Вязкость нефти и нефтепродуктов: методы и средства определения

Вязкость является важнейшей физической константой, характеризующей эксплуатационные свойства котельных и дизельных топлив, нефтяных масел, ряда других нефтепродуктов. По значению вязкости судят о возможности распыления и прокачиваемости нефти и нефтепродуктов.

Различают динамическую, кинематическую, условную и эффективную (структурную) вязкость.

Динамической (абсолютной) вязкостью [μ], или внутренним трением, называют свойства реальных жидкостей оказывать сопротивление сдвигающим касательным усилиям. Очевидно, это свойство проявляется при движении жидкости. Динамическая вязкость в системе СИ измеряется в [Н·с/м2].

Это сопротивление, которое оказывает жидкость при относительном перемещении двух ее слоев поверхностью 1 м2, находящихся на расстоянии 1 м друг от друга и перемещающихся под действием внешней силы в 1 Н со скоростью 1 м/с. Учитывая, что 1 Н/м2 = 1 Па, динамическую вязкость часто выражают в [Па·с] или [мПа·с].

В системе СГС (CGS) размерность динамической вязкости — [дин·с/м2]. Эта единица называется пуазом (1 П = 0,1 Па·с).

Переводные множители для расчета динамической [μ] вязкости.

Единицы Микропуаз (мкП) Сантипуаз (сП) Пуаз ([г/см·с]) Па·с ([кг/м·с]) кг/(м·ч) кг·с/м2
Микропуаз (мкП) 1 10-4 10-6 107 3,6·10-4 1,02·10-8
Сантипуаз (сП) 104 1 10-2 10-3 3,6 1,02·10-4
Пуаз ([г/см·с]) 106 102 1 103 3,6·102 1,02·10-2
Па·с ([кг/м·с]) 107 103 10 13 3,6·103 1,02·10-1
кг/(м·ч) 2,78·103 2,78·10-1 2,78·10-3 2,78·10-4 1 2,84·10-3
кг·с/м2 9,81·107 9,81·103 9,81·102 9,81·101 3,53·104 1

Кинематической вязкостью [ν] называется величина, равная отношению динамической вязкости жидкости [μ] к ее плотности [ρ] при той же температуре: ν = μ/ρ.

Единицей кинематической вязкости является [м2/с] — кинематическая вязкость такой жидкости, динамическая вязкость которой равна 1 Н·с/м2 и плотность 1 кг/м3 (Н = кг·м/с2). В системе СГС (CGS) кинематическая вязкость выражается в [см2/с].

Эта единица называется стоксом (1 Ст = 10-4 м2/с; 1 сСт = 1 мм2/с).

Переводные множители для расчета кинематической [ν] вязкости.

Единицы мм2/с (сСт) см2/с (Ст) м2/с м2/ч
мм2/с (сСт) 1 10-2 10-6 3,6·10-3
см2/с (Ст) 102 1 10-4 0,36
м2/с 106 104 1 3,6·103
м2/ч 2,78·102 2,78 2,78·104 1

Нефти и нефтепродукты часто характеризуются условной вязкостью, за которую принимается отношение времени истечения через калиброванное отверстие стандартного вискозиметра 200 мл нефтепродукта при определенной температуре [t] ко времени истечения 200 мл дистиллированной воды при температуре 20°С. Условная вязкость при температуре [t] обозначается знаком ВУ, и выражается числом условных градусов.

  • Условная вязкость измеряется в градусах ВУ (°ВУ) (если испытание проводится в стандартном вискозиметре по ГОСТ 6258-85), секундах Сейболта и секундах Редвуда (если испытание проводится на вискозиметрах Сейболта и Редвуда).
  • Перевести вязкость из одной системы в другую можно при помощи номограммы.
  • В нефтяных дисперсных системах в определенных условиях в отличие от ньютоновских жидкостей вязкость является переменной величиной, зависящей от градиента скорости сдвига. В этих случаях нефти и нефтепродукты характеризуются эффективной или структурной вязкостью:

Вязкость нефти и нефтепродуктов: методы и средства определения

Для углеводородов вязкость существенно зависит от их химического состава: она повышается с увеличением молекулярной массы и температуры кипения. Наличие боковых разветвлений в молекулах алканов и нафтенов и увеличение числа циклов также повышают вязкость. Для различных групп углеводородов вязкость растет в ряду алканы — арены — цикланы.

Для определения вязкости используют специальные стандартные приборы — вискозиметры, различающиеся по принципу действия.

Кинематическая вязкость определяется для относительно маловязких светлых нефтепродуктов и масел с помощью капиллярных вискозиметров, действие которых основано на текучести жидкости через капилляр по ГОСТ 33-2000 и ГОСТ 1929-87 (вискозиметр типа ВПЖ, Пинкевича и др.).

Для вязких нефтепродуктов измеряется условная вязкость в вискозиметрах типа ВУ, Энглера и др. Истечение жидкости в этих вискозиметрах происходит через калиброванное отверстие по ГОСТ 6258-85.

Между величинами условной °ВУ и кинематической вязкости существует эмпирическая зависимость:

  • для ν от 1 до 120 мм2/с: Вязкость нефти и нефтепродуктов: методы и средства определения
  • для ν > 120 мм2/с: Вязкость нефти и нефтепродуктов: методы и средства определения

Вязкость наиболее вязких, структурированных нефтепродуктов определяется на ротационном вискозиметре по ГОСТ 1929-87. Метод основан на измерении усилия, необходимого для вращения внутреннего цилиндра относительно наружного при заполнении пространства между ними испытуемой жидкостью при температуре t.

Кроме стандартных методов определения вязкости иногда в исследовательских работах используются нестандартные методы, основанные на измерении вязкости по времени падения калибровочного шарика между метками или по времени затухания колебаний твердого тела в испытуемой жидкости (вискозиметры Гепплера, Гурвича и др.).

Во всех описанных стандартных методах вязкость определяют при строго постоянной температуре, поскольку с ее изменением вязкость существенно меняется.

Зависимость вязкости от температуры

Зависимость вязкости нефтепродуктов от температуры является очень важной характеристикой как в технологии переработки нефти (перекачка, теплообмен, отстой и т. д.), так и при применении товарных нефтепродуктов (слив, перекачка, фильтрование, смазка трущихся поверхностей и т. д.).

Вязкость нефти и нефтепродуктов: методы и средства определения

С понижением температуры вязкость их возрастает. На рисунке приведены кривые изменения вязкости в зависимости от температуры для различных смазочных масел.

Общим для всех образцов масел является наличие областей температур, в которых наступает резкое повышение вязкости.

Существует много различных формул для расчета вязкости в зависимости от температуры, но наиболее употребляемой является эмпирическая формула Вальтера:

Вязкость нефти и нефтепродуктов: методы и средства определения

Дважды логарифмируя это выражение, получаем:

Вязкость нефти и нефтепродуктов: методы и средства определения Вязкость нефти и нефтепродуктов: методы и средства определения

По данному уравнению Е. Г. Семенидо была составлена номограмма на оси абсцисс которой для удобства пользования отложена температура, а на оси ординат — вязкость.

По номограмме можно найти вязкость нефтепродукта при любой заданной температуре, если известна его вязкость при двух других температурах. В этом случае значение известных вязкостей соединяют прямой и продолжают ее до пересечения с линией температуры. Точка пересечения с ней отвечает искомой вязкости. Номограмма пригодна для определения вязкости всех видов жидких нефтепродуктов.

Вязкость нефти и нефтепродуктов: методы и средства определения

Для нефтяных смазочных масел очень важно при эксплуатации, чтобы вязкость как можно меньше зависела от температуры, поскольку это обеспечивает хорошие смазывающие свойства масла в широком интервале температур, т. е. в соответствии с формулой Вальтера это означает, что для смазочных масел, чем ниже коэффициент В, тем выше качество масла.

Это свойство масел называется индексом вязкости, который является функцией химического состава масла. Для различных углеводородов по-разному меняется вязкость от температуры. Наиболее крутая зависимость (большая величина В) для ароматических углеводородов, а наименьшая — для алканов. Нафтеновые углеводороды в этом отношении близки к алканам.

  1. Существуют различные методы определения индекса вязкости (ИВ).
  2. В России ИВ определяют по двум значениям кинематической вязкости при 50 и 100°С (или при 40 и 100°С — по специальной таблице Госкомитета стандартов).
  3. При паспортизации масел ИВ рассчитывают по ГОСТ 25371-97, который предусматривает определение этой величины по вязкости при 40 и 100°С. По этому методу согласно ГОСТ (для масел с ИВ меньше 100) индекс вязкости определяется формулой:

Вязкость нефти и нефтепродуктов: методы и средства определения

Для всех масел с ν100 < 70 мм2/с вязкости (ν, ν1 и ν3) определяют по таблице ГОСТ 25371-97 на основе ν40 и ν100 данного масла. Если масло более вязкое (ν100 > 70 мм2/с), то величины, входящие в формулу, определяют по специальным формулам, приведенным в стандарте.

Значительно проще определять индекс вязкости по номограммам.

Еще более удобная номограмма для нахождения индекса вязкости разработана Г. В. Виноградовым. Определение ИВ сводится к соединению прямыми линиями известных величин вязкости при двух температурах. Точка пересечения этих линий соответствует искомому индексу вязкости.

Индекс вязкости — общепринятая величина, входящая в стандарты на масла во всех странах мира. Недостатком показателя индекса вязкости является то, что он характеризует поведение масла лишь в интервале температур от 37,8 до 98,8°С.

Вязкость нефти и нефтепродуктов: методы и средства определения

Многими исследователями было подмечено, что плотность и вязкость смазочных масел до некоторой степени отражают их углеводородный состав. Был предложен соответствующий показатель, связывающий плотность и вязкость масел и названный вязкостно-массовой константой (ВМК). Вязкостно-массовая константа может быть вычислена по формуле Ю. А. Пинкевича:

В зависимости от химического состава масла ВМК его может быть от 0,75 до 0,90, причем, чем выше ВМК масла, тем ниже его индекс вязкости.

В области низких температур смазочные масла приобретают структуру, которая характеризуется пределом текучести, пластичности, тиксотропностью или аномалией вязкости, свойственными дисперсным системам.

Результаты определения вязкости таких масел зависят от их предварительного механического перемешивания, а также от скорости истечения или от обоих факторов одновременно.

Структурированные масла, так же как и другие структурированные нефтяные системы, не подчиняются закону течения ньютоновских жидкостей, согласно которому изменение вязкости должно зависеть только от температуры.

Масло с неразрушенной структурой имеет значительно большую вязкость, чем после ее разрушения. Если понизить вязкость такого масла путем разрушения структуры, то в спокойном состоянии эта структура восстановится и вязкость примет первоначальное значение. Способность системы самопроизвольно восстанавливать свою структуру называется тиксотропией.

С увеличением скорости течения, точнее градиента скорости (участок кривой 1), структура разрушается, в связи с чем вязкость вещества снижается и доходит до определенного минимума.

Этот минимум вязкости сохраняется на одном уровне и при последующем возрастании градиента скорости (участок 2) до появления турбулентного потока, после чего вязкость вновь нарастает (участок 3).

Зависимость вязкости от давления

Вязкость жидкостей, в том числе и нефтепродуктов, зависит от внешнего давления. Изменение вязкости масел с повышением давления имеет большое практическое значение, так как в некоторых узлах трения могут возникать высокие давления.

Зависимость вязкости от давления для некоторых масел иллюстрируется кривыми, вязкость масел с повышением давления изменяется по параболе. При давлении Р она может быть выражена формулой:

В нефтяных маслах меньше всего с повышением давления изменяется вязкость парафиновых углеводородов и несколько больше нафтеновых и ароматических. Вязкость высоковязких нефтепродуктов с увеличением давления повышается больше, чем вязкость маловязких. Чем выше температура, тем меньше изменяется вязкость с повышением давления.

При давлениях порядка 500 — 1000 МПа вязкость масел возрастает настолько, что они теряют свойства жидкости и превращаются в пластичную массу.

Для определения вязкости нефтепродуктов при высоком давлении Д.Э.Мапстон предложил формулу:

Читайте также:  Лидеры по добыче и объёму нефти: добыча нефти в мире по странам 2017, богатые нефтью производители

На основе этого уравнения Д.Э.Мапстоном разработана номограмма, при пользовании которой известные величины, например ν0 и Р, соединяют прямой линией и отсчет получают на третьей шкале.

Вязкость смесей

При компаундировании масел часто приходится определять вязкость смесей. Как показали опыты, аддитивность свойств проявляется лишь в смесях двух весьма близких по вязкости компонентов.

При большой разности вязкостей смешиваемых нефтепродуктов, как правило, вязкость меньше, чем вычисленная по правилу смешения.

Приближенно вязкость смеси масел можно рассчитать, если заменить вязкости компонентов их обратной величиной — подвижностью (текучестью) ψсм:

Для определения вязкости смесей можно также пользоваться различными номограммами. Наибольшее применение нашли номограмма ASTM и вискозиграмма Молина-Гурвича. Номограмма ASTM базируется на формуле Вальтера.

Номограмма Молина-Гуревича составлена на основании экспериментально найденных вязкостей смеси масел А и В, из которых А обладает вязкостью °ВУ20 = 1,5, а В — вязкостью °ВУ20 = 60. Оба масла смешивались в разных соотношениях от 0 до 100% (об.

), и вязкость смесей устанавливалась экспериментально. На номограмме нанесены значения вязкости в уел. ед. и в мм2/с.

Вязкость газов и нефтяных паров

Вязкость углеводородных газов и нефтяных паров подчиняется иным, чем для жидкостей, закономерностям. С повышением температуры вязкость газов возрастает. Эта закономерность удовлетворительно описывается формулой Сазерленда:

или Фроста

Для приближенных расчетов принимаем, что С = 1,22·Ткип. Более точные значения С и m.

Для расчета вязкости индивидуальных углеводородных газов применяется формула:

Вязкость газов, нефтяных паров можно определить по графическим зависимостям:

Вязкость природных газов известной молекулярной массы или относительной плотности (по воздуху) при атмосферном давлении и заданной температуре может быть определена по кривым, представленным на рисунке.

Как видно из рисунка, с повышением относительной плотности и понижением температуры вязкость газа уменьшается.

Вязкость газов мало зависит от давления в области до 5-6 МПа. При более высоких давлениях она растет и при давлении около 100 МПа увеличивается в 2-3 раза по сравнению с вязкостью при атмосферном давлении. Для определения вязкости при повышенных давлениях пользуются эмпирическими графиками.

Источник: http://proofoil.ru/Oilchemistry/phisycschemicalproperty4.html

Условная вязкость

  • Данный калькулятор позволяет перевести условную вязкость (УВ) в кинематическую онлайн.
  • Перевод кинематической вязкости в условную (УВ)
  • Если в дальнейшем будет необходима динамическая вязкость воспользуйтесь калькулятором перевода кинематической вязкости в динамическую.

Метод определения условной вязкости

Необходимость использования и расчета условной вязкости появилась в связи с потребностью быстрого определения вязкости, как правило, довольно вязких веществ при помощи простых в использовании ручных вискозиметров.

Вискозиметр представляет собой простейшее устройство в виде воронки с отверстием определенного диаметра на длинной ручке.
Держа вискозиметр за ручку, необходимо зачерпнуть воронкой необходимое количество жидкости (200 мл) и засечь время истечения жидкости из воронки через отверстие снизу.

Таким образом, чем меньше диаметр отверстия, через которое истекает жидкость и чем дольше времени занимает этот процесс, тем меньше погрешность при определении условной вязкости.

Соотношение времени истечения 200 мл для определяемой жидкости ко времени истечения этого же количества эталонной жидкости называется условной вязкостью. Эталонной жидкостью является дистиллированная вода при температуре 20 °С.
Единицы измерения условной вязкости — условные градусы (°ВУ).

Вязкость нефти и нефтепродуктов: методы и средства определения

Условная вязкость нефтепродуктов

При определении вязкости нефти и нефтепродуктов используют условную вязкость. Это обусловлено простотой методики определения УВ, а также высокой степенью вязкости нефтепродуктов.
Условная вязкость вязких нефтепродуктов измеряют в вискозиметрах типа ВУ, Энглера и др. согласно методике ГОСТ 6258-85.

Вязкость углеводородов зависит от их строения и химического состава. Увеличение «веса» углеводородов то, есть молекулярной массы и, соответственно, их температуры кипения, указывает на увеличение вязкости таких нефтепродуктов.

Кстати, прочтите эту статью тоже:  Коррозия оборудования

Определение условной вязкости мазута

Для определения условной вязкости мазута используют вискозиметр типа ВУ по методике ГОСТ 6258 — 52.
Значение цифр мазута марки М соответствует приблизительному значению его кинематической вязкости.

Виды вискозиметров

Вязкость нефти и нефтепродуктов: методы и средства определения
Вязкость нефти и нефтепродуктов: методы и средства определения

Источник: http://proNPZ.ru/neft/uslovnaya-vyazkost.html

Определение вязкости нефтепродуктов

Вязкость нефти и нефтепродуктов: методы и средства определенияВязкость нефтепродуктов и нефти: методы определения

Вязкость – это важный показатель качества, на который часто проводят анализ в нефтехимических лабораториях. Ее вы найдете в паспорте качества дизельного топлива, осветительного и авиационного керосина, смазочных масел и других нефтепродуктов. Вязкость жидких и газообразных веществ определяют специальными приборами – вискозиметрами.

  • Что это такое?
  • Вязкость описывает величину внутреннего трения или, если по-другому, способность исследуемого вещества сопротивляться перемещению при движении.
  • Почему это важно?

Эта характеристика влияет на то, как топливо будет прокачиваться по топливным системам и трубам. Также по вязкости нефти можно сделать предположение о ее составе: чем более вязкое вещество, тем больше в нем тяжелых углеводородных фракций, а значит, работать с ним будет тяжело.

Какой стандарт регулирует методы определения вязкости нефтепродуктов?

Нужно определить динамическую и кинематическую вязкости? Обратитесь к ГОСТу 33-2000, там есть вся необходимая информация.

Кинематическая вязкость нефти и нефтепродуктов

Часто свойства нефтепродуктов оценивают по их кинематической вязкости или коэффициенту внутреннего трения. Получают эту величину в лаборатории: полученное время истечения вещества при заданной температуре умножают на постоянную вискозиметра. Эта характеристика измеряется в квадратных метрах на секунду или стоксах. По этому параметру обязательно исследуют дизельное топливо и смазочное масло.

Динамическая вязкость

Это отношение касательного напряжения к градиенту его скорости. Измеряется в Паскаль – секундах, также может измеряться в пуазах. Рассчитывается из кинематической вязкости по формуле после лабораторных исследований: истечения вещества через вискозиметр.

Приборы для анализа вязкости от ЗАО «БМЦ»

Наша компания изготавливает нефтехимическое лабораторное оборудование уже более 20 лет. Приборы ЗАО «БМЦ» работают на заводах, нефтебазах и других объектах в России, Украине, Казахстане и, конечно, Беларуси.

В нашем ассортименте − Термостат А2М, который работает в соответствии с ГОСТ 33-2000. Устройство прошло испытания на гос.уровне и сертификацию.

Наши специалисты проведут пусковые и наладочные работы устройства, дадут консультацию по его использованию: ваши показатели всегда будут точными!

Источник: http://bmc.by/news/vyazkost-nefteproduktov-i-nefti-metody-opredeleniya.html

ПОИСК

    Вязкость кинематическая Нефтепродукты Измерение времени истечения определенного объема испытуемой жидкости под влиянием силы тяжести с помощью вискозиметров различных типов 33-82 г [c.44]

Рис. XI. 34. Британский Рис. XI. 35. Капилляр-стандартный капилляр- ный вискозиметр Ли. иый вискозиметр для измерения вязкости темных нефтепродуктов. Вязкость нефти и нефтепродуктов: методы и средства определения

    Измерения кинематической вязкости темных нефтепродуктов (отработанных, регенерированных масел, мазутов и подобных им продуктов) могут быть осуществлены капиллярным методом после предварительной подготовки проб. Чтобы получить представительную пробу для анализа, образец нагревают до 50 С, вращая и встряхивая. Затем его помещают на 30 минут в закрытом контейнере в кипящую воду. После этого, хорошо перемешав образец, заполняют вискозиметр, помещенный в термостатную ванну, используя фильтр с ячейками 75 мк. Измерения вязкости производят не ранее, Чем через 1 час выдержки вискозиметра в термостатной ванне. [c.248]

    В случае измерения вязкости жидких нефтепродуктов, вначале на камеру надевают гайку 5 и прикрепляют к камере гайкой 2 капилляр, после чего в камеру заливают испытуемый нефтепродукт. [c.202]

    В термостате устанавливают температуру, необходимую для измерения вязкости испытуемого нефтепродукта. [c.219]

    Настоящий стандарт устанавливает метод определения эффективной вязкости пластичных смазок и динамической вязкости жидких нефтепродуктов, имеющих вязкость от 1 до б-Ю Па-с.

Для научно-исследовательских целей и квалификационных испытаний возможно измерение вязкости в интервале от 1 до З-Ю Па-с. Температурные пределы измерения вязкости от минус 60 до плюс 130° С.

Для пластичных смазок рекомендуется нормировать вязкость при 10 с- . [c.229]

    Международный стандарт ИСО 3104 устанавливает метод определения кинематической вязкости жидких нефтепродуктов как прозрачных, так и непрозрачных путем измерения времени протекания объема жидкости под действием силы тяжести через калиброванный стеклянный капиллярный вискозиметр. Значение динамической вязкости может быть получено умножением измеренной кинематической вязкости на плотность жидкости. [c.267]

    В целях сокращения трудоемких процессов и увеличения срока службы стеклянных вискозиметров СКВ АНН предложен полуавтоматический прибор ВЛК-1 для измерения кинематической вязкости прозрачных нефтепродуктов, имеющих температуру застывания не выше 15 °С.

В этом приборе два стеклянных вискозиметра ВПЖ-1 (ГОСТ 33—66) с нужным диаметром капилляра укрепляются в специальном термостате, передняя стенка которого выполнена из прозрачного материала. Термостат снабжен блоком регулирования температуры, мешалкой, холодильником и термометром. Вискозиметры промывают анализируемым нефтепродуктом, не вынимая их из термостата.

Искомое время истечения нефтепродукта через капилляры вискозиметров отсчитывается автоматически в блоке отсчета времени. [c.192]

    Конструктивная особенность вискозиметра Уббелоде дает возможность непосредственного измерения динамической вязкости, что невозможно при пользовании вискозиметрами типа Оствальда (см. ниже), так как в последних истечение совершается под напором жидкости и поэтому время истечения, а следовательно, и определяемая величина вязкости будут зависеть от плотности исследуемого нефтепродукта при температуре определения. [c.295]

    Испытание проводят с одной загрузкой, измеряя время истечения нефтепродукта не менее четырех раз при этом принимают во внимание только те результаты измерения времени, которые отличаются от среднего арифметического не более чем на 0,5%, если вязкость определяют при температуре до —30° включительно, и на 2,5%, если вязкость определяют при температуре ниже —30°. [c.305]

    В этих счетчиках использованы различные технические решения, направленные на улучшение конструкции и метрологических характеристик — линейности градуировочной характеристики, расширение диапазона измерений, уменьшение влияния вязкости, совершенствование вторичных приборов на базе достижений электроники и т. д.

Импортные счетчики выгодно отличаются высоким качеством изготовления и надежностью. Кроме того, фирмы разработали целый набор различных электронных приборов, которые позволяют компоновать системы для выполнения любых задач в области учета нефти и нефтепродуктов.

Поэтому многие потребители в России предпочитают использовать счетчики и системы зарубежных фирм, несмотря на их высокую стоимость. [c.51]

    Массовые расходомеры (называемые в России массомерами) предназначены для прямого измерения массы продуктов в динамике. Они появились в 70-х годах, непрерывно совершенствовались и стали одним из прогрессивных средств измерений массы самых разнообразных продуктов.

Практика применения выявила ряд несомненных преимуществ массомеров прямое измерение массы, высокая точность измерения, отсутствие влияния свойств жидкости — вязкости, плотности, высокая надежность, отсутствие движущихся частей и малые затраты на обслуживание. [c.52]

    Наиболее эффективными являются первый и второй способы. Для этого все систематические погрешности метода и средств измерений должны быть исследованы и исключены путем введения поправок, чтобы получить исправленные результаты измерений.

Такие исследования проводятся в процессах разработки, испытаний, и частично — поверки средств измерений.

Так, при измерении массы нефти и нефтепродуктов систематические погрешности исключаются в электронных преобразователях введением поправок, учитывающих влияние температуры, давления, вязкости и других факторов. [c.78]

Источник: https://www.chem21.info/info/376966/

16. Вязкость нефтей и нефтепродуктов

16. Вязкость нефтей и нефтепродуктов.

Одной из наиболее характерных особенностей жидкостей является способность изменять свою форму, под действием внешних сил. Это свойство жидкости объясняется скольжением ее молекул относительно друг друга.

Одна и та же сила создает в разных жидкостях разные скорости перемещения слоев, отстоящих один от другого на одинаковые расстояния. Однако способность молекул к скольжению не бесконечно, велика, поэтому Ньютон рассматривает вязкость как «недостаток скольжения».

Обычно вязкостью или внутренним трением называют свойство жидкости сопротивляться взаимному перемещению ее частиц, вызываемому действием приложенной к жидкости силы.

Явление внутреннего трения в жидкости с ее вязкостью было связано Ньютоном известной формулой

     (1.10)

где  — напряжение внутреннего трения; dv/dR — градиент скорости по радиусу трубы или относительное изменение скорости по направлению, перпендикулярному к направлению течения, т.е.

приращением скорости на единицу длины нормали; r — коэффициент (касательное усилие на единицу площади, приложенное к слоям жидкости, отстоящим друг от друга на расстоянии, равном единице длины, при единичной разности скоростей между ними).

Внутреннее трение, характеризуемое величиной  немецкий ученый       М. Якоб в 1928 году предложил называть динамической вязкостью. В технической литературе за  утвердилось наименование абсолютной вязкости, так как эта величина выражается в абсолютных единицах.

Однако в абсолютных единицах, можно выражать также и единицы кинематической и удельной вязкости.

Термин «динамическая вязкость» соответствует физическому смыслу , так как согласно учению о вязкости  входит в уравнение, связывающее силу внутреннего трения с изменением скорости на единицу расстояния, перпендикулярного к плоскости движущейся жидкости.

Впервые же динамическая вязкость была выведена врачом Пуазейлем в 1842 г, при изучении процессов циркуляции крови в кровеносных сосудах. Пуазейль применил для своих опытов очень узкие капилляры (диаметром 0,03-0,14 мм), т.е. он имел дело с потоком жидкости, движение которого было прямолинейно послойным (ламинарным).

Вместе с тем исследователи, работавшие до Пуазейля, изучали закономерность истечения жидкости в более широких капиллярах, т.е. имели дело с возникающим турбулентным (вихревым) истечением жидкости.

Проведя серию опытов с капиллярами, соединенными с шарообразным резервуаром, через которые под действием сжатого воздуха пропускался некоторый объем, жидкости» определенный отметками, сделанными сверху и снизу резервуара, Пуазейль пришел к следующим выводам: 1) количество жидкости, вытекающее в единицу времени, пропорционально давлению при условии, что длина трубки превышает некоторый минимум, возрастающий с увеличением радиус. 2) количество жидкости, вытекающее в единицу времени, обратно пропорционально длине трубки и прямо пропорционально четвертой степени радиуса.

  • Формула Пуазейля в современной редакции выглядит следующим образом:
  • где  — коэффициент внутреннего трения (динамическая вязкость); Р — давление, при котором происходило истечение жидкости;  — время истечения жидкости в объёме V, L -длина капилляра; r — радиус капилляра.

Единицей динамической вязкости является сила, необходимая для поддержания разности скоростей, равной 1 м/с, между двумя параллельными слоями жидкости площадью 1 м2 находящимися друг от друга на расстояний 1м, т.е. единицей измерения динамической вязкости в системе СИ является

Н • с/м2 или Па -с.

Единица динамической вязкости, выраженная в физической системе измерения СГС, в честь Пуазейля называется Пуазом, т.е.

