CC BY
107
УДК 543.318.3:547.31
Е. Ф. Трапезникова (асп.), С. А. Ахметов (д.т.н., проф., зав. каф.)
Метод расчета динамической вязкости жидких углеводородов и газоконденсатов
Уфимский государственный нефтяной технический университет, кафедра технологии нефти и газа 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1; тел. (347) 2513789, e-mail: [email protected], [email protected]
E. F. Trapeznikova, S. A. Akhmetov
Method of calculation of dynamic viscosity of the liquid hydrocarbons and gas condensate
Ufa State Petroleum Technological University 1, Kosmonavtov Str., 450062, Ufa, Russia; ph. (347) 2513789, e-mail: [email protected], [email protected]
Предложены новые математические модели для расчетов динамической вязкости жидких углеводородов и газоконденсатов, которые были получены по массиву экспериментальных данных. Средняя относительная погрешность моделей составляет ~5%, что вполне допустимо для инженерных расчетов.
Ключевые слова: газоконденсат; динамическая вязкость; термобарические параметры; углеводороды.
Вязкость — один из важнейших показателей качества жидкостей и газов, она входит в качестве одной из определяющих величин в критериальные уравнения гидравлики и теплообмена. Применительно к нефтяным системам показатель вязкости используется при инженерных расчетах гидравлических потерь при транспортировке, разработке, переработке нефти, природного газа, газоконденсата, нефтепродуктов и, что исключительно важно, при маркировке моторных и энергетических топ-лив, смазочных масел 1-6.
Анализ литературы по этой тематике 1-6 показывает, что в настоящее время накоплено множество расчетных формул по вязкости преимущественно эмпирического типа и номограмм, однако они не удовлетворяют современным требованиям по адекватности и универсальности их применения.
Нами предлагаются математические модели для расчета вязкости жидких углеводородов и газоконденсатов при различных термобарических параметрах. Коэффициенты математических моделей были найдены методом наименьших квадратов по массиву экспериментальных (справочных) данных 8-9.
Дата поступления 06.03.11
New mathematical models for calculations of dynamic viscosity of liquid hydrocarbons and gas condensate, which have been received on a file of experimental data are offered. The average relative error of models makes ~5 % that is quite admissible for engineering calculations.
Key words: dynamic viscosity; thermal and barometric parameters; hydrocarbons; gas condensate.
Как известно, 7 для расчета физико-химических свойств н-алканов можно использовать однофакторные формулы. Для расчета динамической вязкости н-алканов при 20 оС предлагается следующая модель г\20 (сПз):
П20 = X а+а/Х+а2-Х (1)
где (р, о, а.], а,2 — коэффициенты модели;
Х — известная характеристическая величина, которой может быть:
М — молярная масса углеводорода; тк — приведенная температура кипения, рассчитываемая как тк = Т°/293.16 (Т" — стандартная
температура кипения углеводорода, К);
20
р4 — относительная плотность углеводорода; n0 — приведенный показатель преломления, рассчитываемый как n0 = n2£/1.37436 ( nD — показатель преломления углеводорода).
Коэффициенты и средняя относительная погрешность модели приведены в табл. 1.
Для достаточно точных расчетов физико-химических свойств алканов разветвленного строения, а также аренов, цикланов и их смесей необходимо пользоваться двухфакторны-ми моделями. В связи с этим нами разработана
Коэффициенты однофакторной модели (1) для расчета динамической вязкости м-алканов при 20 °С
X <р ао СХ1 0(2 Дер, %
Ч» = ГШ) 5.5-10-9 3.43 46.43 4.6-10^ 1.3
0.205 0.9 -0.52 1.96 0-8
4 108 -327.9 89.5 367.8 1.4
п2о = /(по) 0.315 -21741 10746 11019 15
Таблица 1
Коэффициенты модели (2) для расчета динамической вязкости алканов, ареков, циклаков, газоконденсатов при 20 °С
Таблица 2
Название V ао а1 а2 а3 04 Дер, %
Алканы 0.21 1.43 -1.61 1.55 1 0 1.3
Арены 43.9 362.9 -313 -131.2 36.8 0 1.9
Цикланы -0.14 -249.86 138.13 53.15 104.42 0 5.3
Газоконденсаты 0.19 57.2 1.9 0.35 -151.7 104.1 5.4
Таблица 3
Коэффициенты термической модели (3) для расчета динамической вязкости алканов,
аренов,цикланов,газоконденсатов
Название ао Щ «2 Аср, %
Алканы 19.9 2.1 -36.5 6.1
Арены 18.8 1.1 -27.1 1.3
Цикланы 8.2 2.1 -18.4 3.4
Газоконденсаты 12.8 2.5 -25.6 3.6
Таблица 4
Сравнение рассчитанных и экспериментальных значений вязкости жидких алканов, аренов, цикланов и газоконденсатов
Название т, К Т]Т(жп). сПз ?7]"(расч ), СПз Дер, %
н- Гептан 310.16 0.339 0.355 -4.8
н-Нонан 373.16 0.308 0.297 3.5
Бензол 303.16 0.559 0.570 -1.9
1,3-Диметилбензол (м) 333.16 0.405 0.400 1.2
Зтилциклопентан 283.16 0.637 0.646 -1.4
Пропилциклопентан 333.16 0.444 0.423 4.6
60-95 Г.к. Вуктыльского м-я 260 0.580 0.570 1.7
95-122 Г.к. Оренбургского м-я 350 0.309 0.312 -0.8
Таблица 5
Коэффициенты термобарической модели (4) для расчета динамической вязкости жидких и углеводородов и газоконденсатов
Название ао а-1 аг аз Ро Й АСр, %
н- Алканы -2.2 -0.6 0.3 0 -0.026 0.0005 5.7
Арены 8.7 0.4 -14.3 0 0.0032 0.0002 4,5
Газоконденсаты 44.31 2.49 0.12 -9.3-10^ 0.0085 0.0002 4.1
и предлагается следующая двухфакторная модель для расчета динамической вязкости алка-нов, аренов, цикланов и газоконденсатов при 20 0С п20 (сПз):
где
По =
= Т°/293.16
ао+а
к
/ 20 ( 20 \2
тк +а2 тк + а3 Р4 +а4\Р4 ) (2)
Коэффициенты и средняя погрешность модели приведены в табл. 2.
Для расчетов динамической вязкости ал-канов, аренов, цикланов и газоконденсатов при разных температурах пг (сПз) нами предлагается термическая модель, коэффициенты которой приведены в табл. 3:
_а0+а1 ■ т+а2 ■ р4
(3)
ПТ = П 20
где где т — приведенная температура, рассчиты ваемая как т= Т/293.16 (Т - температура, К).
Сравнение рассчитанных по термической модели (3) и экспериментальных значений вязкости приведены в табл. 4.
Для расчетов термобарического коэффициента динамической вязкости жидких углеводородов и газоконденсатов пг,р (сПз) в пределах 0.1—15 МПа, мы предлагаем следующую модель:
ПТ ,Р П20 ■ Т
а0+а т+аг р20 в0 + в1 ■ П
п
(4)
где п - приведенное давление, рассчитываемое по формуле: п = Р/Р0 (Р - давление, Рд - атмосферное давление).
Коэффициенты и средняя погрешность модели приведены в табл. 5.
В общем можно отметить, что предложенные модели просты в применении, имеют погрешность в пределах 5% и могут быть рекомендованы для использования в массовых инженерных расчетах.
Литература
1. Ахметов С. А. Технология глубокой переработки нефти и газа.— Уфа: Гилем, 2002.— 672 с.
2. Сарданашвили А. Г., Львова А. И. Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа.- М.: Химия, 1980.- 256 с.
3. Кузнецов А. А., Кагерманов С. М., Судаков Б.Н. Расчеты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности.- Л.: Химия, 1974.- 344 с.
4. Рабинович Г. Г., Рябых П. М., Хохряков П. А., Молоканов Ю. К., Судаков Б. Н. / Под редакцией Судакова Е. Н. Расчеты основных процессов и аппаратов нефтепереработки.- М.: Химия, 1979.- 568 с.
5. Танатаров М. А., Ахметшина М. Н., Фасхутди-нов Р. А. и др. Технологические расчеты установок переработки нефти.- М.: Химия, 1987.352 с.
6. Берштайндер С. Свойства газов и жидкостей.-Л: Химия, 1966.- 536 с.
7. Ахметов С. А., Гайсина А. Р. Моделирование и инженерные расчеты физико-химических свойств углеводородных систем. - Санкт-Петербург: Недра, 2010.- 152 с.
8. Варгафтик Н. Б. Справочник по теплофизичес-ким свойствам газов и жидкостей.- М.: Наука, 1972.- 708 с.
9. Казарян В. А. Теплофизические свойства индивидуальных углеводородов и газовых конденсатов.- М.: «Техника», 2002.- 448 с.
