НЕФТЕБАЗ И НЕФТЕХРАНИЛИЩ 1 часть
.pdf
СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
М1 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М2 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
90 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М3 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М4 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
Рис. 2.4. Вискозиметр ВПЖ-1: |
||||||||||||
1 – |
трубка для налива нефтепродукта; |
||||||||||||||
2, 3 – |
|
трубка, на конец которой надевается |
|||||||||||||
резиновый шланг; 4, 5 – расширение; М1 – М4 – метки
2
1
3
4
М1
М2
Рис. 2.6. Вискозиметр Пинкевича: 1, 2 – колено прибора; 3 – отводная трубка; 4 – расширение; М1, М2 – метки
2
1
3 |
|
|
|
4 |
|
|
|
|
М1
М2
Рис. 2.5. Вискозиметр ВПЖ-2: 1, 2 – колено прибора; 3 – отводная труб- ка; 4 – расширение; М1, М2 – метки
2
3
1
М3
4
М2
1
М1
Рис. 2.7. Вискозиметр ВНЖ: 1, 2 – колено прибора; 3 – отводная труб- ка; 4, 6 – резервуары; М1, М2, М3 – метки
131
СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru
Все эти вискозиметры выпускаются с капиллярами различных диа- метров, величина которых резко сказывается на значении постоянной вис- козиметра k.
В зависимости от прозрачности исследуемого нефтепродукта и тем- пературы, при которой необходимо проводить определение вязкости, вы- бирается один из указанных выше типов вискозиметров.
Диаметр капилляра вискозиметра должен быть таким, чтобы время истечения жидкости было не менее 200 с.
Цель работы
1.Определить вязкость нефтепродукта для 4-х значений темпе- ратур и построить графическую зависимость кинематической вязкости от температуры в интервале от 20 до 60 ° С.
2.Определить, какая из эмпирических зависимостей – (2.49) или (2.50) – наиболее точно описывает вязкостно-температурную кривую.
Подготовка вискозиметра и проведение измерений
Тщательно промытый и высушенный вискозиметр заполняется неф- тепродуктом и помещается в термостатированный сосуд в строго верти- кальном положении. До проведения отсчетов вискозиметр выдерживается при выбранной температуре 15 мин.
До проведения отсчетов в рабочем журнале записываются данные вискозиметра: тип вискозиметра, заводской номер, диаметр капилляра, по- стоянная вискозиметра.
Для проведения отсчетов засасывают ртом или грушей жидкость в колено 1 примерно до одной трети высоты расширения 4. В подготовлен- ных таким образом для испытания вискозиметрах жидкость под давлением собственного веса начнет протекать из колена 1 через капилляр в колено 2. Точно в тот момент, когда уровень жидкости достигнет метки М1, вклю- чают секундомер и останавливают его точно в тот момент, когда уровень жидкости достигнет метки М2. Время, отмеченное по секундомеру, запи- сывают.
Определение времени истечения жидкости через капилляр повторя- ют несколько раз. Число параллельных замеров, согласно ГОСТ 33-66, ус- танавливается в зависимости от времени истечения: пять замеров при вре- мени истечения от 200 до 300 с; четыре – при времени истечения от 300 до 600 с; три – при времени истечения свыше 600 с.
132
СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru
При проведении отсчетов необходимо следить за постоянством тем- пературы и за тем, чтобы в расширениях вискозиметров не образовывалось пузырьков воздуха.
Для подсчета кинематической вязкости определяют среднеарифме- тическое 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 среднеарифметического в зависимости от температуры определения. Кинематическую вязкость испытуемого нефте- продукта при температуре t вычисляют по формуле
|
ν = k |
g |
τ, |
(2.60) |
|
980,7 |
|||
|
|
|
|
|
где k – |
постоянная вискозиметра, сСт/с; |
|
||
τ |
– среднеарифметическое учитываемых отсчетов времени истече- |
|||
ния жидкости, с; |
|
|
|
|
g – |
ускорение силы тяжести в месте измерения вязкости, см/с2; |
|
||
980,7 – нормальное ускорение силы тяжести, см/с2. |
|
|||
Обработка полученных данных
1.Строится график зависимости ν от температуры t в обычных и логарифмических координатах.
2.По крайним (наименьшей и наибольшей) значениям вязкости определяются постоянные и, А и В в (2.49), (2 .50) .
3.По (2 .49) и (2 .50) для промежуточных значений температур рассчитывается кинематическая вязкость нефтепродукта.
