Độ nhớt là thước đo khả năng chống chảy của chất lỏng. Nó là một trong những tính chất quan trọng nhất của chất lỏng và đóng vai trò quan trọng trong ngành dầu khí.
Độ nhớt của dầu thô ảnh hưởng đến khả năng bơm dầu lên khỏi mặt đất của chúng ta; độ nhớt và độ bay hơi của nhiên liệu ảnh hưởng đến mức độ dễ dàng nguyên tử hóa trong kim phun nhiên liệu; và độ nhớt của dầu bôi trơn ảnh hưởng đến khả năng bảo vệ động cơ.
Đây là một đặc tính đo lường quan trọng trong thực phẩm, sơn, lớp phủ polymer và các ngành công nghiệp khác trong đó dòng đối lưu là một sản phẩm quan trọng hoặc đặc tính sử dụng.
Những thay đổi nhỏ về độ nhớt có thể có tác động rất lớn đến tính chất của chất lỏng dầu mỏ. Tầm quan trọng của phép đo độ nhớt động học đã khiến ngành dầu khí phát triển một phương pháp chính xác, được xuất bản lần đầu tiên vào năm 1937, ASTM D445, Phương pháp kiểm tra độ nhớt động học của chất lỏng trong suốt và mờ đục.
Thuật ngữ “động học” đơn giản có nghĩa là các phép đo được thực hiện trong khi chất lỏng đang chảy dưới tác dụng của trọng lực. Nó được xác định bằng cách đo thời gian cần thiết để một lượng chất lỏng chảy nhờ trọng lực qua một nhớt kế mao quản thủy tinh đã hiệu chuẩn.
Mặc dù nghe có vẻ đơn giản nhưng để đạt được độ chính xác và độ chính xác cao mà ngành yêu cầu là một nhiệm vụ cực kỳ khó khăn. Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của phương pháp thử nghiệm này.
Từ quan điểm kinh tế, sai số một phần trăm về độ nhớt của sản phẩm dẫn đến việc điều chỉnh hỗn hợp có thể dễ dàng tăng thêm một xu cho mỗi gallon vào giá thành sản phẩm. Đối với một nhà sản xuất dầu nhờn lớn, điều này có thể dẫn đến mất doanh thu từ 1 triệu USD trở lên mỗi năm.
nhiệt độ
Như người ta thường nói: “Yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến giá trị của một ngôi nhà là vị trí, vị trí và vị trí”. Khi nói đến phép đo độ nhớt, “yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến chất lượng của phép đo độ nhớt là nhiệt độ, nhiệt độ, nhiệt độ”.
Kiểm soát nhiệt độ là thông số quan trọng nhất để có được phép đo độ nhớt động học chính xác và chính xác. Điều này đặc biệt đúng đối với các sản phẩm dầu mỏ vì tốc độ thay đổi độ nhớt trên một đơn vị nhiệt độ của chúng lớn hơn đáng kể so với các sản phẩm khác.
Do đó, những thay đổi nhỏ về nhiệt độ có thể có tác động lớn đến độ nhớt của chất lỏng. Nhiệt độ bồn tắm được đo phổ biến nhất là 40 độ và 100 độ phải được kiểm soát trong khoảng +/- 0.02 độ . Đây là một cửa sổ rất chặt chẽ và phải hết sức cẩn thận để đạt được sự kiểm soát này.
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ:
nhiệt kế. Khi đo độ nhớt, phải sử dụng nhiệt kế quy định hoặc thiết bị cảm biến nhiệt độ khác có độ chính xác quy định và đáp ứng các yêu cầu của phương pháp thử.
Việc đọc nhiệt kế chính xác đến 0,01 độ có thể khó khăn, vì vậy nên sử dụng kính lúp. Nhiệt kế phải được ngâm trong bồn nước đến độ sâu chính xác. Phải được hiệu chỉnh ở mức +/- 0.02 độ ít nhất hàng năm. Ngoài ra, điểm đóng băng của nhiệt kế phải được xác định sáu tháng một lần và áp dụng hệ số hiệu chỉnh.
Quy trình hiệu chuẩn nhiệt kế rất phức tạp và được mô tả trong ASTM E77, Phương pháp kiểm tra và xác minh nhiệt kế. Vì việc kiểm soát nhiệt độ là một thông số quan trọng nên nên sử dụng hai nhiệt kế cho mỗi lần tắm.
Nhiệt độ tắm đồng đều và ổn định. Tính đồng nhất và ổn định của nhiệt độ bể là các thông số quan trọng khác. Toàn bộ chiều dài của nhớt kế phải được duy trì ở nhiệt độ thích hợp. Loại thiết bị tuần hoàn được sử dụng, tuổi của chất lỏng trong bể và độ nhớt của chất lỏng trong bể ảnh hưởng đến độ đồng đều nhiệt độ.
Độ nhớt của chất tuần hoàn và chất lỏng trong bể cần phải được cân bằng để cung cấp nhiệt độ đồng đều trong toàn bộ bể. Chất lỏng tắm cần phải được thay hoàn toàn trước khi chúng bắt đầu đổi màu, vì sự đổi màu thường cho thấy chất lỏng đã bị oxy hóa và độ nhớt có thể đã tăng lên.
Không nên đặt bồn tắm gần các lỗ thông gió, chẳng hạn như trong tủ hút, vì điều này thường dẫn đến chênh lệch nhiệt độ quá mức trong bồn tắm. Nếu thêm nhớt kế thứ hai vào bể thử trong khi sử dụng nhớt kế liền kề khác để đo thì độ ổn định nhiệt độ sẽ bị ảnh hưởng tiêu cực.
chiếu sáng. Khi ở trong bể, mẫu trong ống cần được chiếu sáng đầy đủ để đảm bảo kiểm tra trực quan nhất quán mặt khum trong suốt dòng thời gian. Điều quan trọng cần lưu ý là ánh sáng này không ảnh hưởng đến việc kiểm soát và ổn định nhiệt độ của bồn tắm.
Không nên xem nhẹ những yêu cầu về nhiệt độ này vì những thay đổi nhỏ về nhiệt độ có thể gây ra những thay đổi lớn về độ nhớt của một số loại sản phẩm dầu mỏ.
nhớt kế
Tất cả các máy đo độ nhớt đều yêu cầu thủy tinh borosilicate có độ giãn nở thấp được ủ hoàn toàn để xây dựng. Có nhiều yếu tố cần xem xét khi lựa chọn kích thước nhớt kế cần thiết để phân tích mẫu. Đầu tiên, nhớt kế phải được hiệu chuẩn để tính độ nhớt.
Quy trình này được mô tả trong ASTM D446, Thông số kỹ thuật và hướng dẫn vận hành đối với nhớt kế động học mao quản thủy tinh. Các tiêu chuẩn độ nhớt được sử dụng để xác định hằng số nhớt kế. Mặc dù một chuẩn duy nhất là đủ để thu được một hằng số, việc sử dụng hai chuẩn bao phủ phạm vi mao quản sẽ tạo ra hằng số hiệu chuẩn đáng tin cậy hơn.
Chất chuẩn độ nhớt có ngày hết hạn và không được sử dụng sau ngày đó. Có thể mua một nhớt kế đã hiệu chuẩn có hằng số ở nhiệt độ thích hợp. Vì đối với một số loại nhớt kế, hằng số nhớt kế thay đổi theo nhiệt độ nên việc tính hằng số nhớt kế cho nhiệt độ của mẫu phân tích là rất quan trọng. Các hằng số nhớt kế phải được kiểm tra ít nhất mỗi năm một lần.
Nhớt kế phải có kích thước sao cho thời gian chảy để xác định thủ công ít nhất là 200 giây; nếu không thì sự phối hợp tay mắt sẽ là một yếu tố quan trọng. Người vận hành đợi mặt khum của chất lỏng đi qua đường thời gian và đo thời gian chảy bằng đồng hồ hoặc đồng hồ bấm giờ. Cần có thời gian chảy lớn hơn 200 giây để loại bỏ khả năng thay đổi của người vận hành.
