Здавалка
Главная | Обратная связь

Теплофизические свойства нефти и нефтепродуктов



Теплота испарения – количество тепла, расходуемое на превращение в пар 1 кг жидкости при температуре ее кипения (ее называют еще скрытой теплотой, т.к. она расходуется не на повышение температуры продукта, а на его испарение).

Средние значения теплоты испарения (в кДж/кг):

бензина – 293¸314; керосина – 230¸251; дизельных топлив – 209¸213; масел – 167¸209.

Теплоту испарения нефтяных фракций можно определить по следующей формуле

, (1.48)

где m – молекулярная масса; Т – средняя температура кипения, К.

Теплота конденсации – количество тепла, выделяющееся при конденсации пара в жидкость при той же температуре и численно равное скрытой теплоте испарения.

Теплота сгорания (теплотворная способность) – количество тепла, выделяемое при полном сгорании топлива, кДж/кг (нефть – 42·103кДж/кг, мазут – 41×103, уголь – 31×103, ацетилен – 49×103, спирт метиловый – 22×103).

Теплота плавления (скрытая) – количество тепла, поглощаемое 1 кг твердого тела, когда оно при температуре плавления превращается в жидкость.

Температура застывания – температура, при которой продукт теряет текучесть. С увеличением содержания в нефтепродукте тяжелых углеводородов температура застывания уменьшается. Данная характеристика является важным показателем для масел.

Температура кристаллизации – температура, при которой начинается выпадение углеводородов (в основном парафина), сопровождающееся помутнением нефтепродукта и изменением его вязкостных характеристик.

Зная последние две характеристики можно правильнее выбрать способы хранения и транспортировки продуктов с низкой температурой застывания.

Температура вспышки – температура, при которой смесь паров нефтепродукта и воздуха вспыхивает при поднесении к ней источника зажигания, но сам нефтепродукт не загорается. Данная характеристика является основной, по которой судят о степени огнеопасности продукта. В соответствии с международными рекомендациями к легковоспламеняющимся жидкостям (ЛВЖ) следует относить продукты с температурой вспышки tвспниже 61°С, к горючим – с tвсп 61°С. К пожароопасным продуктам обычно относятся нефтепродукты с tвсп <45°C. К ЛВЖ относятся автомобильные и авиационные бензины, спирты (tвсп 30¸40°С), керосины (tвсп=28¸60°С), к горючим – дизельные топлива (tвсп=60¸80°С), масла (tвсп=130¸200°С) и более тяжелые фракции.

Температура воспламенения – температура при которой загораются не только пары, но и сам нефтепродукт. Следует заметить, что чем больше в продукте легких фракций, тем ниже температура вспышки и воспламенения , тем легче они воспламеняются. По абсолютными значениям температура воспламенения выше температуры вспышки.

Температура самовоспламенения tсв – температура, при которой быстро нарастают химические реакции и нефтепродукт загорается, контактируя с воздухом, без поднесения пламени. Обычно tсв составляет 260¸350°С. На практике необходимо считаться с данной характеристикой и особенно в тех случаях, когда технологией предусматривается хранение или транспорт нефтепродуктов при высоких температурах (например, подогрев масла в цистернах). У эфиров tсв 200°С, у бензинов tсв>250°С, у дизельных топлив tсв=300¸330°С, у бензола tсв=660°С. Следует иметь ввиду, что с увеличением давления температура самовоспламенения уменьшается.

Температура кипения – температура, при которой происходит переход вещества из жидкого состояния в парообразное не только с поверхности вещества (как при испарении), а по всему объему.

Теплоемкость – количество тепла, которое необходимо затратить для нагрева 1 кг вещества на 1°. В зависимости от того к какому количеству продукта относится тепло, различают удельную (на единицу массы) и мольную (на 1 моль). Зная теплоемкость продукта можно определить необходимое количество тепла на нагревание его до требуемой температуры. Теплоемкость увеличивается с повышением температуры и уменьшением плотности. В зависимости от условий, при которых происходит процесс, для газов и паров различают теплоемкость при постоянном давлении () и при постоянном объеме (Сv). Различают также истинную теплоемкость (при данной температуре). Средневзвешенную теплоемкость смеси Ссмопределяют по закону аддитивности

, (1.49)

где К – содержание отдельных составляющих смеси, %; С – теплоемкость компонента.

С достаточной точностью теплоемкость нефтепродукта можно определить по формуле Крего

, (1.50)

где – плотность нефтепродукта, кг/м3.

Для бензинов теплоемкость изменяется от 1,93 до 2,21 кДж/кг×К при изменении температуры с 0 до 50°С. Для реактивных топлив – от 1,91 до 2,15 кДж/кг×К.

Энтальпия (теплосодержание). Различают энтальпию для жидкостей углеводородов и для их паров. Под удельной энтальпией жидких нефтепродуктов при температуре t понимают то количество тепла gtж, которое необходимо затратить на нагревание 1кг жидкости от 0 до t. Энтальпия нефтепродуктов в паровой фазе слагается из количества тепла, расходуемое на нагрев жидкого нефтепродукта от 0 до температуры его кипения, его испарения (скрытая теплота испарения) и нагрев паров от температуры кипения до заданной температуры t.

В технологических процессах транспорта и хранения нефти и нефтепродуктов имеют место три основных явления теплообмена: тепловое излучение, конвенция, теплопроводность.

