12.2. Свойства нефти, влияющие на технологию ее транспорта

На технологию транспорта и хранения нефтей в той или иной мере влияют их физические свойства (плотность, вязкость), испаряе­мость пожаровзрывоопасность, электризация, токсичность.

Плотность нефтей при 20 °С колеблется в пределах от 760 до 940 кг/м^! (табл. 12.3). С увеличением температуры она уменьшается по закону прямой (рис. 12.2). От правильного определения плотнос­ти нефти в резервуарах зависит точность ее учета, а в конечном счете - прибыль предприятия.

290

291

Таблицы 12.3

Основные параметры нефтей России

Нефтеперерабаты­вающий район	Плотност ь при 20 °С, кг/м3	Кинематическ ая вязкость при 20 °С, мм2/с	Температу ра застывани я, °С	Содержан ие парафина, %
1	2	3	4	5
Республики: Башкортостан	846-918	6.7-89.8	-21+-70	2.1-6.8
Дагестан	802-5-886	10.4-548.7	-24--13	5.7-25.5
Коми	822-5-849	6.2-13.8	-10-5--40	2.0-10.4
Татарстан	846-5-910	8.7-98.3	-30-5--52	3.5-5.1
Чечня	789-5-924	3.0-163.4	-4--60	0.8-8.5
Области: Астраханская	762-5-879	1.3-13.6	-40-30	3.8-26.0
Волгоградская	798-923	3.0-163.4	-60--4	0.8-8.5
Куйбышевская	790-882	2.5н-27.1	-34-9	2.9-10.2
Оренбургская	808-933	4.2-57.4	-56--15	1.8-7.1
Пермская	802-960	4.2-161.8	-60--13	2.0-10.4
Саратовская	819-847	5.3-36.3	0-16	6.6-10.4
Края: Краснодарский	771-938	1.6-310.3	-54-3	0.5-8.3
Ставропольский	803-862	5.3-11.7	4-29	6.5-23.6

где х - касательные напряжения на стенке.

Отсюда необходимый перепад давления для осуществления перекачки равен

т.е. прямо пропорционален величине касательных напряжений.

293

Характер изменения величины τ в зависимости от градиента скорости сдвига S=32Q./(πД^:3) в трубопроводе показан на рис. 12.4.

Как видно из рисунка, по характеру зависимости τ от S (ее называют кривой течения) все типы жидкостей (в том числе и не­фти) делятся на два класса: ньютоновские 1 и неньютоновские (пластичные 2, псевдопластичные 3 и дилатантные 4). Мы привыкли иметь дело с ньютоновскими жидкостями (вода, светлые нефтепро­дукты, маловязкие нефти и т.п.), для которых зависимость т от S имеет вид прямой линии, выходящей из начала координат. Тангенс угла на­клона этой прямой, определяемый как отношение τ/S, есть динамическая вязкость µ,. Для ньютоновских жидкостей она не зави­сит от градиента скорости сдвига.

Применительно к неньютоновским жидкостям введено поня­тие эффективной динамической вязкости µ₃ . Определяют ее следующим образом. Вычисляют градиент скорости сдвига S для ус­ловий перекачки (по заданным Д и Q), восстанавливают перпендикуляр до пересечения с соответствующей кривой течения, соединяют точку пересечения с началом координат и вычисляют ве­личину x/S при данном градиенте скорости сдвига.

Делением µ. (или µ_з) на плотность жидкости р при данной тем­пературе находят ее кинематическую v (или эффективную кинематическую v_a) вязкость. Все гидравлические расчеты обычно ведут с использованием этой величины.

Для ньютоновских жидкостей величина кинематической вяз­кости может быть определена непосредственно, например, с использованием капиллярного вискозиметра Пинкевича (рис. 12.5). Вискозиметр представляет собой U-образную стеклянную конструк­цию, в которой колено А является измерительным-, а колено Б -вспомогательным. Колено А состоит из капилляра 1 и двух расшире­ний 2, 3, а колено Б из трубки 4 с соском 5 и расширения 6. Вискозиметр заполняется исследуемой жидкостью под вакуумом, со­здаваемым с помощью резиновой груши, присоединяемой к соску 5. Затем, создавая той же грушей давление на свободную поверхность жидкости в расширении 6, заполняют расширения 2, 3. После этого вискозиметр готов к работе. Для определения кинематической вязко­сти с помощью секундомера измеряют время t, в течение которого свободно текущая жидкость опускается от сечения М, до сечения М₂, а затем это время умножают на величину K(g/g_M), где к-постоянная вискозиметра, определяемая на эталонной жидкости, см²/с²; g - уско­рение силы тяжести в месте измерения вязкости (для Уфы g = 981,56 см/с²); g_H - нормальное ускорение силы тяжести, g_n = 980,7 см/с².

294

295

Рис. 12.5. Капилярный вискозиметр Пинкевича:

1 - капилляр; 2,3 - расширения; 4 - трубка;

5 - сосок; 6 - расширение

Капиллярные вискозиметры Пинкевича выпускаются с различ­ными диаметрами капилляра (мм): 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0. Для определения кинематической вязкости нефти при задан­ной температуре выбирают вискозиметр с таким расчетом, чтобы время истечения нефти было не менее 15 с.

