Физические свойства нефтей и нефтепродуктов

1.1. Плотность жидкости

Плотность ρ представляет собой массу жидкости в единице объема. Размерность плотности дается формулой M/L³. Единицей измерения плотности в системе СИ служит 1 кг/м³. Например, плотность бензинов составляет 730-760 кг/м³, керосинов 780-830 кг/м³, дизельных топлив 840-850 кг/м³, нефтей 840-960 кг/м³.

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 - это относительное изменение объема жидкости при изменении температуры на 1 градус

(1)

Для расчета плотности в зависимости от температуры используется формула

(2)

где - коэффициент теплового объемного расширения, 1/град;

t – температура, при которой требуется узнать плотность, °С;

- плотность жидкости при стандартных условиях (t=20°С,

Таблица 1 - Коэффициент объемного расширения нефти в зависимости от плотности нефти и нефтепродуктов

Плотность при 20°С, кг/м3	Коэффициент 1/°С
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

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

(3)

где - изменение удельного веса при изменении температуры на 1 градус: , и называется температурной поправкой. Эта формула позволяет вычислять плотность (удельный вес) при температуре , если известна плотность при температуре :

(4)

где - плотность при температуре t °С,

- плотность при температуре 20 °С,

– температурная поправка к плотности.

Таблица 2 - Температурные поправки

Значения температурной поправки плотности могут быть вычислены по формуле

(5)

Для расчета плотности нефти и нефтепродуктов в зависимости от давления используется формула

(6)

в которой называется коэффициентом сжимаемости, а - модулем упругости жидкости.

- относительное изменение объема жидкости при изменении давления на 1 единицу

(7)

Для воды среднее значение модуля объемной упругости Средние значения модуля упругости для бензинов составляют , для керосинов, дизельных топлив и нефтей .

В общем случае

(8)

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

(9)

Плотность газонасыщенной нефти в зависимости от температуры изменяется по линейному закону

(10)

где - температурная поправка плотности нефти.

Плотность газонасыщенной нефти можно рассчитать по методу Стендинга и Катца, используя формулу

(11)

с поправками:

	(12)
	(13)
	(14)

где - плотность газонасыщенной нефти при давлении p и температуре t, кг/м³;

- плотность нефти после первой ступени сепарации (давление 0, 1 МПа) при t=20°C, кг/м³;

– плотность окончательно разгазированной товарной нефти, кг/м³;

Г – газовый фактор, м³/ м;

- относительная плотность нефтяного газа (по воздуху);

- кажущаяся плотность нефтяного газа, кг/м³.

Установление зависимостей плотности газонасыщенной нефти от температуры, давления и количества растворенного газа позволяет определить коэффициенты - объемный коэффициент нефти, характеризующий способность нефти увеличивать свой объем при растворении в ней газа.

Плотность в градусах API — единица измерения плотности нефти, разработанная Американским институтом нефти. Измерения в градусах API позволяют определить относительную плотность нефти по отношению к плотности воды при той же температуре. По определению, относительная плотность равняется плотности вещества, деленной на плотность воды. Так, если плотность в градусах API больше 10, то нефть легче и плавает на поверхности воды, а если меньше 10, то тонет. Плотность в градусах API и относительная плотность в при базовой температуре 60 °F (15, 6 °C) связаны четким арифметическим уравнением и могут быть легко преобразованы друг в друга.

Перевод плотности из единиц СИ в градусы API проводится по следующему алгоритму:

1. Рассчитываем плотность нефти при 15°C по значениям плотности при 20°C

(15)

где

(16)

- для товарной нефти.

2. Рассчитываем плотность нефти при 60°F

(17)

3. Рассчитываем относительную плотность

(18)

где =999, 01 кг/м³.

4. Рассчитываем плотность в °API

(19)

5. Рассчитываем объем нефти в баррелях по значениям массы, т

(20)

где М – масса в тоннах, К – коэффициент перевода

(21)

- отношение 1 барреля к 1 м³.

Задача 1. Плотность нефти при температуре 20 °С равна 845 кг/м³. Вычислить плотность той же нефти при температуре 5 °С.