جاذبية API هي مقياس عكسي لكثافة الهيدروكربون السائل. وترتبط بالجاذبية النوعية عند الظروف المرجعية للبترول البالغة 60 درجة فهرنهايت/60 درجة فهرنهايت (15.56 درجة مئوية/15.56 درجة مئوية) بالمعادلة التالية:
[ ^\circ\mathrm{API}=\frac{141.5}{\mathrm{sp.\ gr.}_{60/60}}-131.5 ]
والتحويل العكسي هو:
[ \mathrm{sp.\ gr.}_{60/60}=\frac{141.5}{131.5+^\circ\mathrm{API}} ]
تعتبر درجات الحرارة المرجعية القياسية مطلوبة لأن سوائل الهيدروكربون تتمدد وتنكمش مع تغير درجة الحرارة، مما يغير كثافتها وحجمها المقاس.
كلما ارتفعت جاذبية API، انخفضت الجاذبية النوعية وأصبح الهيدروكربون أخف. تجعل الظروف المرجعية 60 درجة فهرنهايت/60 درجة فهرنهايت قياسات الكثافة، وقراءات مقياس كثافة السوائل (الهيدروميتر)، وموازين المواد، وحسابات التدفق قابلة للمقارنة والتكرار.
كيف ترتبط جاذبية API بالجاذبية النوعية
جاذبية API هي مقياس عكسي للكثافة
تقارن الجاذبية النوعية كثافة السائل بكثافة الماء في ظل ظروف محددة. وتحول جاذبية API تلك النسبة إلى مقياس خاص بصناعة البترول حيث تمثل القيم الأكبر سوائل أخف.
على سبيل المثال، السائل الذي تبلغ جاذبيته النوعية 0.80 يكون له:
[ ^\circ\mathrm{API}=\frac{141.5}{0.80}-131.5=45.4^\circ\mathrm{API} ]
السائل الذي تبلغ جاذبيته النوعية 0.95 يكون له حوالي 17.4 درجة API، مما يجعله أثقل بكثير من السائل ذي الجاذبية النوعية 0.80.
التحويل يعمل في كلا الاتجاهين
استخدم معادلة API عندما تكون الجاذبية النوعية معروفة وتكون جاذبية API مطلوبة:
[ ^\circ\mathrm{API}=\frac{141.5}{\mathrm{sp.\ gr.}_{60/60}}-131.5 ]
استخدم المعادلة المُعاد ترتيبها عندما يتم الإبلاغ عن جاذبية API وتكون الجاذبية النوعية مطلوبة للحسابات:
[ \mathrm{sp.\ gr.}_{60/60}=\frac{141.5}{131.5+^\circ\mathrm{API}} ]
يجب أن تتوافق قيمة الجاذبية النوعية مع نفس الظروف المرجعية المستخدمة في مقياس API.
ما يشير إليه المقياس في عمليات الوحدات
الهيدروكربونات ذات جاذبية API الأعلى تكون عمومًا ذات كثافة أقل وغالبًا ما تتصرف كأجزاء بترولية أخف. أما الهيدروكربونات ذات جاذبية API الأقل فتكون ذات كثافة أعلى وقد تتطلب حسابات طاقة وهيدروليكية وفصل مختلفة.
لا تصف جاذبية API وحدها خليط الهيدروكربون بشكل كامل. فهي مؤشر مفيد للكثافة، ولكن التنبؤ الدقيق بخصائص مثل سلوك الغليان، أو السعة الحرارية، أو الحرارة الكامنة يتطلب بيانات إضافية عن التركيب أو الخصائص.
لماذا تعتبر درجات الحرارة المرجعية مطلوبة
تغير كثافة السائل مع درجة الحرارة
عند تسخين السائل، فإنه يتمدد عادةً. تظل كتلته ثابتة بشكل أساسي، لكن حجمه يزداد، وبالتالي تنخفض كثافته.
وعند تبريده، يحدث العكس عمومًا. لذلك، تنتج العينة قراءات مختلفة للكثافة والجاذبية النوعية وقراءات مقياس كثافة السوائل الظاهرية عند درجات حرارة مختلفة.
