ویسکوزیته اندازه گیری مقاومت سیال در برابر جریان است. یکی از مهمترین خواص سیالات است و نقش مهمی در صنعت نفت دارد.
ویسکوزیته نفت خام بر توانایی ما برای پمپاژ آن از زمین تأثیر می گذارد. ویسکوزیته و فرار سوخت بر میزان آسان اتمیزه شدن آن در انژکتورهای سوخت تأثیر می گذارد. و ویسکوزیته یک روان کننده بر توانایی آن در محافظت از موتور تأثیر می گذارد.
این یک مشخصه اندازه گیری مهم در مواد غذایی، رنگ، پوشش های پلیمری و سایر صنایعی است که جریان همرفتی یک محصول یا مشخصه استفاده حیاتی است.
تغییرات کوچک در ویسکوزیته می تواند تاثیر زیادی بر خواص سیالات نفتی داشته باشد. اهمیت اندازهگیری ویسکوزیته سینماتیکی، صنعت نفت را به توسعه یک روش دقیق سوق داد که برای اولین بار در سال 1937 منتشر شد، ASTM D445، روش تست ویسکوزیته سینماتیک مایعات شفاف و مات.
اصطلاح سینماتیک به سادگی به این معنی است که اندازه گیری ها در حالی انجام می شود که سیال تحت تأثیر گرانش در حال جریان است. با اندازه گیری زمان مورد نیاز برای جریان یک حجم سیال توسط گرانش از طریق ویسکومتر مویرگی شیشه ای مدرج تعیین می شود.
اگرچه ساده به نظر می رسد، دستیابی به دقت و دقت بالا مورد نیاز صنعت کار بسیار دشواری است. عوامل زیادی بر دقت این روش تست تاثیر می گذارد.
از نقطه نظر اقتصادی، یک درصد خطا در ویسکوزیته محصول که منجر به تنظیم ترکیب می شود، می تواند به راحتی یک سنت در هر گالن به هزینه محصول اضافه کند. برای یک تولید کننده عمده روان کننده، این می تواند منجر به از دست دادن درآمد 1 میلیون دلاری یا بیشتر در سال شود.
درجه حرارت
همانطور که گفته می شود، "مهم ترین عاملی که بر ارزش خانه تاثیر می گذارد موقعیت، موقعیت، موقعیت مکانی است." وقتی صحبت از اندازه گیری ویسکوزیته می شود، "مهم ترین عامل موثر بر کیفیت اندازه گیری ویسکوزیته دما، دما، دما است."
کنترل دما مهمترین پارامتر برای به دست آوردن اندازه گیری دقیق و دقیق ویسکوزیته سینماتیکی است. این امر به ویژه در مورد فرآورده های نفتی صادق است زیرا نرخ تغییر ویسکوزیته آنها در واحد دما به طور قابل توجهی بیشتر از سایر محصولات است.
بنابراین، تغییرات جزئی دما می تواند تأثیر زیادی بر ویسکوزیته سیال داشته باشد. معمولاً اندازه گیری دمای حمام 40 درجه و 100 درجه باید در +/{3}}.02 درجه کنترل شود. این یک پنجره بسیار تنگ است و برای رسیدن به این کنترل باید دقت زیادی کرد.
عوامل زیادی بر دما تأثیر می گذارند:
دماسنج هنگام اندازه گیری ویسکوزیته، باید از یک دماسنج مشخص یا سایر دستگاه های سنجش دما با دقت مشخص و مطابق با الزامات روش آزمایش استفاده شود.
خواندن دقیق دماسنج تا 0.01 درجه ممکن است دشوار باشد، بنابراین استفاده از ذره بین توصیه می شود. دماسنج باید در عمق مناسب در حمام غوطه ور شود. باید حداقل سالیانه به +/{3}}.02 درجه کالیبره شود. علاوه بر این، نقطه انجماد دماسنج باید هر شش ماه یکبار تعیین شود و ضریب تصحیح اعمال شود.
