Покупателям


Физико-химические свойства нефтепродуктов

К основным физико-химическим свойствам нефтепродуктов, так пли иначе влияющим на технологию их приема, хранения и отпуска, относятся плотность, вязкость, температура застывания, испаряемость, пожаровзрывоопасность, электризация и токсичность.

Плотностью называют величину, численно равную массе нефтепродукта в единице его объема. Плотность измеряется в граммах на кубический сантиметр, килограммах на кубический метр, тоннах на кубический метр. В отдельных случаях пользуются относительной плотноностыо , численно равной отношению плотности нефтепродукта при 20 °С к плотности воды при 4 °С.

Плотность различных нефтепродуктов при 20 °С (293 К) находится в пределах (кг/м3): бензины — 700-780, дизельные топлива — 830-860, реактивные топлива — 755-840, котельные топлива — 870-900, масла —880-915, мазуты — 940-970.

Плотность нефтепродуктов при произвольной температуре Т может быть рассчитана по формуле

ρТ293+ζ(293-Т)

где ρ293 — известная величина плотности при температуре 293 К, кг/м3; ζ — температурная поправка плотности, (кг/м3 • град), равная

ζ = 1,825 0,001315 • р293

Под вязкостью понимают силу сопротивления смещению одного слоя жидкости относительно другого. Чем больше вязкость, тем меньше текучесть нефтепродукта.

Для маловязких жидкостей, относящихся к ньютоновским, достаточно знать кинематическую и динамическую вязкость при соответствующей температуре. К таким жидкостям относятся светлые нефтепродукты, а также мазуты и масла при высоких температурах.

Кинематическая вязкость ньютоновских жидкостей при температуре Т может быть вычислена с использованием одной из формул:

■  Вальтера (ASTM):

lglg(vT+0.8)=a+b·lgT

■  Рейнольдса—Филонова

vT=v*·exp(-u(T-T*))

где а, в — эмпирические коэффициенты, равные

a=lglg(v1+0.8)-b·lgT1

b=(lg(lg(v1+0.8)/lg((v2+0.8)))/lg(T1/T2)

v1, v2, v* — кинематическая вязкость нефтепродукта при температурах T1 Т2, Т* соответственно; и — коэффициент крутизны вискограммы, определяемый по известным значениям кинематической вязкости нефтепродукта при двух температурах, т.е

u=(1/T2-T1)·lg(v1/v2)

Исходная формула Вальтера  путем простых алгебраических преобразований может быть приведена к более удобному для вычислений виду

vT=10AT-0.8

где Ат — расчетный числовой коэффициент

Кинематическая вязкость исчисляется в м2/с, а также Стоксах (1 Ст = см2/с) или их производных, которые связаны между собой соотношениями:

1 сантиСтокс(сСт)= 1 мм2/с = 10-2Ст = 10-6 м2

Динамическая вязкость жидкости в гидравлических расчетах, как правило, не используется. Поэтому если она задана, то ее следует пересчитать в кинематическую, используя соотношение

vTTТ

где μT  — динамическая вязкость нефтепродукта при температуре Т

Единицей измерения динамической вязкости в системе СГС является Пуаз (Пз) или кратный ему сантиПуаз (сПз). В системе СИ динамическая вязкость измеряется в Паскаль-секундах (Па-с) или ее производных, например, миллиПаскаль-секундах (мПа-с). Эти единицы измерения связаны между собой соотношениями:

1 мПа-с = 10-3 Па с = 1 сПз = 10-2 Пз .

В нефтебазовом деле нередко пользуются так называемой условной вязкостью. Ею называют отношение времени истечения 200 мл нефтепродукта, измеренного в вискозиметре типа ВУ при заданной температуре, ко времени истечения такого же количества дистиллированной воды при 20 °С. Для пересчета условной вязкости в кинематическую используют эмпирическую формулу Уббелоде

vT=73,1·ВУТ-631/ВУТ

К неньютоновскям относятся жидкости, для которых кривая зависимости напряжения сдвига тн от градиента скорости сдвига (dw/drf (кривая течения) выходит не из начала координат и/или имеет нелинейный характер 

image4

Зависимость напряжения сдвига от скорости для различных жидкостей:
1 — ньютоновских; 2 — пластичных (бингамовских); 3 — псевдопластичных; 4 — дилатантных

Этим они отличаются от ньютоновских жидкостей, у которых кривая течения 1 представляет собой прямую линию, выходящую из начала координат и описываемую уравнением

τн=μ|dw/dr|

где μ - динамическая вязкость жидкости.

Все неньютоновские жидкости делятся на три типа: пластичные, псевдопластичные и дилатантные. Кривая
течения пластичной жидкости 2 при |dw/dr| = 0 выходит из точки τ0 на оси ординат и представляет собой прямую линию. Для начала течения такой жидкости в трубопроводе диаметром D и длиной L необходимо создать перепад давления ΔP=τ0·π·D·L

Кривая течения пластичных жидкостей описываются уравнением

τн0+η|dw/dr|

где т0 начальное напряжение сдвига;η — пластическая вязкость

Уравнение выше называется также уравнением Шведова Бингама, поэтому пластичные жидкости также нередко называют бингамовскими.

Кривая течения псевдопластичных жидкостей выходит из начала координат и постепенно переходит в прямую. На криволинейном участке она описывается уравнением

τн=K|dw/dr|n

где К — характеристика консиетентности; n — индекс течения

динамической вязкости, а величина п безразмерна.

Кривая течения дилатантных жидкостей 4 также описывается уравнением (1.11). Но в отличие от псевдопластичных жидкостей, для которых п < 1, для дилатантных жидкостей п > 1.

Формулы для гидравлического расчета течения неньютоновских жидкостей относительно сложны. Поэтому этот расчет выполняют по тем же формулам, что и для ньютоновских жидкостей, используя эффективную кинематическую вязкость vэф= μэф/р, где эффективная динамическая вязкость при условиях перекачки  μэф находится как

 μэфн/|dw/dr|

Расчетное значение градиента скорости при расходе жидкости Q в трубе радиусом R равно

|dw/dr|=4Q/ΠR3

В отличие от динамической вязкости  μ эффективная динамическая вязкость μэф при неизменной температуре зависит от расхода жидкости, уменьшаясь по мере его увеличения.

Еще раз подчеркнем, что в зависимости от температуры один и тот же нефтепродукт может быть как ньютоновским, так и неньютоновской жидкостью. Так, ньютоновское поведение сохраняют при температуре: мазут М-100 — выше +35 С, трансмиссионные масла — выше +10 °С, автомобильные масла АС-10 — выше 0 С и т.д.

Температурой застывания Tз называется наивысшая температура, при которой нефтепродукт теряет свою подвижность. Для определения величины Тз его наливают в пробку стандартных размеров и охлаждают. Далее, наклонив пробирку на 45°, ее содержимое нагревают. В качестве Тз принимают наивысшую температуру, при которой уровень нефтепродукта в пробке остается неподвижным в течение 1 мин.

Величина температуры застывания прямо пропорциональна содержанию смол и парафинов в нефтепродукте.

Испаряемостью называется свойство нефтепродуктов переходить из жидкого состояния в газообразное при температуре меньшей, чем температура кипения. Испарение углеводородной жидкости происходит при любой температуре до тех пор, пока газовое пространство над ней не будет полностью насыщено углеводородами.

Согласно закону Дальтона давление в газовом пространстве (ГП) резервуаров Рг равно сумме парциальных давлений воздуха Рв и паров нефтепродукта Ру, т.е. Рг =  Рв + Ру. Если ГП полностью насыщено углеводородами,
то Ру = Ps — давлению насыщенных паров нефтепродукта при условиях хранения.

Величина Ps зависит от давления насыщенных паров по Рейду РR, температуры Т и соотношения объемов паровой и жидкой фаз в резервуаре W. Величина PR определяется экспериментально при Т = 311К и W = 4. Для нахождения Ps рекомендуются формулы:

■  для бензинов:

1.13

■  для других нефтяных топлив

image5

где bs — эмпирический коэффициент; F(W) — поправка, учитывающая влияние соотношения фаз на давление насыщенных паров 

Величины Ьs и в формуле 

Тип бензина

Ьs, 1/К

Выражение для расчета F(W)

при W <4

при W>4

Авиационный

0,0325

1,38-0,25 • W“J

0,81 +0,486W-068

Автомобильный

0,0340

1,41-0,25 W037

1,15-0,063 • W0629

Как правило, газовое пространство резервуаров с нефтепродуктами недонасыщено, т.е. Ру < РS.

Отношение парциального давления углеводородов к общему давлению в ГП численно равно объемной концентрации паров нефтепродукта в нем.

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

Пожароопасность 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 градусов 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: Т1 > 450 °С, Т2 = 300-450 С; Т3= 200-300 оС; T4= 135-200 oС; Т5 = 100-135 oС. Температура самовоспламенения некоторых нефтепродуктов такова (°С): бензин — 528-747, дизельное топливо — 513-643, керосин — 489-533.

Взрывоопасность нефтепродуктов характеризуется величинами нижнего и верхнего пределов взрываемости. Нижний предел взрываемости — это концентрация паров жидкости в воздухе, ниже которой при внесении в эту смесь горящего предмета не происходит вспышки изза избытка в ней воздуха и недостатка паров. Верхний предел взрываемости соответствует такой концентрации паров нефтепродуктов в воздухе, выше которой смесь не взрывается, а горит. Значения концентрации паров между нижним и верхним пределами взрываемости называют интервалом взрываемости. Для некоторых нефтепродуктов интервал взрываемости составляет: бензин — от 0,76 до 8,4%, керосин— от 1,4 до 7,5%, уайт-спирит — от 1,4 до 6,0%.

Электризация углеводородных жидкостей обусловлена их высоким электрическим сопротивлением, т.е. диэлектрическими свойствами. Сведения о величине удельного объемного электрического сопротивления гуд некоторых нефтепродуктов приведены в таблице ниже

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 кВ

Удельное объемное электрическое сопротивление нефтепродуктов

Наименование нефтепродукта

rуд, Ом-м

Бензин А-72

3,1·109—2,8·1011

Бензин А-76

9,5·109—2,5 ·1011

Бензин Аи-93

4,0·109-4,4·1011

Бензин Аи-98

2,3·101 2,8·1010

Бензин Б-70

1.5·1010—5.0·1010

Бензин Б-91/115

4,7·109—3,6·1015

Бензин Б-95/130

3,5·109—2,1·1011

Керосин осветительный

1,0·109—3,6·1011

Керосин для технических целей

2,4·108-4,2·1011

Топливо дизельное

3,3·1010—5,1 ·1011

Топливо Т-1

1,9·1010—1.5·1010

Топливо ТС-1

3,6·1010-5,6·1010

Бензин-растворитель (БР-1) «Калоша»

10,10-1012

Бензин-растворитель (уайт-спирит)

1,0·1010-1.6·1012

Конденсаторное масло

1012

Топливо Т-5

1,5-1012

Топливо Т-6

1,0·1013

Топливо Т-7

3,0·1011-1,4·1015

Топливо Т-8

2,5·1012—2,8·1013

Применяют, в основном, два метода защиты от разрядов статического электричества: заземление токопроводящих элементов оборудования и ограничение скоростей перекачки. В последнем случае скорость движения нефтепродуктов по трубопроводам и их истечения в емкости и резервуары должна быть:

■  не более 5 м/с — при гуд = 109 Ом·м;

■  не более 5 м/с — при гуд > 109 Ом·м и температуре вспышки паров 61 оС и выше.

Для нефтепродуктов с удельным электросопротивлением более 109 Ом-м и с температурой вспышки паров менее 61 °С максимально допустимая скорость перекачки определяется расчетами.

Токсичность нефтепродуктов заключается в том, что их пары оказывают отравляющее действие на организм человека. Особенно вредны тяжелые бензины, содержащие бензол, и этилированные бензины (вследствие наличия тетраэтилсвинца).

Опасное для здоровья людей содержание паров бензина, лигроина и керосина в воздухе составляет 0,3 мг/л.

При воздействии паров нефтепродуктов наблюдаются повышенная заболеваемость органов дыхания, функциональные изменения нервной системы и кровяного давления, замедление пульса.

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