны быть изготовлены из материалов, стойких по отношению к среде. Объем герметичного контейнера для выдержки светлого нефтепродукта с образцом полимерного материала выбирается из необходимости соблюдения следующих требований:

уровень среды над образцами должен быть не менее 1 см при заполнении емкости не более чем на 75%.

Габаритные размеры герметичного контейнера выбирают, исходя из условий возможности его размещения в термостате.

Авторы экспериментально получили предельно-допустимые численные значения изменения показателя концентрации фактических смол (А) светлого нефтепродукта при контакте с изделиями из полимерных материалов при заданной температуре.

Так, установлено, что стойким к светлым нефтепродуктам считается материал, после выдержки с которым при температурах от 20 до 50°С (в зависимости от климатического исполнения изделия) изменение показателя концентрации фактических смол составляет:

для авиационных бензинов и реактивных топлив А3 мг/100 см³;

для автомобильных бензинов А5 мг/100 см³;

для дизельных топлив А10 мг/100 см³.

Таким образом, физическая суть способа заключается в том, что при контакте светлых нефтепродуктов с изделиями из полимерных материалов происходит процесс экстракции ингредиентов полимерного материала светлым нефтепродуктом с изменением его углеводородного состава и, соответственно, физико-химических показателей, в частности концентрации фактических смол, определение которого является одновременно необходимым и достаточным условием для оценки влияния светлых нефтепродуктов на изделия из полимерных материалов.

Способ реализуется следующим образом.

Пример 1. На испытания поступила ткань полимерная опытная для изготовления эластичного резервуара вместимостью 4 м³ (ЭР-4) для хранения и транспортирования автомобильного бензина АИ-92 ГОСТ Р 51105-97 [8 – ГОСТ Р 51105-97 Топлива для двигателей внутреннего сгорания. Неэтилированный бензин. Технические условия, М.: Издательство стандартов, 1999, с.2] в умеренно-теплом климатическом районе 117 (средняя месячная температура воздуха января минус 4-8°С, июля – плюс 16-25°С) марки ТПОЭР ТУ 405831-2005 г. производства ОАО «Тульский завод РТИ».

Примеры реализации способа приведены в соответствии с алгоритмом (фиг.1), где цифрами от 1 до 14 обозначены этапы (операции) способа оценки влияния светлых нефтепродуктов на изделия из полимерных материалов.

Для оценки влияния автомобильного бензина АИ-92 на полимерный материал марки ТПОЭР задают коэффициент К кратности для эластичного резервуара вместимостью 4 м³ (этап 1). Коэффициент кратности К_АИ-92 для ЭР-4 при хранении автомобильного бензина АИ-92 (₄ ²⁰=730 кг/м) составляет 26 (табл.1).

Проверяют кондиционность автобензина АИ-92, для чего определяют показатель концентрации фактических смол в исходном состоянии А₀ известным методом по ГОСТ 1567-97. По результатам испытаний определено, что А_0АИ-92=3,9 мг/100 см³. Полученное значение концентрации фактических смол сравнивают с заданной величиной (по ГОСТ Р 51105-97 А₀5 мг/100 см³).

Если автобензин кондиционный, отбирают 400 мл (300 г). Этот объем разделяют на две равные по массе части Мн=200 мл (150 г) каждая (этапы 3, 4).

Определяют массу полимерного материала для испытания в контакте с автобензином АИ-92 по формуле Мп=Мн/К_АИ-92=150/26=5,8 г или по табл.1 (этап 5).

Размещают испытуемый образец полимерного материала массой 5,8 г в одной из частей автобензина АИ-92 (этап 6).

Герметичные контейнеры с образцом полимерного материала и без него выдерживают при температуре (23±2)°С в течение 72 ч до достижения образцом равновесного состояния набухания (этап 7).

Охлаждают контейнеры до комнатной температуры (этап 8).

