Методическая разработка на тему Определение вязкости нефтей и нефтепродуктов

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЯЗКОСТИ НЕФТЕЙ И НЕФТЕПРОДУКТОВ

Вязкость, как - важный Чтфизико-химический параметр, используемый при подсчете запасов нефти, проектировании разработки нефтяных месторождений, выбора способа транспорта и схемы переработки нефти.

Различают динамическую, кинематическую и условную вязкость. Динамическая вязкость η - это отношение действующего касательного напряжения к градиенту скорости при заданной температуре. Единица измерения динамической вязкости паскаль-секунда - Па•с, на практике используют обычно мПа•с.

Необходимость определения кинематической и условной вязкости связана с тем, что для определения динамической вязкости требуется источник постоянного давления (постоянно приложенного напряжения) на жидкость. Это условие предопределяет дополнительные технические трудности, сложность воспроизведения и трудоемкость анализа. Кинематическая вязкость ν - это отношение динамической вязкости жидкости к плотности при той же температуре:

ν = η/ρ

Единица кинематической вязкости м²/с, на практике используют обычно мм²/с.

Сущность метода определения кинематической вязкости заключается в замене постоянного давления (внешней силы) давлением столба жидкости, равным произведению высоты столба жидкости, плотности жидкости и ускорения силы тяжести. Эта замена привела к значительному упрощению и распространению метода определения кинематической вязкости в стеклянных капиллярных вискозиметрах.

Определение условной вязкости также основано на истечении жидкости (как правило, для этих целей используют трубку с диаметром отверстия 5 мм) под влиянием силы тяжести. Условная вязкость - отношение времени истечения нефтепродукта при заданной температуре ко времени истечения дистиллированной воды при 20⁰С. Единица измерения - условные градусы (⁰ВУ). Метод определения условной вязкости применяется для нефтепродуктов, дающих непрерывную струю в течение всего испытания и для которых нельзя определить кинематическую вязкость по ГОСТ 33-82. Условную вязкость определяют для нефтяных топлив (мазутов).

Определение кинематической вязкости обязательно для таких товарных нефтепродуктов, как дизельные топлива и смазочные масла (ньютоновские жидкости).

Согласно унифицированной программе исследования для нефтей определяют кинематическую (или динамическую) вязкость при температурах от 0 до 50⁰С (через 10 ⁰С). Для мало5.5вязких нефтей определение начинают с 20⁰С. Для керосиновых дистиллятов определяют кинематическую вязкость при 20 - 40⁰С. Для дизельных - при 20⁰С, для масляных - при 40, 50 и 100⁰С. Для остатков, выкипающих выше 350⁰С, определяют условную вязкость при 50, 80 и 100⁰С.

На вязкость нефти и нефтепродуктов существенное влияние оказывает температура. С ее понижением вязкость увеличивается. Вязкостно-температурные свойства нефтепродуктов зависят от их фракционного и углеводородного состава. Наименьшей вязкостью и наиболее пологой кривой вязкости обладают алифатические углеводороды. Наибольшей вязкостью и наиболее крутой кривой вязкости - ароматические (особенно би- и полициклические) углеводороды.

Важным эксплуатационным показателем топлив и масел является прокачиваемость. Прокачиваемость моторных топлив и топлив для газотурбинных и котельных установок существенно зависит от их вязкости. Например, количество бензина вязкостью 0.65 мм²/с, поступающего в двигатель за одну минуту, составляет 100 г, а бензина вязкостью 1.0 мм²/с - 95 г. В технических требованиях на товарные топлива и смазочные масла предусмотрены соответствующие ограничения значения вязкости. Так, топлива для быстроходных дизелей должны иметь кинематическую вязкость при 20⁰С в пределах 1.5-6.0 мм²/с.

С понижением температуры высоковязкие нефти, природные битумы и остаточные нефтепродукты (мазут, гудрон) могут проявлять аномалию вязкости, так называемую структурную вязкость. При этом их течение перестает быть пропорциональным приложенному напряжению, т. е. они становятся неньютоновскими жидкостями. Причиной структурной вязкости является содержание в нефти и нефтепродукте смолисто-асфальтеновых веществ и парафинов.

Для оценки вязкостно-температурных свойств масел имеются соответствующие зависимости для расчета температурного коэффициента вязкости (ТКВ) и индекса вязкости (ИВ).

Определение кинематической вязкости

Сущность метода заключается в измерении времени истечения определенного объема испытуемой жидкости под влиянием силы, тяжести. Испытание проводят в капиллярных стеклянных вискозиметрах. Для проведения анализа подбирают вискозиметр с таким диаметром капилляра, чтобы время истечения жидкости составляло не менее 200 с (рис. 1).

Рисунок 1 «Вискозиметр Оствальда»

1-первое колено; 2-втрое колено; 3-расширени

Чистый сухой вискозиметр заполняют нефтью (нефтепродуктом). Для этого в вискозиметр через воронку заливают точное количество нефтепродукта (отмеченное на вискозиметре). Снимают с внешней стороны конца колена 1 избыток нефти (нефтепродукта) и надевают на конец колена 2 резиновую трубку. Вискозиметр устанавливают в термостат (баню) так, чтобы расширение 3 было ниже уровня нефти (нефтепродукта). После выдержки в термостате не менее 15 мин засасывают нефть (нефтепродукт) в колено 2, примерно до 1/3 высоты расширения 3. Соединяют колено 2 с атмосферой и определяют время перемещения мениска нефти - (нефтепродукта) от метки М₁ до М₂ (с погрешностью не более 0.2 с).

Если результаты трех последовательных измерений не отличаются более чем на 0.2 %, кинематическую вязкость ν, мм²/с, вычисляют как среднее арифметическое по формуле:

ν = С•τ,

где С - постоянная вискозиметра, мм²/с²; τ - среднее время истечения нефти (нефтепродукта) в вискозиметре, с.

Динамическую вязкость η, мПа-с, исследуемой нефти (нефтепродукта) вычисляют по формуле:

η = ν•ρ

где ν - кинематическая вязкость, мм²/с; ρ - плотность при той же температуре, при которой определялась вязкость, г/см³.

Допускаемые расхождения последовательных определений кинематической вязкости от среднего арифметического значения не должны превышать следующих значений:

Температура измерения, °С от - 60 до - 30 от -30 до 15 от 15 до 150

Допускаемое расхождение, % ±2.5 ±1.5 ±1.2

Определение условной вязкости

Сущность метода заключается в измерении времени истечения определенного количества отработанного нефтепродукта через калиброванное отверстие вискозиметра

Вискозиметр ВУ-М (рис 2) состоит из латунного резервуара 1 с трубкой 8 в его дне. В эту латунную трубку 8 вставлена отполированная платиновая трубка. Резервуар 1 помещают во внешний цилиндрический сосуд 2, являющийся жидкостной баней. Резервуар 1 закрывается крышкой с двумя отверстиями. В одно отверстие вставляется термометр 4, а в другое - стержень 6, с помощью которого запирается и открывается выходное отверстие 3 в отполированном дне резервуара 1.

Внутри резервуара на равном расстоянии от дна прикреплены три заостренных и изогнутых под прямым углом штифта 5. Эти штифты служат указателями уровня нефтепродукта, заливаемого в вискозиметр. По ним же судят об установке прибора в горизонтальном положении. Во внешнем сосуде 2 укреплена мешалка 7. Весь прибор устанавливается на треножнике 10, на двух ножках которого имеются установочные винты 9. Прибор снабжен электрообогревом.

Для измерения объема вытекающей из вискозиметра жидкости к прибору прилагается измерительная колба объемом 200 мл, специальный термометр, градуированный в рабочем положении, с поправкой на выступающий столбик ртути.

Рисунок 2 «Вискозиметр для определения условной вязкости»

1-резервуар, 2-цилиндрический сосуд, 3-выходное отверстие, 4-термометр, 5-мерники, 6-металлический стержень, 7-мешалка, 8-латунная трубка, 9-установочные винты, 10-треножник.

Внутренний резервуар вискозиметра и сточную трубку промыть легким бензином и высушить воздухом, закрыть выходное отверстие металлическим стержнем;

- включить вискозиметр, на блоке управления установить в бане температуру 55^оС (теплоноситель - раствор глицерина с водой);

- испытуемый нефтепродукт налить во внутренний резервуар вискозиметра в таком количестве, чтобы уровень его был несколько выше остриев штифтов;

- закрыть вискозиметр крышкой, а под сточную трубку подставить чистую сухую измерительную колбу, вставить термометр, включить мешалку;

- выдержать нефтепродукт, пока он не нагреется до 50^оС;

- после достижения требуемой температуры выключить мешалку, быстро приподнять металлический стержень из прибора и одновременно включить секундомер;

- когда нефтепродукт в измерительной колбе дойдет точно до метки, соответствующей 200мл (пена в расчет не принимается), секундомер остановить и отсчитать время истечения 200мл нефтепродукта с точностью до 0,2с. Допускаемые расхождения между двумя параллельными определениями не должны превышать при времени истечения до 250с - 1с, до 500с - 3с, до 1000с - 5с.

- вычислить условную вязкость ВУt испытуемого нефтепродукта при температуре t (в условных градусах) по формуле:

где τ_t - время истечения из вискозиметра 200мл испытуемого нефтепродукта при температуре испытания t, с; - водное число вискозиметра, с.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что такое динамическая вязкость?

2. Что такое кинематическая вязкость?

3. Что такое условная вязкость?

4. Какое влияние оказывает температура на вязкость?

5. От чего зависит прокачиваемость масел?

6. от чего зависят вязкостно-температурные свойства нефтепродуктов?