Методи вимірювання в’язкості і пластичності нафтопродуктів

В'язкість і пластичність нафтопродуктів

Загальний огляд методів віскозиметрії і Пластометри

Віскозиметрія заснована на законі в'язкості Ньютона. З нього випливає, що для визначення в'язкості необхідно виміряти напругу, яка повідомляє шару рідини деяку швидкість по відношенню до іншого шару, що знаходиться від першого шару на певній відстані. На практиці зручніше задавати постійна напруга і спостерігати швидкість відносного руху. При цьому можна визначати швидкість руху рідини по відношенню до нерухомого твердого тіла або швидкість руху твердого тіла в нерухомій рідини. Обидва ці принципи знайшли застосування при конструюванні віскозиметрів. Прилади з нерухомими стінками представлені капілярними вискозиметрами. Прикладом другого типу віскозиметрів можуть служити прилади з падаючою кулькою.

Перший вискозиметр був запропонований ще в 1752 р М. В. Ломоносовим. В'язкість в цьому приладі (фіг. 26а) вимірювалася за швидкістю протікання рідини через зазор між стінками воронки і вставленим в неї кулею. Величину зазору можна було регулювати, піднімаючи або опускаючи куля. Воронка наповнювалася до постійного рівня зі спеціального резервуара, що забезпечувало постійне гідростатичний тиск на рідину в зазорі, а отже, і постійна напруга. Швидкість течії вимірювалася числом крапель, що падають з воронки за одиницю часу. Прилад Ломоносова включав багато основні елементи сучасних віскозиметрів.

У вісімдесятих роках минулого століття Ф. Н. Шведов розробив оригінальний метод визначення реологічних параметрів дисперсних систем з закручування циліндра, підвішеного на пружною нитки і зануреного в рідину. Прилад Шведова був одним з перших віскозиметрів з коаксіальними циліндрами. Останнім часом цей прилад вдосконалений в лабораторії П. А. Ребіндера. Виникнення нафтової віскозиметрії пов'язано з ім'ям Н. П. Петрова. В кінці минулого століття він провів великі і дуже ретельні вимірювання в'язкості ряду мінеральних і рослинних масел за допомогою сконструйованого ним капілярного приладу (фіг. 27). В цей же час С. Ламанський запропонував спеціальний вискозиметр для масел, що має ряд переваг в порівнянні з що ще пізніше віскозиметром Енглера.

В даний час число віскозиметрів різної конструкції дуже велике, і їх кількість продовжує зростати. Тільки в нафтовій віскозиметрії застосовується або застосовувалося близько 200 приладів. Таке значне число віскозиметрів пояснюється різноманітністю завдань віскозиметрії і відмінністю властивостей досліджуваних рідин та пластичних тел. неможливо створити

універсальні віскозиметри або Пластометри, однаково придатні для всіх випадків.

З принципових особливостей конструкції прилади для вимірювання в'язкості діляться на наступні типи:

капілярні віскозиметри; 2) ротаційні віскозиметри, або прилади з коаксіальними циліндрами; 3) віскозиметри з падаючою кулькою; 4) митників віскозиметри; 5) віскозиметри з взаємно зміщаються циліндрами або пластинками; 6) прилади, засновані на принципі здування тонкого шару рідини; 7) віскозиметри, засновані на інших принципах.

Найбільш поширені капілярні віскозиметри. За даними М. П. Воларовічем. близько 80% всіх вимірів в'язкості проводиться з їх допомогою. Ці прилади відрізняються простотою, вимагають малої кількості рідини, дешеві і дають досить точні результати. До числа їх недоліків відноситься неможливість вимірювання в'язкості дуже в'язких рідин.

Друге місце займають ротаційні віскозиметри. Ці прилади забезпечують однорідне поле напруги в рідини і дозволяють вимірювати в'язкість з високою точністю. Складність конструкції ротаційних віскозиметрів обмежує їх застосування. До недоліків їх слід також віднести накопичення в деформируемой рідини диссипировать тепла. В капілярних приладах це тепло несеться разом з протікає рідиною. Ротаційні віскозиметри застосовуються переважно для вимірювання в'язкості дисперсних систем і високов'язких рідин і доповнюють капілярні прилади.

До простих приладів відносяться також віскозиметри з падаючою кулькою, але з їх допомогою можна отримати хороші результати тільки у вузьких і цілком однорідних рідин.

