نقطه ریزش
پدیده تشکیل رسوبات واکس، معمولاً بوسیله سه نقطه (درجه حرارت) مهم مشخص می گردد:
س1- نقطه ابری شدن یا Cloud Point
س2- نقطه ریزش یا Pour Point
س3- نقطه ذوب یا Melting Point
نقطه ابری شدن دمایی است که در آن اولین کریستال های واکس شکل می گیرند. همان گونه که قبلاً نیز توضیح داده شد، اولین رسوبات تشکیل شده، ترکیبات پارافینی با شاخه های مستقیم می باشند. این درجه حرارت به WAT یا Wax Appearance Temp معروف است. نقطه ریزش، دمایی است که مخلوط موجود در یک ظرف، در صورت قرار گرفتن در وضعیت افقی، جریان نداشته باشد. این نقطه کاربرد صنعتی مهمی دارد و یکی از مشخصه های واکس های صنعتی و یا روغن های صنعتی (که شامل مقداری ترکیبات واکسی هستند) می باشد. روش های استاندارد توسط موسسات معتبر، جهت اندازه گیری این دما، ارائه شده است. نقطه ذوب نیز درجه حرارتی است که یک ماده خالص به مایع تبدیل می گردد. برای یک ماده خالص، نقطه ابری شدن و نقطه ذوب با هم برابر هستند و برای یک مخلوط، این نقاط تفاوت اندکی با هم دارند. با توجه به توضیحات ارائه شده، تشخیص نقطه ابری شدن، اهمیت خاصی در مدل سازی پدیده تشکیل رسوب واکس دارد.
عوامل موثر در تشکیل رسوب واکس
اگر چه نقطه ابری شدن ونقطه ریزش، خواص ترمودینامیکی مشخصی برای ترکیبات نفتی دارای واکس هستند، موقعیت نسبی آنها در دیاگرام P-T و هم چنین میزان رسوب تشکیل شده و تجمع آن، به فاکتورهای مختلفی بستگی دارد که از جمله مهمترین این فاکتور ها عبارتند از:
ترکیب یا Composition سیال، دمای ترکیب و سرعت سرد شدن، فشار ترکیب، غلظت پارفین ها، و جرم مولکولی پارافین ها.
وجود رسوبات دیگر مانند مواد اسفالتی و یا ناخالصی های جامد، و مقدار آب موجود در ترکیب را نیز باید در نظر گرفت.
نقطه ی ابری شدن، دمایی که در آن تشکیل کریستال های واکس در روغن یا سوخت موجب کدری و تیرگی رنگ روغن یا سوخت می شود.
Cloud Point Testing:
آزمایش تعیین نقطه ابری شدن بر اساس روش ASTM D2500 ، با استفاده از این روش، دمایی تعیین می شود که در آن دما روغن شروع به کدر شدن می کند.
Coastal Oil:
واژه ی معمول برای هر ماده خام نفتنیک که از میدان های نفتی در خلیج تگزاس حاصل می شود
نقطه ابری شدن دمائی است که در اثر گرم کردن نمونه گریس در شرایط آزمون از روزنه دستگاه اندازه گیری به صورت قطره جاری می شود.نقطه قطره شدن تعیین کننده دمای کارکرد گریس نیست اما به طور کلی باید 30 تا 40 درجه سانتیگراد بالاتر از حداکثر دمای کارکرد دستگاه باشد.
باید توجه داشت که نقطه ذوب دمائی است که در آن درجه حرارت گریس از حالت نیمه جامد به حالت مایع تغییر می کند.
باتوجه به نحوه طراحی سیستم های آب بندی در صورتی که دمای کارکرد گریس حتی به مدت کوتاه از نقطه قطره شدن بیشتر شود نشت خود به خود و شدید را به همراه خواهد داشت.
نقطه ریزش
- نقطه ریزش پائین ترین دمایی است که روغن در آن دما جاری می شود. این خاصیت برای روغن هایی که باید در دمایی پائین جریان داشته باشد بسیار تعیین کننده است.
قاعده کلی آن است که نقطه ریزش باید حداقل 10 درجه سانتیگراد زیر پائین ترین محدوده دمای پیش بینی شده باشد.
نقطه ریزش (pour point)
نقطه ریزش یک راهنمای خوب برای تعیین گرانروی است. نقطه ریزش یک نفت کمترین دمایی است که نفت می تواند تحت شرایط استاندارد جریان پیدا کند. نقطه ریزش برای نفت خام با محتویات واکسی پارافینیک بالا در حدود Cر40 است. نقطه ریزش برای نفت های سبک خاورمیانه و آفریقا به Cر26- هم می رسد که پمپاژ آن را حتی در شرایط سرد قطبی نیز امکان پذیر می کند. نفت های خام با نقطه ریزش بالا به علت محتوی واکس زیاد ظاهری درخشنده دارند. این نوع نفت ها ممکن است محتوای واکس خود را در طی مهاجرت رسوب دهند و به تدریج سبک تر شوند.
نقطه ابری شدن
نقطه ابری شدن دمائی است که در اثر گرم کردن نمونه گریس در شرایط آزمون از روزنه دستگاه اندازه گیری به صورت قطره جاری می شود.نقطه قطره شدن تعیین کننده دمای کارکرد گریس نیست اما به طور کلی باید 30 تا 40 درجه سانتیگراد بالاتر از حداکثر دمای کارکرد دستگاه باشد. باید توجه داشت که نقطه ذوب دمائی است که در آن درجه حرارت گریس از حالت نیمه جامد به حالت مایع تغییر می کند.
باتوجه به نحوه طراحی سیستم های آب بندی در صورتی که دمای کارکرد گریس حتی به مدت کوتاه از نقطه قطره شدن بیشتر شود نشت خود به خود و شدید را به همراه خواهد داشت.
روش اندازه گیری نقطه ریزش روغن های نفتی
1- هدف و دامنه کاربرد
هدف از تدوین این استاندارد، روش آزمون اندازه گیری نقطه ریزش روغنهای نفتی می باشد و برای اندازه گیری نقطه ریزش روغنهای 1 سیاه، روغن سیلندر و نفت کوره تقطیر نشده2 در بند (6-8) و روش آزمون سیالیت باقیمانده نفت کوره3 در دمای معین پیوست الف منظور گردیده است.
2- روش آزمون نقطه ریزش روغنهای نفتی
در این روش هنگام انجام آزمون امکان بروز خطراتی از طرف مواد وسایل وجود دارد که در این استاندارد همه موارد ایمنی در موقع استفاده از این روش ذکر نمی گردد بلکه مسئولیت بعهده آزمایشگر است که خطرات را پیش بینی و اصول ایمنی را رعایت نمود و کاربرد مقررات لازم را قبل از استفاده مشخص نماید.
3- خلاصه روش آزمون
بعد از گرم کردن اولیه، نمونه با سرعتی معین سرد میشود و در هر 3درجه سلسیوس کاهش دما، سیالیت آن مورد بررسی قرار می گیرد; و کمترین دمایی که در آن جریان روغن مشاهده می شود، بعنوان نقطه ریزش روغن، ثبت می گردد.
4- اهمیت و کاربرد
نقطه ریزش روغن نفتی، مشخصه کمترین دمایی است که استفاده روغن را در کاربردهای معین نشان می دهد.
5- دستگاهها و وسایل
5-1- ظرف آزمون استوانه شیشه ای ته صاف دارای قطر داخلی 30تا 33/5میلی متر و ارتفاع 125- 115میلی متر می باشد; و برای تعیین ارتفاع نمونه، ظرف آزمون باید از کف داخلی آن به اندازه 3 ± 54میلی متر علامت گذاری شود.
5-2- دماسنج ها دارای گستره نشان داده در جدول شماره (1) و مطابق با ویژگیهای تعیین شده در ASTM E1 می باشد.
5-2-1- از آنجا که مایع ستون دماسنج ها در برخی مواقع جدا می شود و در نیتجه موجب خطا در اندازه گیری می گردد; بازدید و درستی دماسنج باید بررسی گردد و دماسنجی مورد تایید است که زمانی مورد استفاده قرار گیرد که دقت آنها 1± درجه سلسیوس باشد (مثلا نقطه یخ دماسنج).
5-3- از چوب پنبه مناسب برای یک سوراخ مرکزی بمنظور قرار دادن دماسنج برای درپوش ظرف آزمون استفاده نمائید.
5-4- محفظه استوانه ای فلزی یا شیشه ای، ته صاف و غیرقابل نفوذ با عمقی معادل 115میلی متر و قطر داخلی 50- 42میلی متر که باید کاملا محکم و در موقعیتی عمودی در داخل حمام سرد
یادآوری 1- دستگاه آزمون اتوماتیک نقطه ریزش موجود است و باعث صرفه جویی در زمان و مقدار نمونه می شود و عوامل دیگری نیز مزیت دستگاه اتوماتیک را نسبت به دستگاه دستی در موقع استفاده نشان می دهد. اگر از دستگاه اتوماتیک استفاده می شود، آزمایشگر باید مطمئن شود که تمام دستورالعملهای سازنده دستگاه را در موارد کالیبراسیون، تنظیم و عملکرد دستگاه بکار رفته است و باید گزارش شود که نقطه ریزش بوسیله دستگاه اتوماتیک تعیین شده است. چون دقت دستگاههای اتوماتیک نقطه ریزش تعیین نگردیده است، در صورت وجود اختلاف در نتایج آزمون، باید تعیین نقطه ریزش به روش دستی بعنوان آزمون مرجع مورد توجه قرار گیرد.
6- معرف ها و مواد شیمیایی
6-1- حلالهای با درجه صنعتی زیر بعنوان ماده سر کننده "حمام دمای پایین" مناسب می باشند.
6-1-1- استن (اخطار – بسیار قابل اشتعال می باشد).
6-1-2- الکل، اتانول (اخطار – قابل اشتعال).
6-1-3- الکل، متانول (اخطار – قابل اشتعال و بخارات آن مضر است).
6-1-4- نفتانفتی 4 (اخطار – قابل احتراق و بخارات آن مضر است).
6-1-5- دی اکسید کربن جامد (اخطار – بسیار سرد 78/5- درجه سلسیوس).
7- روش کار
7-1- نمونه را داخل ظرف آزمون تا محل خط نشانه بریزید. در صورت لزوم نمونه را در داخل حمام آب گرم قرار دهید تا سیالیت لازم را جهت ریختن در ظرف آزمون بدست آورد.
یادآوری 2- هنگامیکه می دانید یک نمونه در دمای بالاتر از 45درجه سلسیوس در طی 24ساعت قبل حرارت داده شده است یا از سابقه حرارتی نمونه اطلاعی ندارید، قبل از آزمون، نمونه را 24ساعت در دمای محیط قرار دهید.
7-2- دهانه ظرف آزمون را با چوب پنبه ای که داخل آن دماسنج (دماسنج اندازه گیری نقطه ریزش بالا) است ببندید. در صورتیکه نقطه ریزش بالاتر از 36درجه سلسیوس باشد، از دماسنجی با گستره دمایی بالاتر نظیر دماسنج IP 3 C
یا ASTM 61 Cاستفاده نمایید. موقعیت چوب پنبه و دماسنج را طوری تنظیم کنید که چوب پنبه محکم در جای خود قرار گیرد و دماسنج و ظرف آزمون هم محور شود و حباب دماسنج تا حدی در روغن فرو رود که ابتدای لوله موئین آن 3میلی متر پائین تر از سطح روغن قرار گیرد.
7-3- برای اندازه گیری نقطه ریزش، بصورت زیر عمل کنید:
7-3-1- روغنهایی که نقطه ریزش بالاتر از 33- درجه سلسیوس دارند: روغن را بدون همزن در حمام حداقل 48درجه سلسیوس، تا دمای 12درجه سلسیوس بالاتر از نقطه ریزش احتمالی یا روغن را بدون بهمزدن در حمام حداقل 45 درجه سلسیوس تا دمای 9درجه سلسیوس بالاتر از نقطه ریزش مورد انتظار گرم نمایید.
