215.1.2. - BOD VZPLANUTÍ ÚVOD Velká část celosvětově zpracovávané ropy se používá pro výrobu kapalných paliv, ať už se jedná o paliva pro pohon dopravních prostředků nebo o paliva, která se spalují za účelem výroby tepla či elektřiny. Řada těchto paliv se z hlediska požární bezpečnosti řadí do skupiny hořlavých kapalin. Za hořlavou kapalinu je považována kapalina, suspenze nebo emulze, splňující při atmosférickém tlaku 101 kPa. současně tyto podmínky: a) není při teplotě + 35 °C tuhá ani pastovitá, b) má při teplotě + 50 °C tlak nasycených par nejvýše 294 kPa, c) má teplotu vzplanutí nejvýše + 250 °C, d) lze u ní stanovit teplotu hoření. Hořlavé kapaliny se podle hodnoty bodu vzplanutí dělí do čtyř tříd nebezpečnosti, jejichž přehled je spolu s typickými hodnotami bodu vzplanutí některých ropných výrobků uveden v tab. 1. Bod vzplanutí (teplota vzplanutí) je definován jako nejnižší teplota kapaliny, při které se v normovaném zařízení vytvoří taková směs par analyzované látky se vzduchem, která po přiblížení iniciačního plaménku vzplane a okamžitě zhasne. Bod hoření (teplota hoření) je dosažen, pokud výše uvedená směs vzplane a trvale hoří, je vyšší než bod vzplanutí. Tab. 1: Klasifikace hořlavých kapalin Třída nebezpečnosti I. třída II. třída III. třída IV. třída *obvykle se nestanovuje
Bod vzplanutí (°C) < 21 21 - 55 55 – 100 100 - 250
Příklad (typické hodnoty) automobilový benzín* letecký petrolej (48 °C) motorová nafta (70 °C) motorový olej (220 °C)
Bod vzplanutí se měří buď v uzavřeném, nebo otevřeném kelímku. Pokud je bod vzplanutí nižší než 100 °C používá se uzavřený kelímek, při bodu vzplanutí vyšším než 100 °C se pak používá zpravidla kelímek otevřený. Je třeba vzít v úvahu, že hodnoty teplot vzplanutí stanovené v otevřeném kelímku bývají zpravidla o 5 - 20 °C vyšší než teploty vzplanutí stanovené metodou uzavřeného kelímku. Při klasifikaci hořlavin je nutné považovat hodnoty stanovené metodou otevřeného kelímku pouze za orientační. Je zřejmé, že bod vzplanutí je důležitým bezpečnostním ukazatelem kapalných paliv. V závislosti na bodu vzplanutí, resp. třídě nebezpečnosti, jsou stanoveny bezpečnostní požadavky pro jejich skladování, distribuci a použití. Nižší bod vzplanutí než je pro daný typ paliva předepsáno, představuje vždy zvýšené požárně-bezpečnostní riziko. Příkladem může být kontaminace motorové nafty automobilovým benzinem nebo přítomnost velkého množství paliva v motorovém oleji.
ZADÁNÍ PRÁCE - Stanovte bod vzplanutí motorové nafty a leteckého petroleje v uzavřeném a v otevřeném kelímku a porovnejte naměřené hodnoty. - Připravte směsi motorové nafty a benzínu s obsahem benzínu 0,5 a 1 % hm. a směsi motorové nafty a petroleje s obsahem petroleje 5 a 10 % hm. - Jak se změní bod vzplanutí motorové nafty stanovený v uzavřeném kelímku, po kontaminaci automobilovým benzínem v množství 0,5 a 1 % hm.? - Jak se změní bod vzplanutí motorové nafty stanovený v uzavřeném kelímku, po kontaminaci leteckým petrolejem v množství 5 a 10 % hm.? 1
POTŘEBY PRO PRÁCI Analyzované vzorky Motorovou naftu, letecký petrolej a automobilový benzín dodá vedoucí práce.
Aparatura Stanovení bodu vzplanutí v přístroje s uzavřeným kelímkem: přístroj Pensky Martens PMA 5 zkušební kelímek předvážky Erlenmeyerova baňka 100 nebo 250 ml, zábrus NZ 29/32 zátka NZ 29/32 Stanovení bodu vzplanutí v přístroje s otevřeným kelímkem: přistroj Cleveland CLA 5 zkušební kelímek
4 ks 4 ks
Chemikálie motorová nafta petrolej benzín toluen technický aceton technický
asi 500 ml asi 200 ml asi 10 ml
PRACOVNÍ POSTUP Stanovení bodu vzplanutí v uzavřeném kelímku Automatický analyzátor bodu vzplanutí PMA 5 (obr. 1) se používá pro empirické stanovení bodu vzplanutí hořlavých kapalin v souladu se standardizovanými zkušebními postupy a standardy ASTM D93 A, B a C, JIS 2245 A a B, ISO 2719 A a B.
