Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 10151:2013 Dầu thô và dầu nhiên liệu nặng - độ ổn định và khả năng tương thích

• Số hiệu: TCVN10151:2013
• Loại văn bản: Tiêu chuẩn Việt Nam
• Nơi ban hành: ***
• Người ký: ***
• Ngày ban hành: Năm 2013

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 10151:2013

ASTM D 7112-12

DẦU THÔ VÀ DẦU NHIÊN LIỆU NẶNG (FO NẶNG) - XÁC ĐỊNH ĐỘ ỔN ĐỊNH VÀ KHẢ NĂNG TƯƠNG THÍCH BẰNG MÁY PHÂN TÍCH ĐỘ ỔN ĐỊNH DẦU NHIÊN LIỆU NẶNG (FO NẶNG) (PHÁT HIỆN QUANG HỌC)

Standard test method for determining stability and compatibility of heavy fuel oils and crude oils by heavy fuel oil stability analyzer (optical detection)

Lời nói đầu

TCVN 10151:2013 được xây dựng trên cơ sở chấp nhận hoàn toàn tương đương với ASTM D 7112-12 Standard test method for determining stability and compatibility of heavy fuel oils and crude oils by heavy fuel oil stability analyzer (optical detection), với sự cho phép của ASTM quốc tế, 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428, USA. Tiêu chuẩn ASTM D 7112-12 thuộc bản quyền ASTM quốc tế.

TCVN 10151:2013 do Tiểu ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC28/SC2 Nhiên liệu lỏng - Phương pháp thử biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

...

...

...

Standard test method for determining stability and compatibility of heavy fuel oils and crude oils by heavy fuel oil stability analyzer (optical detection)

1. Phạm vi áp dụng

1.1. Tiêu chuẩn này qui định qui trình tự động bao gồm phép chuẩn độ và phát hiện quang học các atphalten kết tủa để xác định các thông số về độ ổn định và khả năng tương thích của dòng dầu cặn của nhà máy lọc dầu, dầu nhiên liệu cặn (FO cặn), và dầu thô. Độ ổn định trong trường hợp này là khả năng duy trì atphalten trong trạng thái peptit hóa hoặc trạng thái hòa tan và không bị kết tủa hoặc kết bông. Tương tự, khả năng tương thích liên quan đến đặc tính pha trộn của hai hoặc nhiều loại dầu mà không bị kết bông hoặc kết tủa atphalten có trong dầu.

1.2. Tiêu chuẩn này có thể áp dụng cho các sản phẩm như sau: sản phẩm cặn từ các quá trình chưng cất chân không và chưng cất khí quyển, quá trình xử lý nhiệt, quá trình xúc tác và hydrocracking, các sản phẩm đặc thù theo yêu cầu kỹ thuật của ASTM D 396, loại No. 5L, 5H và 6, và ASTM D 2880, loại No. 3-GT và 4-GT, và các dầu thô tạo ra các sản phẩm này có chứa atphalten với nồng độ lớn hơn hoặc bằng 0,05 % khối Iượng.

1.3. Tiêu chuẩn này không áp dụng cho các loại dầu chứa atphalten nhỏ hơn 0,05 % khối lượng, và có thể là vô nghĩa khi áp dụng cho các loại dầu không ổn định có chứa sẵn atphalten kết bông.

1.4. Các giá trị tính theo hệ đơn vị SI là các giá trị tiêu chuẩn. Các giá trị trong ngoặc là để tham khảo.

1.5. Tiêu chuẩn này không đề cập đến tất cả các vấn đề liên quan đến an toàn khi sử dụng. Người sử dụng tiêu chuẩn này có trách nhiệm thiết lập các nguyên tắc về an toàn và bảo vệ sức khỏe cũng như khả năng áp dụng phù hợp với các giới hạn quy định trước khi đưa vào sử dụng.

2. Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau đây là cần thiết để áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).

...

...

...

ASTM D 396, Specification for fuel oils (Nhiên liệu đốt lò - Yêu cầu kỹ thuật).

ASTM D 2280, Specification for gas turbine fuel oils (Nhiên liệu tuốc bin khí - Yêu cầu kỹ thuật).

ASTM D 4175, Terminology relating to petroleum, petroleum products, and lubricants (Thuật ngữ liên quan đến dầu mỏ, các sản phẩm dầu mỏ và các chất bôi trơn).

ASTM D 4177, Practice for Automatic Sampling of Petroleum and Petroleum Products (Dầu mỏ và sản phẩm dầu mỏ - Phương pháp lấy mẫu tự động).

ASTM D 6299, Practice for applying statistical quality assurance and control charting techniques to evaluate analytical measurement system performance (Áp dụng các phương pháp thống kê về đảm bảo chất lượng và kiểm soát biểu đồ để đánh giá tính năng của hệ thống phân tích).

ASTM D 6560, Test method for determination of asphantenes (heptane insolubles) in crude petroleum and petroleum products (Phương pháp xác định atphalten (không tan trong heptan) trong sản phẩm dầu mỏ và dầu thô).

3. Thuật ngữ, định nghĩa

3.1. Định nghĩa các thuật ngữ chung

3.1.1. Đối với các định nghĩa của một số thuật ngữ sử dụng trong tiêu chuẩn này, như dầu thô, độ lặp lại, độ tái lập và dầu cặn, tham khảo ASTM D 4175.

...

...

...

Trong công nghệ dầu mỏ, biểu thị một phân đoạn dầu hòa tan trong dung môi thơm xác định nhưng lại tách ra khi cho vào một lượng dư dung môi parafin qui định.

3.1.2.1. Giải thích: Trong phương pháp này, dung môi thơm là xylen và dung môi parafin là n-heptan.

3.1.3. Khả năng tương thích của dầu thô và dầu nhiên liệu nặng (FO nặng) (compatibility of crude oils and of heavy fuel oils)

Khả năng của hai hoặc nhiều loại dầu thô hoặc dầu đốt lò (FO) trộn lẫn được với nhau theo các tỷ lệ nhất định không thấy có hiện tượng phân tách như kết bông hoặc phân tách atphalten.

