流体的粘度及其对砖瓦工艺的影响-《砖家》2020年7月总第44期-经典文献

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流体的粘度及其对砖瓦工艺的影响

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添加日期：2020/7/10 16:14:51 浏览次数：1110 文章来源：作者：

赵镇魁重庆市建筑材料设计研究院

安居第重庆市源进窑炉设备制造有限公司

粘度是一部分流体对另一部分流体在相对移动时给予阻力的性质。凡是流体（包括气体和液体）均有一定的粘度。

液体与气体的粘度随温度变化的规律不同。液体的粘度随温度的升高而减小；而气体的粘度随着温度的升高而增大。之所以产生这种差别，是由于流体的粘性一方面由分子间的吸引力引起，另一方面是分子间不规则热运动进行交换的结果。温度升高时，分子间距离增大，分子间吸引力降低，使流体粘性减小；另一方面，分子热运动更剧烈，动量交换的增加又使流体的粘性增大。对于液体的粘性而言，分子间的吸引力是主要的决定因素，温度升高，分子间吸引力减小，粘性降低。气体则不然，气体分子间距离比液体分子间距离大，因此分子间吸引力并非主要因素，而动量交换则起决定作用，所以随着温度的升高，分子热运动加剧，促使气体粘性增大。

常用国际制粘度分为：（1）动力粘度（亦称绝对粘度），用符号μ表示，单位为Pa·S；（2）运动粘度，用符号υ表示，单位为㎡/s。

动力粘度和运动粘度的换算公式：

式中 υ——运动粘度，㎡/s

μ——动力粘度，Pa·S

ρ——流体的密度，Kg/m³

例如：已知干空气在100℃时的密度为0.946Kg/m³，它的动力粘度μ为21.9×10^-6Pa·S（见表8），算得运动粘度为：

1、重油

对重油而言，粘度表明其在输送和雾化时的难易程度。油的粘度大小，对油泵、喷嘴的工作效率和燃料单位消耗量都有直接影响。若粘度高，输送困难，油泵和喷嘴的工作效率会降低，喷出速度也慢，从而导致雾化不良而影响其充分燃烧，使喷口炭化结焦，缩短了喷嘴的使用寿命和增加了燃料消耗量。

为了保证重油在装卸、运输时有良好的流动性和燃烧时在喷嘴能很好的雾化，要求重油的恩氏粘度为8~12;采用低压喷嘴时，其恩氏粘度不超过8。为此，必须采取加热的方法来达到这一粘度。用油泵输送时，油的粘度允许大一些，一般不超过40即可。

重油的粘度常用恩氏粘度（）来表示。恩氏粘度在测定温度下，油从恩格勒粘度计流出200ml所需时间（秒）与20℃蒸馏水流出200ml所需时间（秒）的比值。

重油粘度的大小除了用恩氏粘度（）表示外，还可用动力粘度和运动粘度表示。

动力粘度μ_t与恩氏粘度的关系式：

式中 ——重油在t℃时的动力粘度，Pa·S；

——重油在t℃时的密度，t/m³

——重油在t℃时的恩氏粘度。的数值比（单位为Pa·S）值约大150倍。

压力较低时（1~2MPa），压力对粘度的影响可以忽略，但当压力较高时，粘度随压力升高而增大。

温度升高时油的粘度降低，但油温对粘度的影响是不均衡的。50℃以下，温度对粘度的影响很大；50~100℃对粘度的影响较小（对粘度小的油更是如此）；而温度在100℃以上变化时，对粘度的影响就更小（但某些高粘度油除外）。

