ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ, ОБОРУДОВАНИЕ, ПРОМЫШЛЕННЫЕ
ОБЪЕКТЫ
ОБЪЕКТЫ
ДЛЯ НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕЙ,
НЕФТЕХИМИЧЕСКОЙ, ХИМИЧЕСКОЙ
И СМЕЖНЫХ ОТРАСЛЕЙ
НЕФТЕХИМИЧЕСКОЙ, ХИМИЧЕСКОЙ
И СМЕЖНЫХ ОТРАСЛЕЙ
Методология и техническая реализация
поточного определения вязкости
высоковязких нефтепродуктов с применением блока ERICHHAN VMU-1
Ивашков А.В., Айюб З.А.
Компания ErichHahn
Вязкость является определяющим параметром, характеризующим реологическое поведение нефтяных систем и влияющим на гидродинамику, тепло- и массообмен в процессах переработки нефти. Для тяжелых фракций (гудрон, битумы, вакуумные остатки) характерно неньютоновское поведение, при котором вязкость зависит от температуры, скорости деформации и структурного состояния дисперсной среды.
Лабораторные методы определения вязкости (капиллярные и ротационные) не обеспечивают достоверности при анализе таких систем вследствие изменения структуры при пробоотборе и несоответствия температурных условий. Это ограничивает применение получаемых данных для оперативного управления технологическими процессами.
Рассматривается блок измерения вязкости ErichHahn VMU-1, реализующий определение вязкости непосредственно в потоке с контролируемой подготовкой среды. В качестве измерительного элемента используется вибрационный вискозиметр, основанный на регистрации вязкого демпфирования резонансных колебаний. Дополнительно предусмотрена интеграция с кориолисовым расходомером для определения плотности и расчета кинематической вязкости.
Показано, что применение блока VMU-1 обеспечивает переход к непрерывному контролю реологических характеристик и повышает эффективность управления процессами переработки высоковязких нефтепродуктов.
Лабораторные методы определения вязкости (капиллярные и ротационные) не обеспечивают достоверности при анализе таких систем вследствие изменения структуры при пробоотборе и несоответствия температурных условий. Это ограничивает применение получаемых данных для оперативного управления технологическими процессами.
Рассматривается блок измерения вязкости ErichHahn VMU-1, реализующий определение вязкости непосредственно в потоке с контролируемой подготовкой среды. В качестве измерительного элемента используется вибрационный вискозиметр, основанный на регистрации вязкого демпфирования резонансных колебаний. Дополнительно предусмотрена интеграция с кориолисовым расходомером для определения плотности и расчета кинематической вязкости.
Показано, что применение блока VMU-1 обеспечивает переход к непрерывному контролю реологических характеристик и повышает эффективность управления процессами переработки высоковязких нефтепродуктов.
Введение
Вязкость определяет сопротивление течению, гидравлические потери и условия теплообмена в нефтеперерабатывающих процессах. Для тяжелых нефтепродуктов данный параметр отражает совокупность реологических свойств дисперсной системы, включая пластичность, эластичность и тиксотропию, обусловленные структурой асфальтеново-смолистых компонентов.
Такие системы характеризуются нелинейным поведением и высокой чувствительностью к температуре и условиям течения. В связи с этим определяющее значение приобретает процессная вязкость, соответствующая текущему состоянию среды.
Лабораторные методы измерения не обеспечивают адекватного отражения этих свойств, что обуславливает необходимость применения систем поточного измерения. Блок ErichHahn VMU-1 предназначен для решения данной задачи и обеспечивает определение вязкости в условиях, соответствующих реальному технологическому процессу.
Такие системы характеризуются нелинейным поведением и высокой чувствительностью к температуре и условиям течения. В связи с этим определяющее значение приобретает процессная вязкость, соответствующая текущему состоянию среды.
Лабораторные методы измерения не обеспечивают адекватного отражения этих свойств, что обуславливает необходимость применения систем поточного измерения. Блок ErichHahn VMU-1 предназначен для решения данной задачи и обеспечивает определение вязкости в условиях, соответствующих реальному технологическому процессу.
Научные основы метода измерения
Традиционные методы измерения вязкости, основанные на стационарных режимах течения, не учитывают структурные особенности нефтяных дисперсных систем. Их применение сопровождается изменением фазового и структурного состояния среды, а также несоответствием температурных условий.
Для высоковязких неньютоновских жидкостей определяющее значение имеет метод, обеспечивающий измерение в условиях, близких к реальному процессу.
В основе работы блока VMU-1 лежит вибрационный метод, базирующийся на теории вынужденных колебаний с вязким демпфированием. При взаимодействии колебательной системы с жидкостью величина диссипации энергии определяется ее вязко-инерционными свойствами.
В основе работы блока VMU-1 лежит вибрационный метод, базирующийся на теории вынужденных колебаний с вязким демпфированием. При взаимодействии колебательной системы с жидкостью величина диссипации энергии определяется ее вязко-инерционными свойствами.
Измеряемый параметр пропорционален механическому импедансу среды и определяется произведением:
где η — кинематическая вязкость (м²/с); ρ — плотность (кг/м³), что позволяет учитывать как вязкость, так и плотность среды.
Данный метод обеспечивает:
• высокую чувствительность к изменению структуры среды;
• независимость от режима течения;
• возможность непрерывного контроля.
Данный метод обеспечивает:
• высокую чувствительность к изменению структуры среды;
• независимость от режима течения;
• возможность непрерывного контроля.
Принцип работы измерительного узла
Измерительный узел реализован на базе вибрационного вискозиметра. Чувствительный элемент представляет собой резонансную колебательную систему, работающую в режиме установившихся крутильных колебаний.
При взаимодействии с жидкой средой возникает вязкое демпфирование, приводящее к увеличению потерь энергии. Для поддержания постоянной амплитуды используется замкнутый контур регулирования, изменяющий уровень подводимой энергии.
Измеряемый сигнал определяется величиной компенсации демпфирования и пропорционален параметру η×ρ.
Малая амплитуда колебаний исключает разрушение структуры среды, что обеспечивает корректное измерение реологических характеристик высоковязких нефтепродуктов.
При взаимодействии с жидкой средой возникает вязкое демпфирование, приводящее к увеличению потерь энергии. Для поддержания постоянной амплитуды используется замкнутый контур регулирования, изменяющий уровень подводимой энергии.
Измеряемый сигнал определяется величиной компенсации демпфирования и пропорционален параметру η×ρ.
Малая амплитуда колебаний исключает разрушение структуры среды, что обеспечивает корректное измерение реологических характеристик высоковязких нефтепродуктов.
Концепция блока ErichHahn VMU-1
Благодаря блочному исполнению VMU-1 поставляется в полной заводской готовности и может быть быстро интегрирован в действующее производство без существенной реконструкции инфраструктуры.
Блок VMU-1 реализует измерение вязкости в замкнутом циркуляционном контуре с возвратом продукта в технологическую линию. Такой подход обеспечивает сохранение исходного фазового и структурного состояния среды.
Блок VMU-1 реализует измерение вязкости в замкнутом циркуляционном контуре с возвратом продукта в технологическую линию. Такой подход обеспечивает сохранение исходного фазового и структурного состояния среды.
Стабилизация условий измерения достигается за счет регулирования температуры и гидродинамического режима. Конструктивно блок включает:
• циркуляционный контур;
• теплообменный аппарат;
• буферную емкость;
• измерительный узел;
• систему управления.
Измерение проводится в стабилизированном потоке, что позволяет получать значение вязкости, соответствующее текущему состоянию нефтяной дисперсной системы.
Дополнительно возможна интеграция с кориолисовым расходомером, обеспечивающим определение плотности и расчет кинематической вязкости.
• циркуляционный контур;
• теплообменный аппарат;
• буферную емкость;
• измерительный узел;
• систему управления.
Измерение проводится в стабилизированном потоке, что позволяет получать значение вязкости, соответствующее текущему состоянию нефтяной дисперсной системы.
Дополнительно возможна интеграция с кориолисовым расходомером, обеспечивающим определение плотности и расчет кинематической вязкости.
Заключение
Применение блока ErichHahn VMU-1 обеспечивает переход к непрерывному определению вязкости в условиях, соответствующих технологическому процессу.
Использование вибрационного метода в сочетании с контролируемой подготовкой среды позволяет повысить достоверность измерений и обеспечить корректный учет реологических свойств высоковязких нефтепродуктов.
Конструктивная завершённость блока и его адаптация для подключения к существующим технологическим трубопроводам позволяют интегрировать систему непосредственно в действующие производственные линии с минимальными затратами на реконфигурацию объекта.
Реализация данного подхода создает основу для повышения точности управления технологическими режимами и оптимизации процессов переработки тяжелых нефтяных фракций.
Использование вибрационного метода в сочетании с контролируемой подготовкой среды позволяет повысить достоверность измерений и обеспечить корректный учет реологических свойств высоковязких нефтепродуктов.
Конструктивная завершённость блока и его адаптация для подключения к существующим технологическим трубопроводам позволяют интегрировать систему непосредственно в действующие производственные линии с минимальными затратами на реконфигурацию объекта.
Реализация данного подхода создает основу для повышения точности управления технологическими режимами и оптимизации процессов переработки тяжелых нефтяных фракций.
Литература
- Fedorchenko A.I., Wang A.-B., Stachiv I. On the forced vibration of a fiber partially im-mersed in fluid. Sensors and Actuators A: Physical, 2008, Vol. 147, issue 2, P. 498–503. (In Eng).
- Shamuratov J., Ruziev I., Ismoilov M. New vibration viscometer for measuring the viscosity of liquids. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2024, Vol. 97, issue 4, P. 947–966. (In Eng).
- Barnes H.A., Hutton J.F., Walters K. An introduction to rheology. Amsterdam: Elsevier, 1989, P. 200. (In Eng).
- Mezger T.G. The Rheology Handbook. Hannover: Vincentz Network, 2014, P. 434. (In Eng).
- API Technical Data Book – Petroleum Refining, 8th Edition. American Petroleum Institute. (In Eng).
- Bird R.B., Stewart W.E., Lightfoot E.N. Transport Phenomena. New York: Wiley, 2007. (In Eng).
Ивашков А.В., Айюб З.А.
Компания ErichHahn, Москва, Россия
mail@erichhahn.ru
Компания ErichHahn, Москва, Россия
mail@erichhahn.ru
© Экспозиция Нефть Газ. Научно-технический журнал. Входит в перечень ВАК
+7 (855) 222-12-84