Бақылау сұрақтары

1. Мұнай құрамына қандай көмірсутектері кіреді ?

2. Мұнай құрамын қалай жіктейді?

3. Мұнайдың тығыздығы мен тұтқырлығы неге байланысты?

3 Апта.

№ 5 Дәріс. Мұнайдың жылулық қасиеттері. Мұнайдың реологиялық қасиеті.

Мұнайдың жылулық қасиеті. Ұңғы өнімдерін жинау және дайындаудың технологиялық процесінде сұйық ағындары қыздырылып және салқындатылады. Процестерді және аппараттарды есептеу және жоба-лау үшін жылулық қасиетін білу қажет, оған меншікті жылусыйымдылығы, жылуөткізгіштік және жану жылулығы жатады. Заттың жылулық қасиетін эксперимент түрінде анықтау үлкен еңбекті талап етеді, сондықтан техникалық есептерде эмпириялық формулаларды, графиктерді, номограм-маларды және кестелерді қолданады.

Жылусыйымдылық - бұл заттың бойындағы жылу мөлшерінің сәйкесті температура өзгерісіне қатынасы. Меншікті жылусыйымдылық - бұл масса бірлігіне келтірілген жылусыйымдылық. Практикада бұл арқылы 1 кг затты 1С-қа қыздыру үшін қажетті жылу мөлшерін (кДж) ұғынамыз. Мұнайдың меншікті жылусыйымдылығы 1,7 - 2,1 кДж/кгК аралығында ауытқиды.

Жылуөткізгіштік- заттар молекуласының немесе атомдарының жылулық қозғалысы әсерінен жылу беру процесін өрнектейді және жылуөткізгіштік коэффициентімен (Вт/мК) сипатталады. Тауарлы мұнай үшін жылуөткізгіштік коэффициенті 0,14 - 0,16 Вт/мК құрайды.

Жану жылулығы - немесе жылу шығару қабілеті - бұл 1 м³ газдың немесе 1 кг сұйық немесе қатты отынның толық жанған кезінде бөлетін жылу мөлшері (кДж). Есептер кезінде әдетте төменгі жану жылулығы қолданылады. Жану жылулығын эксперименталды анықтайды (калориметр-лерде отынның белгілі бір мөлшерін жағу арқылы) немесе белгілі элементарлық құрамынан немесе тығыздығынан шыға отырып формула бойынша есептейді.

Мұнайдың төменгі жану жылулығы 8,5 ккал/кг немесе 35 кДж/кг, мазуттікі 9,5 ккал/кг немесе 40 кДж/кг

Мұнайдың реологиялық қасиеттері деп - мұнайға әсер етушi сыртқы күштердiң және осы күштер тудыратын деформация арасындағы өзара байланысты айтуға болады, яғни тұтқырлықтың құбырдағы жылдамдық градиентi мен ығысу кернеуiне тәуелдiлігін айтамыз.

Парафинді мұнайларға тән қасиет, бұл мұнай тұтқырлығының өзгерісі қысым құлауына (немесе, ығысу кернеуiне - ) және құбырдағы жылдамдық градиентiне тәуелділігі.

Шеңберлі құбырдағы сұйықтардың қозғалысы кезінде тұтқырлықты үйкеліс жөніндегі Ньютон заңына сәйкес жанама кернеуiнің теңдеуі мына түрде жазылады:

(6.18)

мұнда - сұйықтың екi қабатшасы (слойы) арасындағы жанама ығысу кернеуi, Па; S- сұйықтың екi қабатшасы арасындағы беттесу ауданы, м²;

- динамикалық тұтқырлық коэффициентi, Пас; r- құбыр өсінен есептегендегі радиус, м. (6.18) теңдеуіндегі теріс таңба, бұл радиус үлкейген сайын жылдамдықтың баяулайтынын көрсетеді, яғни dw/dr теріс болса, онда ығысу кернеуінің шамасы оң болады.

