Технические науки/5. Энергетика

Д.т.н. Канаева А.Т., магистрант Айекеева Г.К.

Казахский агротехнический университет имени С.Сейфуллина, Казахстан, г. Астана

Анализ методов испытаний качества нефтепродуктов

Контроль качества продукции определяется по ГОСТ 15467-70 как «проверка соответствия показателей качества установленным требованиям». Под показателем качества продукции понимается «количественная характеристика свойства продукции, входящих в составе ее качества, рассматриваемая применительно к определенным условиям ее создания, эксплуатации или потребления».

Требования, установленные стандартами и техническими условиями к показателям качества нефтепродуктов, могут быть разного вида.

Двусторонние ограничения – показатели качества нефтепродукта х_i не должны выходить за установленные пределы:

Односторонние ограничение – показатели качества не должны превышать или быть меньше некоторых допустимых значении:

или

Односторонние ограничения характерны для подавляющего большинства показатели качества нефтепродуктов.

Нефтепродукт принимает как годный, если условия типа (1-1), (1-2) или (1-3) выполняются для всех его показателей качества, и бракуется, если условия не выполняются, хотя бы для одного из показателей качества.

Отметим что условия (1-2) и (1-3) совпадают с условиями (1-1) при А_i =-∞ или B_i =+∞. Поэтому в дальнейшем ряд формул будет написан только для условия (1-1).

Решение о том, удовлетворяют или не удовлетворяют показатели качества нефтепродуктов условиям (1-1), (1-2) или (1-3) принимают в подавляющем числе случаев по результатам испытании, выполняемых в лаборатории. Большинство стандартных лабораторных методов испытаний нефтепродуктов базируются на определенных физико-химических процессах, которые реализуется с помощью лабораторных анализаторов и другого испытательного оборудования.

В состав лабораторного оборудования входят устройства разнообразного назначения. Часть этих устройств, также как и лабораторные анализаторы, являющиеся средствами измерений (термометры, амперметры, манометры и т.п.). Имеют нормированные метрологические характеристики и подлежат обязательной периодической поверке.

Однако результат испытаний зависит не только от технических характеристик и состояния средств измерений. В процессе измерений, являющихся составной частью испытаний нефтепродуктов, применяется большое количество вспомогательных устройств, не относящихся к средствам (насосы, термостаты, устройства автоматики и т.п.).

Технические характеристики средств измерений и вспомогательных устройств, их состояние и способы совместного использования оказывают существенные влияния на результат испытаний нефтепродуктов. Для гарантии необходимо точности испытаний нефтепродуктов необходимой строго регламентировать требования к средствам измерений и вспомогательным устройствам, методу и алгоритму выполнения измерений и т.п. С этой целью должна проводиться стандартизация и аттестация методики выполнения измерений (МВИ). Применение лабораторных анализаторов и другого лабораторного оборудования при контроле качества нефтепродуктов сводится к четкой реализации МВИ. Однако даже четкая реализация МВИ приводит к расхождениям результатов испытаний одного и того же нефтепродукта. При отсутствии погрешности в результатах испытаний можно было бы принимать без ошибочные решения о годности или негодности нефтепродукта в зависимости от того, удовлетворяют или не удовлетворяют результаты испытаний условиям (1-1), (1-2), (1-3).

Анализ стандартизованных методов испытаний нефтепродуктов, проведенный как в СНГ, так и за рубежом, показал наличие двух видов случайных расхождений между результатами испытаний одного и того же нефтепродукта: расхождение между результатами испытаний, выполненных в одной лаборатории (внутрилабораторные расхождения); расхождение между результатами испытаний, выполненных в разных лабораториях (межлабораторные расхождения).

Учитывая наличие двух видов случайных расхождений, международная организация по стандартизации – ISO (International Standart Organization) и Американское общество по испытанию материалов – ASTM (American Society for Testing Materials) рекомендуют характеризовать точность результата испытаний нефтепродуктов с помощью двух показателей: сходимости и воспроизводимости.

Согласно ISO и ASTM этим характеристикам дается конкретное вероятностное определение. Под сходимостью метода подразумевается «такое расхождение между двумя единичными результатами, полученными и последовательно одним оператором на одном комплекте аппаратурными на идентичным испытуемым материале, вероятность превышения которого при нормальном и правильном выполнении всех операций метода испытаний не превосходит 0,05».

