水煤浆表观粘度准确性的可行性研究

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2024/09/30
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水煤浆表观粘度准确性的可行性研究

王玲

（万华化学(宁波)有限公司，浙江省宁波市 315812）

摘要：本试验研究了水煤浆在不同人员、不同温度、不同剪切速率、不同时间、不同浓度下利用旋转黏度计测定的表观粘度，同时研究了相同温度下，水煤浆表观粘度准确的最佳条件。此方案大大认识到分析水煤浆表观粘度准确性的条件，对煤浆粘度的准确性有了很大的判断，缩短了分析水煤浆表观粘度的时间。

关键词：表观粘度旋转黏度计剪切率

1.背景介绍

1.1选题意义

煤气化是以水煤浆、氧气为原料，在加压无催化剂条件下进行的化学反应，水煤浆作为煤气化工艺的主要原料起着举足轻重的作用，而准确测定水煤浆的粘度，可以更好地理解和优化其性能，从而提高能源利用效率和减少环境污染。水煤浆是一种非牛顿流体，其粘度可以分为结构粘度和牛顿粘度，它表现出的总粘度称为表观粘度，即表观粘度=结构粘度+牛顿粘度，结构粘度易受外在因素影响，在外力消失后，性状又恢复，即具有所谓的触变性。控制水煤浆粘度的方法主要包括调整浓度和添加剂的量，而其表观粘度则会随着剪切速率的增大而减小。经查阅资料，目前国内外已有的测定水煤浆测定方法，仅是一定范围内的推荐性使用方法，本试验结合实际操作及各种试验条件，利用旋转粘度计，研究水煤浆表观粘度准确性的条件

1.2实验部分

1.2.1仪器设备与试剂：

NXS-4C旋转粘度计（成都仪器厂），恒温循环水浴，标准油，制备好的水煤浆

旋转粘度计恒温循环水浴

1.2.2实验前期准备：

仪器的标定：

选用经计量单位标定的，标准粘度液粘度为1070.7mPa.s，有证标准物质油在20℃下恒温90min后测定其粘度值，测定结果与标准粘度差值的绝对值≤5%标称值(20℃)，保证仪器稳定、正常、准确。

标准粘度液GBW13609(20℃)	1070.7 mPa.s
测量结果(20℃)	1057.3mPa.s/1051.3 mPa.s/1058.2 mPa.s
平均值(20℃)	1055.6mPa.s
与标准粘度差值的绝对值(20℃)	15.1mPa.s

2．具体开展工作

2.1三个不同人员对水煤浆粘度做MSA分析

表1 不同人员水煤浆粘度分析数据

表2 测量系统分析MSA GR&R—均值极差法

选取不同粘度梯度的水煤浆样品共10个，3个人轮流分析，每个人分析3组，共90组数据，见表1，通过测量系统分析MSA GR&R—均值极差法进行分析，%R&R=7.34%，见表3，判定为良好，说明不同的人分析对水煤浆粘度的测定影响很小。

表3 %R&R判定

0%＜%R&R＜10%，量测系统状况良好

10%≤%R&R≤30%，量测系统状况可以接收

30%＜%R&R＜100%，量测系统必须改进

2.2恒温时间不同对水煤浆粘度的影响

选取11组水煤浆，室温放置5个小时之后进行测定，见表4、表5，发现粘度数据有偏高的趋势，但偏差不是很明显，均在误差范围内，前提是分析前将煤浆充分搅拌均匀十分有必要。

水煤浆粘度
序号	静置前	静置5h
1	446	507
2	466	472
3	457	469
4	447	461
5	526	535
6	627	641
7	546	552
8	488	496
9	455	477
10	456	465
11	521	555

表4 静置前后水煤浆粘度对比数据

表5 静置前后水煤浆粘度对比图

2.3剪切率不同对水煤浆粘度的影响

在恒温水浴20℃，恒温120s条件下，同时测定剪切速率（1/s）10、20、40、60、80、100、80、60、40、20、10下的水煤浆粘度，由表6数据可以看出：

（1）剪切率10-20呈现上升趋势，20-100的时候呈现下降趋势，下降趋势较明显，10-100粘度最大粘度差值在150以内

（2） 100-10的剪切率呈现下降趋势，下降数值不明显，说明已逐渐趋于稳定

（3）刚开始的剪切率10和最后的剪切率10差值较大，20、40、60、80差值逐渐缩小，但还是有明显的差距，说明这几个剪切率下的粘度都不够稳定

（4）从图表中可以看出，剪切率越大，越趋于稳定值，故选取100剪切率的粘度作为最终的粘度数据，为了使数值更准确，测定6组100剪切率下的粘度值，取平均值

剪切率	样品1	样品2	样品3	样品4	样品5	样品6	样品7
10	708	768	454	546	708	768	758
20	742	752	512	586	742	752	772
40	625	684	439	529	625	684	680
60	602	671	429	509	602	671	658
80	594	651	408	475	594	651	665
100	567	620	384	461	567	620	649
80	558	611	366	448	558	611	637
60	548	602	365	455	548	602	638
40	554	600	370	449	554	600	641
20	590	624	378	478	590	624	678
10	540	596	304	382	540	596	648
10差	168	172	150	164	168	172	110
20差	152	128	134	108	152	128	94
40差	71	84	69	80	71	84	39
60差	54	69	64	54	54	69	20
80差	36	40	42	27	36	40	28
10-100	141	148	70	85	141	148	109
100-10	27	24	80	79	27	24	1
10-10	168	172	150	164	168	172	110

表6 不同剪切率下的粘度

表7 相同剪切率粘度差值

2.4恒温温度不同对水煤浆粘度的影响

液体粘度主要是基于分子间的引力所致，温度上升，引力上升，粘度也就减小。水煤浆作为一种悬浮液体，温度对粘度的影响关系也遵循这种关系。分别测定了20℃和25℃下水煤浆的粘度值，从表8中可以看出，粘度在25度时明显比20度时低，所以固定测定温度非常重要

表8 不同温度水煤浆粘度变化

2.5水煤浆浓度与粘度的关系

选取了26组数据，从下表9中可以看出，水煤浆浓度和粘度有很大的联系，浓度越大，粘度也会相应变大，但添加剂的量会影响粘度的变化，会出现浓度高，粘度不一定高的情况。

粘度,mPa·s	浓度,%
粘度,mPa·s	浓度,%
723	60.3
607	60.2
667	60.1
715	60.0
536	59.9
585	59.8
548	59.7
553	59.6
514	59.5
467	59.2
457	59.1
457	59.1
445	59.1
447	58.9
419	58.8

表9 不同浓度水煤浆粘度变化

3.结论

（1）不同的人员分析水煤浆粘度，量测系统状况良好，测定影响很小。

（2）恒温时间不同，粘度数据有偏高的趋势，但偏差不是很明显，均在误差范围内，前是分析前将煤浆充分搅拌均匀。

（3）不同剪切率下，水煤浆粘度变化较大，100剪切率的粘度更为稳定，作为最终的粘度数据。

（4）温度不同，对水煤浆粘度影响较大，

（5）水煤浆浓度高，粘度会偏高，一般会遵循这个规律，但要根据工艺添加剂的量

4.致谢

在实验探索过程中质检中心工程师刘翔、班长朱雷及班组同事给予了大量的支持和配合，大家克服困难，对水煤浆粘度一遍又一遍测定，收集了大量的数据，总结出很多经验和规律，为以后的工作提供了更多经验。谢谢！

参考文献：

（1）赵安帮（神华包头煤化工有限责任公司内蒙古包头 014010）水煤浆表观粘度测定方法探讨

（2）王文亮，王丽华，胡子文（国家煤炭质量监督检测中心，北京 100013）水煤浆表观粘度测定方法的研究

（3）李敏剪切作用对大同水煤浆表观粘度的影响煤炭加工与综合利用 2003.2.57-59