Экспериментальное исследование и разработка методов расчета вязкости продуктов вторичной переработки Западно-Сибирской нефти тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

Р Г Б ОД

- 2 ОПТ 1995

На правах рукописи

Болдырев Дмитрий Владимирович

ЭСКПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ РАСЧЕТА ВЯЗКОСТИ ПРОДУКТОВ ВТОРИЧНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ЗАПАДНО-СИБИРСКОЙ НЕФТИ

Специальность 01.04.14 "Теплофизика и молекулярная фичика"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

/

Москва - 1995

Работа выполнена в Грозненском Нефтяном Институте имени академика

М.Д. Миллионщиком.

Научный руководитель: доктор технических наук профессор Б.А. Григорьев

Научный консультант: кандидат технических наук доцент A.C. Керамиди

официальные оппоненты: доктор технических наук профессор В.А. Рабинович, кандидат технических наук старший научный сотрудник Н.Я. Филатов

Ведущая организация: АООТ В1ШШЕФТЕМАШ

Защита состоится 10 ноября 1995 г. в 14— ч. на заседании диссертационного совета K053.I6.02 в Московском энергетическом институте (Техническом университете) по адресу г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 14, МЭИ (ГУ), корпус Т, кафедра ИТФ, комната 206. Отзывы на автореферат просьба посылать по адресу Ш250. г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 14, ученый совет МЭИ (ТУ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского энергетического института (Технического университета).

I

Автореферат разослан ____________1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

В.И. Мика

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Развитие нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности в современных условиях требует качественного изменения структуры производства, радикального улучшения использования природных ресурсов, топлива и энергии. Решение этой задачи невозможно без надежной информации о теплофизических свойствах нефтяного сырья и продуктов его переработки. Одним из важнейших свойств является вязкость. Знание ее необходимо для научно обоснованного проектирования эффективных процессов и аппаратов нефтепереработки, нефтехимии и транспорта нефтепродуктов.

В настоящее время теория жидкого состояния не может достаточно точно предсказывать вязкость нефтепродуктов - многокомпонентных смесей, состав которых обычно идентифицируются только качественно. Сложный теплофизический эксперимент также не решает проблему определения свойств широкого круга разнообразных по характеристикам веществ, номенклатура которых постоянно расширяется. Поэтому актуальным становятся создание надежных методов расчета вязкости.

Большинство существующих методик основано на материале, полученном для индивидуальных углеводородов и их смесей. Они требуют большого объема исходных данных и неприменимы к нефтепродуктам, сведения о которых, как правило, ограничиваются физико-химическими свойствами. Специализированные методики ориентированы на низко-кипящие и прямогонные продукты конкретного углеводородного состава. Необходима разработка методов расчета вязкости продуктов глубокой переработки нефти, роль которых в технологических процессах возрастает.

Решение такой задачи сдерживается недостаточным исследованием этих продуктов. Во многих случаях отсутствует комплексный подход к изучению вязкости, рассматриваемой в отрыве от физико-химических характеристик, что исключает возможность обнаружить общие закономерности поведения исследуемого свойства. Актуальным является получение достоверного экспериментального материала о вязкости продуктов вторичной переработки нефти в широких диапазонах температуры и давления.

В диссертационной работе получена методика расчета вязкости жидких нефтепродуктов при различных параметрах состояния по данным физико-химического анализа. Основой стали результаты эксперимен-

тального исследования продуктов переработки Западно-Сибирской нефти: вакуумного дистиллята и его фракций (НК-350, 350-360, двадцатиградусных фракций, выкипающих в интервале температур 360-520°С, и остатка 520-КК), девяти фракций катализата вакуумного дистиллята (тридцатиградусных фракций, выкипающих в интервале температур 200--440°С, и остатка 440-КК) и широкой фракции HK-I80. Работа выполнена в соответствии с координационными планами Научных Советов Академии Наук по комплексным проблемам "Теплофизика и теплоэнергетика" (шифр 1.9Л) и "Нефтехимия" (шифр 2.9.5).

Цель работы:

1. Получение достоверных экспериментальных данных о вязкости жидких продуктов вторичной переработки Западно-Сибирской нефти, различающихся по физико-химическим свойствам и углеводородному составу, в широких диапазонах температуры и давления.

2. Установление закономерностей изменения вязкости исследуемых нефтепродуктов в области жидкого состояния от температуры, давления, комплекса физико-химических свойств и углеводородного состава и получение аналитического описания этих зависимостей.

3. Формирование методики расчета динамической вязкости кидких нефтепродуктов при различных параметрах состояния и разработка рекомендаций по ее применению.

Научная новизна:

1. Получены новые экспериментальные данные о динамической вязкости кидких продуктов вторичной переработки Западно-Сибирской нефти в диапазонах температуры 20-300°С и давления O.I-IO.Q МПа.

2. Предложено новое эмпирическое уравнение температурной зависимости вязкости, обеспечиванцее для исследуемых продуктов среднюю погрешность аппроксимации 1.2*.

3. Предложено новое обобщенное уравнение температурной зависимости вязкости, позволяющее рассчитывать коэффициент динамической вязкости исследуемых продуктов со средней погрешностью 4.8%.

4. Предложено новое обобщенное уравнение барической зависимости вязкости, позволявшее рассчитывать коэффициент динамической вязкости исследуемых продуктов со средней погрешностью 1.3«.

5. Предложена методика расчета динамической вязкости жидких нефтепродуктов и даны рекомендации по ее применению при разных уровнях исходной информации о^свойствах продукта.

Практическая ценность работы. Разработанная методика расчета

вязкости может быть использована при проектировании процессов и аппаратов транспорта и переработки нефтепродуктов, в том числе в системах автоматизации проектно-консгрукгорских работ. Методика аттестована ВНЩ СМВ в качестве рекомендуемой методики ГСССД.

Результаты экспериментального исследования вязкости жидких нефтепродуктов в широких диапазонах параметров состояния могут использоваться в теплофизических расчетах и при проектировании процессов нефтепереработки и нефтехимии. Полученные данные представляют научную ценность для совершенствования теории жидкости в направлении ее применения к различным смесям, в том числе многокомпонентным.

АГТТУРАИИЯ работы. Основные положения и отдельные результаты работы докладывались на III Всесоюзной студенческой научной конференции (1967 г., г. Казань), на фаевой научно-технической конференции молодых ученых и специалистов (1987 г., г. Ставрополь), на Республиканской научно-технической конференции молодых ученых и специалистов (1987 г., г. Грозный), на XXV/I научной конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов СтГТУ (1995 г., г. Ставрополь).

ДщЬдщщшШл. По результатам выполненных исследований опубликовано 8 статей и тезисов докладов.

Структура и обьем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, и списка литературы из 160 наименований. Объем диссертации составляет 207 страниц, из них 126 страниц машинописного текста, 16 рисунков и 37 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность создания расчетных методов определения вязкости нефтепродуктов, сформулированы основные цели исследования и обоснован выбор изучаемых объектов.

В первой главе рассмотрены физико-химические свойства исследуемых образцов, определены закономерности их изменения и проведена оценка псевдокритических параметров нефтепродуктов.

В табл. I представлены определенные стандартными методами в ГрозНШ и ОТФЛ ГНИ данные об основных {изико-химических свойствах образцов и рассчитанные методом л-ci-Jf показатели группового углеводородного состава (t^ - средняя объемная температура кипения).

Исследуемые продукты достаточно представительны по физико-химическим свойствам и углеводородному составу, что позволяет разрабатывать методику расчета вязкости на их основе.

