Как определить вязкость нефтепродуктов?

Как определить вязкость нефтепродуктов?

Вязкость нефтепродуктов является их важным физико-химическим параметром, который используется при расчете нефтяных запасов, учитывается в процессе проектирования разработки месторождений, а также при выборе схемы переработки и способа транспортировки нефти.

• Динамическая вязкость (η)
• Кинематическая вязкость (ν)
• Способ определения параметра ν

Вязкость нефти и нефтепродуктов бывает динамической и кинематической. Разберем эти понятия подробнее.

Описание физико – химических свойств нефтепродуктов

Нефть представляет собой горючую маслянистую жидкость, обладающую со специфическим запахом. Цвет – от светло-коричневого до темно-бурого.

• Химические свойства нефти
• Основные характеристики нефти и нефтепродуктов
• Плотность
• Молекулярный вес ( масса)
• Вязкость
• Температура вспышки
• Температура воспламенения
• Температура самовоспламенения
• Температура застывания
• Температура помутнения
• Температура начала кристаллизации
• Электрические и диэлектрические характеристики
• Оптические свойства нефти
• Растворимость
• Растворяющие свойства

Согласно российскому госстандарту Р 51858-2002 нефть делится на:

• сырую нефть, которая является природной ископаемой углеводородной смесью в жидкой форме, с широким физико-химическим составом; в ней также содержатся – вода, растворенный газ, набор минеральных солей и различные примеси механического характера; она выступает в качестве основного сырья при производстве жидких углеводородных энергоносителей (бензин, дизтопливо, мазут, керосин), а также смазочных видов масла, кокса и битума;
• товарную нефть, представляющую собой нефть, которая подготовлена к поставке потребителям согласно требованиям действующих нормативов.

Расчёт динамической, кинематической, относительной, условной вязкости нефти

Так же, как плотность, вязкость нефти является её важнейшей физической характеристикой, поскольку напрямую влияет на её текучесть (величина, обратная вязкости). Вязкие нефти крайне трудно транспортировать по трубопроводам и трудно перерабатывать, что для нефтяной отрасли является затрудняющими факторами.

• Физическая величина вязкость нефти
• Динамическая вязкость
• Кинематическая вязкость
• Условная вязкость
• Относительная вязкость

Эта величина в её кинематическом виде, приведенная к температуре 20 градусов Цельсия, может варьироваться в достаточно широком диапазоне – двух до трехсот квадратных миллиметров в секунду (мм 2 /с). Большая часть этого полезного ископаемого характеризуется средним значением этого параметра от 40-ка до 60-ти мм 2 /с.

Эта характеристика является определяющей характеристикой при расчете таких технологических параметров, как:

• подвижность углеводородного сырья в продуктивном пласте в момент добычи;
• скорость фильтрации этого сырья в пласте;
• при определении типа вытесняющего агента;
• для подбора мощности добывающего насосного оборудования;
• при определении необходимых условий трубопроводной транспортировки и так далее.

Если знать вязкость нефти, то возможно даже приблизительно определить её состав, поскольку эта физическая характеристика растет с увеличением молекулярных весов составляющих это полезное ископаемое фракций. Иными словами, чем тяжелее добываемое сырье, тем больше оно содержит тяжелых углеводородных фракций, а значит, вязкость его возрастает. В высоковязких марках черного золота содержится много смол и асфальтенов, что сильно затрудняет переработку такого сырья.

Кроме того, на этот параметр влияют растворенные в этом полезном ископаемом газы. К примеру, газы углеводородного состава эту жидкую смесь разжижают, а азотистые – напротив, увеличивают значение её вязкости.

Кинематическая вязкость воды при различных температурах

Вода H₂O представляет собой ньютоновскую жидкость и ее течение описывается законом вязкого трения Ньютона, в уравнении которого коэффициент пропорциональности называется коэффициентом вязкости, или просто вязкостью.

Вязкость воды зависит от температуры. Кинематическая вязкость воды равна 1,006·10 -6 м 2 /с при температуре 20°С.

В таблице представлены значения кинематической вязкости воды в зависимости от температуры при атмосферном давлении (760 мм.рт.ст.). Значения вязкости даны в интервале температуры от 0 до 300°С. При температуре воды свыше 100°С, ее кинематическая вязкость указана в таблице на линии насыщения.

Кинематическая вязкость воды изменяет свою величину при нагревании и охлаждении. По данным таблицы видно, что с ростом температуры воды ее кинематическая вязкость уменьшается. Если сравнить вязкость воды при различных температурах, например при 0 и 300°С, то очевидно ее уменьшение примерно в 14 раз. То есть вода при нагревании становится менее вязкой, а высокая вязкость воды достигается если воду максимально охладить.

Значения коэффициента кинематической вязкости при различных температурах необходимы для вычисления величины числа Рейнольдса, которое соответствует определенному режиму течения жидкости или газа.

Если сравнить вязкость воды с вязкостью других ньютоновских жидкостей, например с кровью, или с маслами, то вода будет иметь меньшую вязкость. Менее вязкими, по сравнению с водой, являются органические жидкости – ацетон, бензол и сжиженные газы, например такие, как жидкий азот.