за единицу динамической вязкости принимают сопротивление, которое оказывает жидкость при относительном перемещении двух ее слоев площадью 1 см2, отстоящих друг от друга на, 1 см, под влиянием: внешней силы в 1 дн при скорости перемещения в 1см 1с. Динамическую вязкость при температуре t обозначают

Приближенное совпадение численного значения динамической вязкости воды при 20°С с 1 санти Пуазом (сП) дало повод Бингаму предложить построить систему единиц -вязкости, в которой исходной единицей является динамическая вязкость воды при 20°С, принимаемая по Бингаму за 3 сП (точнее  воды равна 1,0087 сП).

Таким образом, для большинства практических измерений с достаточной точностью можно считать, что г|2о воды соответствует 1 сП.

Это представляет большое удобство в практической вискозиметрии, для которой большое значение имеют жидкости с постоянными физико — химическими константами, имеющие точно известную вязкость при данной температуре.

Из числа относительных обозначений наибольшим распространением пользуется так называемая удельнаявязкость, показывающая, во сколько раз динамическая вязкость, данной жидкости больше или меньше динамической вязкости воды при какой — то условно выбранной температуре. Таким образом, удельная вязкость представляет собой отвлеченное число.

Величина, обратная динамической вязкости, носит названиетекучести и обозначается знаком Т.

Жидкости, подчиняющиеся линейному закону течения Ньютона, называются ньютоновскими, представляют индивидуальные вещества либо молекулярно — дисперсные смеси или растворы, внутреннее трение (вязкость) которых при данных температуре и давлении является постоянным физическим свойством. Вязкость не зависит от условий определения и скорости перемещения частиц (течения), если не создается условий для турбулентного движения.

Однако для коллоидных растворов внутреннее трение значительно изменяется при различных условиях потока, в частности при изменении скорости течения. Аномальное внутреннее трение коллоидных систем принято называтьструктурной вязкостью.

В этом случае частицами, которые перемещаются относительно друг друга в потоке, являются не молекулы, как в нормальных жидкостях, а коллоидные мицеллы, способные дробиться и деформироваться при увеличении скорости или изменении условий потока, в результате чего измеряемое внутреннее трение уменьшается (либо, наоборот, увеличивается). Большинство жидких нефтепродуктов не выявляет признаков структурной вязкости в широком температурном интервале. Хотя они и представляют собой относительно сложные, ассоциированные жидкости, они не обладают коллоидной структурой, признаки которой обнаруживаются для жидких нефтепродуктов. Лишь при низких температурах, приближающихся к температурам потери текучести.

В зависимости от температуры, при которой происходит перекачка, одна и та же жидкость может быть и ньютоновской в области высоких температур и неньютоновской в области низких температур. Неньютоновские жидкости могут быть разделены на пластичные, псевдопласточные и дилатантные.

В пластических жидкостях наряду с вязкостью проявляются так же пластические свойства, заключающиеся в наличии некоторого предельного напряжения сдвига то, после достижения, которого только и возникает «текучесть» среды.

Поведение пластических жидкостей объясняется наличием в них пространственной структуры, достаточно прочной, чтобы сопротивляться любому напряжению, не превосходящему то.

Если напряжение превышает то, то структура полностью разрушается и жидкость выдает себя как обычная ньютоновская, при напряжении, равном (t=tq/ Течение пластичных жидкостей подчиняется уравнению Шведова – Бенгама

  1.  Это уравнение после полученного деления на dv/dR можно представить в виде
  2.   (1.11)
  3. где  — эффективная или кажущаяся вязкость; — истинная вязкость;   структурная составляющая эффективная вязкость.
  4. Псевдопластичные жидкости не обнаруживают начального напряжения сдвига и для жидкостей справедлива независимость вида
  5.  (1.12)

где k и п— постоянные величины для данной жидкости. Характерным для псевдопластичных жидкостей является то, что  всегда меньше единицы.

Дилатантные жидкости, сходны с псевдопластическими тем, что в них тоже нет начального напряжения сдвига. Течение этих жидкостей также подчиняется степенному закону (1.12), но показатель  превышает единицу.

  • У многих жидкостей зависимость между напряжением и градиентом скорости изменяется во времени и поэтому не может быть выражена простыми формулами.
  • Жидкости, обладающие свойством, изотермического самопроизвольного увеличения прочности структуры во времени и восстановления структуры после ее разрушения, называются парафинистые нефти. При технических расчетах, а также при контроле качества нефтей и нефтепродуктов широкое распространение получил коэффициент кинематической вязкости, который представляет собой отношение коэффициента динамической вязкости и к плотности жидкости при той же температуре
  •   (1.13)

В физической системе единиц широкое применение имеет единица кинематической вязкости в см''/с (Стоке — Ст.

) и мм2/с (сантиСтокс — сСт), Таким образом, 1 Cm представляет собой вязкость жидкости, плотность которой равна 1г/1м/г и сила сопротивления которой взаимному перемещению двух слоев жидкости площадью 1 см2, находящихся на расстоянии 1 см один от другого и перемещающихся один относительна другого со скоростью 1 см/с, равна 1 дн.

Вязкость нефтей и нефтепродуктов зависит от температуры, увеличиваясь с ее понижением. Для выражения зависимости вязкости от температуры предложено много различных формул. Наибольшее применение для практических расчетов подучила формула Рейнольдса- Филонова

  1. V=V*е-u(Т-Тж      (1.14)
  2. Вязкость нефти и нефтепродуктов: методы и средства определения         (1.15)
  3. где U — коэффициент крутизны вискограммы, 1/К; v*,v — кинематическая вязкость при известной температуре Тж и при температуре Т; е — основание натурального логарифма.
  4. Для нахождения коэффициента крутизны вискограммы для данного продукта достаточно знать значения вязкостей при двух температурах T1 и Т2

Динамическая и кинематическая вязкости — это вполне определенные физические характеристики, которые, как и все другие величины, выражены в абсолютных единицах и могут быть подставлены в те или другие расчетные формулы. В случаях, когда вязкость применяется не как расчетная величина, а как практическая характеристика нефтепродукта, ее принято выражать не в абсолютных, а в относительных, или условных, единицах.

Подобный способ выражения вязкости является результатом неправильного представления о том, что определение динамической и кинематической вязкостей отличается сложностью, и применения на практике упрощённых технических приборов, дающих показания в условных единицах вязкости.

Неудобство всех условных, или относительных, единиц вязкости заключается в том, что вязкость, выраженная в этих единицах, не пред­ставляет собой физической характеристики нефтепродукта, так как она зависит от способа определения, конструкции прибора и других условий.

Читайте также:  Цементирование нефтяных скважин: цели, цементировочный агрегат

Из числа относительных обозначений наибольшим распространением пользуется так называемая удельная вязкость.

В различных странах в зависимости от выбора стандартных аппаратов для определения условной вязкости приняты различные условные единицы вязкости.

Для пересчета в абсолютные единицы существуют эмпирические формулы; однако все эти формулы носят лишь приближенный характер, а некоторые из них просто неточны.

Поэтому, если необходимо определить вязкость нефтепродукта в абсолютных единицах, следует оп­ределять ее непосредственно и только в крайних случаях прибегать к пересчету. Условную вязкость выражают условными единицами: градусами или секундами.

Эти единицы обычно представляют собой либо отношение времени истечения определенного объема исследуемого продукта при данной температуре ко времени истечения такого же объема стандартной жидкости при определенно установленной температуре, либо просто время истечения определенного объема испытуемой жидкости.

Как сказано выше, вязкость характеризует свойство данной жидкости оказывать сопротивление при перемещении одной части жидкости относительно другой. Такое сопротивление наблюдается как при движении жидкости относительно какого-либо тела, так и при движении какого-либо тела в жидкости.

Оба эти случая дают принципиальную возможность измерения вязкости различными способами. Наиболее удобным способом измерения вязкости при движении жидкости относительно твердого тела является наблюдение над истечением исследуемых жидкостей из капиллярных трубок. Для расчета пользуются формулой Пуазейля.

Для расчета значений вязкости при движении каких-либо тел в жидкости может быть применен ряд формул, в которых учитываются характер движения и форма движущегося тела. Из этих формул наибольшее значение имеет приводи­мая ниже формула Стокса для расчета вязкости по скорости падения твердого шарика в жидкости.

Способы измерения вязкости, основанные на истечении жидкости из капиллярных трубок, широко распространены. Напротив, способы, построенные на принципе движения твердого тела определенной формы в вязкой жидкости, применяются сравнительно редко вследствие того, что даже для тел простейшей формы соответствующие уравнения движения получаются очень сложными.

Эти способы находят себе применение преимущественно в тех случаях, когда способы, основанные на втором принципе, т.е. на истечении жидкости из капилляров, практически неприменимы вследствие экспериментальных трудностей.

Вязкость нефти изменяется в широких пределах и зависит от ее состава, количества растворенного газа, примесей в некоторой степени, от давления, температуры, увеличиваясь с ее понижением.

Пересчет вязкости с одной температуры на другую связан с некоторыми особенностями и на практике иногда сопровождается ошибками. В справочной литературе обычно приводятся сведения о вязкости нефтей при весьма ограниченных условиях и значениях температур. Чаще всего это температуры 20 и 50°С или 50 или 1000С.

Нахождение коэффициента крутизны вискограммы позволяет определить вязкость только на интервале за­данных температур. А вот интерполяция результатов вне заданных интервалов недопустима, особенно для высоковязких и парафинистых нефтей.

С уменьшением температуры ошибка расчетов может составлять 200-300%, а в ряде случаев расчет может быть связан с абсурдным результатом, поскольку многие нефти теряют текучесть при достаточно высоких температурах 20-25°С.

Вязкость нефти и нефтепродуктов в значительной степени влияет на фильтрационную способность их через различные конструкции резервуаров.

Светлые нефтепродукты (бензины, лигроины и керосины) и легкие фракции нефтей с малой вязкостью при нормальных эксплуатационных условиях (температуре и давлении) обладают высокой степенью просачиваемости через большинство неметаллических строительных материалов.

Светлые нефтепродукты просачиваются даже через сварные швы, не пропускающие воду и другие жидкости; на этом свойстве основано испытание сварных швов керосином. Темные нефтепродукты (котельное топливо, битумы и пр.

), смазочные масла и тяжелые нефти, имея более высокую вязкость, обладают малой фильтрационной способностью; иногда высоко­вязкие нефтепродукты своими отложениями уничтожают пористость стенок резервуара, делая его непроницаемым. Часто ошибочно полагают, что только вязкость определяет фильтрационное свойство вещества.

Например, керосины имеют большую вязкость, чем бензины, однако проницаемость керосина через поры металла больше, чем бензинов. Фильтрация зависит в значительной степени от поверхностного натяжения, электрических свойств жидкости, ее смачивающей способности и пр. Например, масло фильтруется через замшу, в то время как вода остается поверх ее.

Следует отметить, что молекула воды больше молекулы масла; вязкость воды также меньше вязкости масла, тем не менее, проникновение его больше воды. Сегодня все еще приходится констатировать недостаточную изученность природы явлений фильтрации нефтей и нефтепродуктов вообще, и влияние на нее вязкости, в частности. От вязкости зависят мощность подогрева устройств, эксплуатационный режим нефтепродуктопроводов, степень извлечения примесей и воды и т.д. Вязкость нефтей и нефтепродуктов не является аддитивным свойством, поэтому ее нельзя вычислить как среднее арифметическое.

Источник: https://studizba.com/lectures/107-himija/1426-neftehimija/26302-16-vjazkost-neftej-i-nefteproduktov.html

Определение кинематической и динамической вязкости нефти и нефтепродуктов

Вязкость – важный физико-химический параметр, используемый при подсчете запасов нефти, проектировании разработки нефтяных месторождений, выборе способа транспортировки и схемы переработки нефти, в химмотологии.

Динамическая вязкость(η) – это отношение действующего касательного напряжения к градиенту скорости при заданной температуре. Единица измерения динамической вязкости паскаль-секунда (Па×с). Величина, обратная динамической вязкости, называется текучестью.

  • В основе определения динамической вязкости путем измерения времени истечения жидкости через капиллярные трубки лежит формула Пуазейля:
  • η= π p r4 τ / 8 V L,
  • где p – давление, при котором происходит истечение жидкости из капилляра; r – радиус капилляра; τ – время истечения жидкости в вискозиметре; V – объем жидкости, протекающей через капилляр; L – длина капилляра.

Необходимость определения кинематической вязкости (ν) связана с тем, что для определения динамической вязкости (η) требуется источник постоянного давления (постоянно приложенное напряжение) на жидкость. Это условие предопределяет дополнительные технические трудности, сложность воспроизведения результатов и трудоемкость анализа.

Кинематическая вязкость (ν) – это отношение динамической вязкости жидкости к ее плотности при той же температуре:

ν = η /ρ.

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

Для определения динамической вязкости жидких нефтепродуктов, имеющих вязкость 1×10…6×10 Па×с, применяют автоматический капиллярный вискозиметр (ГОСТ 7163-84). Динамическую вязкость природных битумов, тяжелых нефтей и нефтепродуктов (неньютоновские жидкости) определяют в ротационных вискозиметрах.

Определение кинематической вязкости по ГОСТ 33-2000:

Приборы: вискозиметр стеклянный типа ВПЖТ, ВНЖТ или ВПЖ, ВНЖ; термостат; резиновая трубка; водоструйный насос или резиновая груша; секундомер.

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 200с. При этом используют вискозиметры типов ВПЖТ-1, ВПЖТ-2, ВНЖТ (ГОСТ 10028-81).

Допускается использование вискозиметров типов ВПЖ-1, ВПЖ-2, ВПЖ-4, ВНЖ (ГОСТ 10028-81). В лабораторной практике наиболее распространены вискозиметры Пинкевича типа ВПЖТ-4 и ВПЖТ-2.

Чистый сухой вискозиметр заполняют нефтью (нефтепродуктом). Для этого на отводную трубку надевают резиновую трубку.

Далее, зажав пальцем колено и перевернув вискозиметр, опускают колено в сосуд с нефтью (нефтепродуктом) и засасывают нефть (нефтепродукт) с помощью резиновой груши, водоструйного насоса или иным способом до метки М2, следя затем, чтобы в нефти (нефтепродукте) не образовались пузырьки воздуха. Вынимают вискозиметр из сосуда и быстро возвращают в нормальное положение.

Снимают с внешней стороны конца колена избыток нефти (нефтепродукта) и надевают на его конец резиновую трубку. Вискозиметр устанавливают в термостат (баню), так, чтобы расширение было ниже уровня воды. После выдержки в термостате не менее 15мин засасывают нефть (нефтепродукт) в колено, примерно до 1/3 высоты расширения.

Соединяют колено с атмосферой и определяют время перемещения мениска нефти (нефтепродукта) от метки М1 до М2 (с погрешностью не более 0,2с). Если результаты трех последовательных измерений не отличаются более чем на 0,2%, кинематическую вязкость (ν), мм2/с, вычисляют как среднее арифметическое по формуле:

  1. ν= С τ,
  2. где С – постоянная вискозиметра, мм2/с2; τ – среднее время истечения нефти (нефтепродукта) в вискозиметре, с.
  3. Динамическую вязкость (η), мПа с, исследуемой нефти (нефтепродукта) вычисляют по формуле:
  4. η = ν ρ,
  5. где ν – кинематическая вязкость, мм2/с; ρ – плотность при той же температуре, при которой определялась вязкость, г/см3.
  6. Определение вязкости непрозрачных нефтепродуктов:

Если жидкость настолько темна, что прохождение мениска через метку засечь невозможно, следует пользоваться вискозиметром ВНЖТ. Заполняют его следующим образом.

На отводную трубку надевают резиновую трубку.

Зажав пальцем колено и перевернув вискозиметр, опускают колено в сосуд с нефтью и засасывают ее с помощью резиновой груши до метки М4, следя за тем, чтобы в жидкости не образовались пузырьки воздуха.

В тот момент, когда уровень жидкости достигнет метки М4, вискозиметр вынимают из сосуда и быстро переворачивают в нормальное положение. Снимают с внешней стороны конца колена избыток нефти и надевают кусочек резиновой трубки длиной 8…15см с присоединенным закрытым краном или зажимом.

Затем открывают кран для заполнения жидкостью резервуара и вновь его закрывают, когда жидкость заполнит приблизительно ½ резервуара.

Вискозиметр устанавливают в термостат, после выдержки в нем в течение 20мин открывают колено и, пользуясь двумя секундомерами, измеряют время истечения жидкости от метки М1 до М2 и от метки М2 до метки М3.

По измеренному времени заполнения резервуара вычисляют вязкость. Измеренное время заполнения резервуара служит для контроля. Повторное определение можно делать только с новой загрузкой после тщательной промывки прибора.

Кинематическую вязкость нефти вычисляют с точностью до четвертой значащей цифры (например: 1,255; 16,47; 193,1; 1735).

Источник: https://megaobuchalka.ru/9/35089.html

Ссылка на основную публикацию