3.1.4. Kết bông của atphalten trong dầu thô hoặc dầu nhiên liệu nặng (FO nặng) (flocculation of crude oils and of heavy fuel oils)

Sự kết tụ của atphalten dạng phân tán keo thành các khối lớn hơn, nhìn thấy được bằng mắt thường và có thể lắng hoặc không lắng được.

3.1.5. Giới hạn ổn định của dầu thô, dầu nhiên liệu nặng (FO nặng) và dòng cặn có chứa atphalten

(stability reserve of crude oils, heavy fuel oils, and residual streams containing asphaltenes)

Đặc tính của một loại dầu có khả năng duy trì atphalten trong trạng thái peptit hóa (dạng keo phân tán) và ngăn ngừa sự kết bông khi bảo quản hoặc khi trộn lẫn với các loại dầu khác.

...

...

...

3.2. Định nghĩa các thuật ngữ cụ thể trong tiêu chuẩn này:

3.2.1. Đương lượng dung môi thơm (tương đương xylen), SE [aromatic solvent equivalent (xylene equivalent), SE]

Hàm lượng dung môi thơm (xylen) thấp nhất, biểu thị bằng % thể tích, trong một hỗn hợp có chứa các dung môi thơm và dung môi parafin (xylen và n-heptan) mà khi trộn lẫn với dầu không sinh ra hiện tượng kết bông của atphalten. Xem tỷ lệ kết bông.

3.2.1.1. Giải thích: SE được định nghĩa là FR_5/1 nhân với 100 %, như thể hiện tại công thức 2.

3.2.2. Hộ số hiệu chỉnh bay hơi (evaporation correction coefficient)

Tốc độ bay hơi của dung môi thơm (xylen) từ các mẫu đo được tính theo gam trên giờ.

3.2.3. Tỷ lệ kết bông, FR (floccuration ratio, FR)

Nồng độ dung môi thơm (xylen) thấp nhất, biểu thị theo tỷ lệ của xylen trên xylen cộng n-heptan mà khi được trộn lẫn với dầu không sinh ra hiện tượng kết bông của atphalten. Xem 15.1, công thức 1.

3.2.4. FR_5/1

...

...

...

3.2.4.1. Giải thích: Tỷ lệ 5:1 được sử dụng nội bộ trong một số công ty dầu cần đến độ ổn định và khả năng tương thích của các loại dầu thô và dầu nhiên liệu nặng (FO nặng). Tỷ lệ này được lựa chọn để giá trị P bằng sáu tương ứng với FR_5/1 bằng không.

3.2.5. Trị số không tan, I_N (insolubility number, l_N)

Thông số của mô hình pha trộn dầu thô có thể sử dụng để xác định xem hỗn hợp của dầu là tương thích hoặc không tương thích. Xem trị số hòa tan khi pha trộn.

3.2.5.1. Giải thích: Trị số không tan của các loại dầu riêng lẻ được xác định và tính từ khối lượng riêng của dầu đó, giá trị của dung môi thơm (xylen) tương đương và thể tích của dung môi paratin (n-heptan) có thể cho vào 5 mL dầu mà không có sự kết tủa của atphalten. Các công thức được nêu trong phần tính kết quả (xem 15.2).

3.2.6. Tỷ lệ kết bông lớn nhất của atphalten trong dầu nhiên liệu cặn (FO cặn) và dầu thô, FR_max (maximum floccuration ratio of atphaltenes in residual fuel oils and crude oils, FR_max)

Khả năng hòa tan tối thiểu theo yêu cầu của một hỗn hợp dung môi, được biểu thị bằng tỷ số của thể tích dung môi thơm (xylen) trên dung môi thơm cộng dung môi parafin (n-heptan) để giữ atphalten phân tán dạng keo trong dầu.

3.2.6.1. Giải thích: FR_max được xác định từ đồ thị sự phụ thuộc của tỷ lệ kết bông theo nồng độ dầu trong dung môi, ngoại suy theo sự pha loãng vô hạn của mẫu tại trục y (trong đó (1/X) = 0. Xem công thức 3).

3.2.7. Dầu nền (oil matrix)

Một phần mẫu dầu nhiên liệu nặng (FO nặng) hoặc dầu thô bao quanh và phân tán các asphalten dạng keo.

...

...

...

3.2.8. Giá trị P của dòng dầu cặn tại nhà máy lọc dầu (P-value of refinery residual steams)

Dấu hiệu nhận biết ổn định hoặc khả năng hòa tan sẵn có của một loại dầu về sự kết tủa của atphalten.

3.2.8.1. Giải thích: Do phương trình xác định giá trị P là P = (1 + X_min), trong đó X_min là thể tích tối thiểu của dung môi parafin, n-heptan, (tính theo mL) cần cho vào 1 g dầu để tạo kết bông atphalten. Giá trị nhỏ nhất của P là 1 và có nghĩa là dầu này là dầu không ổn định về sự kết bông của atphalten khi không thêm bất kỳ lượng dung môi parafin nào. Giá trị P càng cao chứng tỏ rằng dầu càng ổn định về sự kết bông của atphalten. Trong phương pháp này giá trị P có liên quan đặc biệt đến xylen và n-heptan là dung môi thơm và dung môi parafin tương ứng.

3.2.9. P_a’

Giá trị P của atphalten, là khả năng peptit hóa hoặc khả năng của atphalten duy trì ở dạng keo phân tán.

3.2.10. P_o’

Giá trị P của dầu nền. Xem dầu nền.

3.2.11. Peptit hóa của dầu hoặc dầu gốc cất (peptize of an oil or cutter stock)

Hòa tan atphalten hoặc duy trì atphalten ở trạng thái keo phân tán.

...

...

...

Thông số đặc trưng của mô hình pha trộn dầu thô có thể sử dụng để xác định xem hỗn hợp của dầu là tương thích hoặc không tương thích. Xem trị số không tan.

3.2.12.1. Giải thích: Trị số hòa tan khi pha trộn của các loại dầu riêng lẻ được xác định và tính từ các thông số: khối lượng riêng của dầu đó, đương lượng dung môi thơm (xylen) và thể tích của dung môi parafin (n-heptan) có thể cho vào 5 mL dầu mà không có sự kết tủa của atphalten. Các công thức được nêu trong phần tính kết quả (xem 15.2).

