Определение вязкости нефтепродуктов кратко

Обновлено: 02.07.2024

Динамическая вязкость, или коэффициент динамической вязкости – этоотношение действующего касательного напряжения к градиенту скорости.Динамическая вязкость служит мерой сопротивления жидкости течению.

За единицу динамической вязкости в системе СИ принята вязкостьтакой жидкости, которая оказывает сопротивление в 1Н взаимномуперемещению двух слоев жидкости площадью 1м 2 , находящихся один отдругого на расстоянии 1 м и перемещающихся с относительной скоростью 1м/с.

Единицей динамической вязкости в системе СИ являетсяПаскаль·секунда (Па·с). На практике применяют 1 мПа·с = 1·10 -3 Па·с, или сантиПуаз (1сП =1мПа·с).

Динамическую вязкость η находят как произведение кинематическойвязкости жидкости ν и ее плотности ρ при той же температуре по формуле:

2. Что такое кинематическая вязкость?

Кинематическая вязкость - это отношение динамической вязкости ηжидкости к плотности ρ при той же температуре:

Кинематическая вязкость служит мерой сопротивления жидкоститечению под влиянием гравитационных сил.

Метод определения кинематической вязкости заключается в измерениивремени истечения определенного объема испытуемой жидкости подвлиянием силы тяжести.

В системе СИ единицей кинематической вязкости является м 2 /с. Напрактике применяется меньшая единица – 1 мм 2 /с=1·10 -6 м2 /с, сантиСтокс(1сСт=1мм 2 /с).

3. В чем сущность определения кинематической вязкости?

Сущность определения кинематической вязкости заключается вустановлении времени истечения определенного объема нефтепродукта черезкапилляр вискозиметрапод действием собственной силы тяжести. Для определения кинематической вязкости используются вискозиметры ВПЖ-1, ВПЖ-2, ВПЖ-4, ВПЖМ, ВНЖ, а также вискозиметры Пинкевича.

Вискозиметры ВПЖ-2 и Пинкевича представляют собой стеклянную U-образную трубку, в одно колено которой, впаян капилляр, переходящий в два расширения. Между расширениями имеется метка М₁, а внизу нижнего расширения— метка М₂.

В верхней части второго колена есть небольшой отвод, на который надевается резиновая трубка при заполнении вискозиметра нефтепродуктом. В нижней части оба колена соединяются с помощью расширения, служащего резервуаром для стока испытуемого нефтепродукта.

Вискозиметры выпускаются с капиллярами различного диаметра. В набор

вискозиметров ВПЖ-2 и ВПЖ-4 входят вискозиметры с диаметром капилляров от 0,34 до 5,1 мм. Набор вискозиметров Пинкевича состоит из вискозиметров с диаметром капилляров от 0,4 до 4 мм.

На расширениях вискозиметра указываются тип стекла, дата изготовления, номер вискозиметра и диаметр капилляра. Каждый вискозиметр снабжен выпускным аттестатом, в котором указывается постоянная вискозиметра.

Для поддержания заданной температуры продукта при определении вязкости применяют термостат или термостатирующие устройства. В зависимости от температуры, при которой определяется кинематическая вязкость, термостат заполняют одной из следующих жидкостей:

а) при температуре от -60°С до 0°С — спиртом этиловым или изооктаном;

б) от 0° до 90° С—дистиллированной водой;

в) выше 90° С — глицерином или глицерином, разбавленным дистиллированной водой в соотношении 1:1, или светлым нефтяным маслом, или 25%-ным водным раствором азотнокислого аммония.

Для нагрева жидкостей используют нагревательные приборы, применяют лед, твердую углекислоту (сухой лед) или жидкий азот.

4. Привести схему вискозиметров: ВПЖ-2; Пинкевича.

а - вискозиметр ВПЖ-2;

б - вискозиметр Пинкевича

1-капилляр вискозиметра; 2-отводная трубка; 3-расширение вискозиметра

5. Как подбирается вискозиметр? Подобрать вискозиметр (определить его постоянную) для измерения кинематической вязкости нефтепродукта в 6 сСт.

