Вязкость

Этот показатель характеризует текучесть нефтепродукта. Он применяется при оценке запасов нефти, проектировании разработки месторождений нефти, выбора условий транспортировки и схемы переработки нефти. Этот показатель также входит в стандарты таких нефтепродуктов, как дизельное топливо, смазочные масла и др. Для большинства нефтей кинематическая вязкость ( ₂₀) при 20 ^оС составляет от 4 до 40 мм²/с. Однако существуют и намного более вязкие нефти, например, Мартышинская ( ₂₀ = 106 мм²/с), Ярегска ( ₂₀ = 186 мм²/с).
Из зарубежных нефтей высокую вязкость имеют венесуэльские нефти месторождений Бачекеро и Лагунильяс ( ₂₀ = 200 мм²/с), мексиканская нефть месторождения Наранхос ( ₂₀ = 178 мм²/с) и др.

Различают динамическую, кинематическую и условную вязкость. Динамическая вязкость (обозначается ) – это отношение действующего касательного напряжения к градиенту скорости, которое возникает при движении жидкости. Единица измерения Па× силиМПа× с. Величина, обратная вязкости, называется текучестью. В основе измерения величины динамической вязкости путем измерения времени истечения жидкости через капиллярную трубку лежит формула Пуазейля:

= , (3.14)

где Р – давление, при котором истекает жидкость;

V – объем жидкости, протекающей через капилляр;

L – длина капилляра;

– время истечения жидкости;

r – радиус капилляра.

Определение динамической вязкости сопряжено с рядом технических трудностей, поэтому чаще проводят измерение кинематической вязкости, которая есть отношение динамической вязкости к плотности.

= / (3.15)

Единица кинематической вязкости м²/ с или чащемм²/с.

Сущность метода определения кинематической вязкости состоит в замене давления (внешней силы) давлением столба жидкости, равным произведению высоты столба жидкости, плотности жидкости и ускорения силы тяжести. Эта замена упрощает методику определения вязкости и позволяет применить ее в стеклянных устройствах – вискозиметрах различ­ных конструкций.

Кинематическую вязкость обычно измеряют при 20, 50 и 100 ^оС по времени истечения жидкости через капилляр известной длины и сечения.

Определение условной вязкости также связано с истечением жидкости (через трубку сечением 5 мм) под действием силы тяжести. Условная вязкость – безразмерная величина, равная отношению времени истечения жидкости при 20 ^оС ко времени истечения воды при этой же температуре. Единица измерения – условные градусы (^оВУ ). Метод применяют для жидкостей с непрерывной струей в течение всего испытания и для тех жидкостей, у которых нельзя определить кинематическую вязкость по
ГОСТ 33 – 82. Условную вязкость применяют для котельных топлив (мазута), кинематическую – для дизельных топлив и смазочных масел (ньютоновские жидкости), динамическую – для битумов, тяжелых нефтей, и нефтепродуктов (неньютоновские жидкости), ее определяют в ротационных вискозиметрах.

На вязкость существенно влияет температура. Между ними существует обратная зависимость. Вязкостно-температурные свойства зависят от фракционного и структурно-группового состава нефтепродукта. Наименьшей вязкостью и наиболее пологой кривой вязкости обладают алифатические углеводороды, а наиболее крутой – ароматические углеводороды, особенно би- и полициклические.

Известны эмпирические зависимости вязкости от температуры. Для узких фракций применима формула Вальтера:

lglg ( + 0, 8) = 2, 98(3, 698 – lgT) (1 – ) – 4, 763, (3.16)

где – кинематическая вязкость при заданной температуре, мм²/ с;

t_кип – среднеобъемная температура кипения фракции, ^оС;

Т – температура опыта.

Кинематическую вязкость при 20 и 50 ^оС прямогонных керосиновых, дизельных и газойлевых фракций, имеющих плотность 770 – 900 кг/м³, а также сернистых и высокосернистых нефтей, можно рассчитать по формулам:

lnln( ₂₀ +0, 5) = 14, 83 5 – 12, 035; (3.17)

lnln ( ₅₀ +0, 5) = 17, 25 – 14, 535. (3.18)

Условную вязкость можно перевести в кинематическую и обратно по следующим формулам.

Для значений кинематической вязкости = 1 – 120 мм²/с:

_t = 7, 31(BУ) _t – 6, 31/(BУ) _t. (3.19)

Для значений кинематической вязкости > 120 мм² /с:

_t = 7, 84 (BУ) _t (3.20)

или

(BУ) _t = 0, 135 . (3.21)

Для оценки вязкостно-температурных свойств масел применяют показатель «индекс вязкости». Индекс вязкости (ИВ) – это отношение кинематических вязкостей нефтепродукта, измеренных при 50 и 100 ^оС.

ИВ = ₅₀ / ₁₀₀. (3.22)

Индекс вязкости характеризует пологость вязкостно-температурной кривой при высоких температурах, когда сама вязкость меняется мало.

В мировой практике широко используется индекс вязкости Дина и Дэ­ви­са. Он характеризует отношение вязкости исследуемого масла при 37, 8 ^оС (100 ^оF) и 98, 9 ^оС (210 ^оF) к вязкости при этих температурах эталонных масел, вязкость которых при 98, 9 ^оС была бы равна вязкости испытуемого масла в условных единицах (секунды Сейболта). Индекс вязкости одного эталонного масла принят равным 100 (Пенсильванская нефть парафинистая), а другой 0 (смолистая нефть Мексиканского побережья). Далее по таблицам находят, чему равна вязкость этих эталонных масел при 37, 8 и 98, 9 ^оС, и подбирают для сравнения из двух наборов (серий) эталонных масел (с индексами вязкости 0 и 100) эталонные масла, у которых вязкость при 98, 9 ^оС равна вязкости испытуемого масла при этой же температуре. Затем по таблицам надо найти, чему равна вязкость этих эталонных масел при 37, 8 ^оС, и вычислить индекс вязкости Дина и Дэвиса по формуле:

ИВ = [(L –X) / (L – H)] 100, (3.23)

где L – вязкость эталонного масла при 37, 8 ^оС с ИВ = 0;

Н – вязкость эталонного масла при 37, 8 ^оС с ИВ = 100;

Х – то же для испытуемого масла.

Температурный коэффициент вязкости (ТКВ) характеризует зависимость вязкости от температуры в интервале от 0 до 100 ^оС. Исходными данными для расчета являются значения кинематической вязкости при 20, 50 и 100 ^оС. Расчет ведут по формулам:

ТКВ _0-100 = ; (3.24)

ТКВ_{2 0-100} = . (3.25)

Следовательно, ТКВ представляет собой отношение градиента вязкости в пределах температур, принятых для оценки качества масла к абсолютному значению вязкости при 50 ^оС, т.е. при средней температуре принятого интервала температур.