3.2.13. Dung lượng của bước (cỡ bước) (step size)

Thể tích tính theo mililit của từng phần n-heptan được thêm vào dung dịch gốc trong quá trình tiến hành phép thử.

3.2.14. Dung dịch gốc (stock solution)

Dung dịch mẫu thử hòa tan trong một lượng xylen cụ thể.

3.3. Các ký hiệu

FR là tỷ lệ kết bông

FR_5/1 là tỷ lệ kết bông tại dung dịch pha loãng của 5 mL dung dịch (xylen và n-heptan) cho vào 1 g dầu

...

...

...

I_N là trị số không tan

P là giá trị P của dầu

P_a là giá trị P của atphalten

P_o là giá trị P hoặc khả năng peptit hóa của dầu nền

S_BN là trị số hòa tan khi pha trộn

SE là đương lượng xylen, % thể tích

X_min là lượng n-heptan đã dùng cho dầu chưa pha loãng, tính theo mL/g dầu.

4. Tóm tắt phương pháp

Các thông số về độ ổn định và khả năng tương thích được xác định bằng phương pháp chuẩn độ và phát hiện quang học các atphalten kết tủa. Dung dịch gốc được chuẩn bị và ba hỗn hợp khác nhau của mẫu dầu và xylen được chuẩn độ bằng n-heptan làm cho atphalten kết tủa. Hỗn hợp đã chuẩn độ được tiếp tục chuyển qua detector quang học để phát hiện atphalten kết tủa do sự tán xạ ngược của ánh sáng nhìn thấy. Sử dụng các lượng dầu, xylen và n-heptan để tính các thông số về độ ổn định: đương lượng dung môi, giá trị P, và FR_5/1. Nếu đã biết khối lượng riêng của dầu thô, thì các thông số về khả năng tương thích (S_BN và l_N) của dầu thô cũng có thể tính được.

...

...

...

5.1. Phép xác định tự động các thông số về độ ổn định sử dụng kỹ thuật tán xạ ngược ánh sáng đã cải thiện độ chính xác và loại trừ các sai lỗi do con người gây ra. Trong quá trình thử nghiệm thủ công, các thí nghiệm viên phải quan sát bằng mắt thường để so sánh sự biến màu của dầu trên các giấy lọc để xác định xem atphalten có kết tủa không.

5.2. Quá trình hydrocracking và quá trình xử lý nhiệt của nhà máy lọc dầu có thể được tiến hành gần sát với các giới hạn khắc nghiệt của chúng nếu như các thông số về độ ổn định có thể tính được chính xác hơn. Điều này làm gia tăng hiệu suất và lợi nhuận.

5.3. Có thể sử dụng các kết quả của phương pháp này để xây dựng các tiêu chuẩn về yêu cầu kỹ thuật đối với các thông số độ ổn định cho các loại dầu nhiên liệu (FO).

5.4. Các thông số về khả năng tương thích của dầu thô có thể được sử dụng trong quá trình pha trộn dầu thô ở các nhà máy lọc dầu để xác định trước những hỗn hợp dầu thô nào là tương thích, và vì vậy có thể giảm thiểu các vấn đề khó khăn, tránh phải dừng máy và giảm các chi phí bảo dưỡng. Việc xác định các thông số về khả năng tương thích của dầu thô cũng làm cho các nhà máy lọc dầu có thể lựa chọn các hỗn hợp dầu thô một cách kinh tế hơn.

5.5. Phương pháp này có thể đo các thông số về độ ổn định và khả năng tương thích, và xác định giới hạn độ ổn định đối với các hỗn hợp pha trộn khác nhau áp dụng cho các ứng dụng cụ thể nhằm tối ưu hóa quá trình pha chế, quá trình bảo quản và sử dụng các loại dầu nhiên liệu nặng (FO nặng).

CHÚ THÍCH 1: Người sử dụng tiêu chuẩn này thường sử dụng các thông số độ ổn định và khả năng tương thích để xác định độ ổn định của các sản phẩm cặn, hỗn hợp nhiên liệu và dầu thô. Tuy nhiên, việc giải thích độ ổn định, độ ổn định và khả năng tương thích là chủ yếu ‘phụ thuộc do sử dụng’, và nằm ngoài phạm vi của phương pháp thử này.

6. Các cản trở

6.1. Nước tự do trong dầu có thể gây khó khăn đối với detector quang học, do vậy trước khi tiến hành thử nghiệm, phải loại bỏ nước bằng phương pháp ly tâm.

6.2. Các hạt rắn, như các hạt than cốc, sáp, bùn, cát, hoặc các hạt xúc tác mịn có trong dầu sẽ không ảnh hưởng đối với detector quang học hoặc ảnh hưởng đến các kết quả thử.

...

...

...

7.1. Máy phân tích PORLA xác định độ ổn định và khả năng tương thích của dầu nặng và dầu thô - Xem các Hình 1 và Hình 2.

7.1.1. Một phần của thiết bị được thể hiện theo dạng biểu đồ trên Hình 2 và bao gồm các bộ phận sau:

7.1.1.1. Cốc mẫu - có khối lượng nhẹ, các cốc có tính trơ được thiết kế lắp khít với băng truyền mẫu, thành nhẵn, đáy phẳng, dung tích khoảng 100 mL. Thông thường sử dụng các cốc bằng nhôm.

7.1.1.2. Băng truyền mẫu (sample carousel) - Thông thường giá đỡ cốc có bốn vị trí lần lượt chuyển mẫu đến vị trí đo.

7.1.1.3. Hệ thống nâng bộ khuấy - Hệ thống nâng di chuyển theo phương thẳng đứng giúp đóng kín cốc mẫu tại vị trí đo và có lắp kèm máy khuấy cơ học tự khởi động khuấy khi cốc được đóng kín. Hệ thống cũng có lắp các đường cấp n-heptan và xylen vào, các đường tuần hoàn đẩy mẫu vào detector và đường xả giúp xả hết mẫu ra khỏi cốc sau khi phân tích.

7.1.1.4. Bơm dung môi thơm - Là loại chính xác có pittông bằng gốm và có thể điều chỉnh được, bơm có khả năng truyền xylen với tốc độ từ 0,01 mL/s đến 0,5 mL/s.