Определяют концентрацию фактических смол в обеих частях автомобильного бензина АИ-92 (с полимерным материалом и без него) А_п соответственно (этап 9):

А_пАИ-92=20,8 мг/100 см³;

А_нАИ-92=4,1 мг/100 см³.

Определяют разность показателей (А) концентрации фактических смол в образцах А_п и А_н (этап 10).

А_АИ-92=А_пАИ-92-А_нАИ-92=20,8-4,1=16,7 мг/100 см³

Сравнивают А с предельно допустимым значением (этап 11).

0,1 мг/100 см³А_АИ-925,0 мг/100 см³

По результатам испытаний установлено, что значение показателя концентрации фактических смол автобензина АИ-92 на 334% превышает предельно допустимое значение.

Проводят отбраковку полимерного материала (этап 12).

Вывод: материал марки ТПОЭР по ТУ 405831-2005 г не может применяться в конструкции эластичного резервуара вместимостью 4 м³ (ЭР-4) для автобензина АИ-92 при эксплуатации в умеренно-теплом климатическом районе.

Пример 2. На испытания поступил полимерный материал – полиэтилен низкого давления (ПЭНД) марки ПЭНД 276-73 [9 – ГОСТ 16338-85 Полиэтилен низкого давления. Технические условия, Москва, Издательство стандартов, 1987, с.13] производства ОАО «Волжский оргсинтез», г.Волгоград для изготовления полимерной тары вместимостью 250 дм³ [10 – ТУ 2297-012-08151164-2005 Тара полимерная. Барабаны для нефтепродуктов. Технические условия, Москва. ФГУП «25 ГосНИИ Минобороны России», 2005, с.2-6] для эксплуатации в очень жарком сухом климатическом районе II₁₂ (средняя месячная температура воздуха января плюс 4 – минус 4°С, июля от плюс 30 и выше) для хранения дизельного топлива летнего ДТ-Л [11 – ГОСТ 305-82 Топливо дизельное. Технические условия. М.: Издательство стандартов, 1999, с.3].

Для оценки влияния дизельного топлива ДТ-Л на полимерный материал марки ПЭНД 276-73 задают коэффициент К кратности для полимерного барабана вместимостью 250 дм³ (этап 1). Коэффициент кратности К_ДТ-Л Для БН-ПЭНД 250 при хранении дизельного топлива летнего (₄ ²⁰=850 кг/м³) составляет 23 (табл.2).

Проверяют кондиционность дизельного топлива летнего, для чего определяют показатель концентрации фактических смол в исходном состоянии А₀ известным методом по ГОСТ 1567-97. По результатам испытаний определено, что А_0ДТ-Л=27 мг/100 см³. Полученное значение концентрации фактических смол сравнивают с заданной величиной (по ГОСТ 305-82 А₀=40 мг/100 см³).

Если топливо кондиционное, отбирают 400 мл (300 г). Этот объем разделяют на две равные по массе части Мн=200 мл (150 г) каждая (этапы 3, 4).

Определяют массу полимерного материала для испытания в контакте с дизельным топливом ДТ-Л по формуле Мп=Мн/К_ДТ-Л=150/23=6,5 г или по табл.2 (этап 5).

Размещают испытуемый образец полимерного материала массой 6,5 г в одной из частей дизельного топлива ДТ-Л (этап 6).

Герметичные контейнеры с образцом полимерного материала и без него выдерживают при температуре (50±2)°С в течение 120 ч до достижения образцом равновесного состояния набухания (этап 7).

Охлаждают контейнеры до комнатной температуры (этап 8).

Определяют концентрацию фактических смол в обеих частях дизельного топлива ДТ-Л (с полимерным материалом и без него) А_п и А_н соответственно (этап 9):

А_пДТ-Л=37,5 мг/100 см³;

А_нДТ-Л=32,3 мг/100 см³.

Определяют разность показателей (А) концентрации фактических смол в образцах А_п и А_н (этап 10).

А_ДТ-Л=А_пДт-Л-А_нДТ-Л=37,5-32,3=5,2 мг/100 см³<10,0 мг/100³ см

Сравнивают А с предельно допустимым значением (этап 11).