Для вимірювання пластичності і взагалі реологічних властивостей речовин поряд з в'язкістю необхідно визначати граничні напруги зсуву і модулі пружності. Принципово такі вимірювання можуть проводитися в віскозиметрах всіх перерахованих груп, але в той час як при віскозиметрії вимірюють значні деформації (наприклад, протікання усього досліджуваного об'єму рідини через капіляр), при визначенні модуля пружності і граничного напруження зсуву спостерігають малі деформації. Для вимірювань малих деформацій більш зручні віскозиметри з взаємно зміщаються циліндрами або пластинками і ротаційні віскозиметри.

Якщо при визначенні в'язкості рідин спостерігають тільки швидкість деформації при постійній напрузі, то при вивченні пластичних тел вимірюють також силу, що викликає початок перебігу, і розмір деформації при різних навантаженнях нижче межі текучості. Відмінність Пластометри від віскозиметрів полягає в тому, що перші забезпечені пристосуваннями для варіювання напруги. Віскозиметри для дослідження аномалії в'язкості мають пристрої для зміни швидкості течії рідини (зокрема, капілярні віскозиметри - установки для зміни різниці тиску на кінцях капіляра).

У нафтовій віскозиметрії капілярні прилади є основним типом віскозиметрів для світлих нафтопродуктів і мінеральних масел при позитивних температурах. При низьких температурах для масел застосовують як капілярні, так і ротаційні віскозиметри.

в капілярних і ротаційних віскозиметрах, збігаються до температур порядку -30 °. У масел з в'язкістю Еб0 = 10-15 в'язкість, отримана обома методами, збігається до температур порадков -10 °.

Для вивчення консистентних мастил і бітумів користуються переважно приладами зі зміщаються циліндрами і пластинками, ротаційними вискозиметрами і вискозиметрами з падаючими кульками. Останнім часом Г. В. Виноградов і В. П. Павлов сконструювали капілярний віскозиметр для консистентних мастил.

Крім фізично обґрунтованих віскозиметрів, в нафтових лабораторіях збереглися віскозиметри, пристрій яких заснована на умовних технічних методах оцінки реологічних властивостей. Деякі з них, як, наприклад, методи визначення температури застигання або каплепадения, призначені для визначення температури зміни властивостей нафтопродуктів. Інші дозволяють порівнювати властивості випробуваних речовин з відомими або еталонними продуктами. Багато з цих методів страждають істотними дефектами. Так, в вискозиметре Енглера не завжди забезпечується ламінарний плин, в приладах для визначення температури застигання недостатньо визначено напругу, та й взагалі неясно, чи спостерігається межа плинності або висока в'язкість. Одна з найбільш актуальних завдань нафтової віскозиметрії полягає в заміні визначення в'язкості за допомогою умовних методів визначенням простими, фізично обгрунтованими приладами.

Віскозиметри, що дозволяють вимірювати в'язкість в абсолютних одиницях (пуаз і Стокс), діляться на первинні і вторинні. У первинних віскозиметрах вельми точно визначаються розміри приладу, обсяг протекшей рідини і напруга. Вони служать для вимірювання в'язкості первинних (калібрувальних) рідин і для вельми точних вимірювань в'язкості інших рідин,

Абсолютні віскозиметри досить складні по влаштуванню і застосовуються головним чином для спеціальних фізико-хімічних досліджень. Для практичних цілей користуються вторинними вискозиметрами, в яких в'язкість вимірюється шляхом порівняння швидкості течії випробуваної рідини з еталонною, в'язкість якої виміряна в первинному вискозиметре.

Основними калібрувальними рідинами служать вода, касторове масло, розчин цукру у воді, деякі індивідуальні органічні сполуки і мінеральні масла.

У додатку до ГОСТ 33-46 вказані значення в'язкості ряду органічних сполук (фенол, анілін, хіноліновий, етиленгліколь, форм амід і т. Д.). які можуть застосовуватися в якості калібрувальних рідин. У табл. 5 наведені значення в'язкості високоочищеного касторової олії відповідно до вимірів Кальбаума і Ребера. Щільність дослідженого ними зразка масла дорівнювала при 5 ° 0,9707 г / см3, при 40 ° 0,9464 г / см. Значення в'язкості води при різних температурах наведено в табл. 5.

Міністерство нафтової промисловості випускає калібрувальні мінеральні масла, приготовлені з авіаційного масла МС, масла машинного СУ, трансформаторного масла і очищеного автотракторного дизельного палива. Еталонні масла зберігають в темряві, при кімнатній температурі і кожні три місяці перевіряють їх в'язкість. У ГОСТ 33-46 наведені значення в'язкості калібрувальних рідин і характеристика віскозиметрів, для яких вони рекомендуються. Ці в'язкості є номінальними, уточнені значення даються у відповідних паспортах на кожну партію.