Измерение в автоматическом режиме

При проведении рутинных измерений удобно использовать автоматический режим управления измерением. Для переключения плотномера в автоматический режим следует в системном меню установить управление – автомат. В этом режиме плотномер будет последовательно выполнять следующие действия:

1. Вывод термостата на режим после включения прибора, изменения установки температуры или промывки датчика. На индикаторное табло выводится надпись «Вывод термостата датчика на режим». Этап заканчивается при достижении термостатом заданной температуры.

2. Фиксация ввода пробы по изменению температуры измерительной ячейки. Ввод пробы осуществляется после вывода на индикаторное табло надписи «ГОТОВ. ВВЕДИТЕ ПРОБУ». Если плотномер, по каким либо причинам не зафиксировал ввод пробы, следует выполнить эту процедуру принудительно нажатием клавиши ENTER.

3. Стабилизация температуры измерительной ячейки. На индикаторное табло выводится надпись «Проба введена, стабилизация температуры». Этап заканчивается при достижении ячейкой температуры термостата.

4. Собственно измерение. На этом этапе включается датчик, стабилизируются его колебания. На индикаторное табло выводится надпись «Идет измерение…». Этап заканчивается при стабилизации показаний плотности.

5. Фиксация показаний. Датчик выключается, подается звуковой сигнал и на индикаторное табло выводится результат измерения. На этом цикл измерения заканчивается.

6. Переход к следующему этапу сопровождается коротким звуковым сигналом. Принудительный переход к следующему этапу осуществляется нажатием клавиши ENTER. Клавиша ESC позволяет возвратиться к первому этапу и повторить процедуру измерения.

1.3. Расчетная часть

При изменении давления и температуры плотность нефти или нефтепродукта изменяется. С повышением температуры плотность нефти уменьшается. От колебания температуры зависит и изменение объема нефти. Для оценки этого изменения введено понятие коэффициента теплового объемного расширения ξ – это относительное изменение объема жидкости при изменении температуры на 1 градус:

1/град (1.4)

Для расчета плотности в зависимости от температуры используются формулы (1.5) и (1.7) [43]:

(1.5)

в которой ξ– коэффициент теплового объемного расширения, 1/град; t – температура, при которой требуется узнать плотность, °С; ρ₂₀ – плотность жидкости при стандартных условиях (t = 20 °С, р _о = 0,1013 МПа).

Таблица 1.9

Коэффициент объемного расширения нефти в зависимости от плотности

Плотность при 20 °С, кг/м3	Коэффициент ξ, 1/оС
700–719,9	0,001225
720–739,9	0,001183
740–759,9	0,001118
760–779,9	0,001054
780–799,9	0,000995
800–819,9	0,000937
820–839,9	0,000882
840–859,9	0,000831
860–879,9	0,000782
880–899,9	0,000734
900–919,9	0,000688
920–939,9	0,000645
940–959,9	0,000604
960–979,9	0,000564
980–1000	0,000526

 

Для нефти и нефтепродуктов значения коэффициента ξ представлены в табл. 1.9. Из формулы (1.5) следует, что в тех случаях, когда t > 20 °С, ρ < ρ₂₀, а в тех случаях, когда t < 20 °С, ρ > ρ₂₀.

Еще Д.И. Менделеевым было установлено, что для большинства нефтей и нефтяных фракций, особенно в небольших интервалах температур (от 0° до 50°), зависимость плотности и удельного веса от температуры имеет линейный характер, что выражается формулой (1.6):

(1.6)

где a – изменение удельного веса (плотности) при изменении температуры на один градус и называется температурной поправкой [7]. Эта формула позволяет вычислять плотность (удельный вес) при температуре t ₂, если известна плотность (удельный вес) при температуре t ₁:

(1.7)

где r_t – плотность при температуре t ^оС, r₂₀ – плотность при температуре 20 °С, a – температурная поправка плотности (табл. 1.10).

