استاندارد اندازهگیری چگالی نسبی یا گراویتی API نفت خام و فرآوردههای نفتی مایع با استفاده از روش هیدرومتر، اولین بار در سال ۱۳۴۵ و توسط سازمان ملی استاندارد ایران تهیه شد و در سال ۱۳۹۳ با بازبینی و تائید کمیسیونهای مربوطه مورد تجدید نظر قرار گرفت. روش و کلیه مراحل و معیارهای اندازهگیری این آزمون با استناد به استاندارد انجام میپذیرد و توسط آزمایشگاهها و مراکز کنترل کیفیت به تولیدکنندگان یا مصرفکنندگان این فرآوردههای نفتی گزارش داده میشود. نهادهای سنجش و کنترل کیفیت از این معیار در زمینههای مشخصی بهره میبرند. البته تعیین چگالی فرآوردههای نفتی در کیفیت کلی آنها تأثیر نمیگذارد، اما باز هم یک مشخصه مهم کیفیت برای سوختهای خودرو یا سوختهای هوایی و دریایی محسوب میشود، چون در اصول ذخیرهسازی، جابجایی و احتراق این مواد کاملاً تأثیرگذار و مهم تلقی میشود.
اهداف و دامنه کاربردی اندازهگیری چگالی فرآوردههای نفتی با هیدرومتر
هدف از این اندازهگیری استاندارد، ارائه روشی برای تعیین آزمایشگاهی چگالی، چگالی نسبی یا گراویتی API نفت خام یا مخلوطهایی از فرآوردههای نفتی یا غیرنفتی بهصورت مایع با استفاده از یک چگالی سنج شیشهای (هیدرومتر) و مجموعهای از محاسبات است. البته منشأ فشار بخار جهنده این نمونهها باید kPa ۱۰۱/۳۲۵ یا کمتر باشد.
برای این اندازهگیری، مایعات نفتی یا مایعات مخلوط نفتی شفاف با ویسکوزیته پایین مناسب است. این روش برای مایعات دارای ویسکوزیته بالا هم با تأمین زمان کافی برای هیدرومتر و رسیدن آن به تعادل دمایی، به کار گرفته میشود. چگالی مایعات تیره هم با بهکارگیری تصحیح مناسب اثر هلالی، به این روش اندازهگیری میشود.
چگالی، چگالی نسبی یا گراویتی API یک عامل کنترلکننده کیفیت و قیمت نفت خام است، البته در ارتباط مستقیم با خصوصیات دیگر این فرآوردهها قرار نمیگیرد و اصولاً کیفیت این مواد را معلوم نمیکند، بلکه خاصیتی است که اقدامات کلی مثل اصول جابجایی را برای فرآوردههای نفتی مشخص میکند.
اصطلاحات و تعاریف عمده استاندارد اندازهگیری چگالی نفت خام با هیدرومتر
گراویتی API: تابع خاصی از چگالی نسبی در دمای ۱۵ درجه سانتیگراد.
چگالی: جرم مایع در واحد حجم در دمای ۱۵ درجه سانتیگراد و فشار kPa ۱۰۱/۳۲۵ با واحد اندازهگیری استاندارد کیلوگرم بر متر مکعب.
چگالی نسبی: نسبت جرم یک حجم داده شده از مایع در یک دمای خاص به جرم معادل از آب خالص در دمای یکسان یا متفاوت است.
نقطه ابری: دمایی که در یک مایع در حال خنک شدن تحت شرایط خاص، ابری از بلورهای موم برای اولین بار ظاهر میشود.
قرائت هیدرومتر: نقطهای بر روی درجهبندی هیدرومتر که در آن سطح مایع، مقیاس را رد میکند.
مقادیر مشاهده شده: مقادیر مشاهده شده در دمای مرجع مشخص شده هستند و نباید بهعنوان مقادیر چگالی در نظر گرفته شوند.
نقطه ریزش: طی خنک شدن نمونه، پایینترین دمایی که نمونه شروع به حرکت میکند.
دمای ظاهری موم (WAT): دمایی که در نفت خام و طی خنک شدن، جامدهای مومی تشکیل میشود.
وسایل مورد نیاز برای اندازهگیری چگالی با هیدرومتر
• هیدرومتر: شیشهای مدرج بر اساس واحدهای چگالی، چگالی نسبی با گراویتی API مطابق استاندارهای توصیه شده.
• دماسنج: دارای گستره، فاصلههای درجهبندی و حداکثر خطای درجهبندی مجاز طبق استاندارد.
• استوانه هیدرومتر: از جنس شیشه شفاف یا پلاستیک با قطر داخلی ۲۵ میلیلیتر و بزرگتر از قطر هیدرومتر.