7.1.1.5. Bơm dung môi parafin - Là loại chính xác có pittông bằng gốm và có thể điều chỉnh được, bơm có khả năng truyền n-heptan với tốc độ từ 0,01 mL/s đến 0,5 mL/s.

7.1.1.6. Bơm tuần hoàn - Là loại chính xác có pittông bằng gốm và có thể điều chỉnh được, sử dụng để tuần hoàn mẫu qua hệ thống detector trong quá trình thử.

7.1.1.7. Bơm xả - Là loại chính xác có pittông bằng gốm và có thể điều chỉnh được, sử dụng để xả hết mẫu khi kết thúc phép đo.

...

...

...

7.1.1.9. Bếp điện - Hệ thống gia nhiệt có điều chỉnh nhiệt độ, có thể đặt ở dưới cốc mẫu giúp làm nóng mẫu để phép chuẩn độ có thể thực hiện tại nhiệt độ nâng cao nếu cần. Nhiệt độ bếp có thể điều chỉnh trong khoảng từ 20 °C đến 100 °C.

7.1.2. Máy tính - Kiểm soát phép đo và các chương trình hiệu chuẩn, đồng thời giúp kết nối giữa người vận hành và máy phân tích.

7.1.3. Màn hình PORLA hiển thị các bước của phép đo - Bộ phận hiển thị của máy tính cho phép nhập vào các dữ liệu về mẫu thử và dữ liệu vận hành cũng như hiển thị các kết quả của từng lần chuẩn độ (xem Hình 4).

7.1.4. Màn hình hiển thị các thông số - Hiển thị của máy tính cho phép điều chỉnh tất cả các thông số của chu kỳ đo khác với các giá trị mặc định và cũng cho phép chạy qui trình hiệu chuẩn máy bơm (xem Hình 5).

Hình 1 - Máy phân tích PORLA xác định độ ổn định và khả năng tương thích của dầu thô và dầu nặng

Hình 2 - Sơ đồ máy phân tích PORLA xác định độ ổn định và khả năng tương thích của dầu thô và dầu nặng

...

...

...

8. Thuốc thử và vật liệu

8.1. Độ tinh khiết của thuốc thử - Trong tất cả các phép thử đều dùng các hóa chất tinh khiết cấp phân tích, nếu không có qui định khác thì tất cả các thuốc thử tinh khiết cấp phân tích phải đạt các tiêu chuẩn kỹ thuật theo qui định hiện hành. Có thể sử dụng các thuốc thử có cấp chất lượng khác và điều kiện tiên quyết để sử dụng là chúng phải có độ tinh khiết đủ cao để không làm giảm độ chính xác của phép xác định.

8.2. Xylen (C₈H₁₀) - Xylen sử dụng thường là hỗn hợp các đồng phân ortho, meta, và para và có thể có chứa một ít ethyl benzen. (Cảnh báo - Dễ bắt lửa, có hại cho sức khỏe).

8.3. n-heptan (C₇H₁₆) - (Cảnh báo - Dễ bắt lửa, có hại cho sức khỏe).

Hình 4 - Màn hình của PORLA hiển thị các bước của phép đo

9. Các nguy hiểm

9.1. Đặt máy phân tích trong tủ hốt hoặc nơi có thông gió tốt tương tự để giảm thiểu sự tiếp xúc của các thí nghiệm viên với hơi độc hại.

9.2. Các thí nghiệm viên phải sử dụng các găng tay và quần áo bảo hộ thích hợp dùng trong phòng thử nghiệm để tránh sự tiếp xúc của da với các mẫu dầu và dung môi. Ngoài ra, các thí nghiệm viên phải chú ý khi xử lý các vật chứa dầu nóng trong quá trình chuẩn bị các dung dịch gốc từ các dầu có độ nhớt cao vì khi dầu tràn sẽ gây bỏng da.

...

...

...

10.1. Lấy mẫu theo TCVN 6777 (ASTM D 4057) hoặc ASTM D 4177. Phải đảm bảo rằng các mẫu là đại diện cho toàn bộ mẻ dầu.

10.2. Yêu cầu cỡ mẫu tối thiểu là 40 g cho một phép thử đơn. Nếu cần, có thể lấy mẫu nhiều hơn như từ 200 g đến 500 g để dùng cho nhiều phép thử.

10.3. Trước khi rút bất kỳ lượng mẫu nào hoặc lấy mẫu để thử nghiệm phải đảm bảo mẫu có tính đồng nhất.

10.4. Để tránh các mẫu dầu khỏi bị thay đổi hoặc xuống cấp thì cần hạn chế mẫu tiếp xúc với không khí, nhiệt độ trên 25 °C, và ánh sáng. Bảo quản các mẫu trong các vật chứa kín, màu đục, ví dụ các can kim loại hoặc các chai thủy tinh tối màu.

11. Chuẩn bị thiết bị

11.1. Xem lại sổ tay vận hành thiết bị, và tuân theo tất cả các bước khuyến cáo. Các thao tác sau đây là tóm tắt quá trình chuẩn bị thiết bị:

11.1.1. Đặt thiết bị trên mặt phẳng, nơi có thông gió tốt như tủ hốt.

11.1.2. Kết nối máy tính và máy phân tích với nguồn điện xoay chiều phù hợp, và nối máy phân tích, bàn phím, bộ kiểm soát, và chuột với máy tính bằng các dây được cung cấp.

CHÚ THÍCH 2: Tất cả việc điều khiển thiết bị trừ việc điều khiển nguồn điện chính đều được thực hiện bằng bàn phím và chuột của máy tính.

...

...

...

11.1.4. Bật máy phân tích bằng công tắc trên bảng điều khiển phía sau. Đèn màu xanh tại vị trí bên phải ở phía trên bảng điều khiển phía trước sẽ bật sáng.

11.1.5. Bật máy tính và để cho máy khởi động.

11.1.6. Chọn chương trình PORLA Step hoặc PORLA Test bằng cách kích đúp vào biểu tượng tương ứng để khởi động màn hình đo PORLA step (xem Hình 4) hoặc màn hình của hệ thống thử nghiệm.

12. Hiệu chuẩn và chuẩn hóa

12.1. Hiệu chuẩn bơm - Tiến hành hiệu chuẩn bơm khi bắt đầu lắp đặt và sau khi bảo dưỡng. Nếu sử dụng máy bơm liên tục, thì hàng tháng cần thực hiện hiệu chuẩn để kiểm tra xác nhận tốc độ bơm.

12.1.1. Trên màn hình đo PORLA Step (Hình 4) chọn màn hình Parameter (thông số) (xem Hình 5). Hiệu chuẩn các bơm xylen và n-heptan bằng cách chọn Pump calibration (hiệu chuẩn bơm) để bắt đầu qui trình tự động hiệu chuẩn.

12.1.2. Nhận dạng hai cốc sạch để đựng mẫu là "xylen" và "n-heptan", và cân chính xác đến hai chữ số sau dấu phẩy. Đây là khối lượng bì của các cốc.

12.1.3. Thiết bị tự động bơm dưng môi trong khoảng thời gian cố định (60 s) vào các cốc đã cân bì.

12.1.4. Cân cốc đã có dung môi và trừ đi khối lượng bì của cốc sẽ có khối lượng dung môi đã bơm vào trong khoảng thời gian đã đặt (60 s).

...

...

...

12.1.5.1. Đối với tốc độ bơm xylen, thiết bị sẽ tính tốc độ bơm hiện tại theo g/s và hiển thị trên miền tương ứng tại màn hình thông số.

12.1.5.2. Đối với tốc độ bơm n-heptan, thiết bị sẽ tính tốc độ bơm hiện tại theo mL/s và hiển thị trên miền tương ứng tại màn hình thông số.

12.2. Hệ số hiệu chính do bay hơi - Xác định hệ số hiệu chính do bay hơi cho xyten bằng cách cân (chính xác đến hai chữ số sau dấu phẩy) cốc mẫu có chứa dung dịch gốc để đứng yên trên băng truyền sau các khoảng thời gian 0,5 h, 1,0 h và 1,5 h và tính lượng thất thoát trung bình của dung môi do bay hơi, tính theo g/h. Nhập thông tin này vào màn hình PORLA Parameter, được truy cập bằng nút Parameter trên màn hình phép đo PORLA step.

12.2.1. Hàng quí tiến hành kiểm tra xác nhận hệ số hiệu chỉnh do bay hơi khi thiết bị liên tục ở trạng thái hoạt động.

12.2.2. Nếu một mẫu cụ thể nào đó có chứa các thành phần dễ bay hơi chẳng hạn mẫu dầu nguyên chất thì sử dụng chế độ vận hành bán tự động (Light End). Ở chế độ vận hành này, sự bay hơi sẽ giảm thiểu do các cốc đựng dung dịch gốc được đưa vào băng truyền cùng một lúc.

CHÚ THÍCH 3: Trong quá trình chuẩn độ, không xảy ra hiện tượng bay hơi nhiều vì cốc mẫu được đóng kín tại vị trí thử trong thiết bị. Tuy nhiên, vẫn xảy ra bay hơi xylen khi một số cốc mẫu nằm trong băng truyền mẫu ở chế độ vận hành hoàn toàn tự động.

13. Giám sát kiểm soát chất lượng

13.1. Khẳng định hiệu suất/tính năng của thiết bị và qui trình thử bằng cách phân tích các mẫu kiểm soát chất lượng (QC).

13.1.1. (Các) mẫu QC phải là dầu (FO cặn) hoặc dầu thô ổn định và đồng nhất có thành phần và độ nhớt tương tự như loại mẫu vẫn phân tích hàng ngày, và có chứa từ 1 % khối lượng đến 10 % khối lượng atphalten. Có thể xác định hàm lượng atphalten theo ASTM D 6560.

...

...

...

13.3. Ghi lại các kết quả QC và phân tích bằng các biểu đồ kiểm soát hoặc các phương pháp thống kê tương đương để đảm bảo chắc chắn tình trạng thống kê kiểm soát của toàn bộ quá trình thử. Tiến hành điều tra nghiên cứu các số liệu ngoài vùng kiểm soát để tìm (các) nguyên nhân căn bản. Các kết quả của chương trình điều tra nghiên cứu này có thể dẫn đến hiệu chuẩn lại thiết bị, nhưng không nhất thiết.

13.4. Tần suất thử nghiệm QC phụ thuộc vào tầm quan trọng của chất lượng đang đo, độ ổn định của quá trình thử nghiệm đã được chứng minh và các yêu cầu của khách hàng. Nói chung, mẫu QC phải được phân tích thử nghiệm mỗi ngày đối với các mẫu hàng ngày. Tần suất thử nghiệm QC sẽ tăng lên nếu số lượng mẫu được phân tích hàng ngày lớn hơn. Tuy nhiên, khi đã chứng minh được rằng phép thử đang được kiểm soát theo phương pháp thống kê, thì tần suất thử nghiệm mẫu QC có thể giảm đi. Độ chụm của phép thử nghiệm mẫu QC phải được kiểm tra định kỳ theo độ chụm của phương pháp ASTM để đảm bảo chất lượng các số liệu.

13.5. Khuyến cáo, nếu có thể, loại mẫu QC thường xuyên kiểm tra phải là loại mẫu có tính đại diện cho các mẫu thử nghiệm hàng ngày. Phải có sẵn nguồn cung cấp dồi dào mẫu QC để sử dụng trong khoảng thời gian dự kiến, và các mẫu này phải đảm bảo đồng nhất và ổn định trong các điều kiện bảo quản xác định cho trước.

13.6. Xem ASTM D 6299 và Sổ tay 7 để tham khảo thêm các hướng dẫn về phương pháp QC và các phương pháp kiểm soát biểu đồ.

14. Cách tiến hành

14.1. Chuẩn bị mẫu

14.1.1. Dung dịch gốc - Chuẩn bị dung dịch gốc trong vật chứa có nắp kín như chai thủy tinh có nắp xoáy (dung tích khoảng 100 mL) từ 40 g dầu thử nghiệm và 20 g xylen, như mô tả dưới đây.