На рис. 12.6 приведены вискограммы нефтей различной вязко­сти. Как видно, зависимость v от Т имеет экспоненциальный характер.

Вязкость нефтей России при 20 °С в 1.3-310.3 раз превышает вязкость воды. Величина вязкости предопределяет способ транспорти­ровки нефтей по трубопроводам. Маловязкие нефти перекачивают при температуре окружающей среды без предварительной обработки, а вы­соковязкие нефти перекачивают одним из следующих способов: в смеси с маловязкими разбавителями, после предварительной механической или термической обработки, с предварительным подогревом и др. (под­робнее эти способы рассмотрены ниже).

Температура застывания имеет существенное значение для транспортирования нефти, так как по мере приближения к ней факти­ческой температуры жидкости затрудняется или становится невозможным ее перемещение. Переход нефти из одного агрегатного состояния в другое совершается не при одной постоянной температу­ре, а в некотором интервале их значений. Поэтому температура застывания является условной величиной. Она зависит главным обра­зом от химического состава нефти и от содержания в ней парафина и смол.

Температурой застывания нефти принято считать температу­ру, при которой нефть, налитая в пробирку стандартных размеров, остается неподвижной в течение одной минуты при наклоне пробирки под углом 45 °.

Температура застывания маловязких нефтей составляет до -25 °С и поэтому их можно транспортировать при температуре окружаю­щей среды. С увеличением содержания парафина температура застывания увеличивается. Для нефтей полуострова Мангышлак она доходит до +30 "С. Их можно перекачивать только специальными ме­тодами.

Испаряемость - свойство нефтей и нефтепродуктов перехо­дить из жидкого состояния в газообразное при температуре меньшей, чем температура кипения. Испарение углеводородных жидкостей происходит при любых температурах до тех пор, пока газовое про­странство над ними не будет полностью насыщено углеводородами.

Скорость испарения нефтей и нефтепродуктов зависит, в ос­новном, от содержания в них легких фракций (пропан, бутаны) и от температуры.

297

Пожаровзрывоопасность нефтей и нефтепродуктов ха­рактеризуется способностью смесей их паров с воздухом воспламеняться и взрываться.

Пожароопасность нефтей и нефтепродуктов определяет­ся величинами температур вспышки, воспламенения и самовоспламенения. Под температурой вспышки паров понима­ют температуру, при которой пары жидкости, нагретой при определенных условиях, образуют с воздухом смесь, вспыхиваю­щую при поднесении к ней открытого пламени. Углеводородные жидкости с температурой вспышки 61 °С и ниже относятся к лег­ковоспламеняющимся, выше 61 °С- к горючим. Под температурой воспламенения понимают температуру, при которой жидкость при поднесении открытого пламени горит. Обычно температура вос­пламенения на 10-50 °С выше температуры вспышки. Под температурой самовоспламенения понимают температуру на­грева жидкости, при которой ее пары воспламеняются без поднесения открытого огня. В зависимости от температуры вос­пламенения установлено пять групп пожароопасных смесей: Т, > 450 "С; Т₂ = 300 - 450 °С; Т₃ = 200 - 300 °С; Т, = 135 - 200 °С; Т₅ = 100 -

135 °С.

Взрывоопасность нефтей и нефтепродуктов характери­зуется величинами нижнего и верхнего пределов взрываемости. Нижний предел взрываемости - это концентрация паров жидко­сти в воздухе, ниже которой не происходит вспышки смеси из-за избытка воздуха и недостатка паров при внесении в эту смесь горя­щего предмета. Верхний предел взрываемости соответствует такой концентрации паров нефти и нефтепродуктов в воздухе, выше ко­торой смесь не взрывается, а горит. Значения концентрации паров между нижним и верхним пределами взрываемости называют ин­тервалом взрываемости. Для нефтей и нефтепродуктов интервал взрываемости составляет от 2 до 10 %.

Электризация углеводородных жидкостей обусловлена их высоким электрическим сопротивлением, т. е. диэлектрическими свойствами. При трении их частиц между собой, о стенки трубопро­водов и емкостей, а также о воздух возникают заряды статического электричества величиной до нескольких десятков киловольт. Для воспламенения же достаточно разряда с энергией 4 - 8 кВт.

Применяют, в основном, два метода защиты от разрядов ста­тического электричества: заземление токопроводящих элементов оборудования и ограничение скоростей перекачки (не более 10 м/с).

Токсичность нефтей и нефтепродуктов заключается в том, что их пары оказывают отравляющее действие на организм

299

человека. При этом наблюдается повышенная заболеваемость ор­ганов дыхания, функциональные изменения со стороны нервной системы, изменение кровяного давления и замедление пульса.

Предотвращение отравлений персонала обеспечивается усиленной вентиляцией производственных помещений, а также применением изолирующих или фильтрующих противогазов при работе в опасной для здоровья атмосфере.