УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРУЕМОСТИ ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА

Устройство предназначено для определения показателя фильтруемость жидких сред, точнее для определения коэффициента фильтруемости нефтепродуктов (топлив и масел) и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности для контроля технологических процессов нефтехимии, в автотранспортной отрасли для обеспечения двигателей внутреннего сгорания качественными нефтепродуктами.
Фильтрация - движение жидкости через пористую среду, сопровождающееся отложением или осаждением на фильтре взвешенных в жидкости частиц, в частности, для дизельного топлива посторонних включений. Скорость фильтрации пропорциональна так называемому гидравлическому уклону (градиенту); коэффициент пропорциональности в этой зависимости называется коэффициентом фильтрации. Скорость фильтрации жидкости при режиме ламинарного течения через пористую перегородку и отложившийся на ней осадок определяют по формуле:
2
где Δρ - перепад давления в фильтрующей перегородке и слое осадка, н/м;
2
µ - динамическая вязкость фильтрата, н·сек/м;
2
R - общее сопротивление фильтрации, отнесенное к единице вязкости, складывающееся из сопротивления осадка и фильтрующей перегородки, 1/м.
В производственной практике исследование эксплуатационных свойств текучей жидкости путем определения их текучести выполняют измерением скорости истечения по длительности истечения заданного количества жидкости при прохождении через ограниченный участок прохождения, например, по калиброванной трубе, регистрируя датчиками контроля верхний и нижний уровни истечения.
2
1
3
3
3
Принятый метод испытания дизельного топлива по ГОСТ 19006-73 устанавливает определение коэффициента фильтруемости по изменению пропускной способности смоченного испытуемым продуктом фильтра при последовательном пропускании через него определенных количеств топлива, при этом истечение осуществляется в режиме ламинарного, вертикально направленного, свободно-гравитационного потока жидкости сверху вниз. За коэффициент фильтруемости К принимается отношение времени τ фильтрации последних (вторичная доза) 2 см, по истечении 45 см топлива, ко времени τ фильтрации первичных (первичная доза) 2 см топлива, вычисляемое по формуле:
Эксплуатационный показатель качества коэффициент фильтруемости характеризует степень загрязнения топлива для двигателей посторонними включениями, препятствующими подаче его в системе питания при работе дизельного двигателя. Допустимое значение коэффициента фильтруемости К для дизельных топлив не более 3, предпочтительно не более 2.
Известны устройства для определения параметров жидких сред, оснащенные средствами регистрации и вычисления:
- содержащее вертикальную трубку, переходящую нижним концом в полую камеру, с размещенными на внешней поверхности трубки двух датчиков уровня, электрически связанных с блоком регистрации, выполненных в виде герконов, расположенных с интервалом и соединенных с хронометром, и поплавок, расположенный внутри полой камеры, механически соединенный со штоком, имеющим магнит, выполненный на штоке с возможностью перемещения внутри трубки, двух капилляров, один снизу камеры, второй соединенный одним концом с верхней частью трубки, другой конец которого выполнен с возможностью погружения в анализируемую жидкость [Патент РФ №2029938, МПК G01N 11/06];
- содержащее вертикально установленный измерительный капилляр, на котором по высоте размещены два оптрона, соединенные посредством усилителя со схемой формирования импульса, характеризующего измеряемый параметр, а также измеритель времени и усилитель, выполненный в виде двух каналов формирования и стабилизации информационного сигнала, причем каждый канал подключен к одному из оптронов, а измеритель времени выполнен в виде счетчика импульсов и подключен к усилителю посредством схемы формирования импульса, характеризующего измеряемый параметр [Патент РФ №2080583, МПК G 01 N11/06].
Известные устройства, позволяя автоматически измерять и регистрировать показатели жидкости, обладают тем недостатком, что не обеспечивают метод определения значения искомого показателя коэффициент фильтруемости по ГОСТ 19006-73, непригодны для формирования режима ламинарного истечения жидкости, обеспечивающего стандартную методику определения коэффициента фильтруемости, основанную на измерении скорости истечения путем измерения длительности истечения заданного количества испытуемой жидкости через ограниченный участок прохождения калиброванной трубки мерной и фильтр с заданными параметрами.