روش کالیبراسیون یک دماسنج پیچیده است و در ASTM E77، روشهای تست برای بازرسی و تأیید دماسنج توضیح داده شده است. از آنجا که کنترل دما یک پارامتر مهم است، توصیه می شود از دو دماسنج در هر حمام استفاده کنید.
دمای حمام یکنواخت و پایدار است. یکنواختی و پایداری دمای حمام از دیگر پارامترهای مهم است. تمام طول ویسکومتر باید در دمای مناسب نگهداری شود. نوع سیرکولاتور استفاده شده، سن مایع حمام و ویسکوزیته مایع حمام بر یکنواختی دما تأثیر می گذارد.
ویسکوزیته سیرکولاتور و مایع حمام باید متعادل باشد تا دمای یکنواخت در سراسر حمام فراهم شود. مایعات حمام قبل از شروع به تغییر رنگ باید کاملاً تعویض شوند، زیرا تغییر رنگ معمولاً نشان می دهد که مایع اکسید شده و ویسکوزیته ممکن است افزایش یافته باشد.
حمام نباید در نزدیکی منافذ تهویه قرار گیرد، مثلاً در یک هود، زیرا اغلب باعث شیب بیش از حد دما در حمام می شود. اگر ویسکومتر دوم به حمام آزمایش اضافه شود در حالی که ویسکومتر مجاور دیگری برای اندازه گیری استفاده می شود، پایداری دما تأثیر منفی می گذارد.
روشنایی در حین حمام، نمونه در لوله باید روشنایی کافی داشته باشد تا از بازرسی بصری ثابت منیسک در طول خط زمانی اطمینان حاصل شود. توجه به این نکته مهم است که این روشنایی بر کنترل دمای حمام و پایداری تأثیر نمی گذارد.
این الزامات دما را نباید به سادگی گرفت، زیرا تغییرات جزئی دما می تواند باعث تغییرات زیادی در ویسکوزیته برخی از انواع فرآورده های نفتی شود.
ویسکومتر
همه ویسکومترها برای ساخت به شیشه بوروسیلیکات کم انبساط کاملا آنیل شده نیاز دارند. هنگام انتخاب اندازه ویسکومتر مورد نیاز برای تجزیه و تحلیل نمونه، فاکتورهای زیادی باید در نظر گرفته شود. ابتدا ویسکومتر باید کالیبره شود تا ویسکوزیته محاسبه شود.
این روش در ASTM D446، مشخصات و دستورالعمل های عملیاتی ویسکومتر کینماتیک مویرگی شیشه ای توضیح داده شده است. استانداردهای ویسکوزیته برای تعیین ثابت ویسکومتر استفاده می شود. اگرچه یک استاندارد واحد برای به دست آوردن یک ثابت کافی است، استفاده از دو استاندارد که محدوده مویرگی را پوشش میدهند، ثابت کالیبراسیون قابل اعتمادتری تولید میکند.
استانداردهای ویسکوزیته تاریخ انقضا دارند و نباید بیش از این تاریخ استفاده شوند. امکان خرید ویسکومتر کالیبره شده با دمای مناسب وجود دارد. از آنجایی که برای برخی از انواع ویسکومتر، ثابت ویسکومتر با دما تغییر می کند، محاسبه ثابت ویسکومتر برای دمای نمونه مورد تجزیه و تحلیل اهمیت دارد. ثابت ویسکومتر باید حداقل سالیانه تأیید شود.
اندازه ویسکومتر باید به گونه ای باشد که زمان جریان برای تعیین دستی حداقل 200 ثانیه باشد. در غیر این صورت هماهنگی چشم و دست عامل مهمی خواهد بود. اپراتور منتظر می ماند تا منیسک سیال از خط زمان بندی عبور کند و زمان جریان را با استفاده از ساعت یا کرونومتر اندازه گیری می کند. زمان جریان بیش از 200 ثانیه برای حذف تغییرات احتمالی اپراتور مورد نیاز است.
بدیهی است که برای آنالیز باید از لوله ویسکومتر تمیز استفاده شود، اما منظور از تمیز کردن دقیقا چیست؟ لوله باید عاری از گرد و غبار یا ذرات دیگر باشد و مایع باید به وضوح سطح شیشه را خیس کند.
به طور معمول، کافی است چندین بار با یک حلال نمونه مانند نفتا و سپس یک حلال خشک مانند استون شستشو داده شود و سپس با یک گاز خشک و بدون گرد و غبار مانند هوا یا نیتروژن پاکسازی شود. حلال نیز باید بدون باقی ماندن باقیمانده خشک شود. این امر به ویژه در صورت استفاده از حلال های تجاری یا کاربردی بسیار نگران کننده است.
بقایای نمونه های قبلی پوشش داده شده در داخل ویسکومتر را می توان با محلول تمیز کننده کرومیک اسید 1 یا محلول تمیز کننده اکسید کننده قوی که حاوی کروم نیست پاک کرد. 2
هرگز از پاککنندههای مایع قلیایی یا محلولهای تمیزکننده با pH بیشتر از 8 استفاده نکنید.0 در واقع اندازه مویرگ را با حل کردن دیوارههای شیشه تغییر میدهند و در نتیجه ثابتهای کالیبراسیون را تغییر میدهند.
این نوع مایعات معمولاً در آزمایشگاههای تحلیلی یافت میشوند و میتوانند برای کاربردهای دیگر استفاده شوند، اما اگر برای تمیز کردن لولههای آزمایش استفاده شوند، نیاز به کالیبراسیون مجدد لولههای آزمایش دارند. راه دیگر برای تغییر قابل توجه ثابت کالیبراسیون ویسکومتر حداقل اندازه، خیس کردن لوله آزمایش در آب جوش یک شبه است. لوله ممکن است تمیز باشد اما قبل از استفاده باید کالیبره شود.
همچنین لوله قبل از استفاده باید خشک باشد. استفاده از هوای خشک و بدون گرد و غبار یا نیتروژن توصیه می شود.
هنگامی که لوله در یک حمام با دمای ثابت معلق است، لوله باید در موقعیت عمودی مشخص، عاری از لرزش و در عمق غوطه وری مشخص قرار گیرد. دستورالعمل های سازنده و دستورالعمل های روش تست را دنبال کنید.
دستگاه زمان بندی
دستگاه زمانبندی باید در محدوده +/{1}} دقیق باشد.07٪ از خواندن و باید بتواند در محدوده وضوح 2،{4}} ثانیه یا 0.1 ثانیه برای یک قسمت بخواند. برای مدت زمان جریان 200 ثانیه هنگام استفاده از دستگاه های زمان بندی الکترونیکی باید دقت شود زیرا جریان متناوب ممکن است دقت لازم را ارائه ندهد.
پردازش نمونه
اگر ذرات قابل مشاهده هستند، باید یک نمونه فیلتر شده جمع آوری شود. این امر به ویژه هنگام تجزیه و تحلیل روغن مصرف شده مهم است. از آنجایی که نمونه باید عاری از هوا باشد، در صورت وجود، باید اجازه داده شود تا برای دفع هوای خارج شده، جامد شود. همانطور که مایعات تمیز کننده خورنده ثابت های کالیبراسیون را تغییر می دهند، نمونه های خورنده (PH بالا) نیز تغییر می کنند.
با افزایش pH نمونه، تغییر در ثابت سریعتر افزایش می یابد. هرچه مویرگ کوچکتر باشد، تغییرات ثابت سریعتر است. پس از تجزیه و تحلیل یک نمونه سوز آور، ممکن است نیاز به کالیبراسیون مجدد لوله آزمایش باشد، اگرچه نمونه های بسیار سوزاننده معمولاً در صنعت نفت یافت نمی شوند.
نمونه ها باید در دمای آزمایش مورد نیاز متعادل شوند. ممکن است تا 30 دقیقه طول بکشد، برخی از مواد ممکن است بیشتر طول بکشد.
برای هر نمونه دو اندازه گیری زمان جریان باید به دست آید. اگر دو تعیین ویسکوزیته سینماتیکی محاسبهشده از اندازهگیریهای زمان جریان با محدودیتهای اندازهگیری مشخص شده برای نوع نمونه مورد آزمایش مطابقت داشته باشد، میانگین دو تعیین باید گزارش شود.
اگر ناهماهنگیها دو بار در محدوده تعیینپذیری تعیینشده مشخص شد، اندازهگیری باید پس از بررسی و اصلاح علل احتمالی تکرار شود. ویسکومتر کثیف، دمای حمام نادرست، یا زمان تعادل ممکن است مقصر باشند.
ویسکومتر اتوماتیک
ویسکومترهای خودکار بیش از 30 سال است که برای تعیین ویسکوزیته سینماتیکی D445 در صنعت نفت استفاده می شود. آنها شرایط فیزیکی، عملیات یا فرآیندهای تجهیزات دستی را شبیه سازی می کنند و باید دقت مشخص شده توسط روش را برآورده کنند.
تمام الزامات به جز یکی از الزامات فوق به طور یکسان برای ابزارهای خودکار اعمال می شود. برای ابزارهای خودکار، زمان مورد نیاز جریان بیش از 200 ثانیه یک بار آرام شد. کمیته فرعی ASTM D02.07 Flow Characteristics، که مسئول این روش آزمایشی است، در حال حاضر در حال تعیین حداقل زمان جریان مجاز برای این ابزارهای خودکار است.
اگر الزامات زمان جریان واقعاً آرام باشد، دو الزام اضافی وارد عمل میشوند. اولاً، محاسبه ویسکوزیته سینماتیکی از ثابتهای لوله و زمانهای جریان ممکن است به یک اصطلاح اضافی نیاز داشته باشد، ضریب تصحیح انرژی سینماتیکی. این عامل انرژی اعمال شده برای شتاب دادن به سیال را در جریان جریان از مخزن به لوله مویرگی در نظر می گیرد.
برای زمان های جریان طولانی تر، این اصلاح ناچیز است. دوم، دستگاه زمان بندی نیاز به حفظ وضوح و حساسیت تشخیص 1 قسمت در سال 2000 دارد.
QC
نمونههای کنترل کیفیت باید بهطور دورهای برای نظارت بر سیستم اندازهگیری و تأیید اینکه نتایج در حد دقت روش آزمایش هستند استفاده شوند.
هر نمونه ای که از نظر ترکیب مشابه نمونه هایی است که معمولاً آنالیز می شوند باید استفاده شود. ASTM D6299، تمرین استاندارد برای بکارگیری تکنیک های تضمین کیفیت آماری برای ارزیابی عملکرد سیستم اندازه گیری تحلیلی، اطلاعات دقیقی را در مورد سیستم های کنترل کیفیت ارائه می دهد.
تعمیم دادن
روش تست ویسکوزیته سینماتیکی مایعات شفاف و مات یکی از مهم ترین آزمایشات در صنعت نفت است. از سال 1937 استفاده شده است، اما روش به طور مداوم در حال بهبود است. این تکنیک ساده به نظر می رسد، اما عوامل زیادی بر دقت اندازه گیری تأثیر می گذارد. برآورده کردن تمام الزامات برای انجام یک روش آزمایش به آزمایشگاه اجازه می دهد تا دقت تعیین شده را برآورده کند یا از آن فراتر رود.
یادداشت های نویسنده
اسید کرومیک برای سلامتی خطرناک است و باید با احتیاط رفتار کرد. این ماده سمی، سرطان زا شناخته شده، بسیار خورنده و در تماس با مواد آلی خطرناک است.
محلول های تمیز کننده قوی اکسید کننده که حاوی کروم نیستند نیز در تماس با مواد آلی بسیار خورنده و بالقوه خطرناک هستند.