Таблица I

Физико-химические свойства и показатели углеводородного состава исследуемых нефтепродуктов

Продукт М Р? с..* Сн,% Са,%

В Д 360 0.9151 437.7 56.8 25.0 18.2

НК -350 195 0.8833 335.6 38.6 35.6 25.8

350-360 230 0.9055 365.8 40.2 33.9 25.9

360-380 265 0.9074 376.2 44.8 32.2 23.0

380-400 285 0.9068 402.6 49.1 28.0 22.9

400-420 300 0.9076 410.8 51.1 26.1 22.8

420-440 320 0.9096 416.8 52.9 24.9 22.2

440-460 349 0.9153 431.6 53.6 24.9 21.5

460-480 354 0.9182 451.2 51.5 28.3 20.2

480-500 390 0.9207 471.2 53.8 26.4 19.8

500-520 415 0.9234 483.8 55.4 24.5 20.1

520- КК 455 0.9312 499.4 54 Л 26.7 19.2

200-230 160 0.8787 213.6 24.0 51.8 24.2

230-260 162 0.9141 238.4 14.3 55.9 29.8

260-290 178 0.9393 277.6 13.7 53.9 32.4

290-320 192 0.9459 304.0 16.6 51.1 32.3

320-350 225 0.9563 331.0 22.6 45.8 31.6

350-380 233 0.9579 371.6 23.9 44.6 31.5

380-410 271 0.9415 392.6 34.6 39.1 26.3

410-440 360 0.9448 415.4 44.5 32.2 23.3

440- НК 386 0.9677 470.2 40.5 31.9 27.6

НК -180 НО 0.7385 120.0 70.3 18.4 П.З

Анализ физико-химических свойств показал, что для фракций с близкими значениями tlaJn показатели * и р§о увеличиваются с повышением содержания ароматических углеводородов и уменьшаются с ростом доли углеводородов пара$иновой группы.

В работе рассмотрены эмпирические уравнения оценки физико-химических свойств (Крэго, Воинова, Кусакова, ГШ и т. п.). Установлено, что для исследуемых продуктов они не обеспечивают требуемой точности.

Проведен анализ существующих уравнений оценки псевдокритических параметров нефтепродуктов, основанных на использовании физико-химических характеристик. Показано, что наилучшие результаты обеспечивают формулы Риази и Дауберта, которые и были использованы при разработке методики расчета вязкости.

Т^ = 19.06232 ¡pfä0-3**. К (I)

Р^р = 553СР80- Г^,3^5' [pff]^0'. МПа (2)

ГГ96.37.Г^.[р!Ц0-7666, кг/мэ (3)

PÜ = pf f 0.0035 / pf (4)

Во второй главе дано описание установки для измерения вязкости, методики проведения эксперимента и представлены данные о коэффициенте динамической вязкости исследуемых нефтепродуктов.

Измерение вязкости выполнено на установке с капиллярным вискозиметром конструкции И.Ф. ГолуСева. Давление в опытах создавалось и измерялось грузопоршневыми манометрами МП-60 и МП-600 класса точности 0.05. Температура в опытах создавалась в зависимости от диапазона измерений системой электронагревателей и жидкостным термостатом и определялась с погрешностью 0.01°С платиновым термометром ПТС-10. Его сопротивление измерялось потенциометром Р363-2 класса точности 0.002, использующим термостатируемую при 20°С образцовую катушку сопротивления P32I класса точности 0.01 и нормальный элемент второго класса НЭ-65. Время истечения продукта через капилляр измерялось с погрешностью 0.1с элэктросекундомером П14-М, управляемым схемой автоматического включения и выключения.

Измерения проводились по изотермам в диапазонах температур 20-300°С и давлений 0.1-10.0 МПа. Границы области исследований определялись условием ньютоновского течения продукта, находящегося в жидкой фазе. Для каздого значения температуры и давления измерение времени истечения проводилось 4-5 раз. Воспроизводимость данных составила ±0.5*. Во всех опытах число fíe m превышало 1000.

При расчетах использованы данные о плотности, измеренные в ОТФЛ ГНИ на установке со сферическим неразгруженным пьезометром с погрешностью 0.05%. Сглаженные значения вязкости продуктов приведены в табл. 2 (в диссертации даны подробные таблицы с шагом по температуре Ю°С). Их погрешность при уровне доверительной вероятности а=0.95 не превышает 2%.

