в чем измеряется вязкость нефтепродуктов
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.
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:
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.
Физическая величина вязкость нефти
Это свойство жидкостей по-другому можно назвать внутренним трением. Другими словами, это способность текучих веществ сопротивляться перемещению их частей одной относительно другой.
Это свойство, как правило, зависит от химического состава смеси, молекулярных масс составляющих её компонентов и от условий, при которых проводятся измерения.
По Ньютоновскому закону внутреннего трения сила внутреннего трения жидких веществ (обозначаемая как f ) находится в зависимости от следующих параметров:
Формула этой зависимости такова: f = η * S * (Δv / Δh)
η – это коэффициент пропорциональности, который зависит от сил молекулярного сцепления и называется он коэффициентом внутреннего трения (по-другому – динамической вязкостью нефти).
Динамическая вязкость
Эту величину рассчитывают по так называемой формуле Пуазейля:
η = ((π * Р * r 4 ) / 8 * v * L)) * t
Расшифруем незнакомые обозначения:
P – это давление, под которым происходит движение жидкого вещества;
L – длина капилляра, по которому протекает жидкость;
r – диаметр этого капилляра;
t – время, за которое это протекание происходит.
Измеряется эта величина в Па/с(паскаль-секунда, система СИ) или в пз (пуазах, система СГС).
Кинематическая вязкость
Этот параметр является более распространенной физической величиной для оценки свойств нефти и нефтепродуктов. По-другому эту величину называют удельным коэффициентом внутреннего трения.
Этот коэффициент является отношением коэффициента η (см. выше) к плотности жидкого вещества.
Единицы измерения этого физического параметра :
В такой отрасли, как нефтехимия, также применяются такие физические характеристики этого вещества, как относительная и условная вязкости.
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.
Вязкость нефти
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:
Рис 1. Движение 2 х слоев жидкости относительно друг друга
Размерность динамической вязкости определяется из уравнения Ньютона:
Единицы измерения кинематической вязкости:
Вязкость сепарированной нефти с возрастанием температуры уменьшается, а с возрастанием давления увеличивается.
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.
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:
Например, вязкость нефтей залежей:
Вязкость Нефти
 |
Кинематическая вязкость нефти изменяется в широких пределах: от 2 до 300 мм 2 /с (20 °С). Однако в среднем вязкость большинства нефтей не превышает 40 – 60 мм 2 /с.
По вязкости определяют и рассчитывают следующие технологические параметры:
Растворенный газ также оказывает влияние на вязкость: углеводородные газы в общем случае разжижают нефть, азот, наоборот, вязкость увеличивает.
Вязкость, как физическая величина
Согласно общему закону внутреннего трения Ньютона, сила внутреннего трения жидкости (f) зависти от:
| f = η·S· | ΔV |
| Δh |
Коэффициент пропорциональности η, присутствующий в формуле, и зависящий от молекулярных сил сцепления жидкости, получил название коэффициент внутреннего трения, или динамическая вязкость.
Динамическая вязкость
Динамическая вязкость определяется по формуле Пуазейля:
| η = | π·P·r 4 | · τ |
| 8·v·L |
где (P) – давление, под которым движется жидкость объемом (v), при протекании через капилляр длиной (L) и радиусом (r) за время (t).
В системе СИ динамическая вязкость выражается в паскаль-секундах (Па·с), а в системе СГС – в пуазах (пз). 1 Па·с = 10 пз.
Кинематическая вязкость
Большее распространение, в частности, для характеристики вязкости нефти, топлив, масел и др., получила кинематическая вязкость (удельный коэффициент внутреннего трения), которая представляет собой отношение коэффициента динамической вязкости вещества к его плотности.
| ν = | η |
| ρ |
В нефтехимии широко используются также условная и относительная вязкости.
Условная вязкость
Условная вязкость (ВУ) определяется отношением времени истечения определенного объема образца ко времени истечения того же объема стандартной жидкости через вертикальную трубу заданного диаметра и длины при одинаковых условиях.
Относительная вязкость
Относительная вязкость – это отношение коэффициентов динамической вязкости определяемого раствора (μ) к коэффициенту динамической вязкости чистого растворителя (μ0) при определенных условиях.
| μr = | μ |
| μ0 |
В США распространено измерение вязкости в универсальных секундах Сейболта (УСС, SSU или SUS). Для этого используется специальный вискозиметр с калиброванным отверстием, через которое пропускается 60 см 3 исследуемого образца при 37,8 °С (100 °F) или при 98,9 °С (210 °F) и засекается время его истечения (ASTM D88).
Определение вязкости жидких топлив
Вязкость является одной из важнейших характеристик нефти, различных жидких топлив и других нефтепродуктов. Этот параметр вносится в паспорта качества и значительно влияет на эксплуатационные свойства вещества. Для определения вязкости нефтепродуктов используют специальные приборы – вискозиметры.
Какие свойства вещества описывает вязкость?
Через вязкость мы определяем величину внутреннего трения, то есть способность вещества сопротивляться перемещению при движении. Данная характеристика помогает сделать предположения о составе вещества, например, нефти: если проба слишком вязкая, то вещество содержит тяжелые углеводородные фракции. Также она влияет на прокачиваемость, важную для транспортировки, а также работы бензина, ДТ и другого топлива в топливных системах.
Исследования вязкости могут проводиться на местах добычи полезных ископаемых, на нефтеперерабатывающих заводах, нефтебазах и даже в мобильных лабораториях.
Как исследуется?
Условная вязкость нефтепродуктов (ее еще называют относительной) измеряется в градусах условной вязкости. Эта характеристика выражает отношение времени, за которое 200 мл исследуемого вещества при заданной температуре истечет через отверстие вискозиметра, ко времени истечения 200 мл дистиллированной воды при 20 °С.
Международной системой единиц физических величин различается динамическая и кинематическая вязкость нефтепродуктов.
Методы проведения исследований регулирует ГОСТ вязкости нефтепродуктов − 33-2000.
Где заказать нефтехимическое лабораторное оборудование?
ЗАО «БМЦ» предлагает купить устройство «Термостат А2М», которое выполняет измерение кинематической вязкости в соответствии с ГОСТ. Прибор сертифицирован и внесен в Государственный реестр средств измерения. Устройство подходит для лабораторий разных типов, в том числе и мобильных.
Наши специалисты доставят лабораторное оборудование на ваш объект, выполнят его наладку и пуск, расскажут о том, как пользоваться устройством! Точные результаты исследований, быстрый и комфортный процесс измерения – вместе с ЗАО «БМЦ».
Вязкость нефти
В инженерных системах, работающих в отраслях добычи, транспортировки, хранения нефти и ее производных каждый компонент проектируется на основе расчета, который обязательно включает такой параметр как вязкость нефтепродуктов.
Без учета этого критерия невозможно создание оптимальных инженерных решений, поэтому с определением и видами такого параметра, как вязкость, следует разобраться более подробно.
Наш завод «ВолНА» производит оборудование для нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, поэтому при проектировании любых систем в данной отрасли наши инженеры используют различные характеристики вязкости в зависимости от условий эксплуатации конкретного узла.
Понятие вязкости нефти
В общем случае понятие вязкости любой жидкости по определению означает величину усилия, которое необходимо приложить, чтобы сместить один слой жидкости относительно другого. Фактические параметры вязкости или ее коэффициент – это характеристика внутреннего, межслойного трения жидкости. В технике принято использовать несколько видов характеристик вязкости, подразделяемых на:
Единицы измерение вязкости зависят от конкретного метода ее определения. Обратным вязкости критерием называют текучесть, соответственно, чем выше вязкость, тем ниже текучесть и наоборот.
Факторы, влияющие на вязкость нефти
В зависимости от этапа работы с нефтью, то есть от процесса добычи до транспортировки, переработки и доставки нефтепродуктов конечному потребителю, вязкость может значительно меняться, что должно быть учтено при разработке систем транспортировки и хранения.
В общем случае на вязкость нефти влияет:
Плотность нефти также влияет на коэффициент вязкости, чем она выше, тем выше вязкость продукта. Принята такая условная классификация нефти по вязкости:
При этом вязкость продукта может меняться на разных стадиях ее добычи, транспортировки и переработки, поэтому это также должно быть учтено при разработке систем транспортировки и хранения нефти и нефтепродуктов.