4.Находятся абсолютная и относительная погрешности расчета вяз- кости по формулам по сравнению с их экспериментальным определением.
5.Делаются выводы.
Вопросы по теме
1. Объясните, каким образом можно определить постоянную вискозиметра.
πR4 P
2. Почему комплекс 8Lη в (2.57) может быть принят постоянным?
3. Можно ли измерять вязкость неньютоновских жидкостей в ка- пиллярных вискозиметрах рассмотренных типов и почему?
133
СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru
4.Объясните физический смысл знака «–» в (2.52).
5.Исходя из каких условий производится выбор вискозиметра?
6.В каких координатах зависимость ν=f(t) может быть представле- на уравнением прямой линии? Как по этому графику найти показатель крутизны вискограммы и?
7.Нарисуйте график зависимости касательных напряжений от гра- диента скорости для ньютоновских жидкостей и объясните его изменение при повышении или понижении температуры жидкости t.
Практические занятия Теоретическая часть
Для гидравлического и теплового расчетов необходимо знать тепло- физические характеристики нефтепродуктов, одной из которых является плотность нефти и нефтепродуктов.
Плотностью нефтепродуктов называется количество покоящейся массы в единице объема. Определение плотности нефти и нефтепродуктов весьма облегчает возможные расчеты, связанные с расчетом их массового количества.
Плотность имеет размерность кг/м3.
Плотность нефтепродуктов ρ находится в пределах 700 – 1 100 кг/м3. При изменении температуры плотность нефтепродуктов изменяется:
при повышении температуры она уменьшается, при понижении темпера- туры – увеличивается.
Изменение плотности вследствие изменения температуры Т опреде- ляют по формуле Менделеева
|
|
ρT = |
|
ρ293 |
, |
(2.61) |
|
|
|
р(Т − 293) |
|||
|
|
1 + β |
|
|
||
где |
ρТ, |
ρ293 – плотность нефтепродукта соответственно при температурах |
||||
Т и 293 К; |
|
|
|
|||
|
βр – |
коэффициент объемного расширения. |
|
|||
|
Плотность нефтепродуктов может быть определена по следующему |
|||||
уравнению |
|
|
|
|||
|
|
ρT = ρ293 + ζ (293 − T ) , |
(2.62) |
|||
где |
ζ – |
температурная поправка, ориентировочно ее можно рассчитать по |
||||
134
СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru
ζ =1,825 – 0,001315 ρ293 |
(2.63) |
или по табл. 2.9.
Таблица 2.9
Температурная поправка
Плотность ρ, кг/м3 |
ζ, (1/К) |
700 – 719 |
0,001225 |
720 – 739 |
0,001183 |
740 – 759 |
0,001118 |
760 – 779 |
0,001054 |
780 – 799 |
0,000995 |
800 – 819 |
0,000937 |
820 – 839 |
0,000882 |
840 – 859 |
0,000831 |
860 – 880 |
0,000782 |
|
|
Несмотря на то, что нефтепродукты являются практически несжи- маемыми жидкостями, изменение их плотности при изменении давления все же происходит. При увеличении давления плотность нефтепродукта возрастает, а при уменьшении давления – убывает. Изменения плотности малы по сравнению с ее номинальным значением. Соответствующие по- правки необходимо учитывать при осуществлении приемораздаточных операций и при инвентаризациях.
Зависимость плотности ρ нефтепродукта от давления представляется формулой
ρ( р) = ρ |
0 |
× 1 + b ×( р - р |
) |
, |
(2.64) |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
где ρ0 – плотность нефтепродукта при стандартных условиях (атмосфер- ном давлении р0 и температуре +20 оС);
β (1/Па) – коэффициент сжимаемости продукта.
Для вычисления поправок к плотности на давление используют так- же модуль упругости K (Па) нефтепродукта, который равен 1/β. Тогда (2.64) записывается иначе
r( р) = r0 |
|
|
р - р |
|
|
|
× 1 |
+ |
0 |
. |
(2.65) |
||
K |
||||||
|
|
|
|
|
Средние значения модуля K упругости нефтепродуктов приведены в табл. 2.10.
В тех случаях, когда одновременно отклоняются от номинальных значений и температура, и давление, плотность ρ (Т, р) нефтепродукта при давлении р и температуре Т можно рассчитать по формуле
135
СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru
|
|
|
р - р |
|
|
|
||
r( р,Т ) = r0 |
× 1 + x ×(20 |
- Т ) + |
0 |
. |
(2.66) |
|||
К |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
Таблица 2.10 |
||
Средние значения модуля упругости |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|||
Наименование нефтепродукта |
|
|
K, Па |
|
|
|||
бензин |
|
|
|
109 |
|
|
||
керосин |
|
|
|
1,4·109 |
|
|
||
дизельное топливо |
|
|
|
1,5·109 |
|
|
||
Молекулярная масса является одной из основных физико- химических характеристик нефтей и нефтепродуктов, величиной, которая показывает, во сколько раз молекулы данного вещества больше 1/12 части массы атома изотопа углерода 12С.
Между молекулярной массой и температурой кипения нефтяных фракций существует определенная зависимость: чем больше молекулярная масса нефтяной фракции, тем выше ее температура кипения.
Молекулярную массу можно вычислить, если известна температура кипения нефтяных фракций по уравнению Б.П. Войнова
m = 60 + 0.3tk + 0.001tk |
2 |
(2.67) |
где tк – средняя температура кипения фракции, рассчитанная как средне- арифметическая от температур, при которых перегоняются одинаковые объемы продукта оС.
Формулу Войнова уточнил Эйгенсон, введя характеризующий фак- тор K.
С введением характеризующего фактора (2.67) примет вид
M = (7K - 21,5) + (0,76 - 0,04K )tср.мол. + (0,0003K - 0,00245)t2ср.мол. (2.68)
(2.68) можно пользоваться для определения молекулярной массы фракций, выкипающих до 35 оС.
Примеры задач
№ 1 Плотность бензина ρ20 при температуре 20 оС равна 745,5 кг/м3. Ка-
кова плотность этого же бензина при температуре 10 оС? Решение: Используя (2.61) и табл. 2.9, получаем
r |
20 |
= 745 × 1 + 0,001118 ×(20 -10) = 745 ×1,01118 = 753,3 кг/м3. |
|
|
|
|
|
136
СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru
Если известна плотность ρ1 нефтепродукта при температуре Т1, то плотность ρ2 того же нефтепродукта при температуре Т2 рассчитывается как
r = r × 1 + x |
2 |
×(20 - T |
) - x ×(20 - T ) , |
|
2 1 |
2 |
1 |
1 |
|
в которой ξ1 и ξ2 – коэффициенты объемного расширения нефтепро- дукта при плотностях ρ1 и ρ2 соответственно.
№ 2 Определить молекулярную массу нефтепродукта с пределами выки-
пания 82 – 110 |
оС, плотностью d420=0,7609. Содержание узких фракций в |
|
этом продукте следующее (в мол. долях): (85 – 90 оС) – 0,21; |
(90 – 95 оС) – |
|
0,10; (95 – 100 |
оС) – 0,35; (100 – 105 оС) – 0,23; (105 – 110 оС) |
– 0,11. |
Решение:
Определяем среднюю температуру кипения каждой узкой фракции (оС) |
||||||||||||||
t |
= |
85 + 90 |
= 87,5 оС, |
|
t |
|
= |
90 + 95 |
= 92,5 оС, |
|||||
|
|
|
|
2 |
|
|||||||||
1 |
2 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
t |
= |
95 + 100 |
= 97,5 оС, |
t |
|
= |
100 + 105 |
=102,5 оС, |
||||||
|
|
4 |
|
|||||||||||
3 |
2 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|||||
t |
= |
105 + 110 |
=107,5 о |
С, |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
5 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
подставляя данные в формулу среднемолекулярной температуры кипения
|
tср.мол. = |
N1t1 + N2t2 + ... + Nntn |
, |
|
|
|
|||
|
|
N1 + N2 + ... + Nn |
||
получаем |
|
|
||
tср.мол. |
= 0, 21×87,5 + 0,10 ×92,5 + 0,35 ×97,5 + 0, 23 ×102,5 + 0,11×107,5 = 97,2 оС. |
|||
Определяем значение d1515 по формуле |
||||
|
d 20 |
= d15 - 5a , |
||
|
4 |
15 |
|
|
где |
а – средняя температурная поправка, |
|||
тогда |
|
|
|
|
d1515 = 0,7609 + 5 × 0,000818 = 0,765 .