Таблица 1.10

Средние температурные поправки плотности нефти и нефтепродуктов

Плотность при 20 °С, кг/м3	Температурная поправка плотности, кг/(м3∙град)	Плотность при 20 °С, кг/м3	Температурная поправка плотности, кг/(м3∙град)
690–699	0,910	850–859,9	0,699
700–709,9	0,897	860–869,9	0,686
710–719,9	0,884	870–879,9	0,673
720–729,9	0,870	880–889,9	0,660
730–739,9	0,857	890–899,9	0,647
740–749,9	0,844	900–909,9	0,633
750–759,9	0,831	910–919,9	0,620
760–769,9	0,818	920–929,9	0,607
770–779,9	0,805	930–939,9	0,594
780–789,9	0,792	940–949,9	0,581
790–799,9	0,778	950–959,9	0,567
800–809,9	0,765	960–969,9	0,554
810–819,9	0,752	970–979,9	0,541
820–829,9	0,738	980–989,9	0,528
830–839,9	0,725	990–1000	0,515
840–849,9	0,712

 

Значения температурной поправки плотности могут быть вычислены по уравнению [1]:

(1.8)

Для расчета плотности нефти или нефтепродукта в зависимости от давления используется формула [17]:

(1.9)

в которой β_р называется коэффициентом сжимаемости,а К = 1/β – модулем упругости жидкости.

β _p – относительное изменение объема жидкости при изменении давления на 1 единицу:

1/Па (1.10)

Для воды среднее значение модуля объемной упругости К =2·10⁹ Па [18]. Средние значения модуля упругости К для бензинов составляют»10⁹ Па (1000 МПа); для керосинов, дизельных топлив и нефтей» 1,5∙10⁹ Па (1500 МПа) [17].

В общем случае [18]:

(1.11)

Обобщенная формула, учитывающая как барическое, так и тепловое расширение, имеет следующий вид:

(1.12)

Наличие растворенного и окклюдированного нефтяного газа оказывает на плотность нефти сложное влияние, зависящее от температуры, давления и степени разгазирования.

Плотность газонасыщенной нефти в зависимости от температуры изменяется по линейному закону [16]:

(1.13)

где a – температурная поправка плотности нефти.

Экспериментально показано, что плотность газонасыщенных нефтей в зависимости от количества растворенного газа достаточно хорошо описывается формулой [16]:

(1.14)

где – плотность дегазированной нефти при фиксированной температуре и давлении; b – константа, индивидуальная для каждой нефти; Г _р – газовый фактор, м³/м³.

Перевод плотности из единиц системы СИ в градусы API проводится в два этапа:

1. определяем плотность нефти при 15,6 ^оС (60^оF) по формуле (1.7):

2. рассчитываем плотность в градусах API по формуле (1.2):

(1.2)

где – относительная плотность нефти при 60^оF.

Плотность воды при 60^оF принимается равной 999,006 кг/м³ [13].

1.3.1. Типовые задачи [17, 18]

1.3.1 Плотность нефти при температуре 20 °С равна 845 кг/м³. Вычислить плотность той же нефти при температуре 5 °С. (Использовать формулы (1.5) и (1.7)).

Ответ. 855,5 кг/м³.

 

1.3.2 Плотность нефти при температуре 5 °С составляет 875 кг/м³. Вычислить плотность той же нефти при температуре 20 °С. (Использовать формулы (1.5) и (1.7)).

Решение

Согласно (1.6) имеем уравнение:

Коэффициент ξ полагаем сначала соответствующим плотности нефти при Т = 5 °С: ξ = 0,000782 (табл. 1.9). Тогда:

Поскольку найденное значение плотности ρ₂₀ принадлежит тому же интервалу, для которого принято значение коэффициента ξ, то полученный результат в дальнейшем уточнении не нуждается.

Ответ. 864,9 кг/м³.

 

1.3.3 Плотность зимнего дизельного топлива при температуре 12 °С составляет 840 кг/м³. Какова будет его плотность при температуре 18 °С?

Решение

Согласно (1.5) имеем

Отсюда получаем:

Если положить ξ = 0,000882 таким же, как и для нефти с плотностью 820–839 кг/м³, то для ρ ₁₈ получаем:

Тогда

Это значение находится в том же диапазоне плотностей, для которого справедливо выбранное значение ξ = 0,000882, следовательно, полученный результат в дальнейшем уточнении не нуждается.

Ответ. 835,6 кг/ м³.

 

1.3.4 Уровень нефти (ρ₂₀=850 кг/м³) в вертикальном цилиндрическом резервуаре составлял утром 9 м, считая от дна резервуара. Определить, насколько изменится этот уровень днем, когда средняя температура жидкости увеличится на 7 °С.

Решение

Запишем уравнение (1.5) для двух значений плотности – утренней и дневной:

где ρ_ут, ρ_дн и Т _ут, Т _дн – утренние и дневные плотности нефти и температуры, соответственно.

Из этих уравнений находим изменение плотности Δ ρ:

Поскольку масса нефти в резервуаре не изменилась, то должны иметь место равенства:

где S – площадь дна и Н – уровень нефти в резервуаре.

Можно записать:

где Δ Н – изменение уровня нефти в резервуаре.

