определене Содержания воды в нефтИ

2. определене Содержания воды в нефтИ

Вода в нефти может быть в трех формах: растворенная, диспергированная и свободная. Содержание растворенной воды в основном зависит от химического состава нефти, нефтепродуктов и температуры. С повышением температуры растворимость воды увеличивается во всех углеводородах. Наибольшей растворяющей способностью по отношению к воде обладают ароматические углеводороды. Чем выше содержание в нефти ароматических углеводородов, тем выше в ней растворимость воды.

Присутствие воды в нефти при эксплуатации вызывает образование эмульсий. Нефтяные эмульсии имеют цвет от светло-желтого до темно-коричневого. В большинстве случаев они являются эмульсиями типа вода в нефти, в которой дисперсионной средой является нефть, а дисперсной фазой – вода. Образование эмульсий связано с поверхностными явлениями. Поверхностный слой жидкости на границе с воздухом или другой жидкостью, как известно, характеризуется определенным поверхностным натяжением, т. е. силой, с которой жидкость сопротивляется увеличению своей поверхности. Поверхностное натяжение нефти и нефтепродуктов колеблется в пределах 0,02 – 0,05 Н/м.

Содержание воды в смазочных маслах усиливает их склонность к окислению, и ускоряет коррозию металлических поверхностей, соприкасающихся с маслом. Присутствие воды в моторных топливах может привести при низких температурах к прекращению подачи топлива из-за забивки топливных фильтров кристаллами льда.

Методы определения воды в нефти и нефтепродуктах (далее нефти) могут быть разбиты на две группы: качественные и количественные.

Качественные методы позволяют определить только наличие эмульсионной и растворенной воды в нефти. К этим методам относятся пробы на прозрачность, на потрескивание и на реактивную бумагу. Первые два из этих методов используют для определения воды в прозрачных нефтепродуктах. Наиболее часто применяемым методом качественного определения воды является проба на потрескивание.

Количественные методы позволяют определить количество воды в нефти. Их делят на прямые и косвенные:

прямые - метод Дина и Старка, титрование реактивом Фишера и др.;

косвенные - колориметрический, кондуктометрический, ИК - спектрометрический и др.
2.2. Определение содержания воды по методу Дина и Старка

Это наиболее распространенный и сравнительно точный метод определения воды в нефти, жидких нефтепродуктах, пластичных смазках, парафинах, церезинах, восках, гудронах и битумах.

Сущность метода состоит в нагревании пробы до температуры кипения нефти с нерастворимым в воде растворителем и измерении объема сконденсированной воды (азеотропная перегонка), и вычислении ее количества в процентах.

В России определение воды по этому методу проводят по ГОСТ 2477-65.

- колбонагреватель или электроплитка;

- приемник-ловушку по ГОСТ 1594-69;

- обратный холодильник;

- колба круглодонная вместимостью 500 см³;

- мерный цилиндр на 100 см³;

- растворители безводные углеводородные (табл. 4).

-кипелки (пемза, неглазурованные фаянс, фарфор, или запаянные с одного конца стеклянные капилляры).

Таблица 4

Растворители безводные углеводородные

Растворители	Нефтепродукт
Толуол технический, ксилол технический	Битумы, асфальтено содержащие нефти, тяжелые остаточные котельные топлива
Нефтяной дистиллят с пределами кипения от 100 до 2000С	Нефть, жидкие битумы, мазуты, смазочные масла, нефтепродукты
Нефтяной дистиллят с пределами кипения от 100 до 1400С	Пластические смазки

Е
Рисунок 1 - Прибор

гонки в трубке холодильника задерживаются капли

воды, то их смывают растворителем, увеличив для этого на непродолжительное время интенсивность кипячения. Перегонку прекращают, как только объем воды в приемнике - ловушке не будет увеличиваться и верхний слой растворителя станет совершенно прозрачным. Время перегонки должно быть не менее 30 и не более 60 мин.

Если на стенках трубки холодильника имеются капельки воды, то их сталкивают в приемник-ловушку стеклянной палочкой.

После охлаждения испытуемого продукта до комнатной температуры прибор разбирают. Если в приемнике-ловушке собралось небольшое количество воды (до 0,3см³) и растворитель мутный, то в приемник-ловушку помещают на 20-30 мин в горячую воду для осветления и снова охлаждают до комнатной температуры. Затем записывают объем воды, собравшийся в приемнике-ловушке, с точностью до одного верхнего деления занимаемой водой части приемника-ловушки. Измерение ведут по верхнему краю мениска.

2.2.4. Обработка результатов. Массовую (Х) долю воды в процентах вычисляют по формуле:

X=100V₀/m

где V_{0 -}- объем воды в приемнике ловушке, см³;

количество воды в приемнике-ловушке 0,03 см³ и меньше считается следами.

Отсутствие воды в испытуемом нефтепродукте определяется состоянием, при котором в нижней части приемника-ловушки не видно капель воды.

Расхождение между результатами двух параллельных определений, полученные одним исполнителем считаются достоверными (с 95%-ной доверительной вероятностью), если расхождение между ними не превышает:

0,1 см³- при объеме воды, меньшем или равном 1,0 см³;

или 2% от среднего значения объема - при объеме воды более 1,0 см³;

Образец оформления результатов определения приведен в табл. 5

Таблица 5

Определение содержания воды.

Дата	Шифр пробы	№ колбы	Вес пустой колбы, г	Вес колбы с навеской, г	Навеска нефти, г.	Объем воды в ловушке, мл.	Содержание воды в нефти, %	Среднее значение, %

3. Определение вязкости

3.1. Общие сведения.

