ОСНОВНІ ФІЗИКО-ТЕХНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ
НАФТ І НАФТОПРОДУКТІВ
( з елементами НДРС )
Мета роботи: Експериментальне визначення основних фізико-технічних властивостей нафти і нафтопродуктів, одержання для них різних в’зкісно-температурних залежностей і порівняння їх точності.
В результаті проведення лабораторного заняття студенти повинні:
знати основні фізико-технічні властивості нафт і нафтопродуктів, прилади для їх визначення, одиниці вимірювання густини і в’язкості;
уміти визначити густину і в’язкість нафт і нафтопродуктів у лабораторних умовах.
2.1 ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ
До основних фізико-технічних властивостей нафт і нафтопродуктів відносяться густина і в’язкість. Ці властивості визначаються лабораторними вимірюваннями і залежать від температури рідини.
В лабораторних умовах густину 
вимірюють за температури 20оС. За інших температур t ( оС)густина може бути визначена за формулою
, (2.1)
де 
-густина нафти або нафтопродукту за 200С, кг/м3; 
- температурна поправка, кг/(м3·град),
. (2.2)
Для виконання різних розрахунків необхідно мати в’язкісно-температурну криву, одержану на основі лабораторних досліджень. За відсутності такого графіка в’язкість за необхідної температури може бути знайдена за емпіричними формулами:
1) Формула Рейнольдса-Філонова
, (2.3)
де 
- кінематичний коефіцієнт в’язкості за відомої (довільної) температури 
; U - коефіцієнт крутизни віскограми,
, (2.4)
- кінематичний коефіцієнт в’язкості за температури 
.
2) формула Андраде-Панченкова
, (2.5)
де С,В - постійні, що визначаються за двома відомими значеннями в’зкості за двох температур; Т- абсолютна температура рідини.
3) Формула Вальтера (АSTM)
, (2.6)
де a,b- постійні коефіцієнти, які визначаються за двома відомими значеннями в’язкості і 
за температур Т1 і Т2.
4) Формула Фогеля-Фульчера-Таммана
, (2.7)
де 
, 
, 
- постійні, що визначаються за відомими значеннями в’язкості за трьох температур.
5) Формула Фролова
, (2.8)
де 
, 
, 
- постійні коефіцієнти, які визначаються за відомими значеннями в’язкості за трьох температур.
2.2 ОБЛАДНАННЯ І ПРИЛАДИ
Густина рідини вимірюється нафтоденсиметром (ареометром). Принцип дії нафтоденсиметрів базується на законі Архімеда.
В’язкість рідини вимірюється капілярними віскозиметрами типу ВПЖ (рисунок 2.1). Під час вимірювання в’язкості засікається час витікання певного об’єму нафти або нафтопродукту, обмеженого двома кільцевими позначками М1 і М2 на вимірювальному резервуарі віскозиметра, через капіляр, в якому встановлюється ламінарний режим руху. Час витікання фіксується секундоміром. Термостатування нафти чи нафтопродукту для вимірювання в’язкості проводиться у водяних ваннах (посудинах ємністю 10, 20 л). Різні температури води у ванні досягаються шляхом розчинення в ній льоду (снігу) або додавання гарячої води.
2.3 ПОРЯДОК ПРОВЕДЕННЯ РОБОТИ І ОБРОБКА
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДАНИХ
1) Добиваються температури нафти 200С, термостатують 15-20 хв, після чого нафтоденсиметром вимірюють густину і результати вимірювань заносять в таблицю 2.1.
Таблиця 2.1- Результати вимірювань і обробки дослідних даних
Гус
тина  ,
кг/м3
| № віскозиметра | Стала вівіскозиметра | Температура вимірювання t, оС | Час витікання рідини, с | Кінема-
тична
в’яз-
кість  ,
сСт
| Густина
за темпе-
ратури  , кг/м3
| Динамічна в’язкість  ,
Па×с
| |||
| 
| 
| 
| |||||||
2) Заливають нафту чи нафтопродукт у капілярний віскозиметр, опускають у водяну ванну і термостатують протягом 15 хв. Номер віскозиметра і його стала записуються у таблицю 2.1.
3) Вимірювання в’язкості проводиться за чотирьох різних температур, різниця між якими приблизно 5 оС, наприклад, 15, 20, 25 і 30 0С.
