СТАНДАРТНЫЕ ОБРАЗЦЫ ДЛЯ МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ ПО ИЗМЕРЕНИЮ КОРРОЗИОННОЙ АКТИВНОСТИ В ДИНАМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ ТОПЛИВ ДЛЯ РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
STANDARD SAMPLES FOR METROLOGICAL SUPPORT OF TESTS FOR MEASURING CORROSION ACTIVITY IN DYNAMIC CONDITIONS OF JET ENGINE FUELS

Изобретение относится к аналитической химии, в частности к стандартным образцам для измерения коррозионной активности в динамических условиях топлив для реактивных двигателей, и может быть использовано в качестве средства метрологического обеспечения методики выполнения измерений коррозионной активности в динамических условиях топлив для реактивных двигателей в процессе их производства и применения.
Метрологическое обеспечение испытаний нефтепродуктов строится на базе аттестованных стандартных образцов, которые выступают в качестве средства измерений в виде определенного количества вещества или материала, предназначенное для воспроизведения и хранения размеров величин, характеризующих состав или свойства этого вещества (материала), значения которых установлены в результате метрологической аттестации, используемое для передачи размера единицы при поверке, калибровке, градуировке средств измерений, аттестации методик выполнения измерений [ГОСТ 8.315-97 Стандартные образцы состава и свойств веществ и материалов].
Известна методика измерения коррозионной активности в динамических условиях топлив для реактивных двигателей, то есть их склонности к корродирующему воздействию на металлы и сплавы и образованию нерастворимых продуктов коррозии, которые вызывают загрязнение топлива. Сущность методики заключается в оценке коррозионной активности топлива по потере массы пластинки из меди или бронзы после ее контакта с топливом, циркулирующим по замкнутому испытательному контуру установки ЦИТО-М в течение 9 ч (три этапа по 3 ч) при температуре 150°С и по изменению температуры топлива за контрольным фильтроэлементом в течение первого этапа испытания [СТО 08151164-0246-2017 Топлива для реактивных двигателей. Метод оценки коррозионной активности в динамических условиях. - М.: ФАУ «25 ГосНИИ химмотологии Минобороны России», 2017]. Результаты испытания образца топлива по данной методике получают в виде четырех показателей:
1(м)
2
- показатель коррозионной активности топлива К по отношению к меди, г/м;
1(бр)
2
- показатель коррозионной активности топлива К по отношению к бронзе, г/м;
2(м)
- показатель забивки контрольного фильтроэлемента продуктами коррозии К по отношению к меди;
2(бр)
- показатель забивки контрольного фильтроэлемента продуктами коррозии К по отношению к бронзе.
Согласно этой методике полученные результаты сравнивают с результатами, полученными в идентичных условиях на эталонных образцах, которые готовят перед каждым испытанием очередной пробы.
Перед авторами стояла задача создания стандартных образцов топлив для реактивных двигателей для измерения коррозионной активности в динамических условиях по методике СТО 08151164-0246-2017.
При анализе источников научно-технической и патентной информации авторам не удалось выявить технические решения, которые можно использовать в качестве стандартных образцов топлив для реактивных двигателей при определении коррозионной активности в динамических условиях по методике СТО 08151164-0246-2017.
Тем не менее, выявлены некоторые технические решения, наиболее близкие по технической сущности к изобретению, представляющие собой композиции индивидуальных углеводородов, взятых в соотношениях, необходимых для получения требуемых результатов измерений по соответствующим методикам.
Известна композиция стандартных образцов для определения фракционного состава жидких углеводородных топлив [Патент RU 2292041, кл. G01N 25/00], которая представляет собой смесь, включающую минимальное количество углеводородных компонентов, один из которых нефтепродукт, содержащий ароматический углеводород, а остальные компоненты - парафиновые углеводороды нормального строения. В качестве ароматического углеводорода предложено применять толуол или трансформаторное масло, а в качестве парафиновых углеводородов нормального строения - н-нонан, н-ундекан, н-пентан, н-додекан, н-тетрадекан, н-декан и н-эйкозан. Смесь приготавливают с соответствующими каждому из исследуемых топлив показателями температур начала, конца перегонки и 10, 50, 90%-ного отгона. Разработанные стандартные образцы могут быть использованы для определения фракционного состава жидких углеводородных топлив.