6.2. Суретте құрылымды ағындағы кернеу мен жылдамдықтың таралуы бейнеленген. Егер сұйықтардың барлық ағын қозғалысын барлық көлденең қимасы бойынша бірдей жылдамдықпен жүретін қатты дененің қозғалысы деп қарастырсақ, онда мұны құрылымды ағын режимі деп түсінеміз. Қысым құлауы (өзгерісі ) Р өскен сайын сұйықтардың қозғалыс жылдамдығы артады және құбыр қабырғаларына жақын ағын бөліктерінде ламинарлық режим дамып, ал орталық ядро қатты дене түріндегі қозғалысын жалғастырады, яғни ламинарлықтың орнына құрылымды ағын қозғалысы жүреді.

W0	6.2. Суретте. Құрылымды ағындағы кернеу мен жылдамдықтың таралуы.

Ньютон теңдеуiн сұйықтың ламинарлық ағыны кезiнде қолданған жөн, яғни сұйық, ағынның жәй жылдамдығы кезiнде бiр-бiрiмен араласпайтын қабатшалар түрiнде ламинарлы қозғалады. (6.18) формуланы мына түрде жазуымызға болады:

бұл жағдайда түзу сызық түріндегі тәуелділікті аламыз. (6.3 сурет. 1-ші қисық) мұнайдың абсолютті тұтқырлығын сипаттайды.

Турбуленттi қозғалыс кезiнде тұтқырлық коэффициенті - өз мәнін жоғалтады және ағын жылдамдығының функциясы болып қалыптасады. Мүмкiн тұтқырлық - (^) түсiнiгiн енгіземіз.

Ығысу кернеуi - мен жылдамдықтар градиентіне- dw/dr байланысты, тұтқырлығы түзу сызықтық заңы бойынша ( ) өзгеретін сұйықтарды ньютондық сұйықтар деп атайды.

Тұтқырлығы ығысу кернеуi мен жылдамдықтар градиентіне байланысты өзгеретін ( ) сұйықтарды ньютондық емес сұйықтар деп атайды. (6.3. Сурет. 2-3-ші қисықтар)

2-ші қисық, нашар қозғалатын ньютондық емес сұйықтарға тән (мысалы, қату температурасына жақын парафинді мұнай немесе сумұнай эмульсиясы, олардың тұтқырлығы жылдамдықтар градиентіне байланысты)

6.3. Сурет. Ньютондық және ньютондық емес сұйықтар үшін ығысу кернеуiнің тәуелділігі. 1-ньютондық сұйық-тар; 2-баяу қозғалатын ньютондық емес сұйықтар (қату температурасына жақын парафинді мұнайлар немесе эмульсиялар); 3- кристалды құрылымдық торлары бар жұмсақ (пластикалық) ньютондық емес сұйықтар.

3-ші қисық, мұнайдағы парафин кристалдарына негiзделген құрылымдық торлары бар жұмсақ (пластикалық) ньютондық емес сұйықтарға (парафиндi мұнайларға) тән. Құрылымдық торлардың түзілуіне байланысты бастапқы ығысу кернеуi - пайда болады, бұдан төмен мұнай ағынының болуы мүмкін емес. 3-ші қисық үшін үш шекті (критикалық) ығысу кернеуін қарастырамыз:

1) ₀- аққыштықтың ең төменгі шегі,

2) _д - түзу сызықты участкенің жалғасын қиятын, абсцисса өсіндегі қимаға сәйкесті аққыштық шегi,

3) - аққыштықтың ең жоғарғы шегі, бұл кезде қисық сызық түзу сызыққа ауысады. Бұл кезде сұйықтағы құрылым кернеуі бұзылады да, ядро (яғни ағынның орталық бөлігі) жоғалады.

Құрылымдық режим Шведов-Бингам теңдеуімен сипатталады:

(6.19)

немесе (6.20)

Парафиндi мұнайлар уақыт өте құрылым берiктiгiн өздiгiнен арттыруға және оның бұзылудан соң қайтадан қалпына келу қасиеттерiне ие болады. Бұл қасиетін тиксотропия деп атайды. Құрылым бұзылғаннан соң, оның қайтадан тиксотроптық қалпына келу уақыты әр түрлi мұнайлар үшiн әр түрлi аралықта (0,5-20 сағат ) болады.