Rõ ràng, phải sử dụng ống nhớt kế sạch để phân tích, nhưng chính xác thì "sạch" nghĩa là gì? Ống phải không có bụi hoặc các hạt khác và chất lỏng phải làm ướt rõ ràng bề mặt kính.
Thông thường, chỉ cần rửa nhiều lần bằng dung môi mẫu như naphtha, sau đó là dung môi khô như axeton, sau đó làm sạch bằng khí khô, không có bụi như không khí hoặc nitơ. Dung môi cũng phải khô mà không để lại cặn. Điều này đặc biệt đáng lo ngại nếu sử dụng dung môi thương mại hoặc tiện ích.
Có thể loại bỏ cặn của các mẫu trước đó được phủ bên trong nhớt kế bằng dung dịch tẩy rửa Axit Cromic 1 hoặc dung dịch tẩy rửa oxy hóa mạnh không chứa crom. 2
Không bao giờ sử dụng chất tẩy rửa dạng lỏng có tính kiềm hoặc bất kỳ dung dịch tẩy rửa nào có độ pH lớn hơn 8.0 vì chúng thực sự sẽ thay đổi kích thước của mao quản bằng cách hòa tan thành thủy tinh, do đó làm thay đổi hằng số hiệu chuẩn.
Những loại chất lỏng này thường được tìm thấy trong các phòng thí nghiệm phân tích và có thể được sử dụng cho các ứng dụng khác, nhưng nếu được sử dụng để làm sạch ống nghiệm, chúng sẽ yêu cầu hiệu chuẩn lại ống nghiệm. Một cách khác để thay đổi đáng kể hằng số hiệu chuẩn nhớt kế kích thước tối thiểu là ngâm ống nghiệm trong nước sôi qua đêm. Ống có thể sạch nhưng cần phải hiệu chuẩn lại trước khi sử dụng.
Ống cũng phải khô trước khi sử dụng. Nên sử dụng không khí hoặc nitơ khô, không có bụi.
Khi treo trong bể có nhiệt độ không đổi, ống phải ở vị trí thẳng đứng được chỉ định, không bị rung và ở độ sâu ngâm được chỉ định. Thực hiện theo hướng dẫn của nhà sản xuất và hướng dẫn trong phương pháp thử.
thiết bị hẹn giờ
Thiết bị tính giờ phải chính xác trong khoảng +/- 0.07% số lần đọc và phải có khả năng đọc trong phạm vi độ phân giải 2,000 giây hoặc 0,1 giây cho một phần với thời gian chảy là 200 giây. Phải cẩn thận khi sử dụng thiết bị đo thời gian điện tử vì dòng điện xoay chiều có thể không mang lại độ chính xác cần thiết.
Xử lý mẫu
Nếu có thể nhìn thấy các hạt thì nên thu thập mẫu đã lọc. Điều này đặc biệt quan trọng khi phân tích dầu đã qua sử dụng. Vì mẫu không được có không khí nên mẫu phải được phép đông đặc lại để tiêu tán không khí cuốn vào, nếu có. Giống như chất lỏng làm sạch có tính ăn mòn sẽ thay đổi hằng số hiệu chuẩn, các mẫu có tính ăn mòn (pH cao) cũng vậy.
Khi độ pH của mẫu tăng lên, sự thay đổi hằng số tăng nhanh hơn. Mao mạch càng nhỏ thì sự thay đổi liên tục càng nhanh. Sau khi phân tích mẫu ăn da, có thể cần phải hiệu chỉnh lại ống nghiệm, mặc dù các mẫu có tính ăn mòn cao thường không được tìm thấy trong ngành dầu khí.
Các mẫu phải được cân bằng ở nhiệt độ thử nghiệm yêu cầu. Có thể mất tới 30 phút, một số tài liệu có thể mất nhiều thời gian hơn.