Известна композиция стандартных образцов для настройки и поверки приборов экспресс-контроля температур начала и конца перегонки светлых нефтепродуктов [Патент RU 2030742, кл. G01N 31/00], которая представляет собой смесь индивидуальных углеводородов, включает н-октан, н-нонан, н-ундекан, н-додекан, н-пентадекан. Разработанные стандартные образцы используются для метрологической аттестации методов испытаний и приборов контроля состава и свойств веществ, а именно для поверки и настройки экспресс-анализатора НКП-Э, предназначенного для определения температур начала и конца перегонки бензинов, дизельных топлив, топлив для реактивных двигателей и других нефтепродуктов.
Известна композиция стандартных образцов для метрологического обеспечения испытаний автомобильных бензинов при оценке их склонности к образованию отложений на деталях форсунок [Патент RU 2663154, кл. G01N 33/22], которая представляет собой смесь индивидуальных углеводородов, включает углеводороды н-пентан, октен-1, толуол, циклогексан, изооктан, наиболее часто встречающиеся в составе выпускаемых бензинов. Содержание компонентов смеси определяют таким образом, чтобы обеспечить результаты испытаний в диапазоне верхнего и нижнего пределов определения установки.
Наиболее близким по технической сущности и взятым за прототип является техническое решение, согласно которому известны стандартные образцы, состоящие из химически чистых углеводородов декалин, 1-метилнафталин и «-ундекан при следующем соотношении компонентов, (мас.%): декалин (12-23), 1-метилнафталин (2-5), н-ундекан (остальное), которые используются для метрологического обеспечения испытаний по измерению химической стабильности топлив для реактивных двигателей (патент № по заявке №2020129780 решения о выдаче патента от 05.04.2021 г. - прототип).
Стандартный образец коррозионной активности топлив для реактивных двигателей в динамических условиях предполагается использовать для метрологического контроля методики испытания по СТО 08151164-0246-2017 с целью определения соответствия метрологических характеристик установленным требованиям, а также для аттестации применяемого испытательного оборудования (лабораторной установки ЦИТО-М). В связи с этим разрабатываемый стандартный образец должен представлять собой смесь индивидуальных углеводородов, адекватную химическому составу топлив для реактивных двигателей.
Состав стандартного образца коррозионной активности топлив для реактивных двигателей в динамических условиях подобран таким образом, чтобы обеспечить значения показателей коррозионной активности в диапазоне значений, определенных методикой СТО 08151164-0246-2017 (таблица 1 настоящего изобретения).
По количественному составу наиболее близким является любой стандартный образец, содержащий химически чистые углеводороды, каждый из которых имеет ограничения по области применения.
Технический результат изобретения - повышение достоверности результатов измерения коррозионной активности топлив для реактивных двигателей в динамических условиях и сокращение продолжительности процесса аттестации установки ЦИТО-М, на которой определяют коррозионную активность топлив для реактивных двигателей в динамических условиях, расширение номенклатуры стандартных образцов для метрологического обеспечения испытаний нефтепродуктов.
Указанный технический результат достигается тем, что стандартные образцы для метрологического обеспечения испытаний по измерению коррозионной активности топлив для реактивных двигателей в динамических условиях, содержащие химически чистые декалин и 1-метилнафталин, согласно изобретению дополнительно содержат додекан, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
додекан
70,0-85,0
декалин
11,5-29,5
1-метилнафталин
остальное
В качестве компонентов стандартных образцов использованы углеводороды различного строения, выпускаемые промышленностью Российской Федерации.