В любой жидкости под влиянием внешней силы происходит перемещение молекул относительно друг друга. Возникающее при этом трение между молекулами, т. е. внутреннее сопротивление этому перемещению, называется внутренним трением или вязкостью.

Вязкость является важнейшим физическим параметром определяющим характер нефти, входит во все гидродинамические расчеты, связанные с движением нефти, например в нефтепроводах, а также используется при подсчете запасов нефти, проектировании разработки нефтяных месторождений, в химмотологии. Различают динамическую, кинематическую и условную вязкость.

Динамическая вязкость,  - это отношение действующего касательного напряжения к градиенту скорости при заданной температуре.

Единица измерения динамической вязкости Паскаль-секунда - Пас, на практике используют обычно мПас.

Так как при определении динамической вязкости требуется источник постоянного давления на жидкость, что приводит к дополнительным техническим трудностям, поэтому наибольшее распространение при различных расчетах, а также при контроле качества нефтепродуктов получила кинематичесая вязкость.

Кинематическая вязкость  - отношение динамической вязкости жидкости к плотности при той же температуре.

ν=η/ρ

Единица кинематической вязкости в системе СИ м²/с, на практике используют обычно мм²/с. ( 1сСт = мм²/с) Согласно унифицированной программе исследования для нефти определяют кинематическую (или динамическую) вязкость при температурах от 0 до 50 ⁰ С.

• 
  температура;
  
• 
  давление;
  
• 
  структурно-групповой состав;
  
• 
  молекулярная масса углеводородов;
  
• 
  количество растворенного газа;
  
• 
  содержание и состояние высокомолекулярных парафиновых углеводородов
  
• 
  содержание и состояние асфальто-смолистых веществ
  
• 
  полярность компонентов
  

В технических требованиях на товарные топлива и смазочные масла предусмотрены соответствующие ограничения значения вязкости. Так топлива для быстроходных дизелей должны иметь кинематическую вязкость при 20⁰С в пределах 1,5 – 6,0 мм ²/с.

Кинематическая вязкость нефти различных месторождений изменяется в довольно широких пределах от 2 до 300 мм² /с при 20⁰ С. Однако в среднем вязкость (ν) большинства нефтей редко превышает 40 – 60 мм² /с.

Приборы для измерения вязкости называют вискозиметрами. Существует большое число конструкций вискозиметров. Однако наибольшее распространение получили вискозиметры истечения и ротационные.

В вискозиметрах истечения вязкость, как правило, оценивается по объему жидкости, протекающей за определенное время через капиллярную трубку ( по этой причине в большинстве случаев вискозиметры истечения называются капиллярными). Наибольшее распространение получили вискозиметры Оствальда, Каннон-Убеллоде и Пинкевича.

Второй стандартный метод (ГОСТ 1929) служит для определения вязкости наиболее вязких нефтепродуктов, способных к фазовым переходам в коллоидные или кристаллические структуры. Метод основан на изменении усилия, необходимого для вращения внутреннего цилиндра относительно наружного при заполнении пространства между ними испытуемой жидкостью при температуре t. Прибор называют ротационным вискозиметром.

Вязкость определяют по времени, за которое внутренний цилиндр совершит три полных оборота под действием грузов. Для этого цилиндры с образцом нефтепродукта выдерживают в термостате при заданной температуре t в течение 30 мин. Затем, подвесив грузы, отпускают тормоз, после первого полного оборота внутреннего цилиндра включают секундомер и засекают время трех последующих оборотов. Это время должно быть не менее 30с, иначе меняют грузы и измерение повторяют.

Семейство ротационных вискозиметров включает в себя системы с осными цилиндрами, конусами, сферами и некоторыми другими поверхностями вращения. Помимо типа рабочих поверхностей (цилиндры конусы и др.) ротационные вискозиметры отличаются друг от друга также устройствами для измерения момента вращения. Наибольшее распространение получили вискозиметры Реотест. Реотест позволят измерять динамическую вязкость и следующие аномалии текучести: структурную вязкость, пластичность (предел текучести), тиксотропию (способность некоторых структурированных дисперсных систем самопроизвольно восстанавливать разрушенную механическим воздействием исходную структуру). Диапазон температур измерения от -60 до +300⁰ С.

Для многих нефтепродуктов нормируется так называемая условная вязкость, определяемая в металлических вискозиметрах. Определение условной вязкости также основано на истечении жидкости, но не через капилляр, через калиброванное отверстие насадки (с диаметром отверстия 5 мм.) под влиянием силы тяжести (ГОСТ 6258 - 82)

Условная вязкость – отношение времени истечения 200 мл испытуемого нефтепродукта из вискозиметра типа ВУ (при температуре испытания) ко времени истечения 200 мл дистиллированной воды при температуре 20 ⁰ С. Величина этого отношения выражается как число в условных градусах (⁰ ВУ). Метод определения условной вязкости применяется для нефтепродуктов, дающих непрерывную струю в течение всего испытания и для которых нельзя определить кинематическую вязкость. Условную вязкость определяют для нефтяных топлив (мазутов).
3.2. Определение кинематической вязкости (ГОСТ 33-2000)

3.2.1.Приборы, реактивы, материалы: вискозиметр стеклянный типа ВПЖТ, ВНЖТ или ВПЖ, ВНЖ, термостат, резиновая трубка, водоструйный насос или резиновая груша, секундомер.

Сущность метода заключается в измерении калиброванным стеклянным вискозиметром времени истечения, в секундах определенного объема испытуемой жидкости под влиянием силы тяжести при постоянной температуре. Кинематическая вязкость является произведением измеренного времени истечения на постоянную вискозиметра.