В исследованном температурном интервале крутизна изобар вязкости сильно возрастает с понижением температуры, что особенно заметно при Т<0.5- Тмр (величина [&г}(Р,Т)/вТ)Р меняется примерно в 10 раз). В исследованном интервале давлений форма изотерм вязкости близка к линейной (величина [дг)(Р,Т)/дР1т меняется слабо). Влияние

Таблица 2

Коэффициент динамической вязкости исследуемых продуктов (мкПа-с)

1,°С Давление,МПа Г,°С Давление,МПа

0.1 5.0 10.0 0.1 5.0 10.0

40 ГИЛЛЯТ Ь0650 70 90 7200 4350 7900 4700 8600 5050

60 17050 18800 20800 130 2040 2190 2350

80 8900 9750 10700 170 1200 1280 1370

100 5450 5900 6350 220 720 780 840

150 2150 2320 2480 270 470 520 570

200 1180 1260 1340 420-440

250 780 830 880 40 26750 30100 33550

300 555 580 610 50 17400 19450 21550

НК -350 70 8600 9500 10450

40 3950 4250 4550 90 5170 5530 5900

50 3100 3320 3550 130 2290 2470 2650

70 2040 2180 2320 170 1290 1390 1490

90 1460 1560 1650 220 760 820 880

130 880 930 990 270 500 550 600

170 585 620 655 440-460

220 380 410 450 40 42500 4Й2ОТ 53900

270 280т 295 350-360 325 60 17400 19300 21200

90 6700 7300 7900

30 11600 13100 Г 4650 130 3020 3200 3360

40 7400 8500 9650 180 1380 1490 1590

50 5300 5750 6250 230 810 880 950

70 3200 3450 3700 270 580 625 670

90 2150 2300 2450 460-480

130 1220 1300 1380 50 35950 1ЖЬ0 44200

170 760 815 870 60 22450 25100 27950

220 480 520 560 80 II150 12100 13200

270 320 360 400 100 6400 6900 7500

360-380 150 2400 2600 2800

40 10900 12200 13600 200 1250 1350 1440

50 7450 8450 9450 250 767 829 891

70 4200 4700 5200 300 473 517 566

90 2850 3170 3500 480-500 Ь29ш

130 1550 1730 1900 50 46400 59650

170 920 1010 1100 60 29750 33200 37150

220 570 610 650 80 14350 15900 17550

270 380 415 450 100 7750 8600 9350

380-400 150 2800 3010 3220

40 16450 18450 20550 200 1400 1510 1640

50 10300 11550 12850 250 836 902 990

70 5750 6350 6950 300 462 498 539

90 3750 3950 4300 500-520

120 2050 2200 2380 50 65000 - -

150 1380 1460 1540 60 39550 44250 49550

180 940 1010 1080 80 17600 19600 21700

230 590 645 700 100 9800 10500 11400

270 430 460 500 150 3200 3500 3850

400-420 200 1560 1690 1830

40 21100 23600 26150 250 924 1010 1090

50 14050 15550 17050 300 599 665 715

Продолжение таблицы 2

г, °с Давление,МПа £ °С Давление,МПа

0.1 5.0 10.0 0.1 5.0 10.0

520- КК 180 670 706 745

60 63200 - 250 382 409 432

70 43400 47750 52700 ЗКЬЗВД

80 29150 32100 35450 30 19360 21545 23610

90 20000 22100 24400 40 12420 13562 14720

100 14350 16100 18000 60 6220 6740 7270

150 4350 4750 5150 90 3000 3175 3355

200 2020 2200 2370 130 1545 1635 1730

250 1150 1250 1360 180 872 938 1040

300 765 840 900 250 438 489 541

20 1755 1985 30 36350 380-410 АШЪ 45260

40 1235 1310 1385 40 22120 24102 27340

60 920 973 1025 60 10100 10992 11870

90 655 693 733 90 4340 4735 4930

130 461 486 511 130 2070 2188 2320

180 336т 354 370 180 1115 1178 1245

250 237» 249 263 250 585 624 665

230-260 410-440

20 2940 ЗП8 3350 40 22830 - -

30 2260 2392 2525 60 10820 11920 13020

40 1840 1932 2025 90 4770 5170 5560

60 1315 1380 1450 130 2230 2404 2560

90 870 912 955 180 1185 1260 1340

130 578 606 635 250 630 677 720