Показатели коррозионной активности в динамических условиях индивидуальных углеводородов, используемых в качестве компонентов для приготовления стандартных образцов (додекан, декалин и 1-метилнафталин), представлены в таблице 2 настоящего изобретения.
Качественный состав компонентов стандартных образцов обусловлен тем, что на коррозионную активность топлив оказывает влияние строение органических соединений. Выбранные компоненты стандартных образцов являются соединениями, присутствующими в составе топлив для реактивных двигателей, что подтверждено исследованиями индивидуального и группового состава топлив для реактивных двигателей, выпускаемых по различным технологиям [Яновский Л.С., Дубовкин Н.Ф., Галимов Ф.М. и др. Инженерные основы авиационной химмотологии. - Казань: Изд-во Казан, ун-та, 2005. С. 210-227].
Каждый из компонентов представляет собой индивидуальный углеводород [Химическая энциклопедия в пяти томах. Издательство «Советская энциклопедия», 1990]:
3
додекан - бесцветная жидкость, имеющая плотность 750 кг/м, температуру плавления - минус 9,6°С, температуру вспышки 74°С;
3
декалин - бесцветная жидкость со слабым бензиновым запахом, имеющая плотность 870 кг/м, температуру плавления - минус 31,5°С, температуру вспышки 58°С;
3
1-метилнафталин - безводная и розоватая жидкость, имеющая плотность 1020 кг/м, температуру плавления - минус 141,5°С, температуру вспышки 82°С.
Стандартные образцы готовят смешением и тщательным перемешиванием индивидуальных углеводородов. Образцы подвергали лабораторным испытаниям по методике СТО 08151164-0246-2017, согласно которой они циркулируют по замкнутому испытательному контуру установки ЦИТО-М в течение 9 часов при температуре 150°С, где контактируют с металлической пластинкой из меди или бронзы. Коррозионную активность топлива оценивают по уменьшению массы пластинки до и после испытания, и по изменению температуры топлива за контрольным фильтроэлементом [СТО 08151164-0246-2017 Топлива для реактивных двигателей. Метод оценки коррозионной активности в динамических условиях. - М.: ФАУ «25 ГосНИИ химмотологии Минобороны России», 2017].
Для обоснования количественного содержания компонентов в стандартных образцах были приготовлены образцы, состав которых представлен в таблице 3.
2(м)
2(бр
Как следует из результатов испытаний, представленных в таблице 3, значения показателей забивки контрольного фильтроэлемента продуктами коррозии К и К) образца №1 не соответствуют диапазону измерений этих показателей, (см. таблицу 1 настоящего изобретения), поэтому его состав не может быть использован как стандартный образец для метрологического обеспечения испытаний по измерению коррозионной активности в динамических условиях топлив для реактивных двигателей.
1(м)
Образцы №8-9 по показателю коррозионной активности топлива К не попадают в диапазон измерений, определенный методикой СТО 08151164-0246-2017, поэтому их составы не могут быть использованы в качестве стандартных образцов.
Образцы №2-7 по четырем показателям коррозионной активности в динамических условиях соответствуют диапазону измерений, который определен методикой СТО 08151164-0246-2017 (см. таблицу 1 настоящего изобретения). Поэтому количественный и качественный состав стандартных образцов для метрологического обеспечения испытаний по измерению коррозионной активности в динамических условиях топлив для реактивных двигателей соответствует составам образцов №2-7.
Таким образом, качественный и количественный состав стандартных образцов для измерения коррозионной активности в динамических условиях топлив для реактивных двигателей подтвержден результатами испытаний.
Для определения срока хранения стандартных образцов для метрологического обеспечения испытаний по измерению коррозионной активности в динамических условиях топлив для реактивных двигателей первоначально была проведена оценка срока годности каждого из компонентов стандартных образцов. Наименьший срок годности (по данным нефтехимических заводов - производителей компонентов) среди всех используемых компонентов составил один год. Однако каждый из этих компонентов (по данным нефтехимических заводов - производителей компонентов) имеет свой срок хранения. Поэтому для определения срока хранения разработанных стандартных образцов были проведены исследования по оценке совместимости их компонентов.