Определяем характеристический фактор K по формуле
K = |
1, 216 |
3 |
97, 2 + 273 |
|
=11,3. |
|
|
|
0,765 |
|
|||
|
|
|
|
|
||
137
СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru
Молекулярную массу фракции определяем по формуле
M= (7 ×11,3 - 21,5) + (0,76 - 0,04 ×11,3) ×97, 2 + (0,0003 ×11,3 - 0,00245) ×97, 22 =
=57,6 + 29,9 + 8,8 = 96,3
Задачи
1.Плотность нефти при температуре 5 оС ρ5 равна 870 кг/м3. Какова плотность нефти при температуре 20 оС?
2.Плотность дизельного топлива при температуре 7 оС ρ1 составля- ет 855 кг/м3. Какова его плотность ρ2 при температуре 15 оС?
3.Температура авиационного керосина снизилась на 8 оС. На сколь- ко (в процентах) увеличилась его плотность?
4.Бензин (ρ= 730 кг/м3, Т=15 оС) хранится в горизонтальной цилин- дрической цистерне диаметром 5 м и длиной 50 м. Горловина цистерны представляет собой вертикальный цилиндр с диаметром 2 м и высотой 3 м. Уровень бензина в горловине цистерны находится на 1 м ниже ее верхнего
края. Определить, на сколько понизится уровень бензина, если температу- ра топлива в цистерне упадет на 5 оС.
5.Плотность ρ1 дизельного топлива при давлении 0,1 МПа равна 840 кг/м3. Какова его плотность ρ2 при давлении 3,5 МПа и той же самой температуре?
6.Плотность ρ1 бензина при давлении 0,1 МПа равна 735 кг/м3. Ка- кова его плотность ρ2 при давлении 5,0 МПа и той же самой температуре?
7.Рассчитать плотность бензина при давлении 3,1 МПа и темпера- туре +10 оС, если номинальное значение его плотности равно 748 кг/м3.
8.Определить молекулярную массу нефтяных фракций, средняя температура кипения которых 110, 130, 150 оС.
9.Смесь состоит из двух компонентов. Масса каждого компонента 1 500 кг; молекулярная масса М1= 100 и М2= 156. Определить среднюю молекулярную массу нефти.
10.Определить среднюю молекулярную массу широкой фракции, состоящей из 20 % бензина с М = 110, 40 % лигроина с М = 150, 20 % керо- сина с М= 20 и 20 % газойля с М= 250.
11.Определить среднюю молекулярную массу нефтепродукта, имеющего среднюю температуру кипения 100 оС и характеристический
фактор K= 1,08.
12.Определить среднюю молекулярную массу нефтепродукта, имеющего плотность d1515 = 0,785.
138
СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru
ТЕСТЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗА РЕЗУЛЬТАТАМИ ОБУЧЕНИЯ
На оценку «удовлетворительно»
1.Классификация и физико-химические свойства нефтей и неф- тепродуктов.
2.Плотность и молекулярная масса нефти и нефтепродуктов.
На оценку «хорошо»
1.Давление насыщенных паров.
2.Технические характеристики нефти и нефтепродуктов.
На оценку «отлично»
1.Вязкость.
2.Теплофизические свойства нефти и нефтепродуктов.
139
СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru
Модуль 3
ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА НЕФТЕПРОДУКТОВ
Введение
При перегонке нефти, имеющей типичный состав, можно получить: 31 % бензиновых фракций, 10 % керосиновых, 51 % дизельных, 20 % базо- вого масла и около 15 % мазутf (рис. 3.1). Эти фракции являются базовыми для получения товарных нефтепродуктов, ассортимент которых достаточ- но велик и весьма разнообразен. Упрощенная схема использования нефти позволяет систематизировать знания о процессах в нефтепереработке. Отечественной промышленностью освоен выпуск свыше 500 наименова- ний нефтепродуктов, поэтому ниже будут даны показатели только тех, ко- торые занимают значительное место в грузообороте объектов хранения или часто встречающиеся в повседневной жизни.
Условно товарные нефтепродукты делятся на светлые, темные, пла- стичные смазки и нефтехимические продукты.
|
60 |
|
|
|
|
|
50 |
|
|
|
|
|
40 |
|
|
|
|
% |
30 |
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
бензин |
керосин |
ДТ |
масло |
мазут |
Рис.3.1. Схема использования нефти
К светлым нефтепродуктам относят бензины, керосины, топлива для реактивных двигателей, дизельные топлива. Темные нефтепродукты – это различные масла и мазуты.
140