ظرف آزمون را به حمام آب 24درجه سلسیوس منتقل کنید و مشاهدات خود را جهت تعیین نقطه ریزش بررسی کنید.
7-3-2- روغن هائیکه نقطه ریزش 33- درجه سلسیوس و کمتر دارند: روغن را بدون همزدن تا 45درجه سلسیوس در حمامی با حرارت 48درجه سلسیوس گرم کنید و سپس در حمام 6درجه سلسیوس قرار دهید تا دمای نمونه به 15 درجه سلسیوس برسد. دماسنج با گستره دمایی بالا را برداشته و دماسنج با گستره دمایی پایین را به جای آن قرار دهید.
7-4- توجه کنید که صفحه گرد، واشر و داخل محفظه تمیز و خشک باشد. صفحه گرد را در ته محفظه بگذارید. واشر را دور ظرف آزمون در 25میلی متر از پایین آن قرار دهید. ظرف آزمون را داخل محفظه بگذارید. هرگز ظرف را مستقیما در محیط سرد کننده قرار ندهید.
7-5- اجازه دهید برای تشکیل کریستالهای پارافینی، نمونه سرد شده و دقت شود از حرکت دادن دماسنج در داخل روغن و بهمزدن توده شکل گرفته شده، خودداری گردد. زیرا هرگونه بهم زدن شبکه اسفنجی کریستالهای پارافینی منجر به نتایج کمتر از مقدار واقعی و ایجاد خطا در نتیجه آزمون خواهد شد.
7-6- نقطه ریزش بصورت اعداد صحیح مثبت یا منفی که مضربی از 3درجه سلسیوس است، بیان می شود. هنگامی که دمای روغن به 9درجه سلسیوس بیشتر از نقطه ریزش آن رسید، با رعایت مضربی از 3درجه سلسیوس بررسی وضعیت ظاهری روغن را آغاز کنید. بعد از هر قرائت دمای آزمون که مضربی از 3درجه سلسیوس زیر دمای اولیه است، ظرف آزمون را از محفظه بردارید. برای از بین بردن رطوبت متراکم شده اطراف ظرف آزمون که مانع از قرائت دمای دماسنج می گردد، سطح آن را با پارچه ای که بوسیله الکل (اتانول، متانول) مرطوب شده است، پاک کنید. ظرف آزمون را به اندازه کافی کج کنید تا روغن داخل ظرف آزمون حرکت کند. تمام عملیات برداشتن، پاک کردن و قرار دادن مجدد باید کمتر از 3ثانیه انجام گیرد.
7-6-1- هنگامی که دمای روغن به 27درجه سلسیوس رسید، اگر جاری شدن روغن متوقف نشد، ظرف آزمون را به حمام دیگری که دما را پایین تر می آورد، منتقل کنید.
برنامه دمایی انتقال نمونه روغن به حمام موردنظر به قرار ذیل است:
الف – زمانی که دمای روغن به +27درجه سلسیوس رسید، آن را به حمام صفر درجه سلسیوس منتقل نمایید.
ب – زمانی که دمای روغن به +9 درجه سلسیوس رسیدن، آن را به حمام 18- درجه سلسیوس منتقل نمایید.
ج – زمانی که دمای روغن به 6- درجه سلسیوس رسید، آن را به حمام 33- درجه سلسیوس منتقل نمایید.
د – زمانی که دمای روغن به 24- درجه سلسیوس رسید، آن را به حمام 51- درجه سلسیوس منتقل نمایید.
ه – زمانی که دمای روغن به 42- درجه سلسیوس رسید، آن را به حمام 69- درجه سلسیوس منتقل نمایید.
7-6-2- به محض اینکه با کج کردن ظرف آزمون روغن جاری نشد، ظرف را به مدت 5ثانیه بوسیله یک زمان سنج دقیق در موقعیت افقی نگهدارید و بادقت آن را مشاهده کنید. در صورت مشاهده هرگونه حرکتی در روغن فورا ظرف آزمون را در محفظه قرار دهید و آزمون جاری شدن روغن را برای دماهای بعدی تکرار کنید.