3
4
2 5
1 - kelímek 2 - víčko 3 - temperovaný blok 4 - měřící hlava 5 – displej 6 - joystick 7 - funkční klávesy 8 - tlačítko RUN 9 - tlačítko STOP
6
1
8 9 7
Obr. 1: Přístroj pro stanovení bodu vzplanutí v uzavřeném kelímku Popis metody: Pro stanovení bodu vzplanutí se zkušební kelímek naplní po rysku vzorkem. Vzorek se zahřívá konstantní rychlostí, přičemž je plynule míchán. Zkušební plamínek se zapálí 2
plynovým nebo elektrickým zapalovačem a ponořuje se do prostoru kelímku v pravidelných intervalech, během kterých je míchání přerušeno. Při vzplanutí směsi par se vzduchem vznikají ionty, které umožní vedení proudu mezi dvěma elektrodami umístěnými ve víčku kelímku. Tento proudový impuls indikující dosažení bodu vzplanutí, ukončí měření a zapne chlazení. Teplota bodu vzplanutí korigovaná na atmosférický tlak se zobrazí na displeji. Doba měření je cca 30 až 60 minut v závislosti na bodu vzplanutí vzorku. Příprava vzorku: Směsné vzorky připravte odvážením složek do Erlemeyerových baněk s přesností na 0,1 g. Vzorek nalijte do zkušebního kelímku (1) po rysku, která se nachází na vnitřní straně kelímku. Pokud nalijete vzorek nad úroveň rysky, odstraňte přebytek pomocí injekční stříkačky nebo automatické pipety. Nasaďte na kelímek víčko (2) a přesvědčte se, že je dokonale usazeno, dejte při tom pozor na teploměr a čidlo sondy, aby nedošlo k jejich poškození. Zkušební kelímek vložte do odpovídajícího otvoru na horní straně přístroje. Kelímek lze správně vložit pouze v jedné pozici, při správném vložení výřezy z boku kelímku zapadnou na tyč držící měřící hlavu a na šrouby vedle horního otvoru. Příprava přístroje: Otevřete přívod zemního plynu do přístroje. Zapněte přístroj hlavním vypínačem umístěným vpravo dole na zadním panelu. Měřící hlavu (4) umístěte na místo otáčivým pohybem kolem osy jejího držáku. Měření: V menu přístroje se pohybujte pomocí otáčecího joysticku (6), potvrzujte zmáčknutím joysticku nebo klávesou OK. V hlavním menu potvrďte výběr „Test run“. Na následující obrazovce displeje (5) nastavte předpokládanou teplotu vzplanutí EFLP (Expected FLash Point - 50 °C pro letecký petrolej, 65 °C pro motorovou naftu). Mezi čísly se pohybujte náklonem joysticku. EFLP může být změněn i v průběhu měření. Dále nastavte metodu, podle které se bude provádět měření, na EN ISO 2719-A. Měření spusťte stisknutím tlačítka RUN (8). Po spuštění měření přístroj měří automaticky, průběh ohřevu vzorku můžete sledovat na displeji. Po spuštění prvního měření je třeba otestovat správnou délku zkušebního plamínku, která má být taková, aby se předčasně neukončilo měření kvůli plamínku. Někdy je třeba ručně seřídit délku testovacího plamene pomocí ventilu. Test plamínku spustíte stiskem klávesy, nad kterou se nachází na displeji nápis „ManTest“. Testování vzorku začne 22 °C před nastavenou hodnotou EFLP. Testovací plamen se zapálí automaticky po startu testu. Vzorek se zahřívá pomalou konstantní rychlostí (5 až 6° C/min), za kontinuálního míchání Části přístroje mohou být v průběhu zkoušky velmi horké. Z tohoto důvodu, se nedotýkejte žádné součásti zařízení v oblasti vytápění, jak během, tak po provedení zkoušky bez rukavic. Po dosažení bodu vzplanutí se automaticky vypne přívod plynu, zapne se chlazení a zazní zvukový signál. Dosažený bod vzplanutí se objeví na displeji. Ukončení měření: Po skončení testu odsuňte měřící hlavu (4) do parkovací polohy jejím zvednutím a otočením proti směru hodinových ručiček. Kelímek se vzorkem a víčkem vyjměte a víčko opatrně sundejte. Míchadlo, teploměr a teplotní sondu opláchněte rozpouštědly a nechte uschnout. Vzorek z kelímku vylijte do odpadní nádoby, vypláchněte ho rozpouštědly a nechte ho vysušit. Po vychladnutí na teplotu 35 °C je přístroj připraven k dalšímu měření.
