1.1.3. В’язкість
В'язкість є найважливішою характеристикою нафт, яка використовується при підрахунку запасів нафти, проектуванні та розробці нафтових родовищ, виборі способу транспорту та схеми переробки нафти.
На в'язкість нафти та нафтопродуктів істотно впливає температура. З її зниженням в'язкість зростає. В'язкісно-температурні властивості нафтопродуктів залежать від їх фракційного та вуглеводневого складу. Найменшу в'язкість і найбільш пологу в'язкісно-температурну криву мають аліфатичні вуглеводні, а найбільшу - ароматичні вуглеводні (особливо ді- і поліциклічні).
Багато нафти, а також деякі олії при охолодженні до певної температури утворюють колоїдні системи в результаті кристалізації або коагуляції частини компонентів, що входять до них. У цьому випадку перебіг рідини перестає бути пропорційним прикладеному навантаженню (не підпорядковується закону Ньютона) через структурні утворення, що з'явилися всередині рідини. Найчастіше це асфальтени, парафіни, церезини та деякі інші. В'язкість таких систем зветься структурною. Для руйнування структур, що виникли, потрібно певне зусилля, яке називається межею пружності. Після руйнування структур рідина набуває властивостей ньютонівських рідин.
В'язкість нафтопродуктів має велике практичне значення. Від в'язкості масла залежить ряд експлуатаційних властивостей: знос деталей, що труться, відведення тепла від них і витрата масла. З підвищенням температури в'язкість зменшується і зростає при її зниженні. Ці зміни чисельно характеризуються індексом в'язкості, що є температурним коефіцієнтом в'язкості. За індексом в'язкості оцінюють придатність олій даних умов роботи механізмів. Для визначення індексу в'язкостізіставляють в'язкість олії за різних температур, зазвичай при 50 і 100°С. Чим менше в'язкість залежить від температури, тим вищий індекс. Розрізняють три види в'язкості: динамічну, кінематичну та відносну.
Динамічну,абоабсолютну, в'язкістьвизначають як силу в дінах, яка необхідна для взаємного переміщення зі швидкістю 1см/сдвох шарів рідини з поверхнею 1см2,що знаходяться на відстані 1смодин від одного. Одиниця динамічної в'язкості у системі СГС називаєтьсяпуазом (Пз).Розмірність пуаза —г/смс;0,01 Пз називаєтьсясантипуазом.У Міжнародній системі ( СІ) одиниця динамічної в'язкості -ньютон-секунда на квадратний метр -дорівнює динамічній в'язкості такої рідини, в якій при зміні швидкості руху рідини 1м/сна відстані 1мдотична напруга дорівнює силі в 1 ньютон на квадратний метрн-с/м2.Ця одиниця в 10 разів більша за пуаз. Динамічну в'язкість визначають за допомогою віскозиметра Уббелоде-Голде або за часом закінчення рідини через капілярні трубки та розраховують за формулою
де η - динамічна в'язкість;Р -тиск, при якому відбувалося закінчення рідини; τ - час закінчення рідин в об'єміv;L-довжина капіляра; r - радіус капіляра.
Величина, обернена до динамічної в'язкості, називається плинністю.
Кінематичною в'язкістюνt називають відношення динамічної в'язкості ηt при даній температурі до щільності ρt при тій же температурі:
Одиницю кінематичної в'язкості називаютьстоксом (Cm),1Cт= 100cСт(сантистокс). Розмірність кінематичної в'язкості виявляється усм2/с.Практичною одиницею виміру кінематичної в'язкості є сантистокс. Одиниця кінематичної в'язкості в СІ має розмірністьм2/сек.Вона дорівнює кінематичній в'язкості такої рідини, динамічна в'язкість якої становить 1нс/м2,а щільність 1кг/м3.Ця одиниця в 10 4 разів більша стокс.
Відносна (умовна) в'язкість μне є фізичною характеристикою нафтопродукту, оскільки вона залежить від способу визначення, конструкції приладу та інших умов, але зручна як порівняльна величина. У розрахунках, у технічних нормах, при арбітражних та контрольних випробуваннях використовують лише абсолютну (кінематичну та динамічну) в'язкість. У нафтовій практиці відносною в'язкістю називають відношення в'язкості даного нафтопродукту до в'язкості води при 0°С:
де 1,789 - в'язкість води при 0°C.
Умовна в'язкість є відношенням часу закінчення певного обсягу досліджуваного продукту до часу закінчення такого ж обсягу стандартної рідини при визначено встановленій температурі. Як стандартну рідину використовують дистильовану воду при температурі + 20°C. Умовну в'язкість виражають умовними одиницями, градусами чи секундами. У різних країнах, залежно від вибору стандартної апаратури визначення умовної в'язкості, прийняті різні одиниці умовної в'язкості. Найчастіше умовна в'язкість виражається градусами Енглера.Числом градусів Енглераназивають відношення часу закінчення з віскозиметра Енглера 200млвипробуваного продукту при даній температурі на час закінчення 200млдистильованої води при 20С. Її позначають знаком ВУ або Е. Для перерахунку кінематичної в'язкості в умовнуі назад використовують спеціальні таблиці або емпіричні формули, наприклад:
а для високих значень в'язкості
Визначення умовної в'язкості також ґрунтується на закінченні рідини (через трубку з діаметром отвору 5 мм) під впливом сили тяжіння. Умовну в'язкість визначають для нафтових палив (мазутів).
Як і чому змінюється в'язкість при підвищенні температури?
Що таке структурна в'язкість? Які основні причини її появи?
Які рідини називаються ньютонівськими?
Що таке "динамічна в'язкість" "Кінетична в'язкість"
Перерахуйте одиниці вимірювання динамічної та кінетичної в'язкості.
Що таке "умовна в'язкість"
Приклад розв'язання задач
Кінематична в'язкість при 50ºС нафтопродукту із щільністю
Кінематична та динамічна в'язкості пов'язані рівнянням (10); підставивши в нього значення ν50 і ρ50 отримаємо
Пас = 42,72 Ст.
Для розрахунку умовної в'язкості використовуємо формулу (12):
звідки.
Розрахуйте динамічну в'язкість н-декану при 40ºC, якщо його кінематична в'язкість за цієї температури становить 7,3 мм 2 /с.
Динамічна в'язкість толуолу при 20ºC становить 0,58410 -3 Пас. Розрахуйте його кінематичну в'язкість за 0ºC і 20ºC.
Олійна фракція має при 60ºC умовну в'язкість 3,81º. Визначте кінематичну та динамічну в'язкість фракції за цієї температури.
Умовна в'язкість сураханской нафти за 50ºC дорівнює 1,63º. Визначити кінематичну та динамічну в'язкість нафти за тієї ж температури, якщо щільність її ρ = 879 кг/м 3 .
Кінематична в'язкістькалинської нафти при 20 і 50ºC відповідно дорівнює 65 і 16. Знайти умовну в'язкість нафти за тих же температурах.