Телефон: 8-800-350-22-65
WhatsApp: 8-800-350-22-65
Telegram: sibac
Прием заявок круглосуточно
График работы офиса: с 9.00 до 18.00 Нск (5.00 - 14.00 Мск)

Статья опубликована в рамках: XXXVIII Международной научно-практической конференции «Естественные и математические науки в современном мире» (Россия, г. Новосибирск, 13 января 2016 г.)

Наука: Информационные технологии

Секция: Системный анализ, управление и обработка информации

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:
ВЯЗКОСТЬ СМЕСИ УГЛЕВОДОРОДОВ // Естественные и математические науки в современном мире: сб. ст. по матер. XXXVIII междунар. науч.-практ. конф. № 1(37). – Новосибирск: СибАК, 2016.
Проголосовать за статью
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

ВЯЗКОСТЬ СМЕСИ УГЛЕВОДОРОДОВ

 

ВЯЗКОСТЬ СМЕСИ УГЛЕВОДОРОДОВ

Кувыкин Вячеслав Иванович

д-р физ.-мат. наук, начальник Планово-экономического отдела
ООО «ЛУКОЙЛ-Нижегороднефтеоргсинтез»,

РФ, г. Кстово,

E-mail: Vyacheslav.Kuvykin@lukoil.com

Кувыкина Елена Вадимовна

канд. физ.-мат. наук, доц. ННГУ им. Н.И. Лобачевского,

РФ, г. Нижний Новгород,

E-mail: e.kuvykina@yandex.ru

 

THE VISCOSITY OF THE HYDROCARBONS MIXTURE

Viacheslav Kuvykin

dr. Sc. (Phys.-Math.), Head of Economic department OOO LUKOIL-Nizhegorodnefteorgsintez,

Russia, Kstovo

Elena Kuvykina

candidate of Phys.-Math. Sciences, Associate Professor National Research Lobachevsky
State University of Nizhni Novgorod,

Russia, Nizhni Novgorod

 

АННОТАЦИЯ

Рассмотрены задача расчета кинематической вязкости бинарной смеси нефтепродуктов. В работе представлен новый подход к расчету вязкостей смесей углеводородов, основанный на использовании специальных вязкостей смешения компонентов. Для выбора соответствующих значений в эмпирических формулах использованы методы регрессионного анализа. Приведено сравнение расчетов с экспериментальными данными. Результаты исследования применяются в оптимизационных задачах смешения нефтепродуктов с использованием нелинейного программирования.

ABSTRACT

The task of calculating the viscosity of binary mixtures of hydrocarbons is considered. This work describes a new approach to the calculation of viscosities of hydrocarbon mixtures, based on using the special mixing components viscosities. Regression analysis methods are used to select the appropriate values in the empirical formulas. Calculations on the base of proposed method compare with experimental data. The results of the study are used in nonlinear programming for petroleum products blending optimization.

 

Ключевые слова: математическое моделирование; нефтепереработка; системный анализ; нелинейное программирования; информационные технологии.

Keywords: mathematical modeling; refining; systems analysis; nonlinear programming; IT.

 

Необходимость расчета вязкости смеси имеет большое практическое значение в нефтепереработке при компаундировании продуктов, таких как топочные мазуты, вакуумный газойль, судовые топлива [2, c. 594–595]. Для мазута вязкость – это важнейший эксплуатационный критерий, который определяет свойства слива мазута, его транспортировки, сжигания и перекачки. Формулы расчета вязкости смеси играют существенную роль в экономике нефтепереработки при построении автоматизированных систем и задачах оптимизации с использованием нелинейного программирования [7; 5]. Моделирование нелинейных процессов оказывает влияние на корректность построения оптимального решения [1; 6]. В последнее время особую актуальность приобретают способы транспортировки и переработки тяжелых углеводородов, где расчет вязкости стоит особенно остро.

В настоящее время в программных продуктах для моделирования процессов переработки углеводородного сырья применяются те или иные расчетные формулы, которые удовлетворительно описывают лишь некоторый диапазон изменения реологических характеристик нефтепродуктов.

Как известно, вязкость жидкой смеси не может быть вычислена по правилу аддитивности. Имеются формулы и номограммы для подсчета вязкости смеси по данным о вязкостях компонентов. Установлено, что наиболее просто этот расчет для различных типов нефтей и нефтепродуктов может быть выполнен с использованием формулы Вальтера [3]

,                                                    (1)

где:  – кинематическая вязкость i-го компонента, – объемное содержание i-го компонента,  – вязкости смеси.

Для проверки формулы и возможности использования ее в оптимизационных расчетах в задачах линейного программирования проведены экспериментальные измерения вязкости компонентов и смесей различного состава [1]. Показано, что формулы (1), использующие объемные соотношения, при содержании высоковязкого компонента более 30 % имеют значительную относительную ошибку. При этом наибольшая ошибка достигается при объемном содержании гудрона в смеси – 50 %. Более того, теоретические значения получаются заниженными. Поскольку на практике при нормировании вязкости ставятся ограничения снизу, расчетные значения оказываются неприемлемыми с точки зрения обеспечения качества смеси.

Предложим методику, которая позволяет уменьшить расхождение между расчетными и экспериментальными данными и, в то же время, сохранить линейные относительно объема соотношения (1). Для расчета вязкости смеси с применением линейных соотношений воспользуемся аналогиями с компаундированием бензинов и введем в рассмотрение кинематическую вязкость смешения.

