УСТАНОВКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПОДВИЖНОСТИ ВЯЗКИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ

Изобретение относится к устройствам исследования и анализа материалов и может быть использовано в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности для определения параметров температурной подвижности вязких технологических жидкостей, например относительной текучести, температуры текучести, температуры застывания высокопарафинистых и смолистых нефтей, нефтепродуктов (масел, дизельных топлив), депрессии их температуры застывания после обработки депрессорными присадками, а также относительной эффективности депрессорных присадок к нефтям и ингибиторов асфальтено-смоло-парафиновых отложений (АСПО).
Известны устройства для определения вязкости (обратная ей величина - текучесть) технологических жидкостей; например, реометр трубчатого типа, или ротационный вискозиметр «Реотест-2», воронка ВЗ-24Б.
Известен метод определения температуры застывания (ГОСТ 20287-91) с использованием термометра любого типа для измерения температур, бани масляной, водяной или воздушной, реактивов и секундомера любого типа. Допускается применять аппараты типа ЛАЗ-М и ЛАЗ-М3 или аналогичные, обеспечивающие проведение испытаний с точностью, указанной в стандарте. Сущность метода заключается в предварительном нагревании образца испытуемого продукта с последующим охлаждением его с заданной скоростью до температуры, при которой образец остается неподвижным. Указанную температуру принимают за температуру застывания. Наиболее низкую температуру, при которой наблюдается движение продукта в условиях испытания, принимают за температуру текучести.
Известен вискозиметр капиллярный стеклянный ВПЖ (паспорт АКЛ 2.842…ПС. 1986 г.), который предназначен для определения вязкости прозрачных жидкостей, который представляет собой U-образную трубку, в колено которой впаян капилляр. Измерение вязкости при помощи капиллярного вискозиметра основано на определении времени истечения через капилляр определенного объема жидкости из измерительного резервуара.
Наиболее близка по назначению и технической сущности к заявляемой полезной модели установка для определения текучести и температуры текучести вязких технологических жидкостей, содержащая термостатируемую панель регулируемого наклона с канавками-направляющими для нанесения испытываемых технологических жидкостей. Установка снабжена прозрачной крышкой со шкалой для определения пути протекания жидкости, основанием, на котором шарнирно закреплен нижний конец панели и на котором установлена планка со шкалой для регулирования угла наклона панели, термостатируемой кассетой-пробоотборником и многоканальной пипеткой (Заявка на изобретение 2006126108, опубл. 21.07.2008). Однако, температурное поле панели в указанном устройстве неоднородно по канавкам-направляющим. Так при температуре панели ниже температуры окружающего воздуха, температура поверхности канавок-направляющих, расположенных в центре, оказывается на 1-5°С ниже температуры поверхности канавок-направляющих, расположенных по краям термостатируемой панели, и соответственно выше - в противоположном случае. Кроме того, если о температуре панели судить по температуре теплоносителя, выходящего из термостатируемой панели, то температуры застывания образцов из-за значительного теплообмена между рабочей поверхностью термостатируемой панели и воздухом помещения, в котором проводятся измерения, оказываются систематически заниженными на 0,5-5°С, если температура застывания образца ниже температуры окружающего воздуха, и систематически завышенными на 0,5-3°С, если температура застывания образца выше температуры воздуха помещения, в котором проводятся измерения.
В основу настоящего технического решения положена задача создания новой установки для определения характеристик подвижности вязких технологических жидкостей: высокопарафинистых и смолистых нефтей, а также нефтепродуктов (масел, дизельных топлив) с целью повышения точности определения.
Технический результат - возможность более точного определения характеристик подвижности вязких технологических жидкостей (относительная текучесть, температура застывания, температура текучести и т.п.), достигаемая за счет дополнительной термостатируемой крышки, обеспечивающей равенство температур панели и воздуха над канавками-направляющими и снижение температурной разницы (до 0,2-0,5°С) между канавками-направляющими в центре и по краям термостатируемой панели.
Заявляемая установка для определения характеристик подвижности вязких технологических жидкостей содержит термостатируемую панель регулируемого наклона с канавками-направляющими для нанесения образцов исследуемых технологических жидкостей, которая снабжена откидной термостатируемой крышкой, обеспечивающей равенство температур панели и воздуха над канавками-направляющими и снижение температурной разницы между канавками-направляющими в центре и по краям термостатируемой панели, прозрачную крышку со шкалой для определения пути протекания жидкости, основание, на котором шарнирно закреплен нижний конец термостатируемой панели, и механизм (ручка) для установки угла наклона термостатируемой панели.
На фиг.1 изображен один из вариантов предлагаемой установки.
Установка состоит из термостатируемой металлической панели 1 регулируемого наклона с канавками-направляющими, откидной термостатируемой крышки 2, прозрачной крышки 3 со шкалой, служащей для измерения пути протекания образцов, ручки 4 для установки угла наклона панели, основания 5 и шлангов 6 для подвода теплоносителя.
