2015-10-13
5442
Нефть ( от персидского нефт – вспыхивать, воспламеняться ) – горючая, маслянистая жидкость со специфическим запахом от светло-коричневого (почти бесцветного) до темно-бурого (почти черного) цвета.
В соответствии с государственным стандартом России Р 51858-2002 приняты 2 определения нефти:
Сырая нефть – жидкая природная ископаемая смесь углеводородов широкого физико-химического состава, которая содержит растворенный газ, воду, минеральные соли, механические примеси и служит основным сырьем для производства жидких энергоносителей (бензина, керосина, дизельного топлива, мазута), смазочных масел, битума и кокса.
Товарная нефть – нефть, подготовленная к поставке потребителю в соответствии с требованиями действующих нормативных и технических документов, принятых в установленном порядке.
К основным характеристикам нефти и нефтепродуктов относятся:
1) плотность;
2) молекулярная масса (вес);
3) вязкость;
4) температуры вспышки, воспламенения и самовоспламенения;
5) температуры застывания, помутнения и начала кристаллизации;
|
|
|
6) электрические или диэлектрические свойства;
7) оптические свойства;
8) растворимость и растворяющая способность.
Плотность нефти и нефтепродуктов.
Плотность нефти обычно меньше единицы. Плотности нефтепродуктов существенно зависят от фракционного состава и изменяются в следующих пределах:
| Нефть (плотность 0.800-0.950 г/см3) | Бензин (плотность 0.710-0.750 г/см3) |
| Керосин (плотность 0.750-0.780 г/см3) | |
| Дизельное топливо (пл. 0.800-0.850 г/см3) | |
| Масляные погоны (пл. 0.910-0.980 г/см3) | |
| Мазут (плотность ~ 0.950 г/см3) | |
| Гудрон (плотность 0.990-1.0 г/см3) | |
| Смолы (плотность > 1.0 г/см3) |
Для характеристики нефти используют величины относительной плотности.
Относительная плотность ( r ) – это безразмерная величина, численно равная отношению массы нефтепродукта (mнt) при температуре определения к массе дистиллированной воды при 40С (mвt), взятой в том же объеме:
rt4 = mнt / (mвt)
Поскольку плотность воды при 40С равна единице, то численное значение абсолютной плотности и относительной совпадают.
О тносительным удельным весом (g) называется отношение веса нефтепродукта при температуре определения к весу дистиллированной воды при 4°С в том же объеме.
Совершенно очевидно, что при одной и той же температуре плотность и удельный вес численно равны друг другу.
В соответствии с ГОСТом в нашей стране принято определять плотность и удельный вес при температурах 15 и 200 С.
Зависимость плотности нефтепродуктов от температуры имеет линейный характер. Зная плотность нефти при температуре t градусов, можно найти ее плотность при 200 С:
r204 = rt4 + Dt ·(t - 20)
|
|
|
где Dt – температурная поправка к плотности на 1 град, находится по таблицам или может быть вычислены по формуле:
Dt = (18,310 – 13,233·r204)·10-4
В ряде случаев эту формулу приводят в несколько измененном виде и называют формулой Д.И.Менделеева:
rt4 = r204 - Dt ·(t - 20)
Таким образом, плотность нефтей и нефтепродуктов уменьшается с ростом температуры.
Все нефтепродукты представляют собой смеси углеводородов. Среднюю плотность нефтепродукта определяют по правилу смешения и аддитивности:
r1V1 + r2V2 + … + r3V3 m1 + m2 + … + m3
rср. = ------------------------------------ или rср. = ------------------------------------
V1 + V2 + … + V3 m1/r1 + m2/r2 + … + m3/r3
Определение плотности проводят с помощью ареометров или нефтеденсиметров, а также гидростатических весов Мора-Вестфаля или пикнометрическим методом. Последний метод определения считается наиболее точным.
Плотность большинства нефтей меньше единицы и колеблется в диапазоне от 0.80 до 0.90. Высоковязкие смолистые нефти имеют плотность близкую к единице. На величину плотности нефти оказывает существенное влияние наличие в ней растворенных газов, количество смолистых веществ и фракционный состав. Плотность фракций нефтей плавно увеличивается по фракциям.
Молекулярная масса (молекулярный вес).
Молекулярный вес нефти и нефтепродуктов имеет лишь усредненное значение и зависит от состава и количественного соотношения компонентов смеси (Мср.)-усред.зн.ММ
Нетрудно определить, что первый представитель жидких углеводородов, входящих в состав нефти, - пентан, имеет молекулярную массу 72. У смолистых веществ она может достигать величины 1.5 – 2.0 тыс. у.е. Для большинства нефтей средняя молекулярная масса находится в пределах 250-300 у.е. По мере увеличения диапазона кипения нефтяных фракций молекулярная масса (Мср.) плавно увеличивается от 90 (для фракции 50-1000С) до 480 (для 550-6000С).