180 383 404 425 440- КК

250 2451 256 272 60 91850 - -

260-290 90 22650 25075 27750

20 5880 5652 ' 7380 НО 11350 12550 13650

40 3300 3570 3845 130 6700 7450 8050

60 2125 2250 2380 180 2625 2827 3030

90 1300 1368 1440 250 1135 1225 1315

130 795 838 880 НК -180

180 501 532 561 20 592 620 649

250 305 328 348 40 448 468 490

290-320 60 371 388 406

30 8065 8522 9190 90 298» 308 322

40 5685 6095 6510 130 2311 240 252

60 3370 3558 3790 180 178^ 186 197

90 1865 1978 2085 250 129п 140 158

130 1075 ИЗО 1185

180 644 680 715

250 375 396 320-350 416

30 10850 НТО 12925

40 7145 7818 8505

60 3955 4270 4590

90 2105 2232 2365

130 1160 1222 1290

Данные при давлении: | I МПа, ^ 2 МПа, т 3 МПа.

физико-химических свойств выражается в закономерном возрастании вязкости образцов с увеличением tкm, а влияние углеводородного состава - в увеличении вязкости ароматических продуктов по сравнению с парафиновыми и нафтеновыми при одинаковых параметрах состояния и близких значениях

В третьей главе проанализированы уравнения температурной зависимости вязкости жидкости и предложена эмпирическая формула, превосходящая их по точности.

В результате обзора выбраны 24 уравнения зависимости т)(Т). Они использованы для описания вязкости образцов при атмосферном давлении в диапазоне температур 20-300°С с шагом 10°С, что для большинства продуктов составляет (0.35-0.65)-Т^ и соответствует участку изобары наибольшей крутизны. КоэфХициенты формул определялись минимизацией сушы квадратов относительных отклонений расчетных значений вязкости от экспериментальных процедурой Флетчера. Анализ погрешности аппроксимации показал, что она превосходит погрешность эксперимента. Снижение качества уравнений с ростом диапазонов температуры и вязкости особенно заметно при ТкО.б-Т^. Лучшими являются формулы Эйчера, Динэса, Пуазейля и Мак-Леода, однако и для них максимальная погрешность описания вязкости достигает 12-15%. Для зависимости т)(Т) предложено уравнение, обеспечивающее для исследуемых продуктов среднюю погрешность аппроксимации 1.2% и максимальную -9.2%,

Т) = А-ехр(В / Т) + с-ехр(р / Т) (5)

В четвертой главе получено уравнение обобщенной температурной зависимости вязкости исследуемых нефтепродуктов.

В работе показано, что широко применяемые методы расчета температурной зависимости вязкости (Морриса, Томаса и т. п.) для нефтепродуктов неприменимы, т. к. требуют информацию, характерную для чистых веществ (число атомов углерода в молекуле и т. п.). Для разработки обобщенного уравнения т)(Т) использована теория подобия. Отобраны данные о .вязкости образцов при давлении Р^, т. к. при этом они находятся в соответственном жидком состоянии.

Традиционные способы расчета приведенных температуры и вязкости, обзор которых дан в диссертации, не обеспечивают получения обобщенной зависимости. Поэтому для масштабирования вязкости использован комплекс Камерлинг-Оннеса

£ = / T¡£ (6)

Для масштабирования температуры использована температура фиксированного значения приведенной вязкости Т£, определяемая из условия r)(PníipfTl)/t=ldem. Величина этого отношения выбрана равной 100 (т), мкПв'с; Ы, г/моль; Р^, МПа; Т^, К). Найденные значения приведены в табл. 3.