3
3
Стандартная методика определения коэффициента фильтруемости (распространяется на топливо для двигателей и устанавливает метод определения коэффициента фильтруемости топлива по изменению пропускной способности фильтра при последовательном пропускании через него определенных количеств топлива) предусматривает, непосредственно до проведения каждого испытания нефтепродукта - снятия его показателей, необходимую и обязательную промывку жидкостного тракта аппарата, последовательно, нефтяным растворителем нефрас и испытуемой жидкостью (для смачивания фильтра), основывается на применении лабораторного аппарата типа УОФТ - устройство определения фильтруемости топлива, включающего вертикально закрепленную на штативе, заданного размера стеклянную калиброванную трубку мерную с нанесенными рисками, ограничивающими объем 2 см, и делительную воронку или колбу для подачи 45 см испытуемого топлива в калиброванную трубку мерную, которая герметично вставляется в фильтрующий узел, содержащий фильтрующую перегородку (фильтр) из бумаги фильтровальной марки БФДТ, имеющей тонкость отсева не более 3 мкм и толщину (0,33±0,03) мм, предварительно смоченную испытуемым продуктом, и выпускной кран. В производственных условиях на таком хрупком стеклянном приборе все операции, осуществляются вручную, используя наручный секундомер выполняются его запуск - остановка, визуальный контроль прохождения уровня истекающего топлива по стеклянной градуированной мерной трубке через риски и отсчет времени истечения, что требует лабораторных условий эксплуатации прибора [ГОСТ 19006-73 Топливо дизельное. Метод определения коэффициента фильтруемости].
3
Такой аппарат имеет низкую точность определения коэффициента фильтруемости, так как измерение продолжительности фильтрации первичной и конечной доз, заданных в количестве по 2 см, с отсчетом по рискам калиброванной трубки мерной, выполняется оператором (лаборантом) визуально (сопровождается влиянием параллакса), путем включения и выключения ручного секундомера, требует определенного напряжения как при отсчете и фиксации времени фильтрации, так и при расчете (вычислении) коэффициента фильтруемости по формуле.
Известен аппарат для определения реологических параметров жидких нефтепродуктов (прототип), пригодный для определения коэффициента фильтруемое по стандартной методике, содержащий калиброванную трубку, внутри которой размещен поплавок на штоке с возможностью линейного перемещения поплавка, и два формирующих импульсы оптрона, соответствующих верхнему и нижнему уровням испытуемой жидкости при истечении заданной дозы жидкого нефтепродукта через фильтрующий узел, с автоматической регистрацией продолжительности истечения, а так же питательный блок с узлом подачи вторичной дозы и воздухонагревателем, при чем подача жидкости в калиброванную трубку осуществляется сифонным питателем по сифонной трубке, под воздействием мягкого расширения воздуха, подогреваемого электронагревательным элементом, подаваемого таким образом по пневматическим каналам сифонного питателя, автоматический ход выполнения испытаний, подогрев воздуха, регистрация измерения продолжительности истечения и расчет численного значения коэффициента фильтруемости, обеспечиваются программным блоком управления и отражаются на табло прибора алфавитно-цифровой информации [Патент РФ №80574, МПК G01N 11/00, G01N 11/06].
Известное устройство имеет несколько усложненное конструктивное исполнение блока подготовки и подачи вторичной дозы испытуемой жидкости, - другим существенным недостатком конструкции, включая сочлененное с ним средство автоматизации, является то, что обязательная и необходимая по стандартному методу промывка жидкостного тракта аппарата, сперва нефрасом, а затем испытуемой жидкостью, фактически осуществляется по той же (единой) схеме что и испытания, это затраты непроизводительного времени для подготовки аппарата к следующему испытанию жидкости.
Известно устройство для определения фильтруемости жидких нефтепродуктов (прототип), пригодный для определения коэффициента фильтруемости по стандартной методике, содержащий мерную емкость, выполненной в виде вертикальной калиброванной трубки, в нижней части которой устанавливается узел фильтра с краном, а в верхней части датчик уровней, блок подачи вторичной дозы жидкости в мерную емкость, блок программного управления включающий два модуля, обеспечивающие работу устройства в режимах АНАЛИЗ и ПРОМЫВКА, переключение между которыми осуществляется кнопкой РЕЖИМ, дисплей отображения алфавитно-цифровой информации и акустический излучатель [Патент РФ №84561, МПК G01N 11/00, G01N 11/06].
Однако, как и в других устройствах, стандартная методика по ГОСТ 19006-73 в результате предписания применять в качестве фильтра (фильтрующего элемента) не имеющую нормированную пропускную способность бумагу марки БФДТ технического назначения (изготавливается по ТУ) не обеспечивает определение действительного (единого) значения коэффициента фильтруемости дизельного топлива, так как на одном и том же устройстве для одного и того же образца топлива при двух и более (n) определениях получают значительно различающиеся результаты.
к
Задачей предлагаемого технического решения является создание устройства позволяющего определять в автоматическом режиме действительное значение коэффициента фильтруемости дизельного топлива по стандартной методике. За действительное значения коэффициента фильтруемости дизельного топлива принимается среднеарифметическое значения результатов двух или более последовательных определений коэффициента фильтруемости дизельного топлива , определяемого по формуле 3 (или 3.1.), при условии, что расхождение результатов этих двух или более (n) последовательных определений коэффициента фильтруемости дизельного топлива δ, определяемого по формуле 4 (или 4.1.) не превышает 10%:
,
,
1
2
где k и k - коэффициенты фильтруемости дизельного топлива двух последовательных определений;
i
k - коэффициенты фильтруемости для каждого i из n последовательных определений;
max
min
k и k - максимальное и минимальное значения коэффициента фильтруемости n последовательных определений;
n - количество последовательных определений.
к
Если величина расхождения результатов определений коэффициента фильтруемости дизельного топлива δ превышает 10%, то следует выбрать другой участок фильтровальной бумаги для изготовления фильтров и повторить определение значений коэффициента фильтруемости.
Для исключения искажений результатов анализа дизельного топлива оператором, устройство дополнительно оснащаются персональным компьютером и интерфейсным модулем передачи-приема результатов анализа для протоколирования, архивации и принтером для вывода на печать протокола анализа.
Технический результат - определение посредством устройства действительного значения коэффициента фильтруемости дизельного топлива в ходе выполнение двух (и более) последовательных анализов одного и того же образца топлива в автоматическом режиме, подтверждаемого вычислением величины расхождения коэффициентов фильтруемости дизельного топлива по результатам последовательных анализов - и передача результатов анализа на персональный компьютер для протоколирования, архивации и печати протокола анализа на принтере.
Техническая задача решается тем, что устройство, содержащее мерную емкость, выполненную в виде вертикальной калиброванной трубки, в нижней части которой устанавливается узел фильтра с краном, а в верхней части датчик уровней, блок подачи вторичной дозы дизельного топлива в мерную емкость, блок программного управления, включающий модули «АНАЛИЗ» и «ПРОМЫВКА», обеспечивающие работу устройства в этих режимах, включение которых осуществляется переключателем «РЕЖИМ», дисплей отображения алфавитно-цифровой информации и акустический излучатель, модуль работы устройства в режиме «АНАЛИЗ» содержит модули первого и последующего анализов и модуль обработки и вычисления значений последовательных анализов, обеспечивающий вычисление величины среднеарифметического значения последовательных определений коэффициента фильтруемости дизельного топливах и величину расхождения их значений по отношению к этому среднеарифметическому значению, результаты выполнения работы устройства в режиме «АНАЛИЗ» передаются через интерфейсный модуль на персональный компьютер и на принтер для вывода на печать протокола анализа.
Техническое решение устройства поясняется на примере его выполнения. На чертеже изображена структурно-функциональная схема устройства, фиг.
В состав устройства определения коэффициента фильтруемости дизельного топлива входят: мерная емкость 1, узел фильтрующий 2 с выпускным краном, датчик уровней 3, блок подачи вторичной дозы 4, блок программного управления 5, включающий модуль «АНАЛИЗ» 6, содержащий модуль первого анализа 7, модуль второго анализа 8 и модуль обработки и вычисления последовательных анализов 9, модуль 10 «ПРОМЫВКА» 10, интерфейсный модуль 11, кнопочный переключатель режима 12, дисплей отображения алфавитно-цифровой информации 13, акустический излучатель, 14 и персональный компьютер 15.
Устройство при определении коэффициента фильтруемости дизельного топлива по методу ГОСТ 19006-73 работает следующим образом.
