Основные характеристики нефти и газа

Состав нефти: различают элементный, фракционный и групповой составы.

Основными ее элементамиявляются углерод (83 – 87 %) и водород (11 – 14%). Наиболее часто встречающаяся примесь – сера (обычно до 7 %), хотя во многих нефтях серы практически нет. Кислород встреча­ется в нефти не в чистом виде, а в различных соединениях (кислоты, фенолы, эфиры и т. д. не более 3,6 %). Из металлов в неф­ти присутствуют железо, магний, алюминий, медь, натрий, олово, ко­бальт, хром, германий, ванадий, никель, ртуть и др. Содержание ме­таллов столь мало, что они обнаруживаются лишь в золе, остающейся после сжигания нефти.

Фракционный состав нефти определяется при разделении соеди­нений по температуре кипения. Так, бен­зины выкипают в пределах 35 – 205 °С, керосины – 150 – 315°С, ди­зельные топлива – 180 – 350 °С, масла – 350 °С и выше.

Под групповым составом нефти понимают количественное соот­ношение в ней отдельных групп углеводородов и соединений.

Углеводороды представляют собой химические соединения углеро­да и водорода. Они бывают парафиновые, нафтеновые и ароматиче­ские. Кроме углеводородов, в нефти содержатся кислородные, серни­стые и азотистые соединения.

Природные газы делятся на три группы:

- газы, добываемые из чисто газовых месторождений;

- газы, добываемые из газоконденсатных месторождений;

- газы, добываемые вместе с нефтью из нефтяных месторожде­ний.

Все газы представляют собой смеси парафиновых углеводородов с азотом, сероводородом, углекислым газом и другими компонента­ми, но в разных пропорциях. Газы чисто газовых месторождений наи­более легкие, они на 90 % и более состоят из метана. Газы нефтяных месторождений (их также называют попутным нефтяным газом) наи­более тяжелые, содержание метана в них от 30 до 70 %. Газы газокон­денсатных месторождений несколько более тяжелы, чем газы чисто газовых месторождений, но легче, чем нефтяной газ; метана в них от 80 до 90 %.

Природный газ бесцветен, а при отсутствии в нем сероводорода не имеет запаха.

На технологию транспорта и хранения нефти в той или иной мере влияют ее физические свойства (плотность, вязкость), испаряемость, пожаровзрывоопасность, электризация, токсичность.

Плотность нефти и нефтепродуктов зависит от температуры, ее выражают как в абсолютных (с указанием температуры, которой она соответствует) так и в относительных (отношение плотности нефтепродукта при температуре 20 ºС к плотности воды при 4º С – ) единицах. Абсолютная плотность в зависимости от вида нефти колеблется в пределах от 760 до 1000 кг/м³, а относительная от 0,7 до 1. Плотность нефтепродукта при температуре tº определяется по формуле:

, (5.1)

где – плотность нефтепродукта при 20º С; – температурная поправка, .

От правильного определения плотности нефти в резервуарах зависит точность ее учета, а в конечном счете – прибыль предприятия.

Вязкость нефти – это свойство нефти или нефтепродукта оказывать сопротивление перемещению одной части нефти или нефтепродукта относительно другой. Различают динамическую и кинематическую вязкости.

. (5. 2)

Вязкость нефтепродукта зависит от его температуры. Вязкость некоторых нефтей и нефтепродуктов настолько велика, что перекачка их по трубопроводу при 20 – 30 ºС практически невозможна. Поэтому транспортировка таких нефтепродуктов (их называют высоковязкими) возможна только с подогревом или в смеси с маловязкими разбавителями. При расчете трубопровода на конкретный нефтепродукт необходимо иметь график зависимости вязкости от температуры для данного нефтепродукта, который строится на основании лабораторных исследований.

Температура застывания имеет существенное значение для транспортирования нефти, так как по мере приближения к ней фактической температуры жидкости затрудняется или становится невозможным ее перемещение. Переход нефти из одного агрегатного состояния в другое совершается не при одной постоянной температуре, а в некотором интервале их значений. Поэтому температура застывания является условной величиной. Она зависит главным образом от химического состава нефти и от содержания в ней парафина и смол. Температурой застывания нефти принято считать температуру, при которой нефть, налитая в пробирку стандартных размеров, остается неподвижной в течение одной минуты при наклоне пробирки под утлом 45°. Температура застывания маловязкой нефти составляет до – 25° С и поэтому ее можно транспортировать при температуре окружающей среды. С увеличением содержания парафина температура застывания увеличивается. Для нефти полуострова Мангышлак она доходит до + 30 °С. Ее можно перекачивать только специальными методами.