1(м)
1(бр)
2(м)
2(бр)
Проверку предполагаемого срока хранения стандартных образцов для метрологического обеспечения испытаний по измерению коррозионной активности в динамических условиях топлив для реактивных двигателей осуществили с помощью алгоритма, приведенного в п. 5.3 рекомендаций [РМГ 93-2015 Государственная система обеспечения единства измерений. Оценивание метрологических характеристик стандартных образцов. - М.: Стандартинформ, 2016. - 32 с.], согласно которому 9 экземпляров стандартных образцов термостатируют при повышенной температуре (50°С), то есть подвергают искусственному старению. Каждые 7 дней отбирают по одному образцу и проводят испытания по измерению коррозионной активности в динамических условиях с измерением показателей коррозионной активности К и К, забивки контрольного фильтроэлемента продуктами коррозии К и К Полученные результаты сравнивают с аттестованными значениями стандартного образца с учетом границ погрешности. Аттестованные значения стандартного образца и границы погрешности аттестованного значения определяли также в соответствии с [РМГ 93-2015 Государственная система обеспечения единства измерений. Оценивание метрологических характеристик стандартных образцов. - М.: Стандартинформ, 2016. - 32 с.].
Оценку срока хранения стандартных образцов для метрологического обеспечения испытаний по измерению коррозионной активности в динамических условиях топлив для реактивных двигателей произвели по образцу, который содержит максимальное количество дициклоалкана декалина, наиболее склонного к окислительным превращениям, и минимальное количество 1-метилнафталина, наиболее стабильного ароматического углеводорода. Результаты измерений коррозионной активности в динамических условиях 9 экземпляров стандартного образца №2 (по таблице 3), выдержанных в течение различного времени при 50°С, атакже аттестованные значения и границы погрешности аттестованных значений стандартного образца приведены в таблице 4 настоящего изобретения.
Отклонения результатов испытаний стандартного образца, выдержанного при повышенной температуре, от аттестованного значения оказались в интервале границ погрешности аттестованного значения. Таким образом, минимальный срок хранения стандартных образцов коррозионной активности в динамических условиях топлив для реактивных двигателей принят один год.
Срок годности стандартных образцов с сохранением их свойств - не менее одного года - обеспечен использованием нелетучих компонентов с температурами кипения в интервале 186-245°С (таблица 2 настоящего изобретения).
Полученные стандартные образцы хранятся во флаконах из темного стекла с уплотнительной крышкой объемом 2500 мл при обычных условиях (температура не выше 25°С) и используются по мере необходимости для аттестации испытательного оборудования. Гарантия - один год.
Полученные результаты свидетельствуют о возможности использования разработанных стандартных образцов для измерений коррозионной активности в динамических условиях топлив для реактивных двигателей по СТО 08151164-0246-2017.
Изобретение осуществимо и воспроизводимо, а существенные признаки изобретения (качественный и количественный состав), приведенные в формуле изобретения и подтвержденные результатами испытаний, позволяют повысить достоверность ранжирования топлив для реактивных двигателей по уровню коррозионной активности за счет приближения значений показателей коррозионной активности стандартных образцов к аналогичным показателям топлив для реактивных двигателей.
Настоящее изобретение создает техническую основу для воспроизведения, хранения и передачи величин, характеризующих коррозионную активность в динамических условиях топлив для реактивных двигателей и может использоваться для аттестации и контроля показателей точности методики измерения коррозионной активности в динамических условиях топлив для реактивных двигателей по СТО 08151164-0246-2017, для аттестации испытательного оборудования, используемого для измерения коррозионной активности в динамических условиях топлив для реактивных двигателей, контроля точности результатов измерений по СТО 08151164-0246-2017, проверки компетентности испытательной лаборатории в процессе аккредитации, проведения межлабораторных сравнительных испытаний для проверки квалификации испытательных лабораторий.