Таблица 3

Значения характеристической температуры ТЕ

Продукт Т( .К Продукт Т(.К Продукт .К

в д 533 .07 460-480 544.11 320-350 454 .92

НК -350 438 .02 480-500 555.02 350-380 483 .13

350-360 465 .94 500-520 565.15 380-410 508 .40

360-380 479 .97 520- КК 585.09 410-440 505 .52

380-400 496 .61 200-230 351.66 440- КК 587 .52

400-420 507 .61 230-260 377.97 НК -180 284 .27

420-440 515 .94 260-290 416.13

440-460 531 .69 290-320 446.30

Графа зависимости г)СРП|(р, Т ,)/£=/(Г/Т£) показан на рис. I. Подученная одоцвнная кривая аппроксимируется уравнением (5) для приведенной температуры т£«Т/Г{. Величина ЦСР^.Т) рассчитывается со средней погреяностью ЗЛЯ и максимальной 12.0*.

тКРздр.ГМ • ^2.2216-вХр(3.7410/':1)+0.СХХ34аГ-ехр{9.7116/1^ (7)

Для качественного описания сложной зависимости параметра г{ от фззнхо-хнмичесхих свойств и углеводородного состава образцов после анализа достоинств и недостатков существующих критериев термодинамического подобия выбран фактор ацентричности Питцера, оцениваемый по формуле Ли и Кеслера (Р„ф, етм; 1кт-ткиг/тпкр'! •

- ШРщу-'Б .92714+6.09648/1^+1.28862 • I ГП^-0.169347 • т^ --> (д)

15.2518-15*6875/1„п-13.4721 ■ Хпхит+0.43577 •

Графш зависимости изображенный на рис. 2, показывает

необходимость введения фактора, учитывающего углеводородный состав продукта. Для независимости от фактора ацентричности его рекомен-

Зависимость приведенной вязкости от приведенной температуры в координатах {Т/ТА - [т)(Рпкр,Т)/и

- вакуумный дистиллят и его фракции

- фракции квтализата вакуумного дистиллята

- фракция НК-180

- нормальные алканы

Зависимость характеристической температуры Г^ и фактора состава от фактора ацентричности

К

570410250 -»■ if

3.68 -• J.44 - v

1 ( : о а

..........1 0 <> : оо0 . 0 о'ъ? Ъ-"*: ....... о о0; ° l...—q...l......... -¿■а—-

0 0 ......... о 0 ___о______ 00 j

о д о о

о о 0 0° 0 LoooO°° l..p......

О .....л „ ЭСЬ OD 0 l.....с— QdO

......V ^ <7 0 .........

3.20

0 30 □

0 д о

0 65

102

- вакуумный дистиллят и его фракции

- Зракцнн катализата вакуумного дистиллята

- фракция HK-I80

- нормальные алкаш

дуется рассчитывать не через псевдокригические параметры, а через параметры состояния точки на линии насыщения (для жидкой фазы), которые удовлетворяют условию (Рв, т рг. ст.; Тх, К; рг, г/смэ)

Тх-рх / (Ра-М) = 0.01, (9)

Из-за ограниченности рекомендации по расчету давления насыщенных паров и плотности нефтяных фракций на линии насыщения для определения величин рт и Ра использованы уравнения Риделя

Рг = Рщ,- 11+о.в5- (1-1х)+(о.9взв-ш1.6922)- и-^)0-3**] (Ю)

= * (4.919-Ы - 1.189) •Ч(1х) (И)

Ф(Чг; = 0.1183-<р(%х) - (12)

<И(1Х) = 0.0364-^(%х) - (13)

<р(1х) = -35 + 36 / %х+ 42-1П1х - 4 (14)

Численным решением образованного формулами (9)-(14) уравнения

П(хх)=0 находится Тх, а по уравнению (10) - величина рх.

Для расчета фактора состава использованы данные о физико-химических свойствах, критических параметрах и вязкости термодинамически подобных веществ, в качестве которых выбран ряд нормальных алканов от Св до Сго. Для них найдены величины Г^, Тх и рх и по условию г=1вет определен комплекс

г = / рх, (15)

На графике зависимости г(ш), показанном на рис. 2, заметно расслоение на серии в зависимости от углеводородного состава образцов, что позволяет использовать г в качестве фактора состава.

Зависимость Т^ы.г) для исследуемых продуктов и н-алканов аппроксимирована двухпараме гриче ским уравнением, обеспечивающим среднюю погрешность расчета 0.6*, максимальную -2.7%.

3 4

I (16)

1=-2 г

Коэффщиенты уравнения (16), найденные методом множественной пошаговой регрессии, даны в табл. 4.

• >

Таблица 4

Значения коэффициентов уравнения (16)

( ,3 СЧ 1. 3 си { :

-2, 0 307.192 0, I 580909.535 2, 3 -50901.2382

-I, -2 -5757737.26 0, 2 -200829.253 2, 4 10980.0822

-I, -I 6536066.15 0, 4 4429.0011 3, -2 53325212.7

-I, 0 -2233685.044 т. 0 -535158.43 3, -1 -49965311.76

-I. 128346.2340 I. 3 49452.6682 3, 0 15512219.25

-I. 3 -17225.3615 I, 4 -10639.7013 3, I -1597685.038

0, -I -803212.95 2, 0 543239.53

В пятой главе получено уравнение обобщенной барической зависимости вязкости исследуемых нефтепродуктов.

Методы расчета барической зависимости вязкости, основанные на корреляции ее с теплофизическими свойствами, являющимися функциями давления, требуют большого объема исходной информации. Основой для разработки обобщенной зависимости г\(Р) стали формулы коррекции значения вязкости при фиксированном давлении, из которых после сравнительной оценки точности выбрано уравнение формы Тэйта

т}(Р,Т) = гКР^.Т)

В( х() + % / + А(1,)-1п- '

(17)

В(г1) + 1

Зависимости и В(ч^) аппроксимированы формулами

А(11) = (9.8746-Х{ - 2.9749) / (Че - 0.5009; (18)

В(%{) = (2315.10 -1104.и-т^) / + 0.8865) (19)

Уравнение (17) обеспечивает расчет барической зависимости вязкости со средней погрешностью 1.3Ж и максимальной -11.7%.

В шестой главе предложена методика расчета вязкости жидких нефтепродуктов по минимальной исходной информации, проведено ее тестирование и даны рекомендации по применению.

При расчете.сначала определяется вязкость при давлении Р^ и нужной температуре. Затем эта величина корректируется для получения значения вязкости при нужных параметрах состояния.

Тестирование методики выполнено путем сравнения результатов расчета с данными автора и данными ОТФЛ ГНИ о нефтепродуктах раз-

личной природы (продуктах процессов каталитического крекинга и пиролиза, реактивных топливах, прямогонных фракциях Мангышлакской нефти) и нормальных алканах. Средняя погрешность определения вязкости составила 4-8%.

Методику следует применять для продуктов, близких к исследованным по физико-химическими свойствами и углеводородному составу, в диапазонах температур (0.35-0.75)-Т^ и давлений 0.1-10.0 МПа. Зависимость т\(Р) простая, что допускает экстраполяцию до 20-30 Мпа. Зависимость г\(Т) сложнее, поэтому выход за указанный температурный интервал не рекомендуется.

Если имеется экспериментальное значение вязкости при известных температуре и давлении т)э(Р,Т), то после определения расчетного значения вязкости при этих же параметрах состояния т}р(Р,Т) находится поправочный коэфЕициент Ь^цэ(Р,Т)/г)р(Р,Т), на величину которого умножаются результаты последующих вычислений. Если имеется информация о вязкости нефтепродукта на изобаре, соответствующей давлению Р0, то вязкость при нужных параметрах состояния находится по формуле

т\(Р.Т) = Г)(Р0,Т)<

В(1.) + тс 1 + А(11)-1п- '

В(%к) + 1С0

(20)

Основные выводы и заключения.

1. Проведена систематизация данных о физико-химических свойствах, оценка группового углеводородного состава и псевдокритических параметров продуктов вторичной переработки Западно-Сибирской нефти. Проанализирована зависимость физико-химических свойств от содержания углеводородов различных групп.

