Именно этот фракционный состав нефтей определяет их плотность, вязкость, температуры вспышки и застывания.

Транспортные характеристики нефтегрузов и виды опасностей при их перевозке.

Характеристики нефти и нефтепродуктов как жидких грузов.

Все нефтегрузы подразделяются на светлые (бензин, керосин, лигроин, дизельное топливо) и темные (сырая нефть, моторное топливо, мазуты, смазочные масла).

Основными характеристиками жидких нефтегрузов, важных для транспортировки на танкерах, являются:

• плотность, т/м³

• вязкость, сСт

• давление насыщенных паров, МПа

• температуры кипения, вспышки, воспламенения, самовоспламенения и застывания.

Типы сырой нефти, согласно генетической классификации, определяются по преобладанию углеводородов определенной группы:

• метановый (алканы - предельные насыщенные углеводороды);

• нафтеновой (циклоалканы - полиметиленовые углеводороды);

• ароматической (непредельные углеводороды).

Сырая нефть представляет собой смесь органических соединений, в основе которой лежат предельные углеводороды (называемые парафинами).

Формула алканов - C_n Н_2n+2

циклоалканов - C_n Н_2n

ароматических углеводородов - C_n Н_n ,

где (n=1÷60 и более),

Показателем, характеризующим состояние углеводородов при атмосферном давлении, является температура кипения. Так, для гомологического ряда алканов температура кипения имеет следующие значения:

метан (n=1) - t_кип = -162°С;

этан (n=2) - t_кип = - 89°С;

пропан (n=3) - t_кип = - 42°С;

бутан (n=4) - t_кип = - 0,5°С;

пентан (n=5) - t_кип = + 36°С;

гексан (n=6) - t_кип = + 69°С и т.д.

Отсюда следует, что при нормальных условиях алканы с n=1÷4 находятся в газообразном состоянии, с n=5÷16 - в жидком состоянии и с n >16 - в твердом состоянии.

Циклоалканы и ароматические углеводороды, входящие в состав нефтей, обычно находятся в жидком или твердом состоянии. Следовательно, сырая нефть как смесь различных углеводородов может быть легкой (преобладают алканы) или тяжелой (преобладают ароматические).

Так, метановые нефти содержат до 50% алканов, 30-40% циклоалканов и 5-10% ароматических углеводородов.

Нафтеновые нефти содержат 10-20% алканов, 50-60% циклоалканов и 20-30% ароматических углеводородов.

Ароматические нефти содержат до 55% ароматических углеводородов, до 50% циклоалканов и около 5% алканов.

Именно этот фракционный состав нефтей определяет их плотность, вязкость, температуры вспышки и застывания.

Наименее устойчивыми, разлагающимися при повышении температуры, являются алканы с n=1÷16, причем жидкие алканы (n=5÷16) разрушаются с образованием газообразных алканов (n=l÷4) и менее сложных жидких составляющих.

Поэтому в танках даже при нормальных условиях образуются пары легких жидких фракций и газообразных алканов.

Циклоаланы и ароматические углеводороды более устойчивы, но при повышении температуры и они частично разлагаются на более простые составляющие.

Таким образом, в закрытых танках с нефтью образуются насыщенные пары различных углеводородов, состав которых (по специальным измерениям) примерно следующий:

воздух - 8-24%;

метан - около 10%;

этан - 14-18%;

пропан - 27-36%;

бутан - 14-17%;

пентан - 6-8%;

гексан - 1-4%,

остальные углеводороды - до 2%.

Однако, чаще всего пары в танках состоят из смеси пропана, бутана и воздуха (до 90% смеси). Нефтепродукты (бензин, керосин, лигроин, мазуты, масла), являющиеся продуктами перегонки сырых нефтей, состоят из тех же углеводородов, но фракционный их состав различен, что отражается и в составе паров нефтепродуктов в танках. Так, при перевозке бензинов в парах преобладают алканы n=1-4, этилен, пропилен, а при перевозке мазутов -более тяжелые фракции (бутан, изобутан, бутилен).

Из сказанного следует, что чем больше n в формулах C_n Н_2n+2 и др., тем больше плотность нефтепродуктов (и, следовательно, вязкость).

Для характеристики плотности нефтепродуктов в практике чаще используется относительная плотность - плотность массы единицы объема нефтепродукта при 20°С,

отнесенная к массе такого же объема дистиллированной воды при 4°С.

Так, относительная плотность

легких (метановых) нефтей равна 0,8-0,83,

тяжелых (ароматических) - 0,93 -0,95,

бензинов - 0,71 -0,76,

керосинов - 0,8 -0,83,

мазутов - 0,96 -1,015.

Вязкость измеряется в сСт (1 сСт = 10^-6 м³/с). Так, вязкость сырых нефтей при 50°С колеблется в пределах 7÷75 сСт, дизельного топлива при 20°С – 2÷8 сСт. Для оценки вязкости тяжелых нефтепродуктов (прежде всего мазутов) чаще используется условный градус вязкости (°ВУ), равный

Время истечения 200 куб. см. нефтепродуктов при 50°С

1°ВУ = ---------------------------------------------------------.

^{Время истечения 200 куб. см., дистиллированной воды при 20°С}

Для мазутов при 80°С вязкость равна 8-16°ВУ.

За рубежом используют (кроме сСт) несколько шкал вязкости:

• Редвуда №1,

• Сейболта-Фурола,

• Сейболта универсальная и др.

Существуют переводные таблицы.

Пример: 40°ВУ = 1200R = 280 сСт = 800 С_у.

Давление насыщенных паров нефтепродуктов определяется парциальными давлениями отдельных газообразных составляющих (метан, бутан и т.д.), которые суммируются в соответствии с законом Дальтона.

Следующей важной характеристикой нефтепродуктов является температура вспышки, определяющая степень пожароопасности нефтегруза.

Температура вспышки (t_всп) - это температура, при которой над поверхностью топлива образуются пары с такой скоростью, что после воспламенения их от открытого источника зажигания они тут же гаснут, если убрать источник.

По этому показателю все жидкие грузы делятся на 3 разряда:

I. - t_всп < 28°C (бензин, керосин, сырая нефть);

II. - t_всп = 28÷65°С (керосин осветительный, дизельное топливо и др.);

III. - t_всп > 65°С (моторное топливо, мазуты, минеральные масла и др.).

Второй характеристикой пожарной опасности нефтепродуктов является

Темпера­тура воспламенения, при которой выделяется такое количество паров, что после зажигания от открытого источника продолжается устойчивое горение, если источник удалить.

Обычно температура воспламенения на 10-30°С выше температуры вспышки.

Наконец,

Температурой самовоспламенения называется предельная температура нефтепродукта, при которой пары их воспламеняются без поднесения открытого огня.

Именно поэтому даже без открытого пламени капающее на горячие поверхности механизмов топливо может самовоспламеняться, вызывая пожары в МО и насосных отделениях.

Практически важными (используемыми при контроле) показателями пожарной опасности являются:

• область воспламенения - это область концентраций паров в воздухе, внутри которой пламя смеси после воспламенения распространяется сколь угодно далеко от источника;

• концентрационные пределы воспламенения - минимальные и максимальные концентрации паров в воздухе, соответствующие области воспламенения;

• температурные пределы – это температуры, при которых насыщенные пары вещества (при атмосферном давлении) образуют в воздухе концентрации, соответствующие верхнему и нижнему концентрационным пределам воспламенения.

Для большинства нефтепродуктов, перевозимых на танкерах, определены температурные пределы воспламенения и сведены в таблицы (см. справочники). Например, нижний и верхний температурные пределы взрываемости насыщенных паров в воздухе:

для бензина авиационного [-34 ÷ -4° С],

для сырой нефти [(-30 ÷ +20) ÷ (-10 ÷ +50° С];

для мазута +(106÷170)° С,

для дизельного топлива +(60÷125)° С и т.д.