Для определения кинематической вязкости испытуемого нефтепродуктаподбирают вискозиметр с таким расчетом, чтобы время истечения черезкапилляр вискозиметра было не менее 200 сек. Делается это следующимобразом. Зная вязкость нефтепродукта по техническим условиям притемпературе определения, делят ее на 200 и получают постояннуювискозиметра, по которой и подбирают вискозиметр с нужным диаметромкапилляра.

Перед определением вязкости вискозиметр сначала тщательно промывают авиационным бензином Б-70, серным эфиром, дистиллированной водой илиспиртом этиловым. Затем просушивают в сушильном шкафу и продуваютчистым теплым воздухом. При сильном загрязнении вискозиметр промываютхромовой смесью.

При наличии в нефтепродукте воды его просушивают и фильтруют. Втермостате устанавливают необходимую температуру, которуюподдерживают во время определения с точностью до 0,1°С. Температуруопределяют с помощью лабораторного термометра, устанавливаемого такимобразом, чтобы его ртутный шарик находился примерно на уровне серединыкапилляра вискозиметра.

С — постоянная вискозиметра, сСт/сек (дается в паспортевискозиметра);

6. Как происходит отбор пробы испытуемого нефтепродукта?

Отбор пробы испытуемого продукта вискозиметрами ВПЖ-2 иПинкевича одинаков (см. рис. 2). Для этого: испытуемый продукт наливают встеклянный стаканчик или фарфоровый тигель и опускают в него конецколена вискозиметра с капилляром. Отверстие другого колена вискозиметразакрывают пробкой (пальцем), и через резиновую трубку, надетую наотводную стеклянную трубку, резиновой грушей засасывают испытуемыйпродукт в вискозиметр до метки М₂. Во время засасывания продукта следят затем, чтобы не образовалось пузырьков воздуха, разрывов и пленок.

7. Как происходит обработка и подсчет результатов испытаний?

По полученным результатам находят среднее арифметическое исравнивают; с ним все отсчеты. Во внимание принимаются только те отсчеты,которые отличаются от среднего арифметического не более чем на ±0,5%.При расхождении результатов отсчетов на большее значение, измеренияповторяют. Кинематическую вязкость (ν ) испытуемого нефтепродукта в сствычисляют по формуле:

v =C⋅τ

где: С — постоянная вискозиметра, сСт/сек (дается в паспортевискозиметра);

τ — среднее арифметическое времени истечения нефтепродукта ввискозиметре, сек.

Кинематическую вязкость нефтепродукта вычисляют с точностью дочетвертой значащей цифры, например; 1,255; 16,48; 190,2;1735.Расхождения между параллельними определениями кинематическойвязкости нефтепродуктов (в процентах) от среднего арифметическогосравниваниваемых результатов не должны превышать следующей величины:

- при температуре определения от -60° до -30°С±2,5%;

- от -30° до +15°С – ±1,5°,

- от +15° до +150°С – ±1,2%.

По итогам определения делается вывод о пригодности к использованию

данной марки дизельного топлива

8. Соответствует ли испытанное при 20 ºС зимнее дизтопливо ГОСТ 305-82, если среднее арифметическое время истечения нефтепродукта в вискозиметре 300 сек, а по паспорту вискозиметра, его постоянная равна 0,005 сСт/сек?

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

Метод определения кинематической и расчет динамической вязкости

Petroleum products. Method for determination of kinematic viscosity
and calculation of dynamic viscosity

Дата введения 1983-01-01

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Государственным комитетом СССР по стандартам

Е.М.Никоноров, д-р хим. наук; В.В.Булатников, канд. техн. наук; Н.П.Соснина, канд. техн. наук; Н.П.Изотова, канд. техн. наук; Л.А.Садовникова, канд. техн. наук; Л.Г.Нехамкина, канд. хим. наук (руководители темы); Е.И.Малышева; И.В.Солнцева; Н.П.Щедрина; Н.М.Королева

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 16.07.82 N 2700

4. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

Обозначение НТД, на который дана ссылка

5. Ограничение срока действия снято по решению Межгосударственного Совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС 2-93)

6. ПЕРЕИЗДАНИЕ (декабрь 1996 г.) с Изменениями N 1, 2, 3, 4, утвержденными в августе 1984 г., июне 1987 г., феврале 1989 г., феврале 1993 г. (ИУС 12-84, 10-87, 5-89, 4-94)

Настоящий стандарт устанавливает метод определения кинематической вязкости стеклянным вискозиметром нефтепродуктов, жидких при температуре испытания, у которых напряжение сдвига пропорционально скорости деформации (ньютоновских жидкостей), и расчет динамической вязкости.

Сущность метода заключается в измерении времени истечения определенного объема испытуемой жидкости под влиянием силы тяжести.

Настоящий стандарт не распространяется на битумы.

Термины, применяемые в стандарте, и пояснения к ним приведены в приложении 1.

(Измененная редакция, Изм. N 4).

1. АППАРАТУРА, РЕАКТИВЫ И МАТЕРИАЛЫ

1.1. Вискозиметры капиллярные из стекла с малым коэффициентом температурного расширения (например, боросиликатного), обеспечивающие требуемую точность (п.4.3).

Допускается применять автоматические вискозиметры с той же точностью.

В зависимости от диапазона вязкости типы вискозиметров приведены в табл. 1.

Диапазон вязкости, мм/с

Вискозиметры типа Оствальда (для прозрачных жидкостей):

Вискозиметры с висячим уровнем (для прозрачных жидкостей):

Вискозиметры с обратным протоком (для прозрачных и непрозрачных жидкостей):

* Для указанных вискозиметров с минимальной постоянной время истечения должно быть не менее 200 с.

Вискозиметры типов ВПЖТ-1, ВПЖТ-2, ВПЖТ-4, ВНЖТ.

Допускается использовать вискозиметры типов ВПЖ-1, ВПЖ-2, ВПЖ-4, ВНЖ.

Для каждого диапазона вязкости необходимо иметь набор вискозиметров. Чтобы не было необходимости вносить поправку на кинетическую энергию, конструкция всех этих вискозиметров рассчитана на минимальное время истечения 200 с.

Чертежи и описание работы вискозиметров приведены в приложении 2.

1.2. Штативы или другие устройства для закрепления вискозиметров. Для проверки расположения по вертикали используют отвес.

1.3. Термостат или баня вискозиметра. Для наполнения бани используют прозрачную жидкость, которая остается в жидком соcтоянии при температуре определения. В качестве бани используют любой прозрачный сосуд такой глубины, чтобы нефтепродукт, находящийся в вискозиметре, был погружен не менее чем на 20 мм ниже уровня жидкости в бане и не менее чем на 20 мм над дном бани. Баня должна быть снабжена устройством, позволяющим точно регулировать температуру жидкости в бане. Наибольшее изменение температуры жидкости по длине вискозиметров и между местом расположения отдельных вискозиметров и местом расположения термометра не должно превышать:

±0,01 °С - при температуре от 15 до 100 °С;

±0,03 °С - при температуре вне этого диапазона.

Для заполнения термостата применяют:

спирт этиловый технический по ГОСТ 17299, или спирт этиловый синтетический технический, или изооктан технический - для температуры от минус 60 до плюс 15 °С;

воду дистиллированную - для температуры от 15 до 60 °С;

глицерин по ГОСТ 6824, или глицерин, разбавленный водой 1:1, или светлое нефтяное масло - для температуры свыше 60 °С, или 25 %-ный раствор азотнокислого аммония - для температуры выше 90 °С.

Примечание. Для охлаждения жидкостей в термостате применяют лед, твердую углекислоту (сухой лед), жидкий азот.

При отсутствии термостата для определения вязкости при температуре ниже 15 °С допускается применять устройство, состоящее из прозрачного сосуда Дьюара и стеклянной гильзы (пробирки) диаметром не менее 65 мм, в которую входит вискозиметр. Гильзу с вискозиметром устанавливают вертикально в сосуд Дьюара, гильзу и сосуд Дьюара наполняют этиловым спиртом или изооктаном, заданную температуру поддерживают добавлением твердой углекислоты в сосуд Дьюара. Одним термометром измеряют температуру жидкости в гильзе, другим - в сосуде Дьюара.

(Измененная редакция, Изм. N 1, 3, 4).

1.4. Термометры по ГОСТ 13646, типов I и II.

Термометры по ГОСТ 400, типа ТИН 10, и термометры, характеристика которых указана в табл. 2, имеющие после корректировки точность ±0,02 °С, дающие возможность отсчета с точностью 0,01 °С, или другие устройства для измерения температуры с аналогичной точностью.

Замечено, что с изменением некоторых свойств топлива, в частности - вязкости, падает и его эффективность, а значит - увеличивается нагрузка на ДСВ, ухудшается смазываемость топливного насоса и повышается износ систем двигателя из-за неравномерного горения. Поэтому хранение и транспортировка нефтепродуктов должны производиться с соблюдением правил и стандартов. Чтобы отслеживать изменения вязкости и прочих свойств, а также определять изначальные характеристики материалов, были созданы различные методы анализа продуктов нефтепереработки.

Методы определения вязкости нефтепродуктов и основные показатели качества

Динамическая вязкость определяет внутреннее трение или, другими словами, свойство жидкости сопротивляться перемещению ее собственных частиц под воздействием внешних сил. Показатель раскрывает несущую способность и прокачиваемость исследуемого материала. Измерение вязкости нефти производится в вискозиметрах, а результат записывается в Пас или в пуазах (П).
Кинематическая вязкость нефтепродуктов обозначает зависимость динамической вязкости жидкости от ее плотности и указывается в сантистоксах (сСт). Смазочные масла всегда анализируют по этому показателю. С помощью капиллярных вискозиметров, которые пропускают небольшое количество вещества в отверстие за определенное время при заданной температуре.
Индекс вязкости передает степень изменения текучести масла при переменах температуры. Чем выше этот показатель, тем меньше вязкость зависит от тепла. Определение вязкости нефтепродуктов может закончиться процедурой по улучшению их качества. Чтобы повысить индекс, обычно проводится глубокая гидроочистка, применяются специальные присадки или полимерные масла.
Под плотностью понимают массу нефтепродуктов в единице объема. Измерение плотности нефти проводят ареометром, пикнометром и весами.
Температура вспышки – это минимальная температура воспламенения паров нефтепродукта в заданных условиях. Исследования проводятся в открытом тигле, если предмет анализа – смазочные масла. При работе со светлыми нефтями эксперимент проходит в закрытом тигле. Если этот показатель не выше 61 °С, то вещество можно назвать легковоспламеняющимся.
Температура воспламенения – температура, при которой продукт загорается при поднесении огня и горит около 5 секунд. Температура самовоспламенения описывает условия, при которых вещество загорается самостоятельно.
Температура застывания – показатель, достигнув которого жидкость теряет подвижность.
Температура фильтруемости описывает конец пропуска нефтепродукта через фильтр.
Температура помутнения определяет условия, при которых нефтепродукт выделяет парафин.

Вязкость нефтепродуктов: аппараты для исследований от "БМЦлаб"

Величина вязкости учитывается при оценке скорости фильтрации в пласте, при выборе типа вытесняющего агента, при расчете мощности насоса добычи нефти и др.

Параметр вязкость наиболее тесно отражает взаимодействие углеводородов и гетероатомных соединений и коррелирует со степенью их проявления.

Вязкость (абсолютная, динамическая) характеризует силу трения (внутреннего сопротивления), возникающую между 2 смежными слоями внутри жидкости или газа на единицу поверхности при их взаимном перемещении (рис 1).

Динамическая вязкость определяется по уравнению Ньютона:

где А - площадь перемещающихся слоев жидкости или газа ;

F - сила, требующаяся для поддержания разницы скоростей движения между слоями на величину dv;

dy - расстояние между движущимися слоями жидкости (газа);

dv - разность скоростей движущихся слоев жидкости (газа).

μ - коэффициент пропорциональности, абсолютная, динамическая вязкость.

Рис 1. Движение 2 х слоев жидкости относительно друг друга

Размерность динамической вязкости определяется из уравнения Ньютона:

система СИ - (Па*с, мПа*с), паскаль /сек;

система СГС - (пуаз (пз), сантипуз (спз)) = (г/ (см*сек)).

С вязкостью связан параметр - текучесть (j) - величина обратная вязкости:

Кроме динамической вязкости для расчетов используют также параметр Кинематическая вязкость - свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению одной части жидкости относительно другой с учетом силы тяжести.

Единицы измерения кинематической вязкости:

система СИ - (м 2 /сек, мм 2 /се);

система СГС - (стокс (ст), сантистокс (сст)); сст =1·10-4 м 2 /сек.

Вязкость сепарированной нефти с возрастанием температуры уменьшается, а с возрастанием давления увеличивается.

С увеличением молекулярного веса фракции, температурного интервала выкипания фракции, плотности величина вязкости возрастает .

Вязкость нефти уменьшается с повышением количества углеводородного газа растворенного в ней, и тем больше, чем выше молекулярная масса газа (рис 2).

При увеличением молекулярной массы углеводородного компонента от СН₄ к С₄Н₁₀, растворенного в нефти вязкость нефтей будет уменьшаться, за счет увеличения доли неполярных соединений (газ идеальная система).

Однако не все компоненты газа подчиняются такой закономерности.

С увеличением количества азота растворенного в нефти вязкость нефти в пластовых условиях будет возрастать.

С увеличением молекулярной массы жидкого углеводородного компонента от С₅Н₁₂ и выше, растворенного в нефти, ее вязкость будет возрастать за счет увеличения доли полярных компонентов (нефть неидеальная система).

Рис 2. Изменение вязкости нефти Балаханского месторождения при насыщении ее газом

Вязкость смесей аренов больше вязкости смесей алканов. Поэтому, нефть с высоким содержанием ароматических углеводородов более вязкая, чем нефть парафинового основания

Чем больше в нефти содержится смол и асфальтенов (больше полярных компонентов), тем выше вязкость.

Вязкость сырой нефти больше вязкости сепарированной.

Величина вязкости нефти коррелирует с величиной плотностью или удельным весом нефти.

Вязкость пластовой нефти всегда значительно отличается от вязкости сепарированной нефти, вследствие большого количества растворенного газа, содержащегося в ней, пластовых температур.

Повышение температуры вызывает уменьшение вязкости нефти (рис 3 а).

Повышение давления, ниже давления насыщения приводит к увеличению газового фактора и, как следствие, к уменьшению вязкости.

Повышение давления выше давления насыщения для пластовой нефти приводит к увеличению величины вязкости (рис 3 б).

Минимальная величина вязкости имеет место, когда давление в пласте становится равным пластовому давлению насыщения (рис 3 б).

По данным Г. Требина вязкость нефти в пластовых условиях различных месторождений изменяется от сотен мПа*с до десятых долей мПа*с (около 25 % залежей), от до 7 мПа*с (около 50 % залежей) и от 5 до 30 мПа*с (около 25 %).

Рис 3 Изменение вязкости пластовой нефти от температуры (а) и давления (б)

Однако известны месторождения нефти, вязкость которых в пластовых условиях достигает значительной величины: Русское месторождение Тюменской области (μ ≈ 700-800 мПа*с), залежи Ухтинского месторождения Коми (μ ≈ 2300 мПа*с), пески Атабаска в Канаде.

В пластовых условиях вязкость нефти может быть в 10 ки раз меньше вязкости сепарированной нефти или нефти в поверхностных условиях.

Для Арланского месторождения - разница более 20.

В пласте на нефть воздействует содержащийся в пласте газ и пластовая температура.

Влияние плотности нефти на вязкость: легкие нефти менее вязкие, чем тяжелые.

Классификация нефти по вязкости:

незначительная вязкость - μ 25 мПа* с;

сверхвязкие (СВН) - μ > 30 мПа*.

Например, вязкость нефтей залежей:

верхнемеловые отложения Северного Кавказа 0,2-0.3 мПа*с; девон в Татарстане, Башкирии, мел Западной Сибири - 1-5 мПа*с;

Ашальчинское месторождение сверхвязкой нефти, Ярегское месторождение в Коми ( шахтный способ добычи) - более 30 мПа*с.

Читайте также: