Введение
Температурная точка в жидкостях
В жидкостях облачная точка – это температура, ниже которой прозрачный раствор подвергается либо разделению на две жидкие фазы с образованием эмульсии, либо переходу из жидкого состояния в твердое с образованием стабильного золя или суспензии, в которой выпадает осадок. Облачная точка аналогична «точке росы», при которой происходит фазовый переход из газообразного в жидкое состояние, называемый конденсацией, в водяном паре (влажном воздухе) с образованием жидкой воды (росы или облаков). Когда температура ниже 0 °C, точка росы называется точкой замерзания, поскольку водяной пар претерпевает фазовый переход из газообразного в твердое состояние, называемый осаждением, затвердеванием или замораживанием. В нефтяной промышленности облачная точка относится к температуре, при которой парафиновый воск в дизельном топливе или биовоск в биодизеле приобретают мутный вид. Присутствие затвердевшего воска увеличивает вязкость масла и забивает топливные фильтры и форсунки в двигателях. Воск также накапливается на холодных поверхностях (например, вызывая загрязнение трубопроводов или теплообменников) и образует эмульсию или золь с водой. Следовательно, облачная точка указывает на склонность масла забивать фильтры или небольшие отверстия при низких рабочих температурах. Примером облачной точки в повседневной жизни может служить оливковое масло, хранящееся в холодную погоду. Оливковое масло начинает затвердевать (в результате разделения на жидкую и твердую фазы) примерно при 4 °C, в то время как зимние температуры в умеренных широтах часто опускаются ниже 0 °C. В этих условиях оливковое масло начинает образовывать белые восковые комки/сферы затвердевшего масла, которые оседают на дно емкости. В сырой или тяжелой нефти облачная точка является синонимом температуры начала кристаллизации воска (WAT) и температуры выпадения воска (WPT). Облачная точка неионного поверхностно-активного вещества или раствора гликоля – это температура, при которой смесь начинает разделяться на фазы, и появляются две фазы, что приводит к помутнению. Такое поведение характерно для неионных поверхностно-активных веществ, содержащих полиоксиэтиленовые цепи, которые проявляют обратную зависимость растворимости от температуры в воде и поэтому «помутнеют» при определенной температуре. Гликоли, демонстрирующие такое поведение, известны как «гликоли облачной точки» и используются в качестве ингибиторов глинистых пород. На облачную точку влияет соленость, которая обычно ниже в более соленых жидкостях.
In liquids, the cloud point is the temperature below which a transparent solution undergoes either a liquid liquid phase separation to form an emulsion or a liquid solid phase transition to form either a stable sol or a suspension that settles a precipitate. The cloud point is analogous to the 'dew point' at which a gas liquid phase transition called condensation occurs in water vapour (humid air) to form liquid water (dew or clouds). When the temperature is below 0 °C, the dew point is called the frost point, as water vapour undergoes gas solid phase transition called deposition, solidification, or freezing. In the petroleum industry, cloud point refers to the temperature below which paraffin wax in diesel or biowax in biodiesels forms a cloudy appearance. The presence of solidified waxes thickens the oil and clogs fuel filters and injectors in engines. The wax also accumulates on cold surfaces (producing, for example, pipeline or heat exchanger fouling) and forms an emulsion or sol with water. Therefore, cloud point indicates the tendency of the oil to plug filters or small orifices at cold operating temperatures. An everyday example of cloud point can be seen in olive oil stored in cold weather. Olive oil begins to solidify (via liquid solid phase separation) at around 4 °C, whereas winter temperatures in temperate countries can often be colder than 0 °C. In these conditions, olive oil begins to develop white, waxy clumps/spheres of solidified oil that sink to the bottom of the container. In crude or heavy oils, cloud point is synonymous with wax appearance temperature (WAT) and wax precipitation temperature (WPT). The cloud point of a nonionic surfactant or glycol solution is the temperature at which the mixture starts to phase separate, and two phases appear, thus becoming cloudy. This behavior is characteristic of non ionic surfactants containing polyoxyethylene chains, which exhibit reverse solubility versus temperature behavior in water and therefore "cloud out" at some point as the temperature is raised. Glycols demonstrating this behavior are known as "cloud point glycols" and are used as shale inhibitors. The cloud point is affected by salinity, being generally lower in more saline fluids.
Ручной метод
Испытание должно проводиться с использованием масла, прозрачного при толщине слоя 40 мм (в соответствии с ASTM D2500). Восковые кристаллы обычно первыми образуются на нижней окружной стенке, проявляясь в виде беловатого или молочного помутнения. Точка помутнения – это температура непосредственно выше температуры, при которой эти кристаллы впервые появляются. Испытуемый образец сначала заливают в мерную банку примерно наполовину. Банку закрывают пробкой с установленным в ней испытательным термометром, при этом колба термометра должна опираться на дно банки. Затем всю установку помещают в охлаждающую ванну с постоянной температурой, на прокладку для предотвращения избыточного охлаждения. При каждом понижении температуры на 1 °C образец извлекают и осматривают на предмет помутнения, после чего быстро возвращают в ванну. В зависимости от точки помутнения могут использоваться охлаждающие ванны с более низкой температурой. Температурная стабильность низкотемпературной охлаждающей ванны для данного испытания должна быть не менее 1,5 К.
Автоматический метод
ASTM D5773, Стандартный метод испытаний точки помутнения нефтепродуктов (метод постоянной скорости охлаждения) является альтернативой ручной процедуре испытания. Он использует автоматическое оборудование и признан эквивалентным методу испытаний D2500. Метод D5773 определяет точку помутнения за более короткое время, чем ручной метод D2500. Для проведения испытания с использованием этого автоматического метода требуется меньше времени оператора. Кроме того, не требуется внешняя охлаждающая баня или холодильная установка. D5773 позволяет определять точку помутнения в диапазоне температур от -60 °C до +49 °C. Результаты представляются с температурным разрешением 0,1 °C. Согласно ASTM D5773, образец охлаждается с помощью элемента Пельтье с постоянной скоростью 1,5 ± 0,1 °C/мин. В течение этого времени образец непрерывно освещается источником света. Массив оптических датчиков непрерывно контролирует образец для обнаружения первого появления облака восковых кристаллов. Температура, при которой впервые обнаруживается появление восковых кристаллов в образце, считается точкой помутнения.