7-7- این روش را به همین صورت ادامه دهید تا زمانیکه با افقی نگهداشتن ظرف آزمون بمدت 5ثانیه روغن هیچگونه حرکتی نداشته باشد و در این شرایط، دمای دماسنج حتما یادداشت گردد.
یادآوری 1- در صورت وجود ویژگی نقطه ریزش که حدود دمای آن مضربی از 3نمی باشد، این عمل در صورتی مورد قبول است که اندازه گیری نقطه ریزش را طبق روش زیر انجام دهید: زمانیکه روغن به 9درجه سلسیوس بالای دمای نقطه ریزش آن رسید، شروع به مشاهده وضعیت ظاهری روغن نمایید. مشاهدات خود را در فواصل دمای سه درجه سلسیوس طبق بندهای 7- 6و 7- 7ادامه دهید تا اینکه به دمای مشخص برسد. نتیجه آزمون را بصورت اینکه حد مشخص شده دما را گذرانده یا مردود شده است، گزارش نمایید.
7-8- برای روغن سیاه، روغن سیلندر و نفت کوره تقطیر نشده که طبق روش شرح داده شده در بندهای 7- 1تا 7-7 انجام شده است، نتایج حاصل نقطه ریزش حداکثر 5 است. اگر احتیاج باشد که نقطه ریزش حداقل 6 تعیین گردد، هنگامی که روغن را به هم می زنند، آن را گرم کنید تا به دمای 105درجه سلسیوس برسد، سپس آن را در ظرف ریخته و نقطه ریزش آن را همانگونه که در بند 7- 4الی 7-7 آمده است، تعیین کنید.
8- محاسبه و گزارش
8-1- به دمای یادداشت شده در بند 7- 7سه درجه سلسیوس اضافه کنید و نتیجه را بعنوان نقطه ریزش طبق روش استاندارد ملی شماره 201ایران گزارش نمایید. برای روغن سیاه و غیره سه درجه سلسیوس به دمای ثبت شده در بند 7- 7اضافه کنید و نتیجه را بعنوان نقطه ریزش حداکثر یا نقطه ریزش حداقل بر طبق استاندارد ملی شماره 201ایران گزارش کنید.
9- دقت و انحراف
9-1- روغن های روان کننده، محصول تقطیری و باقیمانده نفت کوره.
9-1-1- تکرارپذیری: اختلاف بین دو نتیجه آزمون بدست آمده توسط یک آزمایشگر تحت شرایط ثابت با دستگاه و مواد شیمیایی مشابه در مدت طولانی و انجام روش بطور صحیح فقط در یک مورد از هر 20مورد آزمون می تواند از سه درجه سلسیوس بیشتر شود. در غیر اینصورت اختلاف بیش از این مقدار، باعث تردید در نتایج بدست آمده خواهد شد.
9-1-2- تجدیدپذیری: اختلاف بین دو نتیجه منفرد و مستقل که بوسیله دو آزمایشگر متفاوت در آزمایشگاههای مختلف و با مواد شیمیایی مشابه در مدت طولانی و انجام روش بطور صحیح، بدست آمده فقط در یک مورد از هر 20 مورد آزمون می تواند 6درجه سلسیوس بیشتر شود: اختلاف بیش از این باعث تردید از نتایج بدست آمده، خواهد شد.
9-2- انحراف: در ترکیبات محصولات مورد آزمون معیاری برای اندازه گیری انحراف وجود ندارد. بنابراین هیچگونه اظهارنظری در مورد انحراف نمی گردد.
9-3- دقت آزمون توسط اطلاعات بدست آمده از ده روغن معدنی روان کننده کار نکرده و شانزده نوع نفت کوره که بوسیله دوازده شرکت مورد آزمون قرار گرفته اند، می باشد. گستره تغییرات نقطه ریزش روغن های روان کننده معدنی 48- درجه سلسیوس تا 6- درجه سلسیوس می باشد، در حالی که گستره تغییرات نقطه ریزش نفت کوره از 33- درجه سلسیوس تا +51 درجه سلسیوس می باشد، اطلاعات نفت بدست آمده به شرح زیر است:
یادآوری :ابعاد بر حسب میلی متر نوشته شده است .
