Материал: ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЯЗКОСТИ НЕФТЕПРОДУКТОВ
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЯЗКОСТИ НЕФТЕПРОДУКТОВ
Вязкость является важнейшей физической константой, характеризующей эксплуатационные свойства нефтяных масел, котельных и дизельных топлив и ряда других нефтепродуктов.
Значение вязкости как показателя качества нефтепродуктов было разобрано в предыдущих разделах. Наибольшее распространение при различных расчетах, а также при контроле качества нефтепродуктов получила
кинематическая вязкость. Напомним, что кинематической вязкостью называют отношение абсолютной или динамической вязкости жидкости к ее плотности при одной и той же температуре. Кинематическая вязкость в системе СИ выражается в м2/с (1 Ст == 10-4 м2/с). Так как вязкость сильно зависит от температуры, то необходимо всегда указывать, при какой температуре она определена. В технических требованиях вязкость чаще всего нормируется при 50 и 100°С, реже при 20 °С для маловязких масел. В отдельных случаях необходимо контролировать вязкость при 0°С и даже при — 50 °С (для гидротормозных масел АМГ-10 и ГТН).
Для ряда нефтепродуктов значение вязкости нормируется в условных градусах, а не в абсолютных величинах.
Условной вязкостью называется отношение времени истечения из вискозиметра типа ВУ 200 мл испытуемого нефтепродукта при температуре испытания ко времени течения 200 мл дистиллированной воды при температуре 20 °С (вязкость воды при 20,2 °С равна 1 мПа·с). Значение этого отношения выражается как число условных градусов (ВУ).
Между условной и кинематической вязкостью установлена эмпирическая зависимость, которая выражается следующими приближенными формулами:
для V от 1 до 120 мм 2 /c |
vt = 7,31 ВУt – 6.31/BYt |
для V > 120 мм2/с |
vt =7,4ВУt или ВУ=0,135 vt |
Этими формулами можно пользоваться при переводе кинематической вязкости в градусы условной вязкости для практической оценки нефтепродукта. Обратный перевод градусов ВУ в мм2/с для расчетных целей делать не рекомендуется, так как определение, условной вязкости недостаточно точно, а главное, условная вязкость не отражает физических свойств жидкости.
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
2
Часть1 : ОПРЕДЕЛЕНИЕ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ ВЯЗКОСТИ
Приборы для определения вязкости называются вискозиметрами. Чаще всего для определения кинематической вязкости используют стеклянные вискозиметры, в которых испытуемая жидкость протекает через капиллярные трубки определенного диаметра. Отмечая время протекания жидкости через капилляр, можно вычислить ее вязкость. В основе этого метода лежит известная формула Пуазейля для динамической вязкости ή, которую он вывел, изучая истечение жидкостей из капилляров:
ή = {(π p r4)/8LV}•τ
где р—давление, при котором происходит истечение жидкости из капилляра; r—радиус капилляра; L—длина капилляра; V—объем жидкости, протекающей через капилляр; τ — время истечения жидкости в объеме V.
При определении кинематической вязкости жидкость протекает через капилляр под давлением собственного веса, которое можно подсчитать, зная высоту столба жидкости h и ее плотность ρ:
p = g h ρ
где g—ускорение силы тяжести.
Подставив в формулу Пуазейля значение р и разделив обе части eравнения на ρ, получаем выражение для кинематической вязкости V:
|
|
ghr |
|
|
|
4 |
|
|
|
8LV |
|
|
|
Учитывая, что величины h, r, L и V имеют постоянные значения для данного вискозиметра, можно обозначить
|
|
r4 |
|
|
|
|
gh C |
|
|
8LV |
|
Тогда: C |
или C / |
||
Величина С называется постоянной вискозиметра. Она не зависит от температуры, а зависит только от геометрических размеров вискозиметра. Для определения постоянной вискозиметра пользуются эталонными жидкостями с известной кинематической вязкостью vэ. Замеряя на данном вискозиметре
время истечения |
эталонной жидкости τэ, определяют |
постоянную |
вискозиметра С (в мм2/с2): |
|
|
C э / э
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
3
Каждый вискозиметр снабжается паспортом, в котором указана его постоянная.
АППАРАТУРА
В зависимости от прозрачности нефтепродукта и уровня его вязкости по ГОСТ 33—82 следует применять вискозиметры указанных ниже конструкций:
для измерения вязкости прозрачных жидкостей при температурах выше нуля—вискозиметр ВПЖ-1 (рис. 1а);
для измерения вязкости прозрачных жидкостей при любых темпе- ратурах—вискозиметры ВПЖ-2 (рис. 1б) и Пинкевича (рис. 1в);
для измерения вязкости непрозрачных жидкостей —вискозиметры ВНЖ
(рис. 1г);
для измерения вязкости малых количеств (не более 1 мл) прозрачных жидкостей при любых температурах—микровискозиметр ВПЖМ (рис.1д).
а |
б |
в |
г |
д |
|
Рис.1 Приборы для определения вязкости нефтепродуктов: |
|
|
|
|
а– вискозиметр ВПЖ-1; |
б- вискозиметр ВПЖ-2; |
|
вискозиметр |
Пинкевича; г – вискозиметр ВНЖ; |
д – вискозиметр ВПЖМ. |
|
|
|
Подготовка аппаратуры и методика определения
Испытуемый продукт:
а)Рафинат второго погона – образец 1; б) дизельное топливо – образцы 2, 3, 4; в) депарафинированное масло – образец 5;
г) брайт-сток+рафинат второго погона – образец 6; в) Остаточное первичное депмасло; г) Экстракт фенольной очистки.
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
4
Выбранный вискозиметр тщательно промывают последовательно бензином, этиловым спиртом и сушат продуванием чистым нагретым воздухом или в сушильном шкафу. Если вискозиметр был сильно загрязнен, то его предварительно отмывают хромовой смесью и водой и сушат промывкой спиртом или ацетоном и продувкой теплого воздуха.
Испытуемый нефтепродукт в случае необходимости фильтруют от воды и механических примесей. Пробу нефтепродукта в вискозиметры разной конструкции набирают по-разному.
Для учебных целей чаще всего применяют вискозиметры ВПЖ-2 или Пинкевича. Вискозиметр с пробой нефтепродукта с помощью штатива и держателей устанавливают в строго вертикальном положении в подготовленный заранее термостатирующий сосуд. При этом вискозиметр нужно закреплять так, чтобы верхнее расширение 4 оказалось в жидкости термостата. В термостате устанавливают необходимую температуру с точностью ±0,1°С и выдерживают вискозиметр до проведения отсчетов при выбранной температуре 15 мин.
Засасывают грушей жидкость в колено 1 примерно до одной трети высоты расширения 4. Под давлением собственного веса жидкость начнет протекать из колена 1 через капилляр в колено 2. Точно в тот момент, когда уровень жидкости достигнет метки М1, включают секундомер и останавливают его точно в тот момент, когда уровень жидкости достигнет метки М2. Время, отмеченное по секундомеру, записывают. Определение времени истечения жидкости через капилляр повторяют несколько раз. Число параллельных замеров, согласно ГОСТ 33—82, устанавливается в зависимости от времени истечения: пять измерений при времени истечения от 200 до 300 с; четыре— при времени истечения от 300 до 600 с; три — при времени истечения выше 600 с. При проведении отсчетов необходимо следить за постоянством температуры и за тем, чтобы в расширениях вискозиметров не образовывалось пузырьков воздуха.
Для расчета кинематической вязкости определяют среднее арифметическое время истечения из проведенных отсчетов. При этом надо иметь в виду, что учитывать можно только те отсчеты, которые отличаются не более чем на ±1,2—2,5% от среднего арифметического в зависимости от температуры определения. Кинематическую вязкость испытуемого нефтепродукта при температуре t vt (в мм2/c) вычисляют по формуле:
t |
C t |
g |
K |
|
|
||||
980.7 |
||||
|
|
|
||
где С-постоянная вискозиметра, мм2/с2; |
t |
|||
- среднее арифметическое
учитываемых отсчетов времени истечения жидкости, с; g—ускорение силы тяжести в месте измерения вязкости, см/с2; 980,7—нормальное ускорение силы тяжести, см/с2; К—коэффициент, учитывающий изменение гидростатического напора жидкости в результате расширения ее при нагревании; для вискозиметров ВПЖ-2 и Пинкевича:
К = 1 + 0,000040 Δt
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
5
где Δt —разность между температурой нефтепродукта при заполнении вискозиметра и его температурой при определении вязкости.
Поправки, вносимые в расчетную формулу и зависящие от g и К., незначительны. Поэтому при измерении вязкости в учебных целях можно дробь gK/980,7 принимать за единицу.
В целях сокращения трудоемких процессов и увеличения срока службы стеклянных вискозиметров 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 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.