Под воспроизводимостью метода подразумевается «такое расхождение между двумя единичными результатами, полученными в различных лабораториях на идентичном испытуемом материале, вероятность превышения которого при нормальном и правильном выполнении всех операций метода испытаний не превосходит 0,05». Условимся здесь и в дальнейшем действительное значительное показателя качества обозначать через х, а результат испытаний через х^ꞌ.

На Рис.1-1 в общем виде показан закон распределения возможных значений результатов испытаний при определениях показателях качества одного и того же нефтепродукта, выполненных в разных лабораториях. Общая площадь, ограниченная кривой распределения у=φ(хꞌ), независимо от разброса значений, равна 1.

Площадь прямоугольника со стороной у₁ и основанием ∆х^ꞌ (рис.1-1, а) приблизительно равна относительной частоте (вероятности) появления результата х^ꞌ_i при многократном повторении испытаний. Площадь, ограниченная результатами испытаний лежит в пределах х^ꞌ₁ и х^ꞌ₂.

На основании общих соображений и опытных данных принято считать, что результаты испытаний по определению показателей качества одного и того же нефтепродукта в разных лабораториях подчиняются нормальному закону распределения с центром распределения (математическим ожиданием), равным действительному значению показателя качества х.

Форма нормального закона распределения соответствует показанной (рис.1-1, а). Разброс значений вокруг центра характеризуется средним квадратическим отклонением σ результатов испытаний х^ꞌ от действительного значения х.

На основании положений теории вероятностей можно утверждать, что если результаты испытаний при определении показателя качества одного и того же нефтепродукта подчинены нормальному закону распределения со средним квадратическим отклонением σ, то величина разности между двумя результатами будет также подчиняться нормальному закону распределения с математическим ожиданием, равным 0, и средним квадратическим отклонением, равным =σ (рис. 1-1, б).

Заштрихованная площадь (рис.1-1,б) равна вероятности Р того, что абсолютное значение разности не превышает величины L.

Вероятность этого события определяется по формуле:

Где Ф(U)= –функция Лапласа.

При Р=0,95

В соответствии с табличными значениями функции Лапласа:

Рис. 1.1. Нормальное распределение случайных величин:

а – результатов испытаний одного и того же нефтепродукта (среднее квадратическое отклонение) у=φ( х^ꞌ ); б – разности между результатами испытаний (среднее квадратическое отклонение σ

Следовательно, значение разности, вероятность превышения которой равна 0,05 можно определить из соотношения:

L=

Исходя из соотношения (1-4) и вышеприведенного определения воспроизводимости, можно записать следующую зависимость:

где R – воспроизводимость метода испытаний.

Общий вид закона распределения для результатов испытаний, выполненных в условиях, оговоренных при определении сходимости, в принципе аналогичен приведенному на рис. 1-1. Очевидно, что и основные зависимости будут идентичны:

где r – сходимость метода испытаний: σ_r – среднее квадратическое отклонение, обусловленное случайными расхождениями между результатами испытаний, выполненными в одинаковых условиях.

Наличие случайных межлабораторных расхождений результатов испытаний нефтепродукта в совокупности со случайным рассеянием показателей их качества приводит к следующим нежелательным последствиям:

-может быть забракован нефтепродукт, который в действительности соответствует требованиям распространяющихся на него стандартов или технических условий (ошибка первого вида);

-может быть принят нефтепродукт, не соответствующей стандартам и техническим условиям (ошибка второго вида).

Последствия неправильной оценки качества нефтепродуктов могут быть охарактеризованы двумя вероятностями:

Р_α – вероятность забраковки нефтепродукта, соответствующего требованиям стандартов и технических условий;

Р_β – вероятность приемки нефтепродукта, не соответствующего требованиям стандартов и технических условий.

Литература:

1. Сагинаев А.Т. Нефть и газ, М.: Недра 1996. 15 с

2. Сыромятников Е.С. Упраление качеством на предприятиях нефтяной и газовой промышленности, М.: Ижевск 2001. 157-160 с

3. Бадовский Н.А., Колесников В.В. Повышения качества строительства и эксплуатации скважин как стратегия устойчивой эффективной добычи нефти, НХ № 4, 1998. 87с

4. Фукс И.Г., Производства смазочных масел, М.: Ижевск 2000. 107с