Для упрощенных технологических расчетов существует формула Войнова:
Мср. = а + bt + ct2cр.
где а, b, с — постоянные, различные для каждого класса углеводородов ; tср. – средняя температура кипения
В частности, для алканов эта формула имеет вид: Мср. = 60 + 0.3 tср. + 0.001 t2cр.
За рубежом для характеристики молекулярной массы нефтей и нефтепродуктов нередко используют формулу Крега, в которой фигурирует значение плотности при 150С:
Мср. = 44.29 · r15/(1.03 - r15)
Молекулярные веса отдельных нефтяных фракций обладают свойством аддитивности, поэтому, зная молекулярную массу отдельных компонентов и их содержание в смеси, можно рассчитать средний молекулярный вес нефтепродуктов:
Мср.= M1n1 + M2n2 + M3n3 + …
Связь между молекулярной массой и относительной плотностью нефтяных фракций определяется по формуле Крега:
44.29r15
М = --------------------
1.03-r15
Вязкость (или внутреннее трение) нефти и нефтепродуктов зависит от химического и фракционного состава. Различают динамическую (ή) и кинематическую (n) вязкость (из физики n = ή /r).
Динамическая вязкость (ή) или внутреннее трение – это свойство реальных жидкостей оказывать сопротивление сдвигающим касательным усилиям. Это свойство проявляется при движении жидкостей. Единица измерения - н•с/м2.
Динамическую вязкость иногда характеризуют как сопротивление, которое оказывает жидкость при относительном перемещении двух слоев.
Кинематическая вязкость (n) – величина, равная отношению динамической вязкости (ή) к ее плотности (r ) при той же температуре, т.е. n = ή /r
Кинематическая вязкость нефтей различных месторождений изменяется в широких пределах (от 2 до 300 сст – сантистокс при 200С). Однако средняя вязкость большинства нефтей составляет величину от 40 до 60 сст.
Кинематическая вязкость является важнейшей характеристикой нефтяных смазочных масел, поскольку именно от величины вязкости зависит способность смазочного масла обеспечивать необходимый гидродинамический режим смазки. Неслучайно для смазочных масел, предназначенных для определенного вида машин и механизмов, величина вязкости ( g50 и g100) является главной нормирующей составляющей.
|
|
|
Определение кинематической вязкости проводят в стеклянных вискозиметрах, снабженных калиброванными капиллярами.
Для ряда нефтепродуктом нормированным параметром является так называемая условная вязкость, определяемая в металлических вискозиметрах.
Условной вязкостью называется отношение времени истечения из вискозиметра 200 мл нефтепродукта при температуре испытания ко времени истечения 200 мл дистиллированной воды при 200С. Условная вязкость – величина относительная, безразмерная и выражается в условных градусах (0ВУ).
Между величинами условной и кинематической вязкостью выведена эмпирическая зависимость:
для ή от 1 до 120 сст nt = (7.24 ВУt – 6.25/ВУ t) или nt = (7.31 ВУt – 6.31/ВУ t)
для ή > 120 сст nt= 7.4 ВУt.
Значение вязкости сильно зависит от температуры. При низких температурах вязкость нефтепродуктов значительно повышается и наоборот. Поскольку многие масла и другие нефтепродукты эксплуатируются в широком диапазоне температур, то характер температурной кривой вязкости служит для них важной качественной характеристикой. Чем эта кривая (зависимость) более пологая, тем выше качество масла.
Зависимость вязкости от температуры описывается эмпирической формулой Вальтера:
lg [lg(nt + 0.6)] = A – B lgT
где А и В - постоянные величины.
Для оценки вязкостно-температурных свойств нефтяных масел применяют следующие показатели:
1) отношение вязкости при 500С к вязкости при 1000С ( g50/g100);
2) температурный коэффициент вязкости (ТКВ). Его определяют в диапазоне от 0 до 1000 С и от 20 до 1000 С по формулам:
ТКВ0-100=(n0 - n100)/n50 и ТКВ20-100=1.25(n20 - n100)/ n50
3) индекс вязкости – условный показатель, представляющий собой сравнительную характеристику испытуемого и эталонного масла. Обычно рассчитывается по специальным таблицам на основании значения кинематической вязкости при 50 и 1000 С. В частности, его определяют как отношение значений кинематической вязкости нефтепродукта при 50 и 1000 С, соответственно:
|
|
|
I = n50/n100
