Proprietatile petrolului brut

PROPRIETATILE PETROLULUI BRUT

In calculul hidraulic al conductelor intervin unele proprietati ale petrolului brut respectiv ale produselor petroliere a caror cunoastere este absolut necesara. Aceste proprietati sunt consecinta alcatuiri chimico-structurale a sistemelor de hidro-carburi, de conditiile de temperatura si presiune prin care a trecut materia organica de-a lungul timpului geologic.

Principalele proprietati ale titeiului care influenteaza pomparea prin conducte sunt prezentate in continuare.

1. Masa specifica

Densitatea titeiurilor variaza in functie de proportia hidrocarburilor cu numar mare de atomi de carbon in molecula si de tipul hidrocarburilor. Astfel, titeiurile parafinoase si produsele petroliere obtinute din acestea au densitatea mai mica decat cele asfaltoase si produsele obtinute din acestea. Densitatea produselor petroliere creste in ordinea

.

In cazul hidrocarburilor cu acelasi numar de atomi de carbon in molecula densitatea creste in ordinea

La hidrocarburile ciclice, densitatea creste cu cresterea numarului de cicluri, in timp ce in cazul hidrocarburilor aromatice cu lanturi parafinice, densitatea acestora scade odata cu cresterea lungimii lantului parafinic. In cazul amestecurilor cu compozitie cunoscuta, densita-tea medie se calculeaza cu relatiile:

(1.2)

unde r_i este densitatea, - volumul, g_i - masa componentului i.

Valoarea densitatii unui titei la orice temperatura se poate calcula cu relatia

(1.3)

in care este densitatea la temperatura 293,15 K determinata experimental, T - tempera-tura in Kelvin, iar factorul are expresia

(1.4)

Densitatea relativa este densitatea titeiului la temperatura T in raport cu densitatea apei la temperatura de 277,15 K si presiunea de 1,01325 bar. Densitatea relativa a produselor petroliere la orice temperatura, in intervalul 0150°C, se poate determina cu relatia lui D.I. Mendeleev

(1.5)

d fiind densitatea titeiului la temperatura T in raport cu aceea a apei la 4^oC (277,15 K), iar a un coeficient de corectie.

Variatia densitatii cu presiunea se poate determina cu relatia

(1.6)

sau prin dezvoltarea in serie

(1.7)

relatie valabila pana la presiuni de 500 bar si in care a este coeficientul de compresibilitate.

Densitatea exprimata in grade API se calculeaza cu relatia

Densitatea se determina cu areometrul, cu balanta hidrostatica (balanta Mohr) sau cu picnometrul (asigura cea mai mare precizie). Densitatea produselor petroliere variaza in limite largi in functie de compozitie si domeniul de distilare: benzinele 650 750 kg/m³, petrolurile 800 850 kg/m³, uleiurile si pacurile 850 950 kg/m³ sau mai mari.

2. Masa moleculara

Aceasta arata de cate ori masa moleculei substantei respective este mai mare decat a 1/12 parte a masei unui atom al izotopului de carbon. Cu cat masa moleculara a fractiilor de titei este mai mare cu atat temperatura sa de fierbere va fi mai mare.

Pe baza acestei observatii B.V. Voinov a propus urmatoarea corelatie, pentru determinarea masei moleculare a unei fractii petroliere

in care T_m este temperatura medie de fierbere, iar a, b si c coeficienti determinati experimental. Pentru hidrocarburi parafinice relatia (1.9) se reduce la

(1.10)

3. Vascozitatea

Vascozitatea este proprietatea fluidelor de a opune rezistenta la curgere, ca urmare a interactiunii dintre particulele lor constituente. Vascozitatea da indicatii asupra frecarii interne a lichidelor, fiind foarte importanta in proiectarea si operarea sistemelor de transport.

Majoritatea produselor petroliere sunt considerate fluide newtoniene. Fluidele newtoniene respecta legea lui Newton in regim de miscare laminar

(1.11)

in care este tensiunea tangentiala, - gradientul de viteza pe directie normala la curgere, m vascozitatea dinamica.

Prin urmare vascozitatea dinamica reprezinta raportul dintre tensiunea tangentiala si gradientul vitezei.

Unitatea de masura in SI este pascal ori secunda, Pa s (1Pa^.s = 1N^.s/m²), iar in sistemul CGS este poise, P (1P = 1dyna^.s/cm²), cu submultiplul uzual centipoise, cP. Relatiile de transformare intre acestea sunt:

1 P = 10^-1 Pa^.s; 1 cP = 10^-3 Pa^.s

Vascozitatea cinematica n, prezinta interes in studiul curgerii si este data de raportul dintre vascozitatea dinamica si densitatea unui produs, adica

(1.12)

Unitatea de masura in SI este m²/s, iar in sistemul CGS este Stokes (St) cu submultiplul uzual centistockes, cSt. Relatiile de transformare intre acestea sunt:

1 St = 10^-4 m²/s; 1 cSt = 10^-2 St = 10^-6 m²/s

Se cunosc mai multe relatii pentru determinarea vascozitatii, cea mai recomandabila dintre acestea fiind formula lui C. Walther

(1.13)

in care vascozitatea cinematica v este exprimata in metri patrati pe secunda. Constantele a si b se determina pentru fiecare caz in parte, iar k = 0,8.

Tabelul 1.4 Vascozitatea cinematica a unor petroluri brute [10^-4 m²/s]

Variatia vascozitatii petrolului brut in functie de presiune este destul de redusa si se neglijeaza in calculele referitoare la transport.

Vascozitatea dinamica si cinematica a componentilor puri este data de regula in tabele si grafice existente in literatura de specialitate. Pentru componentii puri, vascozitatea dinamica poate fi determinata cu relatii de tipul

(1.14)

unde: T este temperatura absoluta in K si A, B, C, D - constante alate prin regresie si tabelate.

Vascozitatea este una dintre cele mai importante proprietati ale combustibililor lichizi si uleiurilor minerale influentand atat curgerea prin conducte si orificii, cat si procesul de ungere a motoarelor si masinilor, randamentul lor, intensitatea uzurii, durata de utilizare etc.

Nefiind o proprietate aditiva, pentru calculul vascozitatii dinamice a unui amestec se pot folosi diferite relatii empirice. Intre acestea, cea mai mare precizie o are relatia Kendall-Monroe

(1.15)

unde: m_i este vascozitatea componentului i si x_i - fractia molara a componentului i.

Variatia vascozitatii cu temperatura reprezinta un criteriu important de apreciere a calitatii produselor petroliere, in special a uleiurilor.

Valoarea vascozitatii amestecurilor la diferite temperaturi poate fi determinata folosind relatia (1.13). Exista in literatura de specialitate, grafice sau tabele cu caracter orientativ in care este redata variatia vascozitatii in functie de temperatura pentru diferite tipuri de titeiuri si produse petroliere.

In practica, vascozitatea produselor petroliere lichide se exprima si in unitati conventionale cum ar fi: grad Engler, secunda Redwood, secunda Saybolt etc, denumite astfel in functie de aparatul utilizat pentru determinare.

Transformarile intre diferitele unitati de vascozitate se pot face utilizand grafice sau tabele.

4. Caldura specifica

Caldura specifica masica reprezinta cantitatea de caldura necesara unitatii de cantitate de substanta sa-si modifice temperatura cu o unitate. Ea variaza pe intervalul 0,050,3 J/kgK. Pentru titeiurile si fractiile de hidrocarburi in stare lichida aceasta se poate evalua cu relatiile:

C.S. Cragoe

; (1.16)

W.R.Gambil

. (1.17)

Experimentele au dovedit ca relatia lui C.S. Cragoe (1.16) da rezultate mai bune.

5. Conductivitatea termica

Conductivitatea termica reprezinta cantitatea de caldura care se transmite in unitatea de timp, printr-o suprafata de o unitate normala pe directia de transfer, intre doua suprafete izotermice distantate cu o unitate de lungime si intre ele fiind o diferenta de temperatura de o unitate. In SI se masoara in W/mK. Pentru titeiuri si produse petroliere ea variaza in intervalul 0,050,3 W/mK. Cu un grad redus de eroare, aceasta valoare poate fi calculata cu relatia lui C.S. Cragoe

(1.18)

Valorile conductivitaiii termice calculate cu aceasta formula, sunt exprimate in W/m*K

6. Coeficientul de dilatare de volum

Coeficientul de dilatare de volum reprezinta variatia volumului sub presiune constanta, datorita cresterii temperaturii. Valoarea sa pentru petrolul brut se poate aproxima cu relatia experimentala

(1.19)

Variatia acestui coeficient in functie de densitatea petrolului brut este data grafic in figura 2.1.

Figura 1.1. Variatia coeficientului de dilatare izobara apetrolului

7. Solubilitatea gazelor

Solubilitatea gazelor in petrolul brut este o proprietate importanta din punct de vedere practic. Volumul de gaze in petrol se exprima prin raportarea la conditii normale de presiune si temperatura Pn si Tn.

Raportul dintre acest volum si volumul corespunzator de petrol brut degazat (adaos la conditii normale de presiune si temperatura) se numeste ratie de solutie.

Valoarea ratiei de solutie depinde de presiune si de compozitia amestecului de petrol brut si gaze. La compozitia data, ratia de solutie creste odata cu presiunea, pana la o anumita valoare a acesteia din urma, numita presiune de saturatie. Variatia ratiei de solutie in functie de presiune este reprezentata in figura

Figura 1.2

Odata cu cresterea ratiei de solutie, vascozitatea petrolului brut scade fata de cea a petrolului brut degazat, valoarea minima corespunzand presiunii de saturatie.

Experimental s-a stabilit o relatie intre vascozitatea dinamica µ, a petrolului brut cu gaze in solutie, la o presiune p si o temperatura T si o vascozitate dinamica µ_N a petrolului (este data la presiunea atmosferica si temperatura T). Aceasta relatie este de forma

(1.20)

in care coeficientii a si b sunt functie de ratia de solutie a petrolului si sunt reprezentate in figura 1.3.

Figura 1.3

8. Punctul de inflamabilitate

Temperatura sau punctul de inflamabilitate a petrolului sau a unui produs petrolier este temperatura cea mai joasa la care o proba de produs petrolier, incalzita in laborator, in instalatii si conditii bine precizate, da nastere unei cantitati de vapori care, in amestec cu aerul si in contact cu o flacara, se aprinde prima oara si arde un timp foarte scurt.

Temperatura de inflamabilitate da indicatii asupra pericolului de explozie si de incendiu. Poate fi calculata cu urmatoarea relatie

(1.21)

unde:

t reprezinta temperatura de inflamabilitate, C,

t_m - temperatura medie dintre punctul de 0 si 10 distilate, pe curba de distilare, C.

9. Proprietatile fizico-chimice ale titeiurilor din Platoul Continental al Marii Negre