تتطلب النسبة ظروفاً محددة
يحدد مصطلح الجاذبية النوعية عند 60 درجة فهرنهايت/60 درجة فهرنهايت الظروف المرجعية لكلا السائلين في مقارنة الكثافة:
- تشير درجة الحرارة الأولى إلى عينة الهيدروكربون.
- تشير درجة الحرارة الثانية إلى مرجع الماء.
يمنع استخدام ظروف محددة تغير النتيجة لمجرد إجراء القياس عند درجة حرارة مختلفة.
تدعم الظروف المرجعية قياسات متسقة
تسمح درجة الحرارة القياسية بمقارنة القياسات من مشغلين ومختبرات ومحطات تجريبية مختلفة. بدون هذا المعيار، قد يبدو أن عينتين متطابقتين من الهيدروكربون لهما جاذبيات API مختلفة لمجرد أنه تم قياسهما عند درجات حرارة مختلفة.
ولهذا السبب يجب تصحيح قراءات مقياس كثافة السوائل المأخوذة بعيدًا عن 60 درجة فهرنهايت إلى الظروف المرجعية القياسية قبل الإبلاغ عن جاذبية API.
لماذا يهم هذا في التدريب على المحطات التجريبية
تعتمد موازين المواد على كثافة متسقة
غالبًا ما تجمع موازين المواد على نطاق تجريبي بين القياسات القائمة على الكتلة والقياسات القائمة على الحجم. يتطلب التحويل بينهما قيمة موثوقة للكثافة أو الجاذبية النوعية.
إذا لم يتم تصحيح الكثافة إلى ظروف مرجعية متسقة، فقد تحتوي قيم تدفق الكتلة والمخزون والاسترداد المحسوبة على أخطاء منهجية.
تعتمد حسابات التدفق على خصائص السوائل
تؤثر الكثافة على سلوك تدفق السوائل وتظهر في الحسابات المتعلقة بانخفاض الضغط، وأداء المضخة، والرأس الهيدروستاتيكي، وزخم السوائل.
يوفر استخدام الجاذبية النوعية المشتقة من API عند الظروف المرجعية الصحيحة أساسًا متسقًا لتقدير هذه الكميات، بينما قد تظل تصحيحات درجة حرارة التشغيل مطلوبة لظروف العملية الفعلية.
تقديرات الفصل والحمل الحراري تحتاج إلى أكثر من جاذبية API
في التدريب على التقطير والاستخلاص، تساعد جاذبية API في توصيف التغذية والتمييز بين مواد الهيدروكربون الأخف والأثقل. يمكن أن تدعم التقدير الأولي للخصائص والمقارنة بين المواد الخام.
ومع ذلك، لا ينبغي معاملة جاذبية API كبديل لتحليل كامل للتركيب أو نقطة الغليان عندما تكون حسابات توازن البخار والسائل الدقيقة، أو الحمل الحراري، أو الفصل مطلوبة.
فهم المقايضات
رقم واحد لا يصف الخليط بالكامل
يمكن أن يكون لخليطين من الهيدروكربونات نفس جاذبية API مع اختلافهما في التركيب، أو التقلب، أو اللزوجة، أو نطاق الغليان. لذلك، تعد جاذبية API خاصية مفيدة للفحص وإعداد التقارير، وليست نموذج عملية كاملاً.
درجة الحرارة المرجعية لا تساوي درجة حرارة التشغيل
يؤدي الإبلاغ عن الجاذبية النوعية عند 60 درجة فهرنهايت/60 درجة فهرنهايت إلى توحيد الخاصية، ولكن السائل في عملية الوحدة قد يكون أكثر سخونة أو برودة بكثير. يجب أن تستخدم الحسابات الهندسية تصحيحات مناسبة لدرجة الحرارة أو بيانات الخصائص الفيزيائية المعتمدة على درجة الحرارة عند نمذجة ظروف المعدات الفعلية.