0,1 мг/100 см³А_ДТ-Л10,0 мг/100 см³

По результатам испытаний установлено, что значение показателя концентрации фактических смол дизельного топлива не превышает предельно допустимое значение.

Вывод: материал марки ПЭНД 276-73 может применяться в конструкции полимерного барабана вместимостью 250 дм³ для хранения дизельного топлива ДТ-Л при эксплуатации в очень жарком сухом климатическом районе (этапы 13, 14).

Таким образом, способ оценки влияния светлых нефтепродуктов на изделия из полимерных материалов позволяет:

сократить трудозатраты на проведение исследования за счет менее трудоемкого способа подготовки образца конструкционного материала (только по массе Мн вместо заданной геометрической формы) и оценки одного наиболее значимого физико-химического показателя рабочей среды (концентрации фактических смол);

повысить достоверность результатов исследования за счет приближения лабораторных испытаний к условиям эксплуатации изделий из полимерных материалов в определенном климатическом районе (получен коэффициент К кратности, испытания при температуре предполагаемой зоны эксплуатации изделия);

обеспечить надежность и экологическую безопасность эксплуатации наземных и воздушных транспортных средств за счет гарантированного обеспечения качества светлых нефтепродуктов при хранении, транспортировании и заправке (в совокупности коэффициент К кратности, температура предполагаемой зоны эксплуатации, получены числовые значения предельно допустимого изменения показателя концентрации фактических смол для различных светлых нефтепродуктов).

Изобретение может быть использовано при разработке (модернизации), производстве, эксплуатации и ремонте технических средств нефтепродуктообеспечения.

Формула изобретения

Способ оценки влияния светлых нефтепродуктов на изделия из полимерных материалов, включающий подготовку образцов полимерных материалов заданной массы, взаимодействие этих образцов с агрессивной средой при заданной температуре в течение заданного времени и последующее определение информативного показателя по расчетной формуле, отличающийся тем, что задают коэффициент кратности конкретного изделия заданной вместимости светлого нефтепродукта, который используют в качестве агрессивной среды, готовят образец светлого нефтепродукта с заданной концентрацией фактических смол и разделяют его на две равные по массе части, по отношению массы одной части образца к заданному коэффициенту кратности определяют массу образца полимерного материала, который помещают в одну из частей образца светлого нефтепродукта, выдерживают в герметичном контейнере обе части образца светлого нефтепродукта при температуре от 20 до 50°С, причем выдержку светлого нефтепродукта с образцом полимерного материала осуществляют до достижения этим образцом равновесного состояния набухания, которое устанавливают по достижению образцом постоянного значения массы, охлаждают обе части образца светлого нефтепродукта до комнатной температуры и определяют концентрации фактических смол в обеих частях этого образца, а в качестве информативного показателя используют разность этих концентраций, которая для полимерного материала, применимого для хранения данного светлого нефтепродукта, составляет для авиационных бензинов и реактивных топлив от 0,1 до 3 мг/100 см³, для автомобильных бензинов от 0,1 до 5 мг/100 см³, для дизельных топлив от 0,1 до 10 мг/см³.

РИСУНКИ

Другие изменения, связанные с зарегистрированными изобретениями

Изменения:

Зарегистрирован переход исключительного права без заключения договора
Дата и номер государственной регистрации перехода исключительного права: 02.04.2010/РП0000661
Патентообладатель: Федеральное автономное учреждение “25 Государственный научно – исследовательский институт химмотологии Министерства обороны Российской Федерации”
Прежний патентообладатель: Федеральное государственное унитарное предприятие “25 Государственный научно – исследовательский институт Министерства обороны Российской Федерации” (по применению топлив, масел, смазок и специальных жидкостей ГосНИИ по химотологии)

Номер и год публикации бюллетеня: 27-2006

Извещение опубликовано: 10.05.2010 БИ: 13/2010