Теплопроводность и удельная теплоемкость c_p характеризуют теплофизические свойства нефти и нефтепродуктов.

, (5. 3)

c_p , (5. 4)

где – плотность нефти или нефтепродукта при температуре 15 °С.

Удельная теплоемкость в интервале температур от 0 до 110 °С изменяется в пределах 1680 – 2500 , поэтому в прикидочных расчетах ее можно принимать 2100

Испаряемость – свойство нефти и нефтепродуктов переходить из жидкого состояния в газообразное при температуре меньшей, чем температура кипения. Испарение углеводородных жидкостей происходит при любых температурах до тех пор, пока газовое пространство над ними не будет полностью насыщено углеводородами. Скорость испарения нефти и нефтепродуктов зависит, в основном, от содержания в них легких фракций (пропан, бутаны) и от температуры.

Пожаровзрывоопасность нефти и нефтепродуктов характеризуется способностью смесей их паров с воздухом воспламеняться и взрываться.

Пожароопасность нефти и нефтепродуктов определяется величинами температур вспышки, воспламенения и самовоспламенения. Под температурой вспышкипаров понимают температуру, при которой пары жидкости, нагретой при определенных условиях, образуют с воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении к ней открытого пламени. Углеводородные жидкости с температурой вспышки 61 °С и ниже относятся к легковоспламеняющимся, выше 61 °С − к горючим.

Под температурой воспламененияпонимают температуру, при которой жидкость при поднесении открытого пламени горит. Обычно температура воспламенения на 10 − 50 °С выше температуры вспышки.

Под температурой самовоспламененияпонимают температуру нагрева жидкости, при которой ее пары воспламеняются без поднесения открытого огня. В зависимости от температуры воспламенения установлено пять групп пожароопасных смесей: Т₁ > 450 °С; Т₂ = 300 − 450 °С; Т₃ = 200 − 300 °С; Т₄ = 135 − 200 °С; Т₅ = 100 − 135 °С.

Взрывоопасностьнефти и нефтепродуктов характеризуется ве­личинами нижнего и верхнего пределов взрываемости. Нижний предел взрываемости− это концентрация паров жидкости в воздухе, ниже которой не происходит вспышки смеси из-за избытка воздуха и недостатка паров при внесении в эту смесь горящего предмета. Верхний предел взрываемостисоответствует такой концентрации паров нефти и нефтепродуктов в воздухе, выше которой смесь не взрывается, а горит. Значения концентрации паров между нижним и верхним пределами взрываемости называют интервалом взрываемости. Для нефти и нефтепродуктов интервал взрываемости составляет от 2 до 10 %.

Электризацияуглеводородных жидкостей обусловлена их высоким электрическим сопротивлением, т. е. диэлектрическими свойствами. При трении их частиц между собой, о стенки трубопроводов и емкостей, а также о воздух возникают заряды статического электричества величиной до нескольких десятков киловольт. Для воспламенения же достаточно разряда с энергией 4 − 8 кВт. От разрядов статического электричества применяют, в основном, два метода защиты: заземление токопроводящих элементов оборудования и ограничение скоростей перекачки (не более 10 м/с).

Токсичностьнефти и нефтепродуктов заключается в том, что их пары оказывают отравляющее действие на организм человека. При этом наблюдается повышенная заболеваемость органов дыхания, функциональные изменения со стороны нервной системы, измене­ние кровяного давления и замедление пульса.

Основными свойствами газов, влияющими на технологию их транспорта по трубопроводам, являются плотность, вязкость, сжимаемость и способность образовывать газовые гидраты.

Плотность газов зависит от давления и температуры. Так как при движении по газопроводу давление уменьшается, то плотность газа снижается и скорость его движения возрастает. Таким образом, в отличие от нефте- и нефтепродуктопроводов транспортируемая среда в газопроводах движется с ускорением.

Вязкость газов в отличие от вязкости жидкостей изменяется прямо пропорционально изменению температуры, т.е. при увеличении температуры она также возрастает, и наоборот. Это свойство используют на практике: охлаждая газы после компримирования, добиваются уменьшения потерь давления на преодоление сил трения в газопроводах.

Сжимаемость – это свойство газов уменьшать свой объем при увеличении давления. Благодаря свойству сжимаемости в специальных емкостях – газгольдерах высокого давления – можно хранить количество газа, в десятки раз превышающее геометрический объем емкости.

Если газ содержит пары воды, то при определенных сочетаниях давления и температуры он образует гидраты – белую кристаллическую массу, похожую на лед или снег. Гидраты уменьшают, а порой и полностью перекрывают сечение газопровода, образуя пробку. Чтобы избежать этого, газ до закачки в газопровод подвергают осушке.