قراءات مقياس كثافة السوائل غير المصححة يمكن أن تضلل
قراءة مقياس كثافة السوائل المأخوذة عند درجة حرارة غير قياسية هي قياس ظاهري عند تلك الدرجة. إن الإبلاغ عنها مباشرة كجاذبية API قياسية يمكن أن يصنف السائل بشكل خاطئ ويؤدي إلى أخطاء في حسابات التدفق والموازنة والمعدات.
اتساق الوحدات لا يزال مهماً
علاقة API بلا أبعاد، لكن اتفاقية المرجع ليست اختيارية. إن الخلط بين الجاذبية النوعية عند 60 درجة فهرنهايت/60 درجة فهرنهايت وقيمة مقاسة عند درجة حرارة أخرى، أو استخدام مرجع مياه غير متسق، يقوض التحويل.
تطبيق العلاقة بشكل صحيح
استخدم التحويل كجزء من إجراء أوسع لقياس الخصائص بدلاً من كونه خطوة حسابية معزولة.
- إذا كان تركيزك الأساسي هو تحويل الخصائص: استخدم (\mathrm{sp.\ gr.}_{60/60}=141.5/(131.5+^\circ\mathrm{API}))، وتحقق من أن قيمة API والجاذبية النوعية تستخدمان نفس الظروف المرجعية 60 درجة فهرنهايت/60 درجة فهرنهايت.
- إذا كان تركيزك الأساسي هو دقة القياس: صحح قراءات مقياس كثافة السوائل أو الكثافة المأخوذة عند درجات حرارة أخرى قبل الإبلاغ عن جاذبية API القياسية.
- إذا كان تركيزك الأساسي هو موازين المواد والطاقة: استخدم الجاذبية النوعية الموحدة لتحويل الكتلة والحجم بشكل متسق، ثم طبق بيانات خصائص درجة حرارة التشغيل حيثما تتطلب حسابات المعدات ذلك.
- إذا كان تركيزك الأساسي هو تصميم عملية الفصل: تعامل مع جاذبية API كمؤشر مهم للكثافة، ولكن عززها ببيانات التركيب ونطاق الغليان وخصائص أخرى.
إن فهم كل من علاقة API العكسية وأساس درجة الحرارة المرجعية يجعل قياسات الهيدروكربون موثوقة عبر عمليات وحدات الهندسة الكيميائية.
جدول الملخص:
| النقطة الرئيسية | الأهمية العملية |
|---|---|
| علاقة °API | °API = 141.5 / SG₆₀/₆₀ - 131.5 |
| التحويل العكسي | SG₆₀/₆₀ = 141.5 / (131.5 + °API) |
| معنى المقياس | تشير °API الأعلى إلى كثافة أقل وهيدروكربون أخف. |
| الظروف المرجعية | 60 درجة فهرنهايت/60 درجة فهرنهايت توحد مقارنة الهيدروكربون والماء. |
| تأثير درجة الحرارة | التسخين يمدد السائل ويقلل كثافته المقاسة. |
| قيمة المحطة التجريبية | الكثافة المتسقة تدعم موازين المواد وحسابات التدفق وتحليل المعدات. |
| قيد مهم | جاذبية API لا تحل محل بيانات التركيب أو نطاق الغليان أو الخصائص المعتمدة على درجة الحرارة. |
تحسين التدريب على الهيدروكربونات وموثوقية العمليات
هل تحتاج إلى معدات يمكن الاعتماد عليها للتعليم في الهندسة الكيميائية، أو الاختبار التجريبي، أو تطوير العمليات؟ اتصل بـ LABPARK لمناقشة المحطات التجريبية لعمليات الوحدات التعليمية والمهنية لتدريب وبحوث الهيدروكربونات السائلة. تدعم LABPARK الجامعات ومعاهد البحوث والمؤسسات بمحطات تجريبية للهندسة الكيميائية، والعمليات الحيوية والتكنولوجيا الحيوية، وتطبيقات معالجة المياه والبيئة. تساعد أنظمتنا الفرق على ربط قياسات الخصائص الموحدة بموازين المواد العملية، ودراسات التدفق، وتجارب الفصل، وتشغيل المعدات في بيئة تدريب خاضعة للرقابة.