№ 6 Дәріс. Мұнай газының физика-химиялық қасиеттері. Мұнай газының құрамы және оның қысым мен температураға тәуелділігі. Мұнаймен фазалық тепе-теңдігі. Газдың мұнайда және қабат суында ерігіштігі. Кристаллды гидраттар, олардың құрамы және түзілуі.

Мұнай газы ұңғы өнімінің табиғи және ажырамас бөлігі болып табылады, оның мөлшері мұнайдағы газ факторымен бағаланады.

Газ факторы бұл еркін күйінде мұнай қабатынан алынатын, сондай-ақ мұнайды айырудың әртүрлі сатыларынан соң бөлініп шыққан жалпы газ мөлшерін көрсетеді.

Әдетте газдың бірлік көлемінен немесе массасынан бөлініп шығатын газ мөлшерін қалыпты жағдайға келтіреді (Р=0,1 МПа және Т=273 К). Газ факторының өлшем бірлігі (м³/м³ немесе м³/т).

Терең жатқан өнімді қабаттардан өндірілетін жеңіл мұнайлар жоғары газ факторымен сипатталады. Шамалы тереңдіктен алынатын ауыр асфальтты-шайырлы мұнайлардың құрамында газ мөлшері көп болмайды.

Әр ұңғы бойынша газ факторын білу және игеру барысында оның өзгерісін бақылап отыру, бұл мұнай газының ресурсы жөнінде, газ құбырларының гидравликалық есептерін жүргізуде, айырғыштардың қажетті өлшемі мен санын анықтауда, газды дайындауға арналған қондырғылардың өткізгіштік қабілетін анықтауда және газды тасымалдауға арналған компрессорлардың қуаттылығын анықтауда үлкен мәлімет береді.

Мұнай газы - бұл С₁-ден С₄ -ке дейін және одан да жоғары метан қатарының көмірсутектерінің күрделі көпкомпонентті қоспалары, сондай-ақ онда көмірсутек емес газдар - азот, көмірқышқыл газы, күкіртсутек және инертті газдар болуы мүмкін.

Әртүрлі кен орындарынан өндірілетін мұнай газы компоненттік құрамы бойынша едәуір ерекшеленеді.

Қазақстанның бірқатар кен орындарындағы [7], [14] мұнайгазының көпкомпоненттік құрамы 2.2-кестеде келтірілген

2.2-кесте. Айырғыштың 1-ші сатысындағы мұнайгазының құрамы, %

Кен орны	СН4	С2Н6	С3Н8	С4Н10	С5Н12	С6Н14	СО2	Н2S	N2	Салыс. тығыз.
Жетібай Өзен Құмкөл Қисымбай Жаңажол Теңіз	50,21 36,83 54,2 72,2 51,81 78	17,5 21,75 17,56 7,03 5,81 6,4	13,9 19,5 15,86 5,68 4,57 3,0	7,94 11,43 7,66 6,42 3,16 1,6	2,84 4,26 1,83 1,5 1,35 1,2	2,04 4,2 0,3 0,5 2,91 1,01	1,43 0,53 0,5 0,4 0,43 6,0	- - 0,1 - 1,59 3,8	4,13 1,40 2,98 12,92 1,06 0,9	0,78 0,9 1,1 0,767 0,8 0,75

Мұнайгазының неғұрлым бағалы компоненттеріне С₃ және одан да жоғары көмірсутектерінің фракциялары жатады. Газда қышқыл компоненттер деп аталатын Н₂S және СО₂-нің болуы, сондай-ақ су буының болуы мұнайхимиясы үшін мұнайгазын отын және шикізат ретінде қолдануды қиындатады және оны алыс қашықтыққа тасымалдау кезінде қиындықтар туғызады, сондықтан кәсіпшілікте оны дайындау: кептіру және тазарту жүзеге асырылады.