• حمام: با دمای ثابت و قابل تنظیم، همچنین اندازه مناسب جهت قرارگیری کامل استوانه هیدرومتر در آن.
• میله همزن از جنس شیشه یا پلاستیک.
اصول و روش کلی اندازهگیری چگالی، چگالی نسبی یا گراویتی API
در این روش استاندارد، اول نمونه برای رسیدن با سیالیت مناسب و جلوگیری از ظهور جامدهای مومی به دمای مشخص شده (معمولاً دمای محیط) میرسد و به یک استوانه هیدرومتر با همان دما یا در همان محدوده دما انتقال داده میشود. حبابهای ایجاد شده بر روی نمونه باید بعد از انتقال از بین برود و سپس دماسنج هم با همان دمای مشخص تعیین شده (حداکثر ۵ درجه سانتیگراد اختلاف) به درون آزمونه فرو برده میشود. در این مرحله آزمایشگر بعد از هم زدن نمونه و حاصل کردن اطمینان از یکنواختی دما، اجازه میدهد که دماسنج در نمونه و استوانه به سکون برسد. دمای نمونه با تقریب ۱ دهم درجه سانتیگراد ثبت میشود. مکان این مرحله از آزمون نباید حاوی هوای در جریان یا دمای بیشتر از ۲ درجه سانتیگراد متغیر باشد.
بعد از خارج کردن دماسنج از نمونه، هیدرومتر وارد نمونه میشود و بعد از رسیدن به تعادل، رها میشود. قبل از قرائت باید هرگونه حباب از سطح نمونه خارج شده باشد. قرائت مقیاس هیدرومتر با تقریب یک پنجم یا یک دهم و طبق اصول استاندارد انجام میشود و بعد هیدرومتر به دقت از مایع خارج میشود. بعد از هم زدن دوباره مایع نمونه با میله، دماسنج مجدداً وارد آزمونه میشود و دمای آن توسط آزمونگر اندازهگیری میشود. برای محاسبه نهایی چگالی فرآورده نفتی مورد اندازهگیری، تمامی تصحیحهای مربوط به دماسنج و قرائت هیدرومتر در نظر گرفته میشود. قرائتهای هیدرومتری که در ابتدا به دست میآید، مقدار چگالی نیست. قرائتها بر روی یک هیدرومتر در دمای مرجع یا دمای معمولی دیگری (همانگونه که شرح داده شد) اندازهگیری میشود و قرائتها برای اثر هلالی سطح مایع، اثر انبساط دمایی شیشه، اثرات دمایی کالیبراسیون جایگزین و همچنین برای دمای مرجع توسط جدولهای اندازهگیری نفت و ضرایب صحیح حجم و مقیاسهای جدولهای اختصاصی استاندارد ASTMD۱۲۵۰، به دمای مرجع و معادل آن؛ یعنی ۱۵ درجه سانتیگراد کاهش داده شده و تصحیح میشوند.
گزارش آزمون اندازهگیری کف در دمای بالا
گزارش آزمون توسط آزمایشگاهها باید حداقل در برگیرنده موارد زیر باشد:
۱- مقدار نهایی بهصورت چگالی برحسب کیلوگرم بر متر مکعب و در دمای مرجع.
۲- مقدار نهایی بهصورت چگالی برحسب کیلوگرم بر لیتر یا بر میلیلیتر و در دمای مرجع.
۳- مقدار نهایی بهصورت چگالی نسبی بدون بُعد در دمای مرجع.
۴- مقدار نهایی بهصورت گراویتی API
۵- روش آزمون استاندارد.
۶- توضیحات کامل در مورد دقت و انحراف.
۷- گزارش موارد غیرمعمول.
۸- هرگونه عملیاتی که در استاندارد ملی نیست و توسط آزمایشگر در نظر گرفته شده است.
۹- نام و نام خانوادگی آزمونگر.
۱۰- تاریخ انجام آزمون.
نتیجهگیری
آزمایشگاهها و مراکز سنجش مواد نفتی بر اساس سفارشها و با استناد به روشهای تدوین شده از سوی سازمان ملی استاندارد ایران، چگالی نفت خام و فرآوردههای آن را اندازهگیری میکنند. این روش اندازهگیری با استفاده از دستگاه چگالی سنج یا هیدرومتر انجام میشود و بعد از انجام محاسبات لازم به دست میآید. تولیدکنندگان و مصرفکنندگان از تعیین چگالی به شناخت بهتری از مواد مورد آزمایش و اندازهگیری قرار گرفته میرسند و بسیاری از رفتارهایشان را مطابق با آن تعیین میکنند.