Материал: 2015 [Тынчеров] Основы автоматизации ТПНП

смотря на кажущуюся хрупкость тонких капилляров, многие капиллярные вискозиметры являются высокотемпературными вискозиметрами.

Рис. 6.14 — Капиллярные вискозиметры для различных жидкостей Cannon [51]

Однако в случае, если температура вязкой жидкости достаточна высока, возникает трудность в подборе материала вискозиметра, который может как изменить форму (изменение диаметра капилляра вискозиметра недопустимо, см. «Капиллярный метод вискозиметрии»), так и вступить во взаимодействие с вязкой жидкостью, что плохо отразится на точности данных измерения вязкости.

Относительная погрешность измерений при использовании капиллярного вискозиметра составляет 0,1–2,5%

Вискозиметр ротационный. В вискозиметре ротационном исследуемая вязкая среда помещается в зазор между двумя соосными телами правильной геометрической формы (цилиндры, конусы, сферы или их сочетания). Одно из тел, называемое ротором, приводится во вращение с постоянной скоростью, другое остается неподвижным. Принцип действия вискозиметра ротационного основывается на нескольких положениях. Вращательное движение от одного тела (ротора) передается жидкостью к другому телу. Теория ротационного метода вискозиметрии предполагает отсутствие проскальзывания жидкости у поверхностей тел. Следовательно, момент вращения, переда-

ваемый от одной поверхности к другой, является мерой вязкости жидкости.

Суть опыта при определении вязкости состоит в измерении крутящего момента при заданной угловой скорости или по угловой скорости при заданном крутящем моменте. Для этих целей вискозиметр ротационный снабжен динамометрическим устройством. Устройства, применяемые в вискозиметрах ротационных для измерения моментов и угловых скоростей, подразделяются на механические и электрические. Дальнейшие расчеты ведутся на основании теории метода ротационной вискозиметрии [33].

Рис. 6.15— Внешний вид ротационного вискозиметра KU-2

В настоящее время наиболее распространены вискозиметры электроротационные: внутренний цилиндр, погруженный в вязкую среду, приводится во вращение электродвигателем. Вращающийся с постоянной скоростью ротор вискозиметра при погружении в жидкость или расплав встречает сопротивление равномерному вращательному движению, на валу двигателя возникает тормозящий момент, прямо пропорциональный вязкости среды, что вызывает соответствующее изменение электрических регистрируемых характеристик двигателя.

Следует отметить важную особенность вискозиметров ротационных: выполненный из термостойких материалов, вискозиметр ротационный может представлять из себя высокотемпературный вискозиметр.

Вискозиметры ротационные используются для измерения вязкости сред при температурах от -60°C (масла) до +2000°C (расплавы металлов и силикатов) и позволяют вести измерения с погрешностью в пределах ±3–5%.

Чашечные вискозиметры. Чашечные вискозиметры — приборы для измерения вязкости жидких сред, выполненные в форме воронки (или чашечки) и использующие в своем устройстве капиллярный метод вискозиметрии.

Рис. 6.16 — Внешний вид чашечных вискозиметров

В нефтяной промышленности используются как ротационные вискозиметры системы Brookfield, так и полевые чашечные капиллярные вискозиметры, позволяющие с достаточной степенью точности определить вязкие свойства нефти.

Ультразвуковые вискозиметры. Существует несколько типов ультразвуковых вискозиметров. Один из них, наиболее часто применяющийся, основан на принципе демпфирования. Если металлический стержень, помещенный в жидкость, коротким ударом заставить колебаться, то через некоторое время колебания затухнут. При этом скорость спадания амплитуды будет зависеть от вязкости среды. Чем больше вязкость, тем быстрее затухают колебания.

Ультразвуковой вискозиметр прост по устройству, малогабаритен, надежен в эксплуатации и обеспечивает достаточную точность измерения. Он состоит из трех основных узлов: датчика-зонда, электронного блока и соединительного кабеля.

Наиболее важный элемент прибора — датчик-зонд. Чувствительным элементом датчика служит плоская прямоугольная пластинка из ферромагнитного или пьезоэлектрического материала толщиной 0,2–0,4 миллиметра. Такие вискозиметры применяются в нефтяной промышленности.

Рис. 6.17 — Ультразвуковой вискозиметр

Устройство состоит из датчика 1 и электронного блока 2. Датчик с помощью резьбового соединения 9 и уплотнительного кольца 8 устанавливается в бак с контролируемой жидкостью или в трубу, по которой прокачивается жидкость (рис. 6.17). Датчик содержит корпус 3, в котором закреплен через демпфирующий узел 5 магнитострикционный элемент 4 в его узловой точке.

Магнитострикционный элемент представляет собой тонкую пластинку размером 37 мм × 6 мм × 0,03 мм, выполненную из аморфного металлического стекла Metglas 2826 MB.

На внешней поверхности корпуса 3 (в кольцевой канавке, охватывающей магнитострикционный элемент в его центральной части) намотана электромагнитная катушка 6 симметрично относительно концов магнитострикционного элемента 4, при этом витки катушки охватывают магнитострикционный элемент.

В корпусе 3 также вмонтирован измеритель температуры 7 на расстоянии h = 1 мм (не более 3 мм) от магнитострикционного элемента 4. Измеритель температуры представляет собой термометр сопротивления, в частности, термометр платиновый (тип MR518G фир-

мы Heraeus) с диаметром 1,8 мм и длиной 5 мм, который обеспечивает точность измерения ±0,1 .

Корпус имеет отверстия для протекания жидкой среды к измерителю температуры 7 и магнитострикционному элементу 4. Торец корпуса закрыт защитной сеткой 13. Датчик 1 соединен с электронным блоком 2 электрическим кабелем 10.

Последовательность выполнения операций измерения вязкости:

Тема вискозиметрии и ее методов мало распространена и фактически не упоминается в повседневной жизни, но, по истине, прибор вискозиметр занимает достойное место в списке гениальных изобретений человечества [8].

6.1.1.3. Измерение испаряемости

Испаряемость — свойство нефти терять легкие фракции. С явлением испарения нефтей и нефтепродуктов приходится считаться главным образом при их хранении и транспортировке.

Поскольку нефть и нефтепродукты представляют собой весьма сложные смеси различных углеводородов и неуглеводородных со-