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:

ν= С τ,

где С – постоянная вискозиметра, мм²/с²; τ – среднее время истечения нефти (нефтепродукта) в вискозиметре, с.

Динамическую вязкость (η), мПа с, исследуемой нефти (нефтепродукта) вычисляют по формуле:

η = ν ρ,

где ν – кинематическая вязкость, мм²/с; ρ – плотность при той же температуре, при которой определялась вязкость, г/см³.

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).