重油开始凝固的温度较凝固点高，在重油的输送过程中，必须保持油温高于凝固点，否则会堵塞管道。重油的凝固点一般为11~25℃，有的高达36℃。

重油管路通常采用蒸汽伴管加热，其主要原因是：

（1）当气温较低时，重油在流动过程中温度会下降，粘度提高，流动困难。

（2）重油的凝固点高，在流动过程中若温度降到凝固点以下就会造成油路堵塞。

（3）用蒸汽伴管加热，可以避免因油温下降引起的上述故障。

我国唐山陶瓷厂的燃油隔焰隧道窑，隧道窑的余热锅炉产生的蒸汽用于加热重油，以降低重油粘度，提高其流动性能。南京建通砖厂的燃油烧砖隧道窑，当重油的粘度偏大、流动性能不佳时，也是用蒸汽加热减小粘度后使用的。

重油管路用蒸汽扫线（用蒸汽吹扫整个重油管路）的目的是：

（1）预热管路，保证油路运行畅通。

（2）在油路停止运行前，用蒸汽吹扫管路，可以吹出残油，防止残油凝固在管路内。

在开式油罐内，重油加热温度应低于油品闪点。油温加热过高的坏处是：

（1）有发生火灾的危险；

（2）产生大量有毒蒸汽，从而污染环境；

（3）容易出现冒罐；

（4）浪费能源。

重油和渣油按50℃的恩氏粘度分为20^#、60^#、100^#和200^#四个牌号。（见表1）。

实际上工业炉所用重油不完全是标准牌号，而是混合渣油。大多数炼油

厂重油粘度大于规定标准，而硫分比标准低的多，我国重油大多数属于高粘度、低硫分的重油。

表1 重油分类标准

指标	20^#	60^#	100^#	200^#
恩氏粘度（）80℃时不大于	5.0	11.0	15.5	——
恩氏粘度（）100℃时不大于	——	——	——	5.5~9.5
开口闪点（℃）不低于	80	100	120	130
凝固点（℃）不高于	15	20	25	36
灰分（%）不大于	0.3	0.3	0.3	0.3
水分（%）不大于	1.0	1.5	2.0	3.0
硫分（%）不大于	1.0	1.5	2.0	3.0
机械杂质（%）不大于	1.5	2.0	2.5	2.5

注：恩氏粘度（）为非法定计量单位，且与法定计量单位无换算关系，它由特定实验仪器测出。目前我国工程上广泛采用。

重油粘度对离心泵功率的影响和温度的关系如表2所示

表2 重油温度与粘度的关系及对离心泵功率的影响

重油的温度（℃）	40	50	52	55	59	60	68	70	75
恩氏粘度（）	140.0	70.9	66.8	48.0	41.0	35.0	23.3	19.0	14.08
离心泵有效功率（%）	—	5.8	6.0	7.47	8.64	9.6	12.7	13.8	15.8

从表2可见，重油的粘度越大，油泵的有效功率就越低。

一般喷嘴用重油的粘度如表3所示。

表3 一般喷嘴用重油的粘度

喷嘴类型	重油牌号	喷嘴前要求的粘度（）		喷嘴前重油的温度不低于（℃）
喷嘴类型	重油牌号	一般采用	不大于	喷嘴前重油的温度不低于（℃）
机械雾化	60^#	2.5~3.5	7	93
机械雾化	80^#	2.5~3.5	7	98
高压蒸汽（空气）雾化（外雾化）	60^#	4.5~5.8	15	73
高压蒸汽（空气）雾化（外雾化）	80^#	4.5~5.8	15	77
高压蒸汽（空气）雾化（内雾化）	60^#	4.5~5.8	15	73
高压蒸汽（空气）雾化（内雾化）	80^#	4.5~5.8	15	77
低压空气雾化	60^#	3.0~4.5	8	91
低压空气雾化	80^#	3.0~4.5	8	87

从表3可见，重油的粘度越大，需要预热的温度越高。重油预热温度一般为60~120℃。例如：20^#重油的预热温度为65~80℃；60^#重油为80~100℃；100^#重油为90~105℃；200^#重油为100~115℃。

不同类型的油泵对重油粘度的要求也不同，如表4所示。

表4 油泵对重油粘度的要求

油泵形式	允许油的极限粘度
齿轮泵和螺旋泵	200
离心式油泵	30
活塞泵和往复