Stanovení bodu vzplanutí v otevřeném kelímku Automatický přistroj CLA 5 (obr. 2) se používá pro empirické stanovení bodu vzplanutí a bodu hoření hořlavých kapalin v souladu se standardizovanými zkušebními postupy a standardy: ASTM D92, ISO 2592, JIS K 2265-4, AASHTO T48, FTM 791-1103 a IP 36. Pro stanovení bodu vzplanutí se zkušební kelímek naplní po označení vzorkem. Vzorek se zahřívá s konstantní rychlostí. Malý plamínek se pohybuje přes povrch ohřáté kapaliny v pravidelných intervalech. Bod vzplanutí je definován jako nejnižší teplota kapaliny, při které se páry nad vzorkem zapálí v důsledku zavedení plamene. Bod hoření je teplota nad bodem vzplanutí, při hoření se pokračuje po dobu alespoň 5 s. 3
7
5
3 6
8
9
2
4
1
1 - kelímek 4 – testovací plamínek 7 - funkční klávesy 2 - krycí clonka 5 – displej 8 - tlačítko RUN 3 - temperovaný blok 6 - joystick 9 - tlačítko STOP Obr. 2: Přístroj pro stanovení bodu vzplanutí v otevřeném kelímku Doba měření je cca 30 až 60 minut v závislosti na bodu vzplanutí vzorku. Příprava vzorku: Vzorek nalijte do zkušebního kelímku (1) po rysku, která se nachází na vnitřní straně kelímku. Pokud nalijete vzorek nad úroveň rysky, odstraňte přebytek pomocí injekční stříkačky nebo automatické pipety. Zkušební kelímek vložte do odpovídající prohlubně na horní straně přístroje. Příprava přístroje: Otevřete přívod zemního plynu do přístroje. Zapněte přístroj hlavním vypínačem umístěným vlevo dole na zadním panelu. Měření: V menu přístroje se pohybujte pomocí otáčecího joysticku (6), potvrzujte zmáčknutím joysticku nebo klávesou OK. V hlavním menu potvrďte výběr „Test run“. Na následující obrazovce nastavte předpokládanou teplotu vzplanutí EFLP (Expected FLash Point - pro letecký petrolej a motorovou naftu použijte hodnoty o cca 20 °C vyšší než u měření bodu vzplanutí v uzavřeném kelímku). Mezi čísly se pohybujte náklonem joysticku. Očekávaný EFLP může být změněn i v průběhu měření. Dále nastavte metodu, podle které se bude provádět měření, na ISO 2592 Flash Point. Měření spusťte stisknutím tlačítka RUN (8). Po automatickém zasunutí teploměru do vzorku a spuštění zahřívání spusťte kontrolní přejetí plamínku (4) stisknutím funkční klávesy (7) „ManTest“. Během kontrolního přejetí se zapálí plamínek. Někdy je třeba ručně seřídit délku plamene pomocí ventilu. Automatické testování vzorku začne 28 °C před nastavenou hodnotou EFLP. Testovací plamen se zapálí automaticky po startu testu. Přístroj nyní pracuje automaticky. Po dosažení bodu vzplanutí se automaticky vypne přívod plynu, zapne se chlazení a zazní zvukový signál. Dosažený bod vzplanutí se objeví na displeji. Pro stanovení bodu hoření zkouška pokračuje, až do doby kdy vzorek vzplane a hoří po dobu nejméně 5ti sekund.
4
Ukončení měření: Vzorek je při skončení měření zakryt clonkou (2), která brání nechtěnému vzplanutí a hoření vzorku. Po skončení testu odsuňte krycí clonku pohybem joysticku směrem nahoru. Kelímek se vzorkem vyjměte. Teploměr opláchněte rozpouštědly a nechte uschnout. Vzorek z kelímku vylijte do odpadní nádoby, vypláchněte ho rozpouštědly a nechte ho vysušit. Po vychladnutí temperačního bloku na teplotu 35 °C je přístroj připraven k dalšímu měření.
POŽADAVKY NA PROTOKOL Výsledky měření zpracujte do protokolu, který bude obsahovat, stručný popis práce, výsledky měření a závěr (zhodnocení vzorků, zdůvodnění závislosti, mimořádné jevy, atd. …). Do protokolu uveďte jevy pozorované během měření a odpovědi na otázky položené v zadání úlohy.
5
