混合原油黏度特性测定与分析

第４７卷第４期　２０１８年４月　当　代　化　工　Ｃｏｎｔｅｍｐｏｒａｒｙ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　ＶＯ］．４７．　ＮＯ．４　Ａｐｒｉｌ，２０１８　混合原油黏度特性测定与分析　徐冰，刘一哲，吴玉国　（辽宁石油化工大学，辽宁抚顺１１３００１）　摘　要：在原油顺序输送过程中会产生一定量的混油，混油段的长度及特性不断发生变化，为了更好地研　究其变化规律，有必要对混油的黏度特性进行测定与分析。选取大庆原油和俄罗斯原油油样进行混合原油黏度　测定与分析，并拟合　了混合原油黏度计算公式，对比结果表明，拟合公式计算精度较高。　关键词：顺序输送；混油；黏度　文献标识码：Ａ　文章编号：　１６７１—０４６０（２０１８）０４—０８０６—０３　中图分类号：ＴＥ　８３２　Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　Ｍｉｘｅｄ　Ｃｒｕｄｅ　Ｏｉｌ　ＸＶＢｉｎｇ，ＬＩＵ　Ｙｉ－ｚｈｅ，　Ｙ￣－ｇｕｏ　（Ｌｉａｏｎｉｎｇ　Ｓｈｉｈｕａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ　Ｆｕｓｈｕｎ　１　１　３００　１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｃｅｒｔａｉｎ　ａｍｏｕｎｔ　ｏｆ　ｍｉｘｅｄ　ｏｉｌ　ｉｓ　ａｌｗａｙｓ　ｐｒｏｄｕｃｅｄ　ｉｎ　ｂａｔｃｈ　ｐｉｐｅｌｉｎｅ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ．Ａｎｄ　ｔｈｅ　ｌｅｎｇｔｈ　ａｎｄ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｉｘｅｄ　ｏｉｌ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｃｈａｎｇｅ　ｃｏｎｓｔａｎｔｌｙ．Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｓｔｕｄｙ　ｉｔｓ　ｃｈａｎｇｅ　ｌａｗ　ｂｅｔｔｅｒ，ｉｔ　ｉｓ　ｎｅｃｅｓｓａｒｙ　ｔｏ　ｍｅａｓｕｒｅ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｅ　ｔｈｅ　ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｍｉｘｅｄ　ｏｉｌ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ　ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｍｉｘｅｄ　ｃｒｕｄｅ　ｏｉｌ　ｆｒｏｍ　Ｄａｑｉｎｇ　ｃｒｕｄｅ　ｏｉｌ　ａｎｄ　Ｒｕｓｓｉａｎ　ｃｒｕｄｅ　ｏｉｌ　ｓａｍｐｌｅｓ　ｗｅｒｅ　ｃａ￣ｉｅｄ　ｏｕｔ．Ａｎｄ　ａ　ｆｏｒｍｕｌａ　ｆｏｒ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ　ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ　ｏｆ　ｍｉｘｅｄ　ｃｒｕｄｅ　ｏｉｌ　ｗａｓ　ｗｏｒｋｅｄ　ｏｕｔ．Ｔｈｅ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｉｔｔｉｎｇ　ｆｏｒｍｕｌａ　ｗａｓ　ｈｉｇｈ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｂａｔｃｈ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ；Ｍｉｘｅｄ　ｃｒｕｄｅ　ｏｉｌ；Ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ　在顺序输送过程中，因为分子扩散、油品接触　面流速分布等原因使得在两种油品的接触区域一定　会产生一段混油。混油段的长度往往会随着管道内　原油的运行而逐渐增长　。因为原油的相互混合，　公式为　ｒ＝Ｚａ　式中：　一为剪切应力，Ｐａ；　（１）　Ｚ　为仪器测量系统常数，Ｐａ；　为偏转量，从实验仪器直接读出，无囚次。　混油段的黏度不断发生变化。若对顺序输送的混油　问题进行深入研究，有必要分析混油段内的油品特　表观黏度公式：　１００：——性，尽可能精确地计算油品物性的变化，其中对于　混油特性影响最大的物性参数就是黏度。　ｖ　（２）　式中：“一表观黏度，ｍＰａ　ｓ；　１流变仪测定流体黏性的原理　旋转粘度计的网筒放在粘性流体中，以一定速　度转动，同筒将受到黏性力矩的作用，根据旋转速　度和力矩就可以计算出黏性流体的黏度。由流变仪　内部的同步马达产生的恒速转动带动变齿转组转　剪切速率，ｓ～。　２实验所用的仪器　（１）ｔｔＶ一２型旋转粘度计：ＲＶ一２型旋转粘度　计适用于牛顿流体动力粘度的测定和非牛顿流休的　流变性的研究。具有双重测量系统装置，有很大的　测量范围。在显示仪表上的刻度盘（０～１００个刻度）　动，改变转速后带动旋转轴以及电位计旋转，并通　过弹簧带动测量轴及内筒转动。被测原油被放置在　读出剪切应力计算值。根据这些值并过查表选取相　应参数计算出剪切应力和粘度。　（２）ＤＣ一４５０６Ｓ型低温恒温槽：出液管和进液　管两根软管连接槽外容器和恒温水槽，温度设定键　流变仪内外筒之间，流变仪运转后，在内筒的旋转　作用力和原油黏性力矩的共同作用下弹簧发生偏　转，待弹簧的弹性力矩和圆筒内的黏性力矩达到平　衡后就可以从刻度盘处读出偏转角读数　。　根据ＲＶ２旋转流变仪的测量原理，剪切应力的　基金项目：辽宁省教育厅科学研究项目．项目号：Ｌ２０１　５３０６。　收稿日期：２０１　７－０８—２３　可以设定恒温水槽内流体温度，设定温度后按ｓｅｔ　键进行确定，未设定温度前显示屏显示的为当前槽　作者简介：　徐冰（１９９９一），女，辽宁省葫芦岛市人，研究方向　第４７卷第４期　徐冰，等：混合原油黏度特性测定与分析８０７　内的水与温度。　将大庆原油的黏温关系曲线进行指数型趋势线　回归分析，得到方程为：　＝３实验操作安排　实验中，大庆原油从３０—７０℃，每隔２℃作　为一个测量点，而俄罗斯原油从１５～７Ｏ　，每隔２　℃作为一个测量点。每一个温度条件都测量１０组黏　度值，实验反复造作５次，对比每一个实验的实验　数据，滤去与实验平均结果相差较大的数据，计算　１０。　舛　卯　（３）　Ｒ　＝ｏ．８２０６俄罗斯原油属轻质原油，流动性较好。将俄罗　斯原油黏温关系曲线进行指数型趋势线回归分析，　得到方程为：　＝１０　（４）　出剩余实验数据的平均值，根据这些实验数据绘制　Ｒ　＝０＿９７０６出原油的黏温曲线图并拟合出黏温关系式（图　ｌ一２）　●　一　魁　巢　赣　懈　温度／℃　图１　实测大庆原油黏温曲线（１３　ｓ。’）　Ｆｉｇ．１　Ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｕｒｖｅ　ｏｆ　ｄａｑｉｎｇ　ｃｒｕｄｅ　ｏｉｌ　（１３　ｓＩ１）．　０．００６　０．００５　—０．００４　蒌０．００３　０．００２　０．Ｏ０１　２Ｏ　３０　４０　５０　６Ｏ　７０　温度，℃　图２实测俄罗斯原油黏温曲线　Ｆｉｇ．２　Ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ—ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｕｒｖｅ　ｏｆ　Ｒｕｓｓｉａ　ｃｒｕｄｅ　ｏｉｌ　大庆原油的黏度随温度的变化非常明显，提高　原油的温度，黏度值显著下降。这是因为大庆原油　是一种复杂的液体混合物，内部固体分子颗粒的大　小、分布情况在温度改变的情况下发生变化，原油　液体中的胶质以及饱和烃等成分成份也会在温度的　作用下发生动量交换，影响缔结和排列方式，因而　大庆原油黏性对温度非常敏感，大庆原油油样的凝　点为３６℃，从曲线中可看出低温条件下大庆原油　的黏度要比高温条件下高很多。　一　大庆原油和俄罗斯原油按照表１的比例进行掺　混，由于原油黏度和温度有很大关系，分别将大庆　原油加热到６０℃，俄罗斯原油分别加热到２Ｏ、３Ｏ、　４０、５０、６０　，依次与６０　大庆原油按比例掺混，　测量混油在常温下的黏性值。模拟两种在管道中的　黏性关系，每一组至少测５遍，求取算术平均值。　表１　大庆原油与俄罗斯原油掺混比例　Ｔａｂｌｅｌ　Ｂｌｅｎｄｉｎｇ　ｒａｔｉｏ　ｏｆ　Ｄａｑｉｎｇ　ｃｒｕｄｅ　ｏｉｌ　ａｎｄ　Ｒｕｓｓｉａｎ　ｃｒｕｄｅ　ｏｉｌ　庆油０．１　０．２　０．３　０．４　０．５　０．６　Ｏ．７　０．８　０．９　俄油０．９　０．８　０．７　０．６　０．５　０．４　０．３　０．２　０．１　顺序输送混油段的黏度虽然不是简单的组分比　例计算关系，但是它黏度可以简化成关于前后两种　油品黏度的某种线性关系式，公式可表示为　：　Ｍ＝０　Ａ　Ａ＋０　Ｂ　Ｂ　（５）　式中：　Ｍ、　Ａ、　——油品的运动黏度，ｍ２／ｓ；　、　——Ａ油品和Ｂ油品的在混油中所占的组分　Ａ、　——未知参数。　４混油黏性实验结果分析　对两种原油混合后的黏Ｉ生关系进行分析，在混　油黏性的测定试验中能够测出不同温度，不同温度　混油的动力黏度　Ｍ和密度值Ｐ　，利用下面的公式　进行动力黏度以及运行黏度的转换：　“　（６）　将式（５）看成是未知参数　、　的方程　：　＋　（７）　Ｂ　因为接近线性关系，用最小二乘法对实测数据　进行线性回归，找到适合样本中数据的最佳曲线进　行拟合，使总的拟合误差（即总残差）达到最小。　样本回归模型为：　８０８　当　代　化　工　２０１８年４月　Ｙ　＝ｌ３ｏ＋８ＩＸｌ＋ｅ　平方损失函数：　Ｑ＝∑　＝∑（　一　）。＝∑（　～成　ｉ＝１　ｉ＝１　　ｌＸ　一０．ｏｏ　００６　．０．Ｏ０　００５　０　Ｏ０００４　通过平方损失函数确定变量反以及　。，将问题　转换成求极值的问题，求两个未知参数的偏导数：　—巢０．Ｏ０　００３　蠢（）．Ｏ０　００２　０．００　０（）１　０　０　嚣　２喜（　一成训＿１）＝。　署　２喜（　０　２　０．４　０．６　０８　．】．０　）（一　）＝０　（１１）　俄油占比　求解方程组可得：　，：！　二　兰　一　∑　～（∑　）　拟合结果的可靠性用　。表示，Ｒ　值越接近１，　拟合结果越可靠。　不同情况下的拟合结果如表２所示，其中　为　大庆原油参数，　为俄罗斯原油参数。将实测黏度　值与按拟合公式计算的黏度值加以对比，如图３至　图６所示，计算值与实测值误差很小，拟合公式的　计算精度较高可以用于研究混油特性研究。　表２拟合结果　Ｔａｂｌｅ　２　Ｆｉｔｉｕｇ　Ｒｅｓｕｌｔｓ　０　００００７　０　００　００６　ｇ（）００　００５　（）Ｏ０（）（）４　０　００００３　１　Ｉ　焉（）００　００２　０　Ｏ０　００　Ｊ　０　０．２　０　４　０．６　０．８　Ｉ．０　俄油．　比　图３　６０℃大庆原油与２Ｏ℃俄罗斯原油混油黏度曲线　Ｆｉｇ．３　Ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ　ｃｕｒｖｅｓ　ｏｆ　Ｄａｑｉｎｇ　ｃｒｕｄｅ　ｏｉｌ　ａｔ　６０￣Ｃ　ａｎｄ　Ｒｕｓｓｉａｎ　ｃｒｕｄｅ　ｏｉｌ　ａｔ　２０℃　图４　６０℃大庆原油与４０℃俄罗斯原油混油黏度曲线　Ｆｉｇ．４　Ｖｉｓｃｏｓｉｙｔ　ｃｕｒｖｅｓ　ａｆ　Ｄａｑｉｎｇ　ｃｒｕｄｅ　ｏｉｌ　ａｔ　６０℃ａｎｄ　Ｒｕｓｓｉａｎ　ｃｒｕｄｅ　ｏｉｌ　ａｔ　４０℃　　撼趣磐　图５　６Ｏ℃大庆原油与５Ｏ℃俄罗斯原油混油黏度曲线　俄油占比　Ｆｉｇ．５　Ｖｉｓｃｏｓｉｙｔ　ｃｕｒｖｅｓ　ｏｆ　Ｄａｑｉｎｇ　ｃｒｕｄｅ　０ｉｌ　ａｔ　６Ｏ。Ｃ　ａｎｄ　Ｒｕｓｓｉａｎ　ｃｒｕｄｅ　ｏｉｌ　ａｔ　５０。Ｃ　，、０　００　００６　·０．Ｏ０　００５　—０．００　００４　ｊ　纛０．００　００３　０．Ｏ０　００２　Ｏ　０ＯＯ０】　０　０　０．２　０．４　０．６　０．８　ｌ　０　俄油占比　图６　６Ｏ℃大庆原油与６Ｏ℃俄罗斯原油混油黏度曲线　Ｆｉｇ．６　Ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ　ｃｕｒｖｅｓ　ｏｆ　Ｄａｑｉｎｇ　ｃｒｕｄｅ　ｏｉｌ　ａｔ　６０℃ａｎｄ　Ｒｕｓｓｉａｎ　ｃｒｕｄｅ　ｏｉｌ　ａｔ　６０。Ｃ　参考文献：　［１］蒲家宁军用输油管线［Ｍ］．北京：解放军　版社，２００１　［２］吴玉国．冷热原油顺序输送技术研究［Ｄ］．中罔石油大学（华东）　２０ｌ０．　［３］齐超，李东妍，李东昕，等．欢喜岭含水稠油流变特性实验研究ｌ　Ｊｌ＿当　代化工，２０１６，４５（３）：４６６—４６８＋４７２．　［４］蒋仕章，蒲家宁．管道顺序输送混油粘度计算与分析ＩＪ１．设计与　研究，２００３（３）：３－４．　一．．，　Ｓ一＼