Определение плотности нефтепродуктов

Плотность нефтепродуктов – параметр, значение которого подлежит обязательной стандартизации. Этот показатель дает понимание о массе нефтепродуктов. Несмотря на то, что нефть – это жидкое вещество, определить ее количество, как у других жидкостей (измерить ее в литрах), нельзя. По одному объему тары, в которой хранится нефть, понять, сколько конкретно продукта есть в таре, не получится.

Объем содержимого с нефтяной основой меняется при различной температуре воздуха. Но понять массу можно используя формулу ее зависимости от плотностных характеристик. Исследователи разработали несколько методов определения плотности нефтепродуктов, помогающих достичь максимально точных значений.

Плотность нефтепродуктов – что это

Плотность – это количество массы продукта в единице объема. Масса по стандартизированной системе измеряется в килограммах, объем – в кубических метрах. В результате плотность измеряют в килограммах на кубический метр.

Простое деление массы на объем дает показатель абсолютного параметра. Но общепринятым в системе стандартизации нашей страны понятием стала относительная плотность нефтепродуктов. Это отношение показателя плотностной характеристики нефтяных продуктов к аналогичному показателю параметра дистиллированной воды.

При этом нефть берут при температуре 20 градусов, а воду – при температуре четыре градуса по шкале Цельсия. Единиц измерения у такой физической характеристики нет, а обозначается она, как р4/20. Подобная температура воды определена не случайным выбором – при четырех градусах р этого вещества равна единице. Поэтому абсолютный и относительный параметр совпадают.

В других странах система стандартизации также подразумевает относительную плотность, но при ее определении нефтяные продукты и воду берут при одинаковой температуре, равной 15 градусам по шкале Цельсия. Такой параметр обозначают так – р15/15.

Точный показатель плотности нефтепродуктов различается в разных регионах нефтедобычи. Колебания составляют от 0,7 до 1,07 кг/м³.

Определение плотности нефтяных продуктов необходимо для того, чтобы рационально расходовать добытые ископаемые ресурсы. Физическая характеристика помогает точно определить массу при продаже и покупке нефти, при использовании ее в хозяйстве.

Важно знать массу нефтепродуктов при ликвидации аварий, результатом которых стал разлив нефти на почве или в воде. Точная масса поможет изъять из окружающей среды весь объем вылившейся жидкости, снизив до минимума возможность негативных последствий.

Методы измерения плотности нефтепродуктов

Разработано несколько методик для измерения плотности продуктов из нефти. Выбор метода зависит от нескольких параметров:

• количество нефтепродуктов в наличии,
• вязкость измеряемой жидкости,
• необходимая точность определения показателя,
• время, доступное для проведения анализа.

Для проведения измерений используют стандартизированные приборы.

Измерения посредством ареометра

Ареометр – самый простой инструмент для замеров плотности нефтяных продуктов. Подобные инструменты разработаны для измерения плотностных характеристик любых жидких субстанций. В конструкции две шкалы – одна для определения температуры вещества, другая – для относительной плотности. У инструмента есть погрешность:

• 0,001 – для продукции с малой вязкостью;
• 0,005 – для продукции с высокой вязкостью.

Для проведения замеров с помощью ареометра нужно взять резервуар цилиндрической формы, высота которого будет на пятую часть (20%) превышать длину измерительного инструмента.

Алгоритм проведения замеров:

1. Устойчиво поставить емкость на ровную поверхность.
2. Налить анализируемые нефтепродукты в резервуар.
3. Взять прибор так, чтобы грузик оказался снизу, поставить его в сосуд с нефтепродуктами.
4. Подождать, пока прибор остановится в устойчивом положении.
5. Посмотреть показатель на шкале инструмента, определить температуру исследуемой жидкости.
6. Взять прилагаемую к ареометру таблицу показателей, найти зафиксированный температурный результат по вертикали и показатель ареометра по горизонтали. От указанных значений нужно провести горизонтальную и вертикальную линии. Искомый показатель плотности находится на перекрещении линий. Единица измерений замера – г/см³. Замер показывает плотность измеряемой жидкости при температуре 20 градусов Цельсия.

Ареометром можно измерить аналогичную характеристику жидкостей с высокими показателями вязкости. Для этого исследуемое вещество разбавляют равным количеством керосина, р которого известна. После снятия показаний измерительного прибора применяют формулу, по которой рассчитывают плотность исходного нефтяного продукта.

У ареометра есть определенные пределы: максимальное и минимальное полученное значение. Так р бензина для автомобиля можно рассчитать в пределах от 0,71 до 0,77, топлива для авиации – от 0,65 до 0,71, керосина – от 0,77 до 0,83, дизтоплива – от 0,83 до 0, 89, тяжелых темных нефтепродуктов – от 0,89 до 0,95.

Измерения посредством денсиметра

Денсиметр – инструмент для определения плотности вещества. От ареометра он отличается тем, что в конструкцию включена только одна шкала, показывающая значение р. Температуру жидкости для определения параметра нужно измерять отдельно. Это делают до проведения инструментального замера и после.

Разница температурных показателей не должна быть больше 0,2 градуса. Среднее значение температуры нужно найти в таблице (таблица та же, что и для ареометра). Если в таблице нет таких цифровых показателей, полученное среднее значение округляют до ближайшего имеющегося. Искомый параметр для вещества при температуре 20 градусов Цельсия также есть в таблице.

У денсиметра тоже есть погрешность. Если требуется высокая точность замеров, оба эти метода не подходят. Также не получится применить эти методы, если объема представленной для изучения субстанции недостаточно для заполнения емкости, в которую можно поместить прибор.

Есть и электронные варианты ареометра и денсиметра. Производители выпускают стационарные и переносные модели инструментов. Электронные модели дороже аналоговых, но их показатели точнее.

Измерения посредством пикнометра

Пикнометр – инструмент, помогающий определить значение р нефтяного продукта, исходя из его объема и температуры. Представляет собой резервуар из термостойкого стекла, на который нанесены деления для определения объема залитой в него субстанции. В роли пикнометра может выступать любой резервуар из термостойкого стекла, выдерживающего нагрев вещества до температуры в 20 градусов. Главное условие – на стенки сосуда должны быть нанесены деления для точного определения объема.

Алгоритм проведения замеров:

1. В емкость наливают переданную для исследований субстанцию, следя за совпадением объема залитого вещества с требуемым для проведения анализа объемом.
2. Замеряют температуру жидкости. Если она превышает 20 градусов, жидкость охлаждают. Если температура меньше 20 градусов, вещество нагревают до нужной температуры.
3. Резервуар с жидкостью помещают на весы с высокой точностью показаний. Погрешность весов не должна быть больше 0,0002 грамма.
4. Из полученной массы вычитают массу самой емкости.
5. Применяют формулу для расчета значения р: делят полученную массу на объем субстанции в емкости.

Пикнометр используют и при применении расчетного метода определения значения р продукции нефтеперегонки и смесей, содержащих нефть. Для этой методики, кроме самой емкости и исследуемого вещества, потребуется дистиллированная вода.

До проведения замеров пикнометр нужно тщательно промыть сначала водой, потом спиртом для удаления любого налета на стенках, способного повлиять на результат. Емкость тщательно протирают до сухого состояния, взвешивают на точных электронных весах, фиксируя его массу. Если на стенке емкости нет меток, показывающих объем залитого вещества, нужно нанести одну метку, удобную для проведения измерений.

Алгоритм исследования:

1. В емкость заливают дистиллированную воду до метки на стенке.
2. Сосуд ставят на электронные весы, записывают показанное ими значение.
3. Вычисляют объем воды. Для этого применяют формулу: из массы емкости с водой вычитают массу пустого резервуара и умножают полученное значение на 0,99823. Это число обозначает массу 1 мл дистиллированной воды в эталонных условиях (температура – 20 градусов).
4. Воду выливают, в емкость заливают исследуемую субстанцию до отметки на стенке.
5. Подогревают сосуд вместе с исследуемым веществом до температуры 20 градусов в камере или на лабораторной горелке.
6. Резервуар с подогретой смесью ставят на электронные весы для определения массы.
7. Производят расчеты по формуле: из массы емкости с подогретой субстанцией вычитают массу пустой емкости и делят на полученное в предыдущем расчете значение объема. Так получается значение р4/20.

Точное определение параметра р4/20 важно для анализа других свойств исследуемого вещества. По нему можно понять, в каком регионе была добыта нефть, какова температура кипения, ее вязкость.

Способ определения плотности нефтяной продукции по капле

Иногда для исследований представляют слишком малое для стандартных аналитических методик количество нефтяной смеси. В этом случае достаточно одной капли жидкости или одного кусочка твердого вещества для определения значения р.

Для анализа потребуется стеклянная емкость, слабый раствор спирта (для жидкостей с р меньше единицы) или раствор соли (для веществ с р больше единицы).

Алгоритм проведения анализа:

1. В емкость заливают подготовленный раствор.
2. Добавляют каплю переданного на исследование вещества.
3. В спиртовой раствор постепенно добавляют воду, в солевой – соль. Делают это до тех пор, пока помещенная капля не окажется во взвешенном состоянии.
4. С помощью ареометра или денсиметра замеряют плотность полученного раствора.
5. Полученные данные соответствуют значению р, взвешенной в растворе капли.

Точное определение плотности содержащих нефть смесей важно для понимания состава продукции. Чем меньше значение р, тем больше в составе продукции легких компонентов, а значит, ее легче перерабатывать. Например, плотность некоторых марок легких нефтепродуктов не превышает 0,77. Такая смесь дороже по цене, но для получения из нее энергоресурсов потребуется меньше затрат.

Нефтепродукция с р, приближенной к единице, менее ценна. Тяжелую нефть сложнее перерабатывать, извлекая из нее смолы и асфальтеновые компоненты. Получение из тяжелой нефти энергоресурсов требует больших экономических вложений.

Знание плотности также дает понимание о массе определенного объема нефтепродукции, поступившей на предприятие. Это поможет правильно рассчитать все производственные процессы предприятия, а также составить план экономического развития производства.