Тогда:

Дневная плотность нефти ρ _дн нам неизвестна. Но она незначительно отклоняется от плотности нефти при 20 °С, т. е. от 850 кг/м³, поэтому с достаточной степенью точности имеет место равенство:

Тогда находим Δ Н:

Ответ. Уровень нефти повысится на 5,23 см.

 

1.3.5 В вертикальном цилиндрическом резервуаре d = 4 м хранится 100 т нефти, плотность которой при 0 °С ρ _о = 850 кг/м³. Определить изменение уровня в резервуаре при изменении температуры нефти от 0 до 30 °С. Расширение резервуара не учитывать. Коэффициент теплового расширения нефти принять равным ξ = 0,00072 1/градус.

Решение

Объем, занимаемый нефтью при температуре 0 °С:

В соответствии с формулой (1.5) изменение объема при изменении температуры на 30 °С:

Изменение уровня нефти в резервуаре:

Ответ. Уровень нефти повысится на 0,203 м.

 

1.3.6 Давление дизельного топлива (ρ₂₀ = 840 кг/м³) в практически горизонтальном участке нефтепродуктопровода составляет 20 атм. Вычислить плотность топлива на этом участке, если известно, что температура жидкости равна 15 °С. Тепловым расширением трубопровода пренебречь.

Решение

Плотность дизельного топлива с поправками на давление и температуру:

Ответ.» 844,5 кг/м³.

1.3.2. Задание для самостоятельной работы

1. Решить типовые задачи, указанные преподавателем, используя исходные данные соответствующего варианта (табл. 1.11, 1.12, 1.13).

2. Решить самостоятельно задачи [18]:

1.3.7 Определить плотности воды и нефти при некоторой температуре t, если известно, что объем воды V _в при t имеет массу m _в, а масса того же объема нефти равна m _н. Сравнить плотность нефти с плотностью воды.

1.3.8 Цистерна заполнена нефтью плотностью ρ. Диаметр цистерны 3 м, длина – 6 м. Определить массу жидкости в цистерне.

1.3.9 Найти плотность смеси жидкостей ρ _см, имеющей известный массовый состав. Плотности каждой жидкости ρ ₁ и ρ ₂ известны.

1.3.10 Определить, насколько изменится уровень нефти в цилиндрическом резервуаре при изменении температуры от t ₁ до t ₂. Известны: плотность нефти при 20 °С, диаметр резервуара d, высота заполнения резервуара нефтью Н. Расширение резервуара не учитывать.

1.3.11 Трубопровод диаметром d и длиной l, подготовленный к гидравлическому испытанию, заполнен водой при атмосферном давлении. Какое количество воды необходимо дополнительно подать в трубопровод, чтобы давление в нем поднялось до N МПа по манометру? Коэффициент сжимаемости воды принять равным β _p=0,5·10^–9 Па^–1. Деформацией трубопровода пренебречь.

1.3.12 Насколько изменится объем воды, находящейся в пластовой водонапорной системе, окружающей нефтяное (или газовое) месторождение, за счет упругого расширения при падении пластового давления на Δ р МПа, если вода занимает площадь S га, средняя толщина пласта h м, пористость пласта m %, коэффициент сжимаемости воды β _p=4,28·10^–10 Па^–1.

Примечание. Пористость m равна отношению объема пор, занятых жидкостью, к объему пор пласта.

1.3.13 Избыточное давление в нефтяном пласте составляет N МПа. Можно ли предотвратить выброс нефти из скважины, заполнив ее глинистым раствором плотностью ρ. Глубина скважины Н м.

3. Переведите плотность нефти при температуре 20 ^оС (см условие задачи 1.3.1) в градусы API.

4. Построить зависимости плотности нефти от содержания смол и от содержания асфальтенов по данным табл. 1.1 и от содержания парафинов – по данным табл. 1.2. Охарактеризовать вид полученной зависимости.

5. Сравнить плотность углеводородов разных классов (алканы, нафтены, арены) с одинаковым числом атомов углерода, используя таблицы П1, П2, П3 Приложения. Сделать заключение по изменению плотности углеводорода в зависимости от класса.

6. Выполненное задание оформить в виде отчета.

Таблица 1.11

Исходные данные к индивидуальным заданиям

№ варианта	Задача 1.3.1	Задача 1.3.2	Задача 1.3.3
r20, кг/м3	t 2, оС	t 1, оС	r1, кг/м3	t 1, оС	r1, кг/м3	t 2, оС

Таблица 1.12

Исходные данные к индивидуальным заданиям

№ варианта	Задача 1.3.4	Задача 1.3.5*
r20, кг/м3	Н, м	+D t, оС	d, м	m, т	r20, кг/м3	t1, оС	t2, оС
		10,2
		8,5
		7,8
		6,5
		9,2
		10,0
		9,4
		7,4
		5,9
		7,9
		11,4
		10,3
		7,6
		8,7
		9,3
		8,3
		8,0
		10,1
		8,6
		9,5
		8,7
		7,9
		10,2
		6,9
		8,2
		9,0
		8,5
		7,4
		8,9
		9,0

* – коэффициент ξ принять по табл. 1.9.

Таблица 1.13

Исходные данные к индивидуальным заданиям

№ варианта	Задача 1.3.6	Задача 1.3.7	Задача 1.3.8
r20, кг/м3	t, оС	Р, атм	t, оС	V в, л	m в, кг	m н, кг	rн, кг/м3
						9,998	8,25
						14,999	11,89
						19,999	17,50
						24,999	22,30
						30,000	25,90
						34,999	30,67
						39,998	35,80
						44,996	41,60
						49,994	45,30
						54,989	48,40
						59,983	53,34
						64,975	59,72
						69,966	60,13
						79,952	71,15
						99,927	87,49
						89,921	80,24
						74,923	65,25
						84,898	68,14
						94,868	80,66
						21,965	17,32
						63,887	56,65
						85,829	80,39
						15,965	13,45
						57,859	50,25
						91,753	87,23
						43,871	35,45
						51,834	47,15
						72,747	66,76
						67,745	62,18
						87,645	78,00

 

Таблица 1.14

Исходные данные к индивидуальным заданиям

№ варианта	Задача 1.3.9	Задача 1.3.10
С1, %	С2, %	r1, кг/м3	r2, кг/м3	r20, кг/м3	t 1, оС	t 2, оС	d, м	Н, м
									10,0
									11,0
									9,0
									8,0
									9,5
									11,5
									10,5
									10,0
									11,0
									14,0
									17,0
									15,0
									16,0
									12,0
									13,0
									10,6
									11,2
									9,5
									8,6
									9,0
									11,0
									9,5
									10,8
									11,9
									14,5
									16,7
									17,8
									15,0
									16,6
									14,8

 

Таблица 1.15

Исходные данные к индивидуальным заданиям

№ варианта	Задача 1.3.11	Задача 1.3.12	Задача 1.3.13
d, мм	l, м	Р, МПа	Δ Р, МПа	S· 10– 3 , га	h, м	m, %	Р, МПа	Н, м	r, кг/м3
				5,0				6,9
				4,8				10,0
				6,0				20,0
				3,9				22,0
				7,0				25,0
				10,0				21,0
				12,0				18,0
				4,0				19,4
				8,0				24,2
				15,0				26,1
				20,0				17,3
				7,0				8,6
				6,6				10,9
				14,0				12,4
				21,0				16,8
				19,0				14,0
				9,0				16,9
				18,0				24,0
				11,0				23,8
				10,7				28,0
				7,6				25,6
				5,3				20,6
				13,8				22,8
				16,7				19,9
				19,2				25,1
				24,7				17,9
				16,3				14,4
				8,2				16,0
				10,8				17,2
				12,0				23,7

 

 

1.4. Приложение

Таблица П1

Физические свойства некоторых метановых углеводородов [1]

Углеводород	Формула	Молекулярная масса	Плотность, г /см3	Показатель преломления	Температура, °С
застывания	кипения
Метан	СН4	16,04	0,3000	–	–	–161
Этан	С2Н6	30,07	0,4570	–	–	–88
Пропан	С3Н8	44,09	0,5077	–	–	–42
Бутан	C4H10	58,12	0,5845	–	–	–0,5
Пентан	C5H12	72,15	0,6312	1,3575	–	+36,0
Гексан	C6Hl4	86,17	0,6640	1,3748	–	68,7
Гептан	C7H16	100,20	0,6882	1,3876	–90,6	98,5
Октан	C8H18	114,22	0,7069	1,3974	–56,8	125,7
Нонан	С9Н20	128,25	0,7217	1,4054	–53	150,8
Декан	С10Н22	142,28	0,7341	1,4119	–30
Ундекан	С11Н24	156,30	0,6442	1,4172	–26,5
Додекан	С12Н26	170,33	0,7526	1,4216	–12
Тридекан	C13Н28	184,35	0,7607,	1,4256	–6,2
Тетрадекан	C14H30	198,38	0,7677	1,4289	+6,5
Пентадекан	Cl5H32	212,41	0,7721	1,4319	+10
Гексадекан	C16H34	226,43	0,7773	1,4345	+18,0

 

 

Таблица П2

Физические свойства некоторых нафтеновых углеводородов [1]

Углеводород	Формула	Молекулярная масса	Плотность	Показатель преломления	Температура, °С
застывания	кипения
Циклопропан	С3Н6	42,07	0,6720 (при –30 °С)	–	–	32,8
Циклобутан	С4Н8	56,10	0,6946	–	–65	12,5
Циклопентан	C5H10	70,13	0,7454	1,3650	–93	49,3
Циклогексан	С6H12	84,15	0,7785	1,4065	+6,5	80,7
Циклогептан	С7Н14	93,18	0,8100	1,4262	–12	118,8
Циклооктан	C8H16	112,21	0,8305	1,4490	+14,4	151,1
Циклононан	C9H18	126,23	0,8503	1,4587	–	178,4
Декалин	C10H18	138,25	0,8963	1,4666	–43	197,7
Адамантин	C10H16	136,24	1,07	–		–
Дициклогексил	C12H22	166,3	0,8644	1,4776	+28	238,5

 

Таблица П3

Физические свойства некоторых ароматических углеводородов [1]

Углеводород	Формула	Молекулярная масса	Плотность	Температура, °С	Показатель преломления
плавления	кипения
Бензол	С6Н6	78,00	0,8790	+5,5	80,1	1,5017
Нафталин	C10H8	128,18	1,170	+80,2	218,0	1,58
Антрацен	C14H10	178,24	1,220	+216	342,0	–
Пирен	C16H10	202,26	1,287	+150	362,0	–

Контрольные вопросы

1. Что такое плотность жидкости?

2. В каких единицах измеряется плотность нефти?

3. Что такое удельный вес вещества?

4. Как связаны между собой плотность и удельный вес жидкости?

5. Как найти объем жидкости, плотность и масса которой известны?

6. Что такое относительная плотность нефти?

7. Какие значения температуры и давления соответствуют «нормальным условиям» и «стандартным условиям»?

8. Как зависит плотность нефти от содержания в ней смол и асфальтенов?

9. Как зависит плотность нефти от температуры?

10. Как зависит плотность нефти от содержания растворенных газов?

11. Как зависит плотность нефти от давления?

12. Как соотносится между собой плотность углеводородов различных классов, содержащих одинаковое число атомов углерода?

13. С учетом одинакового содержания смол и асфальтенов в нефтях, не содержащих газов, расположите нефти в порядке возрастания их плотности: нафтеновые, ароматические и парафиновые нефти.

14. Как зависит плотность нефти от глубины залегания нефтеносного пласта?

15. Плотность смеси жидкостей – это аддитивное свойство?

16. Суть экспериментального метода определения плотности нефти ареометром.

17. Суть экспериментального метода определения плотности нефти вибрационным плотномером.

18. В каком масштабе стандартизирован метод определения плотности нефти ареометром?

19. Какие требования предъявляются к температуре нефти при экспериментальном определении ее плотности ареометром?

20. Какие типы нефти по плотности выделены согласно ГОСТу Р51858-2002?

21. Что такое коэффициент теплового объемного расширения жидкости ξ? Его размерность.

22. Что такое температурная поправка плотности α? Ее размерность.

23. Что такое коэффициент сжимаемости жидкости β? Его размерность.

24. Если β _р1 > β _р2, то какая из жидкостей (1 или 2) более сжимаема?

25. Что такое модуль упругости жидкости К? Его размерность?

26. Если К ₁ > К ₂, то какая из жидкостей более сжимаема?

27. Чему равен 1 нефтяной баррель?

 

⇐ Предыдущая12

Поделиться:

Читайте также:

III. ПЕРВИЧНОЕ ИЗМЕРЕНИЕ СОЦИАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
IХ. Изучите пункт 1.1.11. Измерение сопротивлений, мощностей и углов сдвига фаз с помощью виртуальных приборов.
P1.8.3.3 Шариковый вискозиметр: измерение зависимости вязкости ньютоновской жидкости от температуры
А. Измерение уровня звукового давления на рабочем месте
А. Понятие и измерение эластичности
Активы, обязательства и капитал как элементы, связанные с измерением финансового положения
Алгоритм измерение роста
БЛАГОДАРНОСТЬ – ЗАБЫТОЕ ИЗМЕРЕНИЕ.
Быстрое создание таблицы в режиме конструктора
Вопрос 10. Измерение площадей с помощью палеток

Воспользуйтесь поиском по сайту: