Определение плотности ареометрическим методом

Определение плотности ареометрическим методом

Метод определения основан на действии гидростатического закона Архимеда - глубина погружения тела в жидкость зависит от плотности жидкости.

Термометр погружают в цилиндр, заполненный подготовленной пробой испытуемого продукта, и перемешивают палочкой для выравнивания температуры и плотности по всему объему цилиндра. Записывают показания термометра. Затем помещают в цилиндр ареометр и после прекращения колебаний снимают показания со шкалы ареометра. Показания по шкале ареометра приводят к стандартной температуре.

Подготовка к выполнению измерений

1. Отбор пробы нефти и нефтепродуктов для анализа в соответствии с требованиями ГОСТ 2517, имеющих давление насыщенных паров не более 40 кПа проводят в открытый сосуд, отбор проб нефти и нефтепродуктов с давлением насыщенных паров более 40 кПа - в закрытый сосуд. Объем пробы должен быть не менее 2 дм3. Перед заполнением измерительного цилиндра пробу делят на две части.

2. При измерении плотности, во избежание ошибок из-за потери легких фракций, легколетучие образцы нефти и нефтепродуктов отбирают с помощью пробоотборника с сифоном. В случае его отсутствия осуществляют быстрый перенос отобранной пробы в охлажденный до температуры 2 °C и ниже контейнер. Перемешивание проб осуществляют в закрытом контейнере. Перед измерениями плотности не рекомендуется перемешивать тяжелые битуминозные смеси.

3. Пробу, отобранную с помощью автоматического пробоотборника в контейнер пробоотборника, перемешивают миксером, предназначенным для перемешивания пробы в контейнерах данного типа. Для получения представительной пробы из резервуара для проведения испытаний нефть и нефтепродукты необходимо смешивать в закрытом контейнере без нарушения герметичности.

3.1. Нефть с высоким содержанием парафина (более 6 %) - если температура потери текучести нефти около 15 °C, то пробу нагревают до температуры на 9 °С выше температуры потери текучести.

3.2. Если нефтепродукт имеет температуру застывания около 10 °C, или температуру помутнения, или температуру начала кристаллизации около 15 °C, то пробу нагревают до температуры на 9 °C выше температуры застывания или на 3 °C выше температуры помутнения или температуры начала кристаллизации перед смешиванием.

4. Ареометр, цилиндр, пробоотборник и оборудование, применяемое при измерениях, моют нефрасом или горячей водой, ополаскивают дистиллированной водой и сушат на воздухе.

Выполнение измерений

1. Температура испытаний

Образец пробы доводят до температуры испытаний, которая должна быть такой, чтобы проба была достаточно жидкой (на 9 °C выше температуры застывания), но не горячей (не более 40 °C), чтобы не вызвать потерю легких фракций.

Примечания: Плотность, относительная плотность или плотность в градусах API определяется ареометром с наибольшей точностью при температуре, близкой к стандартной.

Измерение плотности

2.1. Цилиндр для ареометра устанавливают на ровную, горизонтальную поверхность в месте, где нет сквозняков и температура окружающего воздуха не изменяется более чем на 2 °C во время проведения испытаний. Если температура испытуемой пробы отличается от температуры окружающего воздуха более чем на 3 °C, используют термостат, чтобы сохранить постоянство температуры в процессе измерений.

Пробу переносят в чистый, сухой цилиндр для ареометра закрытым способом при помощи трубки, опущенной до дна, чтобы избежать образования воздушных пузырьков и обеспечить минимальное испарение низкокипящих фракций летучих образцов.

2.2. Перед погружением ареометра в цилиндр удаляют пузырьки воздуха с поверхности пробы чистой фильтровальной бумагой.

2.3. Погружают мешалку в испытуемую пробу, комбинируя вертикальные перемещения с вращением мешалки, чтобы выровнять температуру по всему объему цилиндра. Извлекают мешалку из цилиндра. Затем погружают в цилиндр палочку для перемешивания, датчик автоматического термометра или ртутный термометр, закрепляя его так, чтобы участок шкалы, соответствующий температуре испытуемой пробы, был на 5 - 10 мм выше уровня жидкости. Записывают температуру образца с точностью до 0,1 °C и извлекают термометр из цилиндра.

2.4. В зависимости от физико-химических свойств испытуемого продукта, пробу доводят до температуры испытания, приведенной в таблице 2, и переносят в цилиндр для ареометра.

2.5. Ареометр берут за верхний конец стержня, свободный от шкалы, и погружают его в испытуемый образец, до тех пор пока до предполагаемой отметки ареометрической шкалы не останется 2 - 3 деления, затем отпускают стержень легким вращательным движением. При этом ареометр не должен касаться стенок цилиндра и часть стержня, расположенная выше уровня погружения ареометра, оставалась сухой и чистой. Для прозрачных жидкостей с низкой вязкостью проверяют форму мениска. Для этого ареометр погружают приблизительно на 1 - 2 мм ниже положения равновесия и затем возвращают в начальное положение. Если форма мениска изменяется, очищают шкалу ареометра 2 - 3 каплями нефраса и повторяют операцию до тех пор, пока форма мениска не перестанет изменяться.

2.6. Для непрозрачных вязких (кинематическая вязкость более 200 мм2/с) жидкостей ареометр медленно погружают в жидкость до получения стабильных показаний ареометра.

2.7. После прекращения колебаний ареометра снимают показания шкалы ареометра с точностью до 0,1 кг/м3.

2.8. Для прозрачных жидкостей отсчет показаний проводят по линии раздела жидкостью шкалы ареометра в соответствии с рисунком 1, при этом положение глаз наблюдателя должно быть на уровне мениска.

1 - жидкость, 2 - точка записи показаний, 3 - горизонтальная поверхность, 4 - мениск Рисунок 1 - Показание шкалы ареометра для прозрачных жидкостей

2.9. Для непрозрачных жидкостей (рисунок 2) показание шкалы ареометра считывают по верхнему краю мениска (при этом положение глаз наблюдателя должно быть на уровне мениска). При использовании ареометров, градуированных по нижнему краю мениска, в показания ареометров вводят поправку на мениск в соответствии с таблицей 3.

2.10. После снятия показаний ареометр осторожно вынимают из жидкости, помещают в цилиндр термометр или датчик цифрового термометра и перемешивают испытуемую пробу жидкости, двигая мешалку вертикально. Записывают температуру испытуемой пробы с точностью до 0,1 °C. Если эта температура отличается от первоначально измеренной в соответствии с 2.3 более чем на 0,5 °C, повторяют измерения ареометром и термометром до тех пор, пока температура не стабилизируется в пределах 0,5 °C.

Если стабильная температура не может быть обеспечена, помещают цилиндр для ареометра в термостат.

П р и м е ч а н и е - Если температура испытания выше чем 38 °C, то ареометры со свинцовыми грузилами, залитыми воском, после применения оставляют стекать в вертикальном положении.

2.11. Операции по.2.1 -2.9 повторяют, используя вторую часть пробы.

1 - жидкость, 2 - точка записи показаний, 3 - горизонтальная поверхность, 4 - мениск Рисунок 2 - Показание шкалы ареометра для непрозрачных жидкостей

Обработка результатов измерений

1. Показания ареометра пересчитывают к стандартным условиям (при температуре 20 °C или 15 °C

2. За результат измерения плотности испытуемой жидкости принимают значение, вычисленное по 2.9. Записывают среднее из двух значений температуры с точностью до 0,1 °C, записывают значение плотности, полученное по ареометру с точностью до 0,1 кг/м3, 0,0001 г/см3 или 0,1 °API.

Если расхождения между полученными результатами измерений плотности в двух частях пробы не превышают r, оба результата измерений признают приемлемыми и в качестве окончательного наблюдаемого показания принимают среднеарифметическое значение двух показаний.

Если расхождения между полученными показаниями пробы превышают r, то проводят проверку приемлемости показаний ареометра в соответствии с ГОСТ Р ИСО 5725-6.

Если температура измерения t плотности ρt испытуемой жидкости ареометром отличается от температуры калибровки tk = 20 °C или tk = 15 °C более, чем на ± 3,0 °C, в показания ареометра вводят поправку на расширение стекла ареометра: ρt = ρt,ap · К

Для ареометров, градуированных при 20 °C, коэффициент К вычисляют по формуле
К = 1 - 0,000025(t - 20). (3)

Для ареометров, градуированных при 15 °C, коэффициент К вычисляют по формуле
К = 1 - 0,000023(t - 15) - 0,00000002(t - 15)2. (4)

3. Откорректированные показания шкалы ареометра по плотности, относительной плотности или плотности в градусах API пересчитывают к стандартным условиям (при температуре 20 °C или 15 °C), используя таблицы измерения показателей нефти и нефтепродуктов.

4. Значение плотности в кг/м3 преобразуют в значение плотности в г/мл или в кг/л путем деления на 103.

5. Окончательное значение плотности, выраженной в кг/м3 при стандартной температуре, записывают до 0,1, выраженной в кг/л или в г/мл, записывают до 0,0001. Окончательное значение плотности в относительных единицах при двух стандартных температурах записывают с точностью до 0,0001. Окончательное значение плотности, выраженное в градусах API, записывают с точностью до 0,1 °API.

6. При выполнении учетных операций показания ареометра пересчитывают к условиям измерения объема ρ1,2 по формуле

(5)

где ρ1,2 - значения плотности нефти в первой и второй частях пробы по показаниям ареометра, пересчитанные к условиям измерений объема или плотности нефти, кг/м3;

PAP - показание ареометра с учетом поправки на мениск, кг/м3;

К - поправка на расширение стекла ареометра, вычисляемая в соответствии с формулами (3) и (4);

tAP - показание термометра при измерениях плотности ареометром, °C;

β - коэффициент объемного расширения нефти и нефтепродуктов, значения которого приведены в рекомендациях [2], приложение Г (таблицы Г.1 и Г.2);

t- температура нефти и нефтепродуктов при измерениях объема, °C;

γ - коэффициент сжимаемости нефти и нефтепродуктов, значения которого приведены в рекомендациях [2], приложение В (таблицы В.1 и В.2);

Р - избыточное давление нефти при измерениях объема (плотности), МПа.

Пересчет показаний ареометра по формуле (5) можно проводить при значениях разности температур (t - tAP), не превышающих ± 10 °C. Если разность температур превышает указанные значения, для пересчета показаний ареометра используют программу в соответствии с рекомендациями [2]; при этом поправка на температурное расширение стекла, из которого изготовлен ареометр, вводится автоматически.

Нефтепродуктов

Определение вязкости проводится с помощью капиллярного вискозиметра в соответствии с ГОСТ 33-2000 [9] и заключается в измерении времени истечения определенного объема испытуемого нефтепродукта из капилляра от метки М1 до метки М2 под влиянием силы тяжести (рис. 3).

Рис. 3 Вискозиметр ВПЖ-2

1– колено;

2– колено;

3– отводная трубка;

4 – расширение

5 – расширение

6– резервуар

7– капилляр;

Средства измерения

Кинематическую вязкость нефтепродуктов определяют в стеклянных капиллярных вискозиметрах.

Вискозиметры выпускают нескольких типов, различающихсяконструкцией и имеющих различный рабочий диапазон. Порядокизмерения вязкости с помощью вискозиметра любого типа отличается несущественно.

В данной случае используется вискозиметр ВПЖ-2 (см.рис. 3).

Вискозиметр представляет собой U-образную трубку, в колено 1которой впаян капилляр 5. В верхней части капилляр имеетдвойное расширение 4 и 5 с метками (М1 и М2). При измерении вязкости жидкость из расширения течет по капилляру в резервуар 6.

Ход определения

Вискозиметр заполняют испытуемым нефтепродуктом следующим образом. На отводную трубку 3надевают резиновый шланг;далее, зажав пальцем колено 2и перевернув вискозиметр, опускаютколено 1в сосуд с нефтепродуктом и засасывают ее (с помощьюгруши) до отметки М2, следя за тем, чтобы в жидкости не образовались пузырьки воздуха. В тот момент, когда уровень жидкостидостигнет отметки М2, вискозиметр вынимают из сосуда и быстропереворачивают в нормальное положение. Снимают с внешнейстороны колена 1избыток жидкости и надевают на него резиновую трубку.

Вискозиметр устанавливают вертикально в жидкостном термостате (бане) так, чтобы расширение 4 было ниже уровня жидкости. После выдержки в термостате не менее 15 мин. при заданнойтемпературе засасывают жидкость в колено 1 примерно до 1/3 высоты расширения 4.

Сообщают колено 1с атмосферой и определяют время опускания мениска жидкости от отметки М1 до отметки М2. Определениепроизводят не менее трех раз. Результаты трех последовательныхизмерений не должны отличаться более чем на 0,2 %. В противномслучае определения необходимо повторить.

Расчет кинематической вязкости (n, мм2/с) ведется по формуле

n= с × t,

где с -постоянная вискозиметра, мм2/с2;

t -среднее арифметическоевремя истечения из результатов последовательных измерений, с.

По измеренному значению кинематической вязкости вычисляют динамическую вязкость (h, мПа×с) испытуемого нефтепродукта по формуле

h= n×r,

где n -кинематическая вязкость, мм2/с;

r - плотность при температуре, при которой определялась вязкость, г/см3 (определяетсяэкспериментально при температуре измерения вязкости нефтепродукта или вычисляется по значению плотности при другой температуре).

Результаты определения кинематической и динамической вязкости округляют до 0,1.

Определение плотности ареометрическим методом

Метод определения основан на действии гидростатического закона Архимеда - глубина погружения тела в жидкость зависит от плотности жидкости.

Термометр погружают в цилиндр, заполненный подготовленной пробой испытуемого продукта, и перемешивают палочкой для выравнивания температуры и плотности по всему объему цилиндра. Записывают показания термометра. Затем помещают в цилиндр ареометр и после прекращения колебаний снимают показания со шкалы ареометра. Показания по шкале ареометра приводят к стандартной температуре.

Подготовка к выполнению измерений

1. Отбор пробы нефти и нефтепродуктов для анализа в соответствии с требованиями ГОСТ 2517, имеющих давление насыщенных паров не более 40 кПа проводят в открытый сосуд, отбор проб нефти и нефтепродуктов с давлением насыщенных паров более 40 кПа - в закрытый сосуд. Объем пробы должен быть не менее 2 дм3. Перед заполнением измерительного цилиндра пробу делят на две части.

2. При измерении плотности, во избежание ошибок из-за потери легких фракций, легколетучие образцы нефти и нефтепродуктов отбирают с помощью пробоотборника с сифоном. В случае его отсутствия осуществляют быстрый перенос отобранной пробы в охлажденный до температуры 2 °C и ниже контейнер. Перемешивание проб осуществляют в закрытом контейнере. Перед измерениями плотности не рекомендуется перемешивать тяжелые битуминозные смеси.

3. Пробу, отобранную с помощью автоматического пробоотборника в контейнер пробоотборника, перемешивают миксером, предназначенным для перемешивания пробы в контейнерах данного типа. Для получения представительной пробы из резервуара для проведения испытаний нефть и нефтепродукты необходимо смешивать в закрытом контейнере без нарушения герметичности.

3.1. Нефть с высоким содержанием парафина (более 6 %) - если температура потери текучести нефти около 15 °C, то пробу нагревают до температуры на 9 °С выше температуры потери текучести.

3.2. Если нефтепродукт имеет температуру застывания около 10 °C, или температуру помутнения, или температуру начала кристаллизации около 15 °C, то пробу нагревают до температуры на 9 °C выше температуры застывания или на 3 °C выше температуры помутнения или температуры начала кристаллизации перед смешиванием.

4. Ареометр, цилиндр, пробоотборник и оборудование, применяемое при измерениях, моют нефрасом или горячей водой, ополаскивают дистиллированной водой и сушат на воздухе.

Выполнение измерений

1. Температура испытаний

Образец пробы доводят до температуры испытаний, которая должна быть такой, чтобы проба была достаточно жидкой (на 9 °C выше температуры застывания), но не горячей (не более 40 °C), чтобы не вызвать потерю легких фракций.

Примечания: Плотность, относительная плотность или плотность в градусах API определяется ареометром с наибольшей точностью при температуре, близкой к стандартной.

Измерение плотности

2.1. Цилиндр для ареометра устанавливают на ровную, горизонтальную поверхность в месте, где нет сквозняков и температура окружающего воздуха не изменяется более чем на 2 °C во время проведения испытаний. Если температура испытуемой пробы отличается от температуры окружающего воздуха более чем на 3 °C, используют термостат, чтобы сохранить постоянство температуры в процессе измерений.

Пробу переносят в чистый, сухой цилиндр для ареометра закрытым способом при помощи трубки, опущенной до дна, чтобы избежать образования воздушных пузырьков и обеспечить минимальное испарение низкокипящих фракций летучих образцов.

2.2. Перед погружением ареометра в цилиндр удаляют пузырьки воздуха с поверхности пробы чистой фильтровальной бумагой.

2.3. Погружают мешалку в испытуемую пробу, комбинируя вертикальные перемещения с вращением мешалки, чтобы выровнять температуру по всему объему цилиндра. Извлекают мешалку из цилиндра. Затем погружают в цилиндр палочку для перемешивания, датчик автоматического термометра или ртутный термометр, закрепляя его так, чтобы участок шкалы, соответствующий температуре испытуемой пробы, был на 5 - 10 мм выше уровня жидкости. Записывают температуру образца с точностью до 0,1 °C и извлекают термометр из цилиндра.

2.4. В зависимости от физико-химических свойств испытуемого продукта, пробу доводят до температуры испытания, приведенной в таблице 2, и переносят в цилиндр для ареометра.

2.5. Ареометр берут за верхний конец стержня, свободный от шкалы, и погружают его в испытуемый образец, до тех пор пока до предполагаемой отметки ареометрической шкалы не останется 2 - 3 деления, затем отпускают стержень легким вращательным движением. При этом ареометр не должен касаться стенок цилиндра и часть стержня, расположенная выше уровня погружения ареометра, оставалась сухой и чистой. Для прозрачных жидкостей с низкой вязкостью проверяют форму мениска. Для этого ареометр погружают приблизительно на 1 - 2 мм ниже положения равновесия и затем возвращают в начальное положение. Если форма мениска изменяется, очищают шкалу ареометра 2 - 3 каплями нефраса и повторяют операцию до тех пор, пока форма мениска не перестанет изменяться.

2.6. Для непрозрачных вязких (кинематическая вязкость более 200 мм2/с) жидкостей ареометр медленно погружают в жидкость до получения стабильных показаний ареометра.

2.7. После прекращения колебаний ареометра снимают показания шкалы ареометра с точностью до 0,1 кг/м3.

2.8. Для прозрачных жидкостей отсчет показаний проводят по линии раздела жидкостью шкалы ареометра в соответствии с рисунком 1, при этом положение глаз наблюдателя должно быть на уровне мениска.

1 - жидкость, 2 - точка записи показаний, 3 - горизонтальная поверхность, 4 - мениск Рисунок 1 - Показание шкалы ареометра для прозрачных жидкостей

2.9. Для непрозрачных жидкостей (рисунок 2) показание шкалы ареометра считывают по верхнему краю мениска (при этом положение глаз наблюдателя должно быть на уровне мениска). При использовании ареометров, градуированных по нижнему краю мениска, в показания ареометров вводят поправку на мениск в соответствии с таблицей 3.

2.10. После снятия показаний ареометр осторожно вынимают из жидкости, помещают в цилиндр термометр или датчик цифрового термометра и перемешивают испытуемую пробу жидкости, двигая мешалку вертикально. Записывают температуру испытуемой пробы с точностью до 0,1 °C. Если эта температура отличается от первоначально измеренной в соответствии с 2.3 более чем на 0,5 °C, повторяют измерения ареометром и термометром до тех пор, пока температура не стабилизируется в пределах 0,5 °C.

Если стабильная температура не может быть обеспечена, помещают цилиндр для ареометра в термостат.

П р и м е ч а н и е - Если температура испытания выше чем 38 °C, то ареометры со свинцовыми грузилами, залитыми воском, после применения оставляют стекать в вертикальном положении.

2.11. Операции по.2.1 -2.9 повторяют, используя вторую часть пробы.

1 - жидкость, 2 - точка записи показаний, 3 - горизонтальная поверхность, 4 - мениск Рисунок 2 - Показание шкалы ареометра для непрозрачных жидкостей

Обработка результатов измерений

1. Показания ареометра пересчитывают к стандартным условиям (при температуре 20 °C или 15 °C

2. За результат измерения плотности испытуемой жидкости принимают значение, вычисленное по 2.9. Записывают среднее из двух значений температуры с точностью до 0,1 °C, записывают значение плотности, полученное по ареометру с точностью до 0,1 кг/м3, 0,0001 г/см3 или 0,1 °API.

Если расхождения между полученными результатами измерений плотности в двух частях пробы не превышают r, оба результата измерений признают приемлемыми и в качестве окончательного наблюдаемого показания принимают среднеарифметическое значение двух показаний.

Если расхождения между полученными показаниями пробы превышают r, то проводят проверку приемлемости показаний ареометра в соответствии с ГОСТ Р ИСО 5725-6.

Если температура измерения t плотности ρt испытуемой жидкости ареометром отличается от температуры калибровки tk = 20 °C или tk = 15 °C более, чем на ± 3,0 °C, в показания ареометра вводят поправку на расширение стекла ареометра: ρt = ρt,ap · К

Для ареометров, градуированных при 20 °C, коэффициент К вычисляют по формуле
К = 1 - 0,000025(t - 20). (3)

Для ареометров, градуированных при 15 °C, коэффициент К вычисляют по формуле
К = 1 - 0,000023(t - 15) - 0,00000002(t - 15)2. (4)

3. Откорректированные показания шкалы ареометра по плотности, относительной плотности или плотности в градусах API пересчитывают к стандартным условиям (при температуре 20 °C или 15 °C), используя таблицы измерения показателей нефти и нефтепродуктов.

4. Значение плотности в кг/м3 преобразуют в значение плотности в г/мл или в кг/л путем деления на 103.

5. Окончательное значение плотности, выраженной в кг/м3 при стандартной температуре, записывают до 0,1, выраженной в кг/л или в г/мл, записывают до 0,0001. Окончательное значение плотности в относительных единицах при двух стандартных температурах записывают с точностью до 0,0001. Окончательное значение плотности, выраженное в градусах API, записывают с точностью до 0,1 °API.

6. При выполнении учетных операций показания ареометра пересчитывают к условиям измерения объема ρ1,2 по формуле

(5)

где ρ1,2 - значения плотности нефти в первой и второй частях пробы по показаниям ареометра, пересчитанные к условиям измерений объема или плотности нефти, кг/м3;

PAP - показание ареометра с учетом поправки на мениск, кг/м3;

К - поправка на расширение стекла ареометра, вычисляемая в соответствии с формулами (3) и (4);

tAP - показание термометра при измерениях плотности ареометром, °C;

β - коэффициент объемного расширения нефти и нефтепродуктов, значения которого приведены в рекомендациях [2], приложение Г (таблицы Г.1 и Г.2);

t- температура нефти и нефтепродуктов при измерениях объема, °C;

γ - коэффициент сжимаемости нефти и нефтепродуктов, значения которого приведены в рекомендациях [2], приложение В (таблицы В.1 и В.2);

Р - избыточное давление нефти при измерениях объема (плотности), МПа.

Пересчет показаний ареометра по формуле (5) можно проводить при значениях разности температур (t - tAP), не превышающих ± 10 °C. Если разность температур превышает указанные значения, для пересчета показаний ареометра используют программу в соответствии с рекомендациями [2]; при этом поправка на температурное расширение стекла, из которого изготовлен ареометр, вводится автоматически.