粘度是流體流動(dòng)阻力的量度。它是流體最重要的特性之一，在石油工業(yè)中發(fā)揮著重要作用。
原油的粘度會(huì)影響我們將其從地下抽出的能力；燃料的粘度和揮發(fā)性會(huì)影響在燃料噴射器中霧化的難易程度；潤(rùn)滑劑的粘度會(huì)影響其保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)的能力。
在食品、油漆、聚合物涂層和其他對(duì)流量是關(guān)鍵產(chǎn)品或使用特性的行業(yè)中，它是一項(xiàng)重要的測(cè)量特性。
粘度的微小變化會(huì)對(duì)石油流體的特性產(chǎn)生巨大影響。運(yùn)動(dòng)粘度測(cè)量的重要性促使石油工業(yè)開發(fā)了一種精確的方法，該方法于 1937 年首次發(fā)布，ASTM D445，透明和不透明液體運(yùn)動(dòng)粘度的測(cè)試方法。
術(shù)語(yǔ)“運(yùn)動(dòng)學(xué)”僅表示在流體在重力作用下流動(dòng)時(shí)進(jìn)行測(cè)量。它是通過(guò)測(cè)量一定體積的流體在重力作用下流過(guò)校準(zhǔn)的玻璃毛細(xì)管粘度計(jì)所需的時(shí)間來(lái)確定的。
雖然聽起來(lái)很簡(jiǎn)單，但實(shí)現(xiàn)行業(yè)所需的高精度和高精度是一項(xiàng)極其艱巨的任務(wù)。影響該測(cè)試方法精度的因素有很多。
從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)看，導(dǎo)致混合物調(diào)整的百分之一產(chǎn)品粘度誤差很容易導(dǎo)致產(chǎn)品成本每加侖增加一分。對(duì)于一家大型潤(rùn)滑油制造商而言，這可能會(huì)導(dǎo)致每年 100 萬(wàn)元或更多的收入損失。
溫度
俗話說(shuō)，“影響房子價(jià)值的最重要因素是地段、地段、地段”。在粘度測(cè)量方面，“影響粘度測(cè)量質(zhì)量的最重要因素是溫度、溫度、溫度。”
溫度控制是獲得準(zhǔn)確和精確的運(yùn)動(dòng)粘度測(cè)量的最重要的參數(shù)。對(duì)于石油產(chǎn)品尤其如此，因?yàn)樗鼈兠繂挝粶囟鹊恼扯茸兓拭黠@大于其他產(chǎn)品。
因此，溫度的微小變化會(huì)對(duì)流體的粘度產(chǎn)生很大影響。最常見測(cè)量的浴溫 40°C 和 100°C，必須控制在 +/- 0.02°C 以內(nèi)。這是一個(gè)非常嚴(yán)格的窗口，必須非常小心才能實(shí)現(xiàn)這種控制。
影響溫度的因素有很多：
溫度計(jì)。測(cè)量粘度時(shí)必須使用規(guī)定的溫度計(jì)或其他具有規(guī)定精度并滿足試驗(yàn)方法要求的溫度傳感裝置。
將溫度計(jì)準(zhǔn)確讀數(shù)到 0.01°C 可能很困難，因此建議使用放大鏡。溫度計(jì)必須浸入浴槽中正確的深度。必須至少每年校準(zhǔn)一次至 +/- 0.02°C。此外，溫度計(jì)冰點(diǎn)應(yīng)每六個(gè)月確定一次，并應(yīng)用修正系數(shù)。
校準(zhǔn)溫度計(jì)的程序非常復(fù)雜，并在 ASTM E77，溫度計(jì)檢查和驗(yàn)證的測(cè)試方法中進(jìn)行了描述。因?yàn)闇囟瓤刂剖且粋€(gè)如此重要的參數(shù)，所以建議每個(gè)浴槽使用兩個(gè)溫度計(jì)。
浴溫均勻穩(wěn)定。浴溫均勻性和穩(wěn)定性是其他重要參數(shù)。粘度計(jì)的整個(gè)長(zhǎng)度必須保持在適當(dāng)?shù)臏囟取Ｋ醚h(huán)器的類型、浴液的使用年限和浴液粘度影響溫度均勻性。
循環(huán)器和浴液的粘度需要平衡，以在整個(gè)浴中提供均勻的溫度。浴液開始變色之前需要徹底更換，因?yàn)樽兩ǔ１砻饕后w已經(jīng)氧化并且粘度可能已經(jīng)增加。
浴槽不應(yīng)靠近通風(fēng)口，例如在通風(fēng)櫥中，這通常會(huì)導(dǎo)致浴槽中的溫度梯度過(guò)大。如果在另一個(gè)相鄰的粘度計(jì)用于測(cè)量的同時(shí)將第二個(gè)粘度計(jì)添加到測(cè)試浴中，溫度穩(wěn)定性將受到負(fù)面影響。
照明。在浴中時(shí)，試管中的樣品需要有足夠的照明，以確保對(duì)穿過(guò)時(shí)間線的彎液面進(jìn)行一致的視覺檢測(cè)。需要注意的是，該照明設(shè)備不會(huì)影響浴槽溫度控制和穩(wěn)定性。
這些溫度要求不能掉以輕心，因?yàn)闇囟鹊妮p微變化會(huì)導(dǎo)致某些類型的石油產(chǎn)品的粘度發(fā)生巨大變化。
粘度計(jì)
所有粘度計(jì) 的構(gòu)造都需要完全退火的低膨脹硼硅酸鹽玻璃。在選擇樣品分析所需的粘度計(jì)尺寸時(shí)，需要考慮許多因素。首先，必須校準(zhǔn)粘度計(jì)以計(jì)算粘度。
該程序在 ASTM D446，玻璃毛細(xì)管運(yùn)動(dòng)粘度計(jì)的規(guī)格和操作說(shuō)明中進(jìn)行了描述。粘度標(biāo)準(zhǔn)用于確定粘度計(jì)常數(shù)。雖然單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足以獲得一個(gè)常數(shù)，但使用覆蓋毛細(xì)管范圍的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)會(huì)產(chǎn)生更可靠的校準(zhǔn)常數(shù)。
粘度標(biāo)準(zhǔn)有一個(gè)有效期，不應(yīng)超過(guò)該日期使用。可以購(gòu)買在適當(dāng)溫度下具有常數(shù)的校準(zhǔn)粘度計(jì)。因?yàn)閷?duì)于某些類型的粘度計(jì)，粘度計(jì)常數(shù)隨溫度而變化，因此計(jì)算分析樣品溫度的粘度計(jì)常數(shù)很重要。粘度計(jì)常數(shù)應(yīng)至少每年驗(yàn)證一次。
必須選擇粘度計(jì)的尺寸，使手動(dòng)測(cè)定的流動(dòng)時(shí)間至少為 200 秒；否則眼手協(xié)調(diào)將成為一個(gè)重要因素。操作員等待流體的彎液面通過(guò)計(jì)時(shí)線并使用時(shí)鐘或秒表測(cè)量流動(dòng)時(shí)間。需要大于 200 秒的流動(dòng)時(shí)間來(lái)消除可能的操作員變化。
很明顯，必須使用干凈的粘度管進(jìn)行分析，但“干凈”究竟是什么意思？管子必須沒有灰塵或其他顆粒，并且液體應(yīng)該清楚地潤(rùn)濕玻璃表面。
通常，用石腦油等樣品溶劑沖洗幾次，然后用丙酮等干燥溶劑沖洗，然后用空氣或氮?dú)獾雀稍锏臒o(wú)塵氣體吹掃就足夠了。溶劑在干燥時(shí)也必須無(wú)殘留。如果使用商業(yè)級(jí)或?qū)嵱眉?jí)溶劑，這一點(diǎn)尤其值得關(guān)注。
涂在粘度計(jì)內(nèi)部的先前樣品的殘留物可以用鉻酸1清潔溶液或不含鉻的強(qiáng)氧化性清潔溶液去除。2
切勿使用 pH 值大于 8.0 的堿性液體清潔劑或任何清潔溶液，因?yàn)樗鼈儗?shí)際上會(huì)通過(guò)溶解玻璃壁來(lái)改變毛細(xì)管的尺寸，從而改變校準(zhǔn)常數(shù)。
這些類型的液體通常在整個(gè)分析實(shí)驗(yàn)室中都可以找到，并且可以用于其他應(yīng)用，但如果用于清潔試管，則需要重新校準(zhǔn)試管。另一種顯著改變最小尺寸粘度計(jì)校準(zhǔn)常數(shù)的方法是將試管在沸水中浸泡一夜。管子可能是干凈的，但在使用前需要重新校準(zhǔn)。
管子在使用前也必須干燥。建議使用干燥、無(wú)塵的空氣或氮?dú)狻?/p>
懸掛在恒溫槽中時(shí)，管子應(yīng)處于規(guī)定的垂直位置，無(wú)振動(dòng)，并處于規(guī)定的浸入深度。遵循制造商的說(shuō)明和測(cè)試方法中的說(shuō)明。
計(jì)時(shí)裝置
計(jì)時(shí)裝置的精度必須在讀數(shù)的 +/- 0.07% 以內(nèi)，并且必須能夠在 2,000 秒或 0.1 秒的一個(gè)部件的分辨范圍內(nèi)讀取讀數(shù)，并持續(xù) 200 秒的流動(dòng)時(shí)間。使用電子計(jì)時(shí)裝置時(shí)必須小心，因?yàn)榻涣麟娍赡軣o(wú)法提供所需的精度。
樣品處理