پیوست الف :اطلاعات تکمیلی 7
روش آزمون تعیین سیالیت نفت کوره سنگین با دمای معین
1- کلیات
1-1- خواص جریان نفت کوره پارافینی جامد در دمای پائین بستگی به شرایط کار و انبارداری آن دارد. این خواص ممکن است دقیقا توسط اندازه گیری نقطه ریزش مشخص نگردد. آزمون نقطه ریزش بیان نمی کند که چه اتفاق می افتد وقتی که یک سوخت دارای قدرت زیادی از فشار می باشد، مانند وقتی که از یک مخزن ذخیره در اثر قوه جاذبه خارج می شود یا در مسیر یک خط لوله پمپ می گردد. عدم جریان سوخت در دمای نقطه ریزش معمولا به علت جدائی پارافین جامد از سوخت است، در هر حال می تواند علت دیگر آن بالا بودن گرانروی نفت های کوره که دارای گرانروی بالائی هستند، باشد. به علاوه نقاط ریزش سوختهای سنگین تحت تاثیر سوابق حرارتی قبلی آنها نیز قرار داد. این ساختار پارافین با بافت سیستم که در اثر سرد کردن یک روغن ساخته می شود، ممکن است معمولا با اعمال فشار نسبتا کمی درهم بریزد.
1-2- استفاده از آزمون نقطه ریزش در رابطه با نفت کوره سنگین هنوز مورد سوال بوده و توجه به نقطه ریزش بعنوان حد دمایی که در آن سوخت جریان خواهد یافت، گمراه کننده می باشد. موضوع تعیین روش حمل نفت کوره مهم است و به علت محدودیت های فنی آزمون نقطه ریزش برای دستیابی به مشخصات جریان، آزمونهای متعدد قابلیت پمپ شدن نفت کوره سنگین در دمای پایین تدوین شده است که در این زمینه می توان به روشهای
استاندارد ملی شماره….8 مراجعه نمود.
شکل 1-موقعیت لوله Uدر حمام آزمون دمای سیالیت
یادآوری: ابعاد نوشته شده در شکل بر حسب میلیمتر است.
به دلیل وقت گیر بودن روشهای دیگر نمی توان از این روش، جهت بررسی روزمره برای خواص جریان در دمای پایین استفاده نمود و باید از روشی که نسبتا سریع و در عمل آسان و اصطلاحا به روش "برو – نه – برو9 "معروف می باشد که بشرح ذیل است: استفاده نمود.
2- هدف
2-1- این روش تعیین سیالیت نفت کوره سنگین در دمای معین در همان شرایط دریافت نمونه می باشد.
3- تعریف
3-1- دمای سیالیت: زمانی که نمونه تحت شرایط دریافت شده، مورد آزمون قرار می گیرد، چنانچه نمونه در یک لوله Uشکل 12/5میلی متری تحت فشار حداکثر 152میلی متر جیوه، در مدت زمان یک دقیقه 2میلی متر جریان یابد، به این صورت عنوان می گردد که "نمونه در دمای آزمون سیال می باشد".
4- خلاصه روش آزمون
4-1- یک نمونه از سوخت در همان شرایطی که دریافت شده با دمای معینی به مدت 30دقیقه در یک لوله Uشکل استاندارد سرد می گردد و چگونگی حرکت آن تحت شرایط فشار توصیه شده، مورد بررسی قرار می گیرد.
5- اهمیت و کاربرد
5-1- این روش ممکن است به عنوان روش آزمون برو – نه – برو برای موقعیتهای عملی که لازم است سیالیت نفت کوره تحت شرایط توصیه شده دریافت نمونه بدست آید.
نقطه ریزش
نقطه ریزش نفت خام بر حسب F˚ یا c˚ معرف تقریبی پارافینی بودن یا آروماتیکی بودن نسبی آن است. هرچه نقطه ریزش پایینتر باشد، مقدار پارافین کمتر و مقدار آروماتیک بیشتر است