2. Экспериментально исследована динамическая вязкость продуктов вторичной переработки Западно-Сибирской нефти образцов в интервале температур 20-300°С и давлений 0.1-10 МПа. Показано влияние на поведение вязкости параметров состояния, физико-химических свойств и углеводородного состава нефтепродуктов.

3. Проведен анализ основных методов расчета температурной зависимости вязкости жидкости и показана невозможность их использования для нефтепродуктов. Предложена формула зависимости 7)(Т), превосходящая существующие уравнения по качеству описания поведения вязкости. На основе теории подобия получено уравнение обобщен-

ной температурной зависимости вязкости исследуемых продуктов при псевдокритическом давлении, использующее в качестве масштабных параметров комплекс Камерлинг-Оннеса и температуру фиксированного значения приведенной вязкости Г£, для которой обоснована методика получения по экспериментальным данным.

4. Установлена зависимость температуры Ts от фактора ацент-ричности Питцера. Показана необходимость использования фактора, учитывающего углеводородный состав нефтепродукта, и разработана методика его определения. Получено уравнение для расчета Т(.

5. Проведен анализ основных методов расчета вязкости жидкости как функции давления и предложено уравнение обобщенной барической зависимости вязкости исследуемых образцов, имеющее форму Тэйта. Разработана методика расчета коэффициентов этого уравнения.

6. Сформирована методика расчета вязкости жидких нефтепродуктов в интервале температур (0.35-0.75 )-Тпкр и давлений 0.1-10 МПа, надежность которой подтвердили результаты контрольных расчетов вязкости продуктов различной природы, различающихся по физико-химическим свойствам и углеводородному составу, и нормальных алка-нов. Даны рекомендации по применению методики и определены правила коррекции результатов расчета при наличии ограниченной информации о вязкости нефтепродукта.

Основное содержание диссертятуи опубликовано в работах:

1. Кирина М.А., Болдырев Д.В., Керачиди A.C. Вязкость продуктов вторичной переработки Западно-Сибирской нефти // Тезисы докладов III Всесоюзной студенческой научной конференции: Интенсификация тепло- и массообменных процессов химической технологии. Казань, 1987. - с. 27.

2. Болдырев Д.В., Керамиди A.C. О температурной зависимости вязкости нефтепродуктов // Тезисы докладов краевой научно-технической конференции молодых ученых и специалистов: Повышение эффективности строительства скважин, поисков, разведки и разработки нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений в сложных горно-геологических условиях. Ставрополь, 1987. - с. 22.

3. Болдырев Д.В. О температурной зависимости вязкости продуктов вторичной переработки Западно-Сибирской нефти // Тезисы докладов республиканской научно-технической конференции молодых ученых и специалистов: Молодежь Чечено-Ингушетии - народному хозяйству. Грозный, 1987. - с. 20.

4. Григорьев Б.А., Керамиди A.C., Болдырев Д.В. Вязкость продуктов переработки Западно-Сибирской нефти. - 1994. - 13 с. - Деп. во ВНЩ СМВ 29.11.94 г., № 754-КК.

5. Болдырев Д.В., Григорьев Б.А., Керамиди A.C. Уравнение температурной зависимости вязкости нефтепродуктов. - 1994. - 38 с. - Деп. во ВНЩ СМВ 29.11.94 г., Л 755-КК.

6. Болдырев Д.В. Расчет вязкости жидких нефтепродуктов. -1994. - 28 с. - Деп. во ВНЩ СМВ 29.11.94 г., № 756-КК.

7. Болдырев Д.В. Уравнение температурной зависимости вязкости жидкости // Тезисы докладов XXV/I научной конференции по результатам научно-исследовательской работы профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов СтГТУ за 19Э4 год. Ставрополь, ТЭ95. - с. 78.

8. Болдырев Д.В. Расчет вязкости жидких нефтепродуктов // Тезисы докладов XXV/I научной конференции по результатам научно-исследовательской работы профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов СтГТУ за 1994 год. Ставрополь, 1995. -с.79.

Подписано к П1*чмп1

Типография МЭИ. Красноказарменная. 13