14.1.2. Trộn kỹ dầu bằng cách lắc mạnh vật chứa mẫu trong khoảng thời gian ít nhất là 2 min. Nếu dầu có độ nhớt cao, trước khi lắc cần làm nóng dầu trong tủ sấy. Thông thường nhiệt độ bằng 80 °C là đủ.

14.1.3. Cân 20 g xylen trong vật chứa có nắp kín (chai), chính xác đến hai chữ số sau dấu phẩy, sau đó thêm 40 g dầu vào chai và cân chính xác đến hai chữ số sau dấu phẩy.

...

...

...

14.1.5. Trong trường hợp các mẫu dầu rất khó tan, sử dụng thiết bị hồi lưu thay cho việc lắc chai. Khi sử dụng thiết bị hồi lưu, để dung dịch gốc nguội đi trước khi rót vào vật chứa có nắp kín.

14.2. Thông tin về phép thử và cài đặt thiết bị

14.2.1. Mở màn hình phép đo PORLA step và gõ nhập tên của thí nghiệm viên và tên mẫu thử vào các vị trí tương ứng.

14.2.2. Gõ nhập vào các vị trí tương ứng các khối lượng của dầu và xylen, đã sử dụng khi chuẩn bị dung dịch gốc chính xác đến hai chữ số sau dấu phẩy.

14.2.3. Gõ nhập vào vị trí tương ứng khối lượng riêng của mẫu dầu thô, theo g/mL tại 15 °C, nếu cần xác định các thông số về khả năng tương thích. Xác định khối lượng riêng theo phương pháp phù hợp với loại mẫu, nếu cần.

14.2.4. Chọn xylen từ danh mục các dung môi thơm hiển thị dưới chữ Aromatic.

14.2.5. Trước mỗi phép thử, phải đảm bảo rằng có đủ lượng dung môi trong các chai dung môi thơm (xylen) và dung môi parafin (n-heptan), và chai chất thải có đủ dung tích để thu nhận thể tích chất thải từ phép thử.

CHÚ THÍCH 4: Nếu chai n-heptan rỗng (không có gì), hoặc chạy trong tình trạng rỗng trong suốt phép thử, thì thiết bị tiếp tục bơm không khí cho đến khi tổng thể tích bơm vào bằng thể tích cài đặt cho cốc thử (thông thường đặt là 55 mL), tại điểm đó thiết bị sẽ ngừng hoạt động (đóng) và sẽ hiển thị tin nhắn là Sameple cup full (Cốc đầy mẫu).

14.3. Phép thử thường được thực hiện tại nhiệt độ phòng. Nếu mẫu có các tính chất riêng, như độ nhớt cao, thì yêu cầu thử nghiệm tại nhiệt độ cao hơn, cài đặt nhiệt độ phù hợp, sử dụng bộ kiểm soát bếp điện và ghi lại nhiệt độ phép thử cùng các kết quả thử nghiệm.

...

...

...

14.4. Nếu hoàn toàn không biết các thông tin về mẫu thử, xác định mức đặt lượng tiêu thụ n-heptan sử dụng trong qui trình kiểm tra nhanh như sau:

14.4.1. Cân khoảng 15 g dung dịch gốc, chính xác đến hai chữ số sau dấu phẩy, cho vào cốc mẫu và đặt cốc tại vị trí No. 1 trong băng truyền mẫu.

14.4.2. Nhập khối lượng mẫu, chính xác đến hai chữ số sau dấu phẩy, vào Test Run field (miền thực hiện phép thử) và nhập 0 vào Paraffin mL field (miền mL Parafin) liền kề.

14.4.3. Bắt đầu phép đo bằng nút start (khởi động). Máy phân tích sẽ liên tục nạp parafin vào cho đến khi atphalten kết tủa như thể hiện qua thanh đo Intensity (Cường độ) và màn hình Intensity (Cường độ), và sẽ đọc toàn bộ thang đo và 10,00.

14.4.4. Đọc lượng n-heptan đã dùng từ Paraffin mL field (miền mL Parafin) ngay dưới Intensity field (miền Cường độ).

14.5. Sau khi thực hiện qui trình kiểm tra nhanh, hoặc từ phép thử trước, chia tổng lượng n-heptan đã dùng cho 20 thu được gần đúng dung lượng từng lần cho phép đo chính. Nhập dung lượng từng lần tính được này vào miền tương ứng trong màn hình về thông số.

14.6. Nhập tổng lượng n-heptan dự kiến dùng cho mẫu thử, đã xác định tại 14.4.4 hoặc đã biết từ kinh nghiệm trước đó, vào Paraffin mL field (miền mL parafin) bên phải của Test Run field (miền thực hiện phép thử).

14.7. Chọn phương pháp chuẩn độ sẽ sử dụng từ danh mục hiển thị bên phải của nút Start (Hình 4).

14.7.1. Chọn Low floc. Rate (Tốc độ kết bông thấp), là phương thức vận hành bình thường, đối với các sản phẩm có độ ổn định cao như dầu thô, phần cặn cất trực tiếp, và cặn từ quá trình hydrocracking giảm nhớt ở điều kiện ít khắc nghiệt.

...

...

...

CHÚ THÍCH 6: Đối với Low floc. Rate (Tốc độ kết bông thấp), thiết bị PORLA sẽ chọn tỷ lệ pha loãng của xylen và dầu là 1:2, 1:1, và 2:1. Đối với High floc. Rate (Tốc độ kết bông cao), thiết bị PORLA sẽ chọn tỷ lệ pha loãng của xylen và dầu là 2:1, 3:1, và 4:1.

CHÚ THÍCH 7: Chế độ vận hành thứ ba cho phép thí nghiệm viên chỉnh sửa phương pháp và chọn tốc độ pha loãng tùy chỉnh. Sử dụng mô hình này có thể là hữu ích đối với các mục đích nghiên cứu nhưng cũng có thể là sai lệch với phương pháp chuẩn.

14.8. Chọn phương pháp chuẩn độ cụ thể để xác định tỷ lệ pha loãng xylen áp dụng cho máy phân tích và lượng dung dịch gốc sẽ cho vào từng cốc mẫu.

14.9. Máy phân tích có thể chạy theo chế độ tự động hoàn toàn hoặc mô hình bán tự động. Lựa chọn chế độ vận hành trong danh mục trải xuống ngay phía trên danh mục phương pháp (xem Hình 4). Normal Operation (Vận hành Bình thường) là chế độ tự động hoàn toàn và Light Ends là chế độ bán tự động.

14.9.1. Chỉ sử dụng chế độ Light Ends khi dầu có chứa một lượng đáng kể các thành phần dễ bay hơi mà có thể bị thất thoát do bay hơi nếu nhiều cốc mẫu được bảo quản trong băng truyền trong khoảng thời gian kéo dài (xem 12.2). Trong chế độ bán tự động đặt một cốc mẫu trong băng truyền. Khi máy phân tích dừng hoạt động sau mỗi lần chuẩn độ, đặt cốc mẫu tiếp theo vào băng truyền.

14.10. Rót các lượng dung dịch gốc được chỉ báo trong ba miền ngay dưới Test Run field (miền thực hiện phép thử) vào ba cốc mẫu đã được cân chính xác đến hai chữ số sau dấu phẩy, và đặt các cốc mẫu vào băng truyền. Thay đổi các khối lượng trong các miền này để phản ánh các khối lượng thực của dung dịch gốc đã sử dụng và gõ nhập vào các vị trí băng truyền trong các miền ngay phía bên phải của các khối lượng này.

14.11. Cài đặt các thông số phép đo hiển thị trên màn hình Parameter (Thông số) với các giá trị tối ưu dự kiến đối với từng loại mẫu.

14.11.1. Các chu kỳ làm sạch - Xác định số lượng chu kỳ rửa (sử dụng xylen) chương trình thực hiện sau qui trình phân tích toàn diện. Sử dụng tối thiểu hai chu kỳ rửa, nhưng khuyến cáo thực hiện ba chu kỳ. Máy phân tích sẽ thực hiện một chu kỳ rửa sau khi phân tích từng mẫu thử.

14.11.2. Thời gian tuần hoàn - Xác định khoảng thời gian mẫu được tuần hoàn qua detector sau khi trộn, tiếp theo cho xylen vào trước khi bắt đầu các phép đo cường độ. Đặt 60 s đến 70 s, thông thường đó là thời gian tuần hoàn đủ để có kết quả chắc chắn.

...

...

...

14.11.4. Thời gian trộn - Xác định thời gian mẫu được trộn sau khi cho dung môi thơm vào, trước khi bắt đầu tuần hoàn dung dịch mẫu qua detector. Thông thường 60 s là thời gian vừa đủ.

14.11.5. Tốc độ bơm parafin - Xác định tốc độ bơm của máy bơm n-heptan. Tốc độ bơm có thể điều chỉnh được. Đặt tốc độ bơm tại 0,05 mL/s.

14.11.6. Tốc độ bơm chất thơm - Xác định tốc độ bơm của máy bơm xylen. Đặt tốc độ bơm tại 0,07 g/s.

14.11.7. Tốc độ bơm tháo xả - Xác định tốc độ bơm của máy bơm tháo xả, làm cho các cốc rỗng (không còn gì) sau các phép phân tích và sau chu kỳ rửa sạch. Đặt tốc độ tại 0,4 g/s.

14.11.8. Thời gian bơm một liều (lượng) chất thơm (Aromatic dose time) - Xác định thời gian xylen được bơm vào cho từng chu kỳ rửa. Đặt một lần bơm tại 45 s.

14.11.9. Thời gian làm sạch – Xác định khoảng thời gian rửa detector. Đặt thời gian rửa tại 60 s.

14.11.10. Dung tích cốc - Xác định xem bao nhiêu dung dịch cho phép được bơm vào cốc mẫu trước khi chương trình đo dừng lại vì có hiện tin nhắn Sample cup fult (Cốc đầy mẫu). Hiện tượng mẫu tràn vào máy phân tích do đầy được ngăn ngừa bởi giới hạn dung tích của cốc. Trong khi cốc có dung tích danh nghĩa bằng 100 mL, khuyến cáo giá trị dung tích lớn nhất của cốc là 55 mL.

CHÚ THÍCH 8: Các mẫu có chứa lượng atphalten nhỏ hơn 0,05 % sẽ đạt đến điểm cốc đầy mẫu, và việc chuẩn độ sẽ tự động dừng lại.

14.11.11. Dung lượng parafin tại từng bước - Xác định lượng (thể tích) n-heptan cho vào tại mỗi bước. Khi phân tích các mẫu có độ ổn định thấp, mỗi bước sử dụng lượng nhỏ cho bằng từ 0,3 mL đến 0,5 mL. Sử dụng lượng lớn bằng từ 0,5 mL đến 1 mL cho vào mỗi bước đối với các sản phẩm cặn giảm nhớt thông thường và đối với các sản phẩm có độ ổn định cao như cặn dầu thô từ các phần cất chân không và chưng cất khí quyển thì sử dụng từ 1 mL đến 3 mL cho mỗi bước.

...

...

...

14.11.13. Hệ số bắt đầu nạp parafin (parafin start feed factor) - Xác định phần trăm của phần đầu tiên của n-heptan nạp vào cốc mẫu thử trên tổng tiêu thụ dự kiến của n-heptan biểu thị dưới dạng số thập phân (ví dụ, 0,4 nghĩa là phần đầu tiên chiếm 40 % tổng tiêu thụ dự kiến). Như vậy, rút ngắn tổng thời gian đo. Nếu thí nghiệm viên muốn thực hiện việc thêm dung môi theo từng bước nhỏ mà không cần một phần đầu tiên lớn hơn thì nhập số 0 vào miền Parafin start feed factor

(Hệ số bắt đầu nạp parafin). Có thể sử dụng phần nạp đầu tiên lớn hơn 0,4 đối với các mục đích nghiên cứu, nhưng không sử dụng cho tiêu chuẩn này.

14.11.14. Tốc độ bay hơi chất thơm (g/h) - Xác định tốc độ dung môi thơm bay hơi từ các cốc mẫu để mở đặt trên tấm kim loại ấm của băng truyền mẫu trước khi tiến hành các phép phân tích. Phương pháp tính tốc độ bay hơi được nêu tại 12.2.

14.12. Ấn nút Start (khởi động) để bắt đầu phân tích.

