CC BY
79
Научный журнал КубГАУ, №103(09), 2014 года
1
УДК 620
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРИТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НЕФТЯНЫХ ФРАКЦИЙ
Харченко Павел Михайлович к.т.н., доцент, доцент кафедры 1960324@mail.ru
Т имофеев Виталий Павлович студент
Кубанский государственный аграрный университет, Краснодар, Россия
В статье производится определение критических параметров нефтяных фракций - температуры, давления и плотности. Производится сравнение экспериментальных результатов с расчётными, выбирается метод расчёта, наиболее близкий по результатам к экспериментальному. Приводятся основные результаты и выводы
Ключевые слова: КРИТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ, НЕФТЯНЫЕ ФРАКЦИИ, ТЕМПЕРАТУРА, ДАВЛЕНИЕ, ПЛОТНОСТЬ, ВЫВОДЫ, ФОРМУЛА НОКЭЯ
UDC 620
THE DEFINITION OF CRITICAL PARAMETERS OF OIL FRACTIONS
Kharchenko Pavel Mikhailovich
Candidate of engineering science, associate professor
1960324@mail.ru
Timofeev Vitaliy Pavlovich student
Kuban State Agrarian University, Krasnodar, Russia
In the article we have performed a definition of the critical parameters of petroleum fractions - temperature, pressure and density. We have also performed a comparison of the experimental results with the calculations to select the method of calculation, the most similar to the experimental results. We have shown the main results and conclusions
Keywords: CRITICAL PARAMETERS, PETROLEUM FRACTION, TEMPERATURE, PRESSURE, DENSITY, CONCLUSIONS, NOKEY FORMULA
Использование в методике расчёта плотности и ДНП теории термодинамического подобия, потребовало в первую очередь знание параметров состояния в критической точке. Точность расчёта критических параметров сказывается на достоверности получаемых результатов.
1. Температура
В настоящее время для расчёта критических температур нефтепродуктов используются следующие формулы:
1. Формула Филиппова [4]
где у - значение температурной поправки плотности; T0=293,15 K - для нефтепродуктов с t3<20°C;
http://ej.kubagro.ru/2014/09/pdf/62.pdf
Научный журнал КубГАУ, №103(09), 2014 года
2
T0=343,15 K - для нефтепродуктов с t3>20oC. Значение у определяется по формуле 1
У =
R,
где Re - удельная рефракция по Эйкману, определяется по уравнению
Re — £
Ш
1 1
п ° + 0,4
,20'
где п
D
20
- показатель преломления;
- относительная плотность;
2. Формула Нокэя [4]
1,28053 + 0,2985lgpl + 0,
где р1° - относительная плотность продукта при 20°С;
Ткцп - СОТК.
3. Формула ГНИ [4]
1,2979(ро — Рі)Гкр — 0,54957(pgT^ — р1Г0)Ткр —0,09247(рцТ^ — = 0, О
где T1 - T0>20;
р1 - р0- плотности при соответствующих температурах.
Кроме этого для расчёта критических температур используется номограммный метод американского нефтяного института API [4]. В
http://ej.kubagro.ru/2014/09/pdf/62.pdf
w
Научный журнал КубГАУ, №103(09), 2014 года
3
качестве исходных данных для номограммы используется плотность продукта при t=20oC и СОТК.
Нами были рассчитаны критические температуры исследованных продуктов по различным методикам, и выяснено, что наиболее точный расчёт даёт формула Нокэя. Для описания экспериментальных данных мы использовали формулу Нокэя [4], применяемую для расчёта критических температур чистых углеводородов в виде
В качестве величины S-u была использована относительная плотность продукта при 200C и атмосферном давлении, в качестве Tb -среднеобъёмная температура кипения нефтепродукта (K) [6].
Коэффициенты A, B, C, полученные в ходе обработки экспериментальных данных методом наименьших квадратов имеют следующий вид: A=1,1004405; B=0,2498864; C=0,652894.
Полученные значения коэффициентов близки к коэффициентам, использующимся в уравнении Нокэя для расчёта критических температур олефиновых углеводородов.
Таблица 1.
Критические температуры нефтяных фракций
Температура отбора, 0С Критическая температура, К
экспер. API Филлипов Нокэй по (2) Нокэй по (5)
110-120 ман.н. 578,24 570,15 566,05 570,65 576,05
105-140 ман.н. 584,99 575,15 592,35 578,75 584,05
НК-180 ман.н. 587,92 581,15 589,65 583,35 588,95
НК-180 т-а.н. 583,86 575,15 599,17 577,40 582,25
НК-180 з-с.н. 575,38 570,15 572,95 572,20 577,45
5, % — 1,3 1,64 0,93 0,13
http://ej.kubagro.ru/2014/09/pdf/62.pdf
Научный журнал КубГАУ, №103(09), 2014 года
4
Из таблицы видно, что наиболее близкими к экспериментальным являются значения критических температур, рассчитанные по формуле (6). Среднеквадратическая ошибка расчёта по формуле (1) и номограммному методу на порядок выше, чем по формуле (6).
2. Давление
Для расчёта критических давлений исследованных нефтяных фракций нами были использованы:
Формула для расчёта критических давлений продуктов крекинга [4]:
где Tb- средняя температура кипения; dl° - плотность при 20oC.
[4]:
Формула для расчёта критических давлений чистых углеводородов
0,00055308
где ТКР - критическая температура, K; TS - температура кипения;
выбирается для определенной группы углеводородов.
Формула [4], используемая для расчёта критических давлений реактивных топлив:
http://ej.kubagro.ru/2014/09/pdf/62.pdf
Научный журнал КубГАУ, №103(09), 2014 года
5
где ТКР - критическая температура, K; рКР - критическая плотность, кг/м ;
C и D - постоянные.
Выражения, вида уравнения Нокэя:
= А + Відрі0 4- с1дТтп>
Таблица 2.
Критические давления нефтяных фракций
Температура отбора, 0С Критические давления, МПа
P кр по (7) Ркр по (8) Ркр по (9 Ркр по (10) Рэкс
110-120 ман.н. 2,740 2,851 2,664 2,928 2,853
105-140 ман.н. 2,780 2,956 2,432 3,009 2,850
НК-180 ман.н. 2,690 2,926 2,473 2,960 3,032
НК-180 т-а.н. 2,920 3,008 2,456 3,128 3,140
НК-180 з-с.н. 2,792 2,911 2,620 2,982 3,145
5, % 8,96 4,25 20,17 3,6 —
В таблице представлены расчётные значения РКР по приведённым выше формулам и сравнение их с экспериментальными. Даётся среднеквадратическая ошибка расчёта. Максимальная ошибка получается при расчёте по уравнению (9), наилучший результат даёт использование выражение вида Нокэя, где A=2,11216; B=0,796456; C=0,235387.
3. Плотность (удельный объём)
Для расчёта критических значений плотности нефтепродуктов используются:
Формула Филиппова [4] для расчёта критических значений плотности нефтяных фракций:
1090MJ
1
9
http://ej.kubagro.ru/2014/09/pdf/62.pdf
Научный журнал КубГАУ, №103(09), 2014 года
6
где р и р0, P и Р0 - относятся к двум точкам изотермы; R - универсальная газовая постоянная;
M - мольная масса.
Формула [4] для расчёта критических значений плотности реактивных топлив и чистых углеводородов:
10 * • Р^р + D М
<“■ 1КР
Авторами указывается, что погрешность расчёта плотности по (11) составляет ±1%, по (12) ±2%.
Для расчёта критических значений плотности исследованных нами нефтяных фракций было использовано выражение типа уравнения Нокэя
1дрКР=А + В1др10+С1дТуЖ (13)
Результаты расчёта приведены в таблице.
Таблица 3.
Результаты расчёта
Название фракции Рэкс г/см3 Ррасч по (13) г/см3 ю, %
110-120 ман.н. 0,2342 0,2343 +0,04
105-140 ман.н. 0,2375 0,2375 0
НК-180 ман.н. 0,2366 0,2366 0
НК-180 т-а.н. 0,2409 0,2409 0
НК-180 з-с.н. 0,2364 0,2362 -0,08
Среднеквадратическая ошибка расчёта составила 0,04%.
Коэффициенты уравнения (13) A=0,04838144; B=0,92861442; C=-0,21308121.
Таким образом, используя выражения типа уравнения Нокэя можно рассчитывать TKP, PKP и рКР бензиновых нефтяных фракций.
http://ej.kubagro.ru/2014/09/pdf/62.pdf
Научный журнал КубГАУ, №103(09), 2014 года
7
критической области представлена на рис. 1.
http://ej .kubagro.ru/2014/09/pdf/62.pdf
0,96 0,97 0,98 0,99
Рис. 1. - Обобщённая зависимость плотности на линиях насыщения в
критической области
Научный журнал КубГАУ, №103(09), 2014 года
8
В таблице 4 приводятся значения критических параметров исследованных фракций.
Таблица 4.
Критические параметры фракций
Название Ткр, K P кр, МПа Ркр, кг/м3
110-120 манг.н. 578,24 2,853 234,2
105-140 манг.н. 584,99 2,850 237,5
НК-180 манг.н. 587,92 3,032 236,6
НК-180 тр-ан.н. 583,86 3,140 240,9
НК-180 зап-сиб.н. 575,38 3,145 236,4
4. Основные результаты и выводы
1. Установлено, что экспериментальные P - и - t данные нефтепродуктов вблизи пограничной кривой, в двухфазной и критической областях малочисленны. Расчётные методы опираются, главным образом, на экспериментальные P - и - t данные индивидуальных углеводородов и недостаточно надёжны.
2. Обоснован выбор метода измерения, разработана и создана экспериментальная установка для исследования плотности и давления насыщенных паров нефтепродуктов. Погрешность результатов составляет 0,03 - 0,1 % для плотности и 0,05 - 0,5 % для давления насыщенных паров. Надёжность оценки погрешности подтверждена измерениями плотности и давление насыщенных паров воды.
3. Измерены при температуре от 20 до 320°C и давлении до 20 МПа плотность пяти прямогонных нефтяных фракций в жидкой фазе и давление насыщенных паров.
4. Получены формулы, позволяющие рассчитывать плотность и давление на линиях насыщения, а также давление насыщенных паров в двухфазной области.
http://ej.kubagro.ru/2014/09/pdf/62.pdf
Научный журнал КубГАУ, №103(09), 2014 года
9
5. В результате анализа экспериментальных данных в критической области сделан вывод о тождественности критических и псевдокритических параметров исследованных нефтяных фракций.
6. Установлено, что уравнение Тейта описывает экспериментальные P - и - t данные нефтяных фракций вблизи линии насыщения до т=0,95 с ошибкой, близкой к погрешности эксперимента, а коэффициент B
уравнения Тэйта нелинейно изменяется в функции от - и при В=0,
Т
Т=0,925ТКР. Рекомендовано уравнение, описывающее температурную зависимость коэффициента B.
7. Найдена зависимость для асчета критических параметров (ТКР, РКР, рКР) бензиновых фракций, использующая плотность при t=20°C и среднеобъёмную температуру кипения.
8. Доказана правомерность применения метода изучения изотерм в двухфазной области для исследования P - и - t зависимости многокомпонентных углеводородных систем (нефтяных фракций).
Список литературы
1. Харченко П. М. Обобщение экспериментальных исследований бензиновых нефтяных фракций/ П. М. Харченко, В. П. Тимофеев//Научный журнал КубГАУ. -Краснодар. - 2014. - №99(05).
2. Харченко П. М. Результаты экспериментальных исследований бензиновых нефтяных фракций/ П. М. Харченко, В. П. Тимофеев//Научный журнал КубГАУ. -Краснодар. - 2014. - №98(04).
3. Харченко П. М. Исследование плотности и давления насыщенных пород нефтяных фракций / П. М. Харченко, В. П. Тимофеев// Труды КубГАУ. - Краснодар. -2012. - Т1. - №39. - С. 140 - 142.
4. Харченко П. М. Экспериментальное исследование плотности и давления насыщенных паров нефтепродуктов: дис. ... к.т.н. / П.М. Харченко; НИ им. Азизбекова А Н. - Баку, 1988. - 118 с.
5. Потапенко И. А. Способ термической обработки деталей машин/ И. А. Потапенко, П. М. Харченко; патент на изобретение RUS 2297459, 12.10.2005.
6. Андрейчук В. К. Термоадаптивный блок озонатора/ В. К. Андрейчук, П. М. Харченко; патент на изобретение RUS 2181103, 19.10.1999.
7. Оськин С. В. Ветроэнергетическая установка/ С. В. Оськин, Д. П. Харченко, П. М. Харченко; патент на изобретение RUS 2299356, 22.02.2006.
http://ej.kubagro.ru/2014/09/pdf/62.pdf
Научный журнал КубГАУ, №103(09), 2014 года
10
8. Харченко П. М. Вентиляция производственных и коммунально-бытовых зданий/ П. М. Харченко, В. В. Христиченко, А. А. Тимофеюк// Труды КубГАУ. -Краснодар. - 2012. - Т1. - №37. - С. 271 - 275.
9. Харченко П. М. Расчёт вентиляции и отопления производственного здания/ П. М. Харченко, В. П. Тимофеев// Труды КубГАУ. - Краснодар. - 2013. - Т1. - №42. - С. 152 - 155.
rEFERENCES
1. Harchenko P. M. Obobschenie eksperimentalnih issledovaniy benzinovih i neftyanih frakciy/ P. M. Harchenko, V. P. Timofeev//Nauchniy zhurnal KubGAU. - Krasnodar. - 2014.
- №99(05).
2. Harchenko P. M. Rezultati eksperimentalnih issledovaniy benzinovih i neftyanih frakciy/ P. M. Harchenko, V. P. Timofeev//Nauchniy zhurnal KubGAU. - Krasnodar. - 2014.
- №98(04).
3. Harchenko P. M. Issledovanie plotnosti i davleniya nasischennih porod neftyanih frakciy/ P. M. Harchenko, V. P. Timofeev// Trudi KubGAU. - Krasnodar. - 2012. - T1. -№39. - S. 140 - 142.
4. Harchenko P. M. Eksperimentalnoe issledovanie plotnosti i davleniya nasischennih parov nefteproduktov: dis. ... k.t.n. / P.M.Harchenko; NI im.Azizbekova A.N. - Baku, 1988.
- 188 s.
5. Potapenko I. A. Sposob termicheskoy obrabotki detaley mashin/ I. A. Potapenko, P. M. Harchenko; patent na izobretenie RUS 2297459, 12.10.2005.
6. Andreychuk V. K. Termoadaptivniy blok ozonatora/ V. K. Andreychuk, P. M. Harchenko; patent na izobretenie RUS 2181103, 19.10.1999.
7. Oskin S. V. Vetroenergeticheskaya ustanovka/ S. V. Oskin, D. P. Harchenko, P. M. Harchenko; patent na izobretenie RUS 2299356, 22.02.2006.
8. Harchenko P. M. Ventilyaciya proizvodstvennih i kommunalno-bitovih zdaniy/ P. M. Harchenko, V. V. Hristichenko, A. A. Timofeyuk// Trudi KubGAU. - Krasnodar. - 2012. -T1. - №37. - S. 271 - 275.
9. Harchenko P. M. Raschet ventilyacii i otopleniya proizvodstvennogo zdaniya/ P. M. Harchenko, V. P. Timofeev// Trudi KubGAU. - Krasnodar. - 2013. - T1. - №42. - S. 152 -155.
http://ej.kubagro.ru/2014/09/pdf/62.pdf