4) За кожної температури проводиться не менше трьох вимірювань часу витікання рідини із капіляра. Час витікання і температура, за якої проводились вимірювання, заносяться в таблицю 2.1.
5) Визначають середній час витікання рідини за кожної температури.
6) Обчислюється кінематичний коефіцієнт в’язкості рідини за формулою
(2.9)
де 
стала віскозиметра; 
середній час витікання рідини, с; 
прискорення вільного падіння в місцевості вимірювання, см/с2.
7) За формулою (2.2 ) визначається температурна поправка.
8) Обчислюється густина рідини за всіх температур вимірювань.
9) Знаходиться динамічна в’язкість нафти за тих же температур за формулою
. (2.10)
10) Значення 
і за всіх температур заносять у таблицю 2.1.
2.3.1 Алгоритм одержання емпіричних
в’язкісно-температурних залежностей нафти
1) Формула Рейнольдса-Філонова.
Обчислюємо коефіцієнт крутизни віскограми
, (2.11)
де 
- кінематична в’язкість за температур t1 i t4 відповідно.
Визначаємо в’язкість за температури t3
. (2.12)
2) Формула Андраде-Панченкова
Обчислюємо абсолютні температури
T1=273+t1 , (2.13)
T4=273+t4 , (2.14)
T3=273+t3 , (2.15)
Визначаємо постійні в’язкісно- температурної залежності
(2.16)
. (2.17)
Знаходимо в’язкість за температури t3
. (2.18)
3) Формула Вальтера
Обчислюємо постійні коефіцієнти
, (2.19)
. (2.20)
Визначаємо в’язкість за температури t3
, (2.21)
F=10D, (2.22)
. (2.23)
4) Формула Фогеля-Фульчера-Таммана
Обчислюємо постійні коефіцієнти
, (2.24)
, (2.25)
, (2.26)
. (2.27)
де 
- кінематична в’язкість рідини за температури t1,t2 i t4 відповідно.
Визначаємо в’язкість за температури t3
. (2.28)
5) Формула Фролова
Обчислюємо постійні коефіцієнти
, (2.29)
, (2.30)
. (2.31)
Визначаємо в’язкість за температури t3
. (2.32)
Одержані в’язкісно-температурні залежності і величини в’язкості за температури t3 заносяться до таблиці 2.2.
Таблиця 2.2 -Порівняння точності різних в’язкісно-температурних залежностей
| Формула для визначення в’язкості | Розрахункова залежність | В’язкість
 , сСт
| Похибка  ,%
|
| Дослідне значення | |||
| Формула Рейнольдса-Філонова | |||
| Формула Андраде-Панченкова | |||
| Формула Вальтера | |||
| Формула Фогеля-Фульчера-Таммана | |||
| Формула Фролова |
Визначають похибку обчислення в’язкості за кожною із формул
. (2.33)
і роблять висновок про точность формул.
Потім будуються графіки 
за дослідними даними та даними, одержаними за формулами (2.12), (2.18), (2.23), (2.28) і (2.32).
КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ
1. Що називається густиною рідини, одиниці її вимірювання ?
2. Що називається в’язкістю рідини, одиниці її вимірювання ?
3. Види в’язкості, формула зв’язку між ними.
4. Як впливає зміна температури на густину рідини?
5. Як впливає зміна температури рідини на її в’язкість?
6. Які із в’язкісно-температурних залежностей, розглянутих в лабораторній роботі, є найбільш точними і чому?
7. Поняття про розрахункову температуру. Яка температура називається розрахунковою?
8. Якими приладами вимірюється густина і в’язкість?
9. Принцип вимірювання в’язкості капілярними віскозиметрами.
ПЕРЕЛІК РЕКОМЕНДОВАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Середюк М.Д., Якимів Й.В., Лісафін В.П. Трубопровідний транспорт нафти і нафтопродуктів: Підручник. – Івано-Франківськ: Кременчук, 2001. – 517 с.
2. Трубопроводный транспорт нефти и газа: Учеб. для вузов/ Р.А.Алиев, В.Д.Белоусов, А.Г.Немудров и др. – М.: Недра, 1988. – 368 с.
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 3