14.13. Ngay khi bắt đầu phân tích, nút dừng sẽ xuất hiện ở phía bên phải của nút Start (khởi động) cho phép dừng phép phân tích ngay lập tức, nếu cần.

14.14. Máy phân tích sẽ hoàn tất ba phép chuẩn độ để hoàn thành phân tích và báo cáo các kết quả ở dạng số và đồ thị ở nửa dưới màn hình đo. Xem Hình 4 và Hình 6.

14.14.1. Chương trình máy tính sẽ vẽ đồ thị sự phụ thuộc của tỷ lệ kết bông theo tỷ lệ mẫu dầu trên thể tích dung môi. Tỷ số nồng độ này được sử dụng vì nó sẽ cho mối tương quan là đường thẳng.

14.15. Các giá trị về tỷ lệ dung môi và tỷ lệ dầu/dung môi cho mỗi lần chuẩn độ được cho trước tại miền FR và miền 1/X tương ứng.

14.15.1. Đồ thị đường thẳng được thể hiện sử dụng qui trình tổng bình phương tối thiểu trong đó đoạn thẳng bị chặn trên trục y được cho trước tại miền FR_max.

...

...

...

14.15.3. Độ dốc của đồ thị được cho trước tại miền độ dốc.

14.15.4. Khả năng peptit hóa hoặc giá trị P của atphalten được cho trước tại miền P_a.

14.15.5. Khả năng peptit hóa của dầu nền được cho trước tại miền P_o.

14.15.6. Hệ số tương quan thể hiện mức phù hợp đáng kể của đường thẳng được cho trước tại miền r^2.

14.16. Các thông số về độ ổn định, giá trị P và tỷ lệ kết bông khi pha loãng 5 mL dung dịch vào 1 g dầu, được cho trước tại các miền tương ứng của giá trị P và FR_5/1.

14.17. Nếu có cài đặt phần mềm tùy chọn khả năng tương thích của dầu thô và khối lượng riêng của dầu đang thử nghiệm được nhập vào miền D (g/mL) tại thời điểm bắt đầu phép đo thì các thông số của mô hình pha trộn dầu thô là trị số không tan (I_N) và trị số hòa tan khi pha trộn (S_BN) sẽ hiển thị tại các miền tương ứng của I_N và S_BN.

Hình 5 - Màn hình Thông số của PORLA

15. Tính kết quả

...

...

...

FR = V_thơm/ (V_thơm + V_parafin)                                  (1)

SE = (FR_5/1) (100 %)                                           (2)

1/X = M_dầu/ (V_thơm + V_parafin)                                   (3)

P = 1 + X_min                                                       (4)

P = 1 – FR_max                                                                                                         (5)

P_o = (FR_max)P hoặc P_o = (FR_max) (1 + X_min)            (6)

trong đó

FR là tỷ lệ kết bông;

FR_5/1 là tỷ lệ kết bông khi pha loãng 5 mL dung dịch vào 1 g dầu;

...

...

...

SE        là đương lượng dung môi thơm, biểu thị theo phần trăm giá trị;

1/X       là tỷ lệ dầu với dung dịch, tính bằng g/ml;

X_min       là lượng tiêu thụ dung môi parafin của dầu chưa pha loãng, mL/g dầu (tại FR = 0);

M_dầu      là khối lượng của dầu, tính bằng g;

V_thơm là thể tích dung môi thơm trong hỗn hợp, tính bằng mL;

V_parafin    là thể tích dung môi parafin trong hỗn hợp, tính bằng mL;

P là giá trị P của dầu;

P_a là khả năng peptit hóa của atphalten;

P_o là độ mạnh peptit hóa của dầu nền.

...

...

...

l_N - SE/(1 - V_H/25D)        (7)

S_BN = I_N (1+ V_H/5)                       (8)

trong đó

I_N là trị số không tan

S_BN là trị số hòa tan khi pha trộn;

D là khối lượng riêng của dầu, tính bằng g/mL;

SE là đương lượng dung môi thơm, tính bằng % thể tích;

V_H là thể tích dung môi parafin có thể cho vào 5 mL dầu mà không có kết tủa atphalten.

...

...

...

Hình 6 - Máy phân tích vẽ biểu đồ các kết quả ổn định

16. Báo cáo kết quả

16.1. Báo cáo các thông tin sau đây:

16.1.1. Mô tả mẫu thử.

16.1.2. Các thông số về độ ổn định: SE, giá trị P, và FR_5/1.

16.1.3. Các thông số về khả năng tương thích: I_N và S_BN, nếu xác định.

16.1.4. Viện dẫn tiêu chuẩn này.

16.1.5. Nếu sử dụng nhiệt độ cao hơn nhiệt độ phòng, thì báo cáo nhiệt độ của phép thử.

17. Độ chụm và độ chệch

...

...

...

CHÚ THÍCH 9: Độ chụm của phương pháp này có thể không áp dụng cho các mẫu nằm ngoài phạm vi các vật liệu đã được xác định trong báo cáo nghiên cứu.

17.1.1. Độ lặp lại - Sự chênh lệch giữa các kết quả thử liên tiếp thu được do cùng một thí nghiệm viên thực hiện trên cùng một thiết bị, với cùng một mẫu thử như nhau trong cùng một thời gian dài trong điều kiện thử không đổi, với thao tác bình thường và chính xác của phương pháp thử, chỉ một trong hai mươi trường hợp được vượt giá trị sau. Các dải khuyến cáo để áp dụng độ chụm:

Thông số

r

Dải độ chụm được khuyến cáo

P

0,103*X

1,28 - 4,54

P_a

...

...

...

0,33 - 0,83

P_o

0,2

0,43 - 1,31

FR_5/1

0,03

0,05 - 0,62

Trong đó: X là giá trị trung bình của kết quả đo.

Dải độ chụm khuyến cáo được xác định theo: từ (giá trị trung bình của mẫu nhỏ nhất - độ lặp lại) đến (giá trị trung bình của mẫu lớn nhất + độ lặp lại).

...

...

...

17.2. Độ chệch - Qui trình nêu trong phương pháp này không có độ chệch, vì các kết quả của phép thử chỉ được xác định theo phương pháp này.