3
3
3
3
3
Режим «Анализ 1». На дисплее 13 отображается состояние работы устройства «Анализ 1. Залейте топливо». Устанавливают фильтрующий элемент (фильтр) в узел 2 и закрывают кран. Заливают испытуемое дизельное топливо в блок подачи вторичной дозы 4 в объеме 45 см и в мерную емкость 1 в объеме до 50 см, то есть до тех пор, пока не прозвучит звуковой сигнал акустического излучателя 14. Открывают кран фильтрующего узла 2, устройство в автоматическом режиме начинает выполнять анализ первичной дозы топлива. Посредством датчика уровня 3 и модулем 7 определяется время фильтрации первичных 2 см испытуемого дизельного топлива. По завершению фильтрации первых 2 см испытуемого дизельного топлива из блока подачи вторичной дозы 4 в мерную емкость 1 поступает очередной объем топлива и происходит очередная фильтрация испытуемого дизельного топлива. После фильтрации очередных 45 см испытуемого дизельного топлива датчиком уровней 3 и модулем 8 определяется время фильтрации вторичных 2 см испытуемого дизельного топлива. По завершению фильтрации продолжительность фильтрации (время фильтрации) модулями 7 и 8 передается в модуль 9 для обработки и расчета коэффициента фильтруемости.
3
3
3
3
3
3
3
3
Далее. После звукового сигнала на дисплее 13 отображается состояние работы устройства «Анализ 2. Залейте топливо». Сливают испытуемое дизельное топливо из устройства, устанавливают новый фильтрующий элемент в узел 2 и закрывают кран. Вновь заливают 45 см испытуемого дизельного топлива в блок 4подачи вторичной дозы и 50 см испытуемого дизельного топлива в мерную емкость 1 до тех пор, пока не прозвучит звуковой сигнал акустического излучателя 14. Открывают кран узла 2, устройство начнет выполнять второй (последовательный) анализ в автоматическом режиме. Датчиком уровней 3 и модулем 7 определяется время фильтрации первых 2 см испытуемого дизельного топлива. После фильтрации первых 2 см испытуемого дизельного топлива из блока подачи вторичной дозы 4, дизельное топливо поступает в мерную емкость 1 и происходит фильтрация 45 см испытуемого дизельного топлива. После фильтрации 45 см испытуемого дизельного топлива датчиком уровней 3 и модулем 8 определяется время фильтрации вторых 2 см испытуемого дизельного топлива. После фильтрации вторых 2 см испытуемого дизельного топлива в модуле 8 определяется величина коэффициента фильтруемости испытуемого дизельного топлива второго анализа, которая передается в модуль 9 для обработки. После трех звуковых сигналов на дисплее 13 отображается результат работы устройства в режиме «Анализ»:
1
2
к
K - величина коэффициента фильтруемости испытуемого дизельного топлива первого анализа; К - величина коэффициента фильтруемости испытуемого дизельного топлива второго анализа;  - величина среднеарифметического значения результатов последовательных определений коэффициента фильтруемости испытуемого дизельного топлива; δ - величина расхождения результатов двух последовательных определений коэффициента фильтруемости испытуемого дизельного топлива. Результаты работы устройства в режиме «Анализ» передаются через интерфейсный модуль 11 на персональный компьютер 15.
Режимы работы «Анализ 1», «Анализ 2», «Промывка» устанавливаются переключателем режима 12.
3
3
Режим «Промывка». На дисплее 13 отображается состояние работы устройства «Промывка. Залейте топливо». Устанавливают узел 2 без фильтрующего элемента и закрывают кран. Заливают 50 см растворителя или предназначенного для испытаний дизельного топлива в блок подачи вторичной дозы 4 и 50 см растворителя или дизельного топлива в мерную емкость 1 до тех пор, пока не прозвучит звуковой сигнал акустического излучателя 14. Приоткрывают кран узла 2 так, чтобы растворитель или дизельное топливо вытекало из крана каплями или тонкой струйкой. Затем кран закрывают. Через одну минуту прозвучит звуковой сигнал и на дисплее 13 отображается состояние работы устройства «Промывка окончена». Далее переключателем 12 устройство переводят в режим работы - очередного испытания образца дизельного топлива.
Устройство надежно и просто в эксплуатации. Потребляемая мощность не превышает 15 В-А, напряжение 220 В частотой 50 Гц. Масса аппаратуры не более 13 кг, габариты в рабочем состоянии не превышают 0,25×0,25×0,75 м. Корпус, узлы и блоки устройства металлические, закреплены на единой металлической опоре, аппарат выполнен переносным, легко транспортируется и устанавливается для эксплуатации в любом месте.