В задачах компаундирования автомобильных бензинов успешно используется метод Октановых чисел смешения (Blending Octanie Number Method) [8, с. 249]. Этот метод использует фиктивные октановые числа (blending octane numbers – BON's), которые удовлетворяют линейному закону и при смешении в объемных единицах дают октановое число смеси. Октановые числа смешения обычно определяются с использованием методов регрессионного анализа в некотором рабочем диапазоне изменения состава смеси.

Важно подчеркнуть, что октановые числа смешения несущественно отличаются от истинных лабораторных данных и могут успешно использоваться в задачах линейного и нелинейного программирования.

Для расчета вязкости смеси используем некоторые фиктивные вязкости смешения компонентов, незначительно отличающиеся от исходных данных

,                                                (2)

где:  – кинематическая вязкость смешения i-го компонента.

Используем экспериментальные данные работы [1], где представлен наиболее простой случай двухкомпонентной смеси гудрона (тяжелая фракция) и дизельного топлива (легкая фракция), кинематические значения вязкости которых отличаются на три порядка. Отметим, что практически такие расчеты важны в задачах приготовления топочного мазута. Используя методы регрессионного анализа [4], определим вязкость смешения дизельного топлива и гудрона, минимизируем квадраты отклонения от измеренных значений, i =1,2. При этом вязкость смешения  отличается от измеренной вязкости  на некоторую постоянную величину, что эквивалентно изменению постоянного слагаемого 0,8 в формуле (1) для каждого i-го компонента.

Результаты представим в таблице, где во втором и третьем столбце приведен расчет по формулам (1) и (2), а в третьем – экспериментальные данные по измерению вязкости  (сСт) при 80°С при изменении объема легкой фракции (столбец 1).

Таблица 1.

Сравнение расчетных и экспериментальных данных вязкости смеси при 80°С, сСт

Объем легкой фракции, %

Расчет по формуле Вальтера (1)

Расчет по формуле смешения (2)

Эксперимент

Отклонения,
%

Отклонения,
%

1

2

3

4

5

6

 

 

 

 

[(4)-(2)]/
(4)*100

[(4)-(3)]/
(4)*100

100

2,20

2,42

2,20

0,0

-9,9

70

6,47

7,10

7,40

14,3

4,3

60

1,04*10

1,14*10

1,20*10

15,4

5,6

50

1,82*10

1,92*10

2,13*10

17,3

8,0

40

3,52*10

3,78*10

4,01*10

14,1

6,2

30

7,77*10

8,20*10

8,19*10

5,5

-0,1

20

2,02*102

2,08*102

2,02*102

0,1

-3,0

10

6,45*102

6,37*102

5,74*102

-11,0

-9,9

7

9,56*102

9,30*102

8,62*102

-9,9

-7,3

0

2,64*103

2,46*103

2,64*103

0,0

7,4

 

Как следует из результатов, представленных в таблице, использование линейных формул с использованием вязкости смешения (2) для компонентов приводит к существенно меньшим отклонениям и улучшает результаты моделирования. Сумма квадратов отклонений столбцов 5 и 6 отличается в 2,5 раза.

Таким образом, предложен метод расчета вязкости смеси в задачах компаундирования нефтепродуктов с использованием вязкости смешения. Метод использует некоторые фиктивные значения вязкости, которые удовлетворяют линейному закону и при смешении в объемных единицах дают вязкость смеси. Вязкость смешения можно вычислить, используя методы регрессионного анализа в предполагаемом диапазоне вариации состава смеси. Для уменьшения относительной ошибки расчета вязкости смеси следует использовать для компонентов вместо измеренных значений вязкость смешения.

Предложенные формулы для расчета вязкости могут применяться для оптимизационных расчетов смешения в задачах линейного и нелинейного программирования, создании станций смешения. Результаты проведенного исследования могут быть использованы при изучении работы перемешивающих устройств, насосов, трубопроводов, форсунок.

 

Список литературы:

  1. Андреева Л.А., Гаврилов Н.В., Кувыкин В.И., Логунов П.Л., Матвеева А.П., Петухов М.Ю. Вязкость смеси жидкостей // Моделирование динамических систем. – Н.Новгород: Изд-во общества «Интелсервис», 2007. – С. 11–16.
  2. Ахметов С.А., Ишмияров М.Х., Веревкин А.П., Докучаев Е.С., Малышев Ю.М. Технология, экономика и автоматизация процессов переработки нефти и газа. – М.: Химия, 2005. – 736 с.
  3. Глаголева О.Ф., Капустин В.М. Технология переработки нефти. – М: Химия, Колос, 2005. – 400 с.
  4. Демиденко Е.З. Линейная и нелинейная регрессии. – М.: Финансы и статистика, 1981. – 302 с.
  5. Кувыкин В.И., Кувыкина Е.В., Петухов М.Ю. Анализ оптимальных решений в задачах нелинейного программирования // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. – 2011. – № 4, часть 5. – C. 2285–2286.
  6. Кувыкин В.И. Оптимальное планирование и анализ моделей непрерывного производства // Автоматизация в промышленности. – 2015. – № 8. – С. 13–17.
  7. Кувыкин В.И. Организация автоматизированных систем планирования и материального баланса // Автоматизация в промышленности. – 2014. – № 8. – С. 29–33.
  8. Gary J., Handwerk G. Petroleum Refining: Technology and Economics. – New York: Marcel Dekker, 2001. – 465 p.
Проголосовать за статью
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов
Форма обратной связи о взаимодействии с сайтом
CAPTCHA
Этот вопрос задается для того, чтобы выяснить, являетесь ли Вы человеком или представляете из себя автоматическую спам-рассылку.