如果顆粒可見，則應(yīng)采集過(guò)濾樣品。這在分析用過(guò)的油時(shí)尤其重要。因?yàn)闃悠窇?yīng)該沒有空氣，所以應(yīng)該讓其凝固以驅(qū)散夾帶的空氣（如果有的話）。正如腐蝕性清洗液會(huì)改變校準(zhǔn)常數(shù)一樣，腐蝕性（高 pH 值）樣品也是如此。
隨著樣品 pH 值的增加，常數(shù)的變化增加得更快。毛細(xì)管越小，常數(shù)變化越快。分析苛性堿樣品后，可能需要重新校準(zhǔn)試管，盡管在石油工業(yè)中通常不會(huì)發(fā)現(xiàn)非常苛性堿的樣品。
樣品必須在所需的測(cè)試溫度下平衡。可能需要長(zhǎng)達(dá) 30 分鐘，某些材料可能需要更長(zhǎng)的時(shí)間。
應(yīng)為每個(gè)樣品獲得兩次流動(dòng)時(shí)間測(cè)量值。如果根據(jù)流動(dòng)時(shí)間測(cè)量計(jì)算的運(yùn)動(dòng)粘度的兩次測(cè)定值與所測(cè)試樣品類型的規(guī)定可測(cè)定性限值一致，則應(yīng)報(bào)告兩次測(cè)定值的平均值。
如果在規(guī)定的可確定性范圍內(nèi)兩次確定不一致，則必須在調(diào)查和糾正可能的原因后重復(fù)測(cè)量。骯臟的粘度計(jì)、不正確的浴溫或平衡時(shí)間可能是罪魁禍?zhǔn)住?/p>
自動(dòng)粘度計(jì)
30 多年來(lái)，自動(dòng)粘度計(jì)已在石油工業(yè)中用于 D445 測(cè)定運(yùn)動(dòng)粘度。它們模擬手動(dòng)設(shè)備的物理?xiàng)l件、操作或過(guò)程，并且必須滿足方法規(guī)定的精度。
除上述要求之一外，所有要求同樣適用于自動(dòng)化儀器。對(duì)于自動(dòng)化儀器，超過(guò) 200 秒的流動(dòng)時(shí)間要求曾一度放寬。負(fù)責(zé)該測(cè)試方法的 ASTM 分委員會(huì) D02.07 流動(dòng)特性目前正在確定這些自動(dòng)化儀器的最小允許流動(dòng)時(shí)間。
如果確實(shí)放寬了流動(dòng)時(shí)間要求，那么兩個(gè)額外的要求將發(fā)揮作用。首先，根據(jù)管常數(shù)和流動(dòng)時(shí)間計(jì)算運(yùn)動(dòng)粘度可能需要一個(gè)附加項(xiàng)，即運(yùn)動(dòng)能量校正因子。該因素考慮了在流體從儲(chǔ)液器流向毛細(xì)管時(shí)為加速流體而施加的能量。
對(duì)于較長(zhǎng)的流動(dòng)時(shí)間，這種校正可以忽略不計(jì)。其次，計(jì)時(shí)裝置需要保持 2000 分之一的分辨率和檢測(cè)靈敏度。
質(zhì)量控制
應(yīng)定期使用質(zhì)量控制樣品來(lái)監(jiān)測(cè)測(cè)量系統(tǒng)并驗(yàn)證結(jié)果是否在測(cè)試方法的精度范圍內(nèi)。
應(yīng)使用與通常分析的樣品組成相似的任何樣品。ASTM D6299，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)質(zhì)量保證技術(shù)評(píng)估分析測(cè)量系統(tǒng)性能的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，提供了質(zhì)量控制系統(tǒng)的詳細(xì)信息。
概括
透明和不透明液體運(yùn)動(dòng)粘度的測(cè)試方法是石油工業(yè)中最關(guān)鍵的測(cè)試之一。它自 1937 年以來(lái)一直在使用，但該方法正在不斷改進(jìn)。該技術(shù)看起來(lái)很簡(jiǎn)單，但許多因素會(huì)影響測(cè)量的精度。滿足執(zhí)行測(cè)試方法的所有要求將使實(shí)驗(yàn)室達(dá)到或超過(guò)規(guī)定的精度。
作者筆記
鉻酸對(duì)健康有害，必須謹(jǐn)慎處理。它有毒，是公認(rèn)的致癌物，與有機(jī)材料接觸時(shí)具有高度腐蝕性和潛在危險(xiǎn)。
不含鉻的強(qiáng)氧化性清潔溶液在與有機(jī)材料接觸時(shí)也具有高度腐蝕性和潛在危險(xiǎn)。