Описание работы установки
i
Определение относительной текучести. Вариант А. Наклонную термостатируемую панель 1 и откидную термостатируемую крышку 2 установки соединяют шлангами 6 с термостатом (криостатом). Температура термостатирования определяется конкретными задачами испытаний. При оценке эффективности депрессорных присадок к нефтям температуру панели устанавливают на 1-10°С ниже температуры застывания необработанной реагентами нефти. Ручкой 4 устанавливают угол наклона панели 1 (напр. ~45°). Панель 1 закрывают откидной термостатируемой крышкой 2. После выравнивания температуры панели 1 по всей поверхности и предварительного прогрева образцов жидкостей до 50° производят последовательный отбор образцов жидкостей одноканальным дозатором и дозирование их на канавки-направляющие панели 1 в области нулевой отметки, совпадающей в рабочем положении термостатируемой крышки 2 с ее верхним ребром. После завершения стекания образцов по канавкам панели 1, установку переводят в горизонтальное положение, термостатируемую крышку 2 отводят в боковое положение, на термостатируемую панель 1 устанавливают прозрачную крышку 3 со шкалой, по которой определяют длину пути протекания образцов. Текучесть исследуемых образцов оценивают относительно жидкости, принятой за стандарт в конкретных условиях измерения (температура термостатирования панели 1, угол наклона панели, объем дозируемого образца, температура предварительного прогрева образцов перед их дозированием). Относительную текучесть F испытанных образцов рассчитывают по соотношению (1):
i
0
где L - длина пути (мм) протекания исследуемого образца, L - длина пути (мм) протекания образца, принятого за стандарт.
Вариант Б. В случае, когда образцы жидкостей в выбранных условиях эксперимента (высокая температура панели, нефти смолистого типа и др.) продолжают течь до конца канавок-направляющих термостатируемой панели 2, то в расчете относительной текучести используют время протекания образцами заданного участка пути или всей канавки-направляющей.
В этом случае расчет относительной текучести рассчитывают по соотношению (2):
0
i
где τ, τ - время протекания по канавке-направляющей образца жидкости, принятой за стандарт, и испытуемого образца, соответственно.
0
0
По этим же методикам (варианты А и Б) проводится оценка эффективности депрессорных присадок и ингибиторов АСПО к нефтям. За стандарт принимают длину пути L или время τ протекания образца необработанной реагентом нефти.
Данные по определению относительной текучести образцов нефти, обработанных различными депрессорными присадками, а также одним реагентом в различных дозировках, приведены в таблице 1. Из данных таблицы следует, что при дозировках реагентов 200 г/т эффективно повышает текучесть нефти лишь реагент 1 (более чем в 2,59 раза). Реагенты 2, 3, 4 для данной нефти в дозировке 200 г/т приводят к отрицательному эффекту - снижению текучести. Кроме того, оптимальные дозировки реагента 1 лежат в интервале 50-200 г/т. Увеличение дозировок реагента 1 до 500-1000 г/т приводит к снижению текучести даже по сравнению с необработанной реагентом нефтью. Из представленных данных видно, что устройство позволяет определять относительную текучесть вязких технологических жидкостей, что, в свою очередь, может быть использовано в оценке эффективности химреагентов, применяемых в нефтедобывающей промышленности для повышения текучести (снижения вязкости) нефтей.
Определение температуры застывания. Термостатируемую панель 1 устанавливают в наклонное положение (15-45°). Начальную температуру термостатируемой панели 1 и откидной термостатируемой крышки 2 устанавливают путем подачи из криостата теплоносителя, имеющего температуру на 3-5°С выше предполагаемой температуры застывания исследуемого образца, и контролируют по цифровому электронному термометру (напр. ЛТ-300), выносной датчик которого может быть помещен в одну из канавок-направляющих термостатируемой панели 1. Криостат включают на охлаждение с заданной скоростью. По мере охлаждения панели 1 проводят последовательное дозирование фиксированных объемов образцов нефти, нефтепродукта или технологической жидкости, подогретых предварительно до 50°С (по аналогии с ГОСТ 20287-91) на канавки-направляющие наклонной термостатируемой панели 1. После завершения дозирования образцов при различных температурах наклонную термостатируемую панель переводят в горизонтальное положение, отводят термостатируемую крышку 2 в боковое положение, устанавливают прозрачную крышку 3 со шкалой на термостатируемую панель 1 и снимают длины путей (L) протекания образцов. На Фиг.2 представлен график зависимости пути протекания образца сборной парафинистой нефти (ЦППН г.Нефтекумск Ставропольский край) от температуры. По точке пересечения двух линейных участков зависимости L=f(t) определяют температуру застывания (19,9°С) исследуемого образца.
Определение температуры текучести. Определение температуры текучести вязких технологических жидкостей проводится по температуре начала течения образцов, нанесенных на предварительно охлажденную и горизонтально установленную термостатируемую панель с последующим переводом ее в вертикальное положение и медленным нагревом. Температура термостатируемой панели, при которой начинается визуально наблюдаемое смещение по канавке-направляющей застывшего образца, принимается за температуру начала текучести.
Точность результатов, полученных на заявляемой установке, а именно относительной текучести выше в 1,5-2 раза, а температур текучести и застывания в 2-3 раза по сравнению с прототипом. Точность (сходимость и воспроизводимость) определения температурных характеристик по сравнению с ГОСТ 20287-91 выше в 3-5 раз.
Таким образом, заявляемая установка для определения характеристик подвижности вязких технологических жидкостей, снабженная дополнительно термостатируемой крышкой, обеспечивающей равенство температур панели и воздуха над канавками-направляющими и снижение температурной разницы между канавками-направляющими в центре и по краям термостатируемой панели, позволяет существенно повысить точность определения характеристик подвижности вязких жидкостей по сравнению с прототипом.