Динамическая вязкость (η)

Является отношением касательного напряжения, действующего в продукте, к градиенту его скорости, рассчитываемое при заранее заданной температуре.

Единицей измерения этого параметра является паскаль-секунда. Показатель, обратный этому параметру, называют текучесть.

Определение вязкости нефтепродуктов происходит расчетным путем, после засечения времени истечения исследуемого продукта через капиллярные трубки. Для получения её количественного значения используется формула Пуазейля:

η= π p r 4 τ / 8 V L.

Расшифруем эту формулу:

• p – давление, под действием которого из капилляра истекает жидкость;
• r – значение радиуса самого капилляра;
• τ – временной промежуток, за которое жидкость истекает (замер производится специальным прибором – вискозиметром);
• V – объем протекающей через капилляр жидкости;
• L – это общая длина капилляра.

Методы определения и средства выбираются, исходя из вида исследуемого вещества:

• Чтобы определить этот параметр у нефтепродуктов, находящихся в жидком состоянии с показателем вязкости от 1×10 – 6×10 паскаль-секунд, используют автоматические капиллярные приборы.
• Для определения этого параметра у тяжелых нефтей, тяжелых нефтепродуктов и битумов, используются устройства ротационного типа.

Химические свойства нефти

Химические свойства нефтепродуктов, если рассматривать их с точки зрения элементарного состава, во многом похожи, поскольку все эти вещества содержат углерод и водород. Эти два элемента образуют соединения различного строения.

Химический состав нефти

К ним относятся:

• газы (углерод С1-С4);
• углеводородные жидкости (С5-С16);
• парафины (от С17).

Например, для производства моторных и смазочных масел используются соединения сразу 5-ти групп углеводородов, что позволяет получать нафтены большей плотности. С6H6, представляющие собой цепочку сразу из шести групп – это бензолы. Их плотность значительно больше, чем плотности воды, поэтому они используются как растворители.

Химия нефти – это сложная смесь органических углеводородных соединений, строение которых различно. В связи с этим, состав нефтей, добытых на разных месторождениях, зачастую сильно отличается.

Способ определения параметра ν

Для замеров этого параметра применяются:

Суть методики – определение времени, за которое определенный объем исследуемого вещества истечет под действием силы тяжести.

Сама процедура проводится с применением стеклянных капиллярных приборов. Для анализа берут вискозиметр с диаметром капилляра, который гарантирует время истечения исследуемого продукта не меньше, чем за 200 секунд. Такую гарантию дают следующие марки: ВНЖТ, ВПЖТ-1 и ВПЖТ-2. Разрешено также применение приборов марок ВНЖ, ВПЖ-1, ВПЖ-2 и ВПЖ-4. При проведении лабораторных исследований наибольшее распространение получили вискозиметры Пинкевича (марки ВПЖТ-2 и ВПЖТ-4).

Суть процесса заключается в следующем:

• сухой и чистый прибор заполняется исследуемым продуктом, для чего на трубку отвода надевается трубка из резины.
• После этого колено зажимается пальцем и, перевернув прибор, это колено опускается в сосуд с веществом, что позволяет засосать оттуда жидкость при помощи резиновой груши или насоса (при этом заполнение должно проходить до достижения метки, обозначенной М₂, а в засасываемом веществе не должно быть воздушных пузырьков);
• затем устройство вытаскивают из сосуда и быстро переворачивают в исходное положение;
• с внешнего конца колена снимается излишек продукта, после чего на него надевается резиновая трубка;
• прибор ставится в термостат таким образом, чтобы расширение не превышало уровень воды;
• выдерживают не меньше 15-ти минут;
• затем исследуемое вещество засасывается в колено, примерно на треть высоты расширения;
• колено соединяется с атмосферой, после чего засекается время движения мениска исследуемого продукта от метки с литерой М₁ до метки с литерой М₂ (допустимая погрешность – не больше 0,2 секунды);
• замеры проводят трижды, и в случае, если их результаты разнятся на больше, чем на 0,2 процента, параметр (ν), измеряемый в миллиметрах в квадрате в секунду (мм²/с) рассчитывается как среднее арифметическое, по следующей формуле:

Читать также: Расчёт динамической, кинематической, относительной, условной вязкости нефти

• С – это постоянная вискозиметра ( в мм²/с²);
• τ – это среднее арифметическое от трех замеров времени истечения вещества, измеряемое с помощью прибора, в секундах.

Значение η (в мПа/с), в этом случае рассчитывается по следующей формуле:

• ν – рассчитанное ранее значение кинематической вязкости (мм 2 /с);
• ρ – значение плотности, полученное при такой же температуре, при которой происходило измерение параметра ν (г/см 3 ).

YouTube responded with an error: The request cannot be completed because you have exceeded your <a href="/youtube/v3/getting-started#quota">quota</a>.

Условная вязкость

Этот параметр (обозначение ВУ) получают путем деления промежутка времени, за который истекает определенный объем жидкого образца, на период времени, за который истекает такой же объем стандартной жидкости. Время истекания измеряется в вертикальной трубе заранее определенной длины и диаметра. Условия для обеих жидкостей должны быть абсолютно одинаковы.