Излучение (лучеиспускание, радиация) – теплообмен между телами, находящимися на расстоянии друг от друга, посредством лучистой энергии, носителем которой являются электромагнитные колебания. Различные вещества обладают различной способностью поглощать и излучать энергию. Сухой воздух, кислород, азот, водород нагревают газами для тепловых лучей, т.к. углекислый газ и водяной пар способен поглощать и излучать энергию

Конвекция – перенос теплоты перемешиванием и перемещением частиц вещества. Различают свободную (естественную) и вынужденную (искусственную) конвенцию. Примером естественной конвенции является перемещение нефтепродукта при его хранении в резервуаре.

Теплопроводность – молекулярный процесс распространения теплоты внутри вещества от более нагретых менее нагретым.

Количество теплоты, передаваемое конвективным поверхностям, определяется основным уравнением теплопередачи

, (1.51)

где К – коэффициент теплопередачи, кВт/(м2К); Н – площадь поверхности теплообмена, м2; – температурный перепад, °С.

Коэффициент теплопередачи К – количество тепла, передаваемое от греющего потока к нагреваемому в единицу времени через единицу поверхности при разности температур 1°, (Вт/м2град).

, (1.52)

где – коэффициенты теплообмена от вещества к поверхности нагрева и от поверхности нагрева нагреваемому веществу; – толщина промежуточной стенки; – коэффициент теплопроводности стенки.

Коэффициент теплопроводности – количество тепла, которое проходит через единичную площадь слоя толщиной 1м при разности температур в один градус Вт/мград. При нормальном давлении теплопроводность можно определить по следующей формуле

, [Вт/м2×К] (1.53)

где – плотность нефтепродукта, кг/м3 при температуре t, °С.

В пределах температур с 0 до 50°С теплопроводность топлив изменяется от 0,124 до 0,114 Вт/м×К., т.е. с увеличением температуры значения уменьшается. Теплопроводность вещества зависит также от его химического состава, влажности, давления.

Коэффициент теплообмена – количество тепла, передаваемое в единицу времени единице площади поверхности нагрева (или от единице площади к нагреваемому потоку) при разности температур поверхности и потока 1°С, кВт/м2К. Этот коэффициент представляет собой сумму коэффициентов теплообмена конвекцией и излучениями ; зависит от режима потока, его плотности, направления потока и т.п.

Взрываемость– свойства паров, находящихся в определенных пропорциях с воздухом, взрываться. В характеристиках нефтепродуктов обычно дают интервал взрываемости с нижним и верхним пределами взрываемости в % (V паров/V воздуха); бензин – 0,8¸5,1, керосин – 1,4¸7,5; пропан – 2,1¸9,5; метан – 5¸16; этилен – 3¸3,2.

При концентрации паров меньше нижнего предела смесь не взрывается и не горит. При концентрации паров выше верхнего предела смесь горит и по мере уменьшения концентрации, вследствие выгорания углеводородов, возможен взрыв.

Реалаксация – потеря упругих свойств масел и смазок под действием нагрузки во времени.

Старение масла – изменение вязкости и других свойств в процессе эксплуатации.

Стабильность – способность вещества сохранять свой состав и основные свойства в условиях его транспорта, хранения и потребления.

Регенеративность – способность продукта к восстановлению исходных свойств и качеств.

Токсичность – способность вещества вызывать отравление человека (животного). Наиболее токсичным является оксид углерода, значительное количество которого имеется в искусственных газах. Оксид углерода препятствует усвоению кислорода красными кровяными шариками. Углекислый газ не ядовит; в малых концентрациях возбуждает дыхательный центр, а в больших – ухудшает его состояние. Сильное вредное воздействие оказывают сероводород, оксиды серы и азота (табл. 1.13). Метан и другие углеводородные газы не ядовиты, но вдыхание их вызывает головокружение, а значительное содержание в воздухе приводит к удушью из-за недостатка кислорода.

Таблица 1.13

Физиологическое воздействие газов на организм человека

 

Газ Содержание Длительность и характер воздействия
об.% мг/л
Оксид углерода 0,1 1,25 Через 1ч головная боль, тошнота, недомогание
0,5 6,25 Через 20¸30мин. смертельное отравление
1,0 12,50 Через 1¸2мин. очень сильное или смертельное отравление
Серо-водород 0,01¸ 0,015 0,15¸ 0,23 Через несколько часов легкое отравление
0,02 0,31 Через 5¸8мин сильное раздражение глаз, носа, горла
0,1¸ 0,34 1,54¸ 4,62 Быстрое смертельное отравление
Сернистый 0,001¸ 0,002 0,029¸ 0,058 При длительном воздействии раздражение горла и кашель
0,05 1,46 Кратковременное воздействие опасно для жизни
Оксиды азота 0,006 0,29 При кратковременном воздействии раздражение горла
0,010 0,48 Продолжительное воздействие опасно для жизни
0,025 1,20 При кратковременном воздействии смертельное отравление

 

 

Одоризованность – насыщенность топлива сильно пахнущим веществом (одорантом) для возможности обнаружения его в воздухе по запаху. Наиболее часто в качетсве одоранта применяют этилмеркаптан (С2Н6SH). По действующим нормам содержание одоранта должно быть таким, чтобы запах его ощущался при наличии в воздухе 20% нижнего предела воспламенения (для природных газов 1%).

Технические характеристики нефтей и нефтепродуктов не следует путать с эксплуатационными свойствами, под которыми понимаются свойства топлив, смазочных материалов и технических жидкостей, которые проявляющиеся при использовании продукта непосредственно в двигателе, механизме и в их системах (бензосистеме, маслосистеме, гидросистеме).







©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.