К важнейшим показателям, характеризующим электрические свойства нефтепродуктов, относятся: электропроводность, электровозбудимость, диэлектрическая проницаемость, диэлектрическая прочность и тангенс угла диэлектрических потерь. Все эти показатели влияют на эксплуатационные свойства нефтепродуктов при использовании их в качестве электроизоляционных материалов.
Электропроводность, как правило, для нефтепродуктов невелика и лежит в пределах 2·10–10–0,3·10–18 1/Ом×см. Она заметно снижается при наличии в нефтепродукте влаги или посторонних примесей. С понижением температуры электропроводность нефтепродуктов падает.
Электровозбудимость – связана со способностью нефтепродуктов удерживать на своей поверхности заряды статического электричества, возникающие при трении нефтепродукта о стенки резервуаров, трубопроводов. Величина такого заряда может достигать сотен вольт. Наличие же заряда может вызвать искру и воспламенение нефтепродукта. Предотвращают опасность возникновения пожара или взрыва путем заземления трубопроводов или оборудования, либо добавлением к нефтепродуктам антистатических присадок (органические соли хрома, кобальта) в очень малом количестве (тысячные доли процента).
Диэлектрическая проницаемость – для нефтепродуктов, по сравнению с другими диэлектриками, невелика и достаточно постоянна (имеет значения в пределах 2–2,5). Этот показатель имеет значение для бесперебойной работы масляных трансформаторов и масляных выключателей.
Диэлектрическая прочность или напряжение пробоя – выражается величиной наименьшего напряжения электрического тока, при котором, для стандартных электродов и определенного расстоянии между ними, происходит пробой нефтепродукта электрической искрой. Величина пробивного напряжения зависит от многих факторов: химсостава (наличия полярных молекул), наличия влаги, мехпримесей, температуры, давления.
Тангенс угла диэлектрических потерь (tg δ) – показатель, используемый для оценки изоляционных свойств нефтепродуктов, применяемых для заливки кабелей, конденсаторов. tg δ характеризует потери электроэнергии за счёт поляризации молекул полярных компонентов, входящих в состав нефтепродуктов (ароматических соединений, асфальто-смолистых веществ и др.). Наибольшую стабильность по электрическим свойствам имеют нефтепродукты, лишённые полярных компонентов.
Оптические свойства нефти и нефтепродуктов
К важнейшим оптическим свойствам нефти и нефтепродуктов относятся цвет, лучепреломление и оптическая активность.
Цвет
Нефти имеют различную окраску в зависимости от плотности: жёлтую при ρ < 0,79, янтарную при ρ в пределах 0,79–0,82, коричневую и чёрную при ρ > 0,82. Цвет нефтепродукта определяется его составом, а именно – содержанием ароматических и асфальто-смолистых веществ. Поэтому по цвету нефтепродукта можно косвенно судить о степени его очистки от смолистых соединений.
Для определения цвета нефтепродукта используют такие приборы, как колориметры ЦНТ и КНС–1 и КНС–2 для нефтяных парафинов.
2.6.2. Показатель или коэффициент лучепреломления
(коэффициент рефракции)
Он показывает отношение синуса угла падения луча (jп) к синусу угла преломленного луча (jпр) (рис. 2.3). Таким образом
(2.70)
Показатель преломления измеряется при прохождении светового луча из воздуха (или вакуума) в анализируемое вещество и является мерой оптической плотности вещества. Численное значение показывает во сколько раз скорость света в веществе меньше скорости света в вакууме (для которого n = 1), и, следовательно, не может быть меньше единицы.
Показатель преломления зависит от температуры (падает с ее повышением). Эту зависимость характеризует формула:
(2.71)
Показатель преломления различен для лучей с разной длиной волны: большую величину n имеет для лучей с меньшей длиной волны и наоборот.
Стандартная температура измерения показателя преломления – 20 °С, при длине волны света, соответствующей желтой линии в спектре излучения атомов натрия (589,3 нм, обозначается D), поэтому стандартное значение показателя преломления обозначается как n 20 D.
Показатель преломления является аддитивной функцией и используется при косвенных определениях содержания в смеси компонентов с резко отличающимся значениями n. Для определения показателя преломления смеси используется выражение:
, (2.72)
где Vi – объёмное содержание i -го компонента;
ni – показатель преломления i -го компонента.
По величине n можно судить о групповом углеводородном составе нефтепродукта, а в сочетании с плотностью (ρ или d) и молекулярной массой (М) – о структурно-групповом составе (метод n - d - M). Показатель преломления углеводородов возрастает с повышением плотности, увеличением отношения С: Н и в ряду: парафины – олефины – нафтены – ароматика – полициклическая ароматика – смолы – асфальтены.
На различии в преломлении лучей с различной длиной волны основано явление дисперсии (разложения на цвета) света. Она определяется как разность показателей преломления нефтепродукта для двух лучей определённой длины волны (n l1 – n l2). Отношение дисперсии к плотности нефтепродукта называется удельной дисперсией (δ).
, (2.73)
гдеn20 D ,l1 и n20 D ,l2 – показатели преломления нефтепродукта для лучей фиолетовой (коротковолновой, с длиной волны l1) и красной (длинноволновой, l2) частей спектра.
Для парафиновых углеводородов удельная дисперсия лежит в пределах 149–158, для ароматических – 300–500.
Другим показателем, связывающим показатель преломления и плотность нефтепродукта, является удельная рефракция (R):
. (2.74)
Величина удельной рефракции возрастает в ряду ароматические – парафиновые – нафтеновые углеводороды. Этим показателем пользуются при определении структурно-группового углеводородного состава масел.
Удельная рефракция является свойством аддитивным, что используется при лабораторных измерениях состава смесей нефтепродуктов.
Показатель преломления определяют на приборах – рефрактометрах (ИРФ–22, ИРФ–23, УРЛ и др.).
Оптическая активность
Это свойство нефтепродуктов поворачивать вокруг оси плоскость поляризации луча поляризованного света. Измеряется с помощью поляриметра. Оптическая активность связана с присутствием в нефтях полициклических нафтенов и аренов. По оптической активности углеводороды располагаются в ряду (по убыванию) – полициклические циклоалканы – циклоалканоарены – полициклические арены – моноциклические арены – алканы.