Cần thực hiện hai phép đo thời gian chảy cho mỗi mẫu. Nếu hai phép xác định độ nhớt động học được tính toán từ phép đo thời gian chảy nhất quán với các giới hạn đo được quy định đối với loại mẫu đang được thử thì phải báo cáo giá trị trung bình của hai phép xác định.
Nếu sự không nhất quán được xác định hai lần trong phạm vi có thể xác định được thì phép đo phải được lặp lại sau khi các nguyên nhân có thể đã được điều tra và khắc phục. Có thể nguyên nhân là do nhớt kế bẩn, nhiệt độ bể không chính xác hoặc thời gian cân bằng.
nhớt kế tự động
Máy đo độ nhớt tự động đã được sử dụng trong ngành dầu khí trong hơn 30 năm để xác định độ nhớt động học D445. Chúng mô phỏng các điều kiện vật lý, hoạt động hoặc quy trình của thiết bị thủ công và phải đáp ứng độ chính xác mà phương pháp quy định.
Tất cả các yêu cầu ngoại trừ một trong các yêu cầu trên đều áp dụng như nhau cho các thiết bị tự động. Đối với các thiết bị tự động, yêu cầu về thời gian chảy vượt quá 200 giây đã được nới lỏng. Tiểu ban ASTM D02.07 Đặc tính dòng chảy, chịu trách nhiệm về phương pháp thử nghiệm này, hiện đang xác định thời gian dòng chảy tối thiểu cho phép đối với các thiết bị tự động này.
Nếu yêu cầu về thời gian thực hiện được nới lỏng thì hai yêu cầu bổ sung sẽ được áp dụng. Đầu tiên, việc tính toán độ nhớt động học từ hằng số ống và thời gian chảy có thể yêu cầu một thuật ngữ bổ sung, hệ số hiệu chỉnh năng lượng động học. Hệ số này tính đến năng lượng được sử dụng để tăng tốc chất lỏng khi nó chảy từ bể chứa đến ống mao dẫn.
Đối với thời gian chảy dài hơn, sự điều chỉnh này là không đáng kể. Thứ hai, thiết bị định thời cần duy trì độ phân giải và độ nhạy phát hiện là 1 phần của năm 2000.
Kiểm soát chất lượng
Các mẫu kiểm soát chất lượng phải được sử dụng định kỳ để giám sát hệ thống đo lường và xác minh rằng kết quả nằm trong độ chính xác của phương pháp thử.
Nên sử dụng bất kỳ mẫu nào có thành phần tương tự với mẫu được phân tích điển hình. ASTM D6299, Tiêu chuẩn thực hành ứng dụng kỹ thuật đảm bảo chất lượng thống kê để đánh giá hiệu suất của hệ thống đo lường phân tích, cung cấp thông tin chi tiết về hệ thống kiểm soát chất lượng.
khái quát hóa
Phương pháp thử độ nhớt động học của chất lỏng trong suốt và mờ đục là một trong những thử nghiệm quan trọng nhất trong ngành dầu khí. Nó đã được sử dụng từ năm 1937, nhưng phương pháp này không ngừng được cải tiến. Kỹ thuật này có vẻ đơn giản nhưng có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo. Việc đáp ứng tất cả các yêu cầu để thực hiện một phương pháp thử nghiệm sẽ cho phép phòng thí nghiệm đáp ứng hoặc vượt quá độ chính xác quy định.
Ghi chú của tác giả
Axit cromic nguy hiểm cho sức khỏe và phải thận trọng khi xử lý. Nó độc hại, được công nhận là chất gây ung thư, có tính ăn mòn cao và có khả năng gây nguy hiểm khi tiếp xúc với các vật liệu hữu cơ.
Dung dịch tẩy rửa oxy hóa mạnh không chứa crom cũng có tính ăn mòn cao và tiềm ẩn nguy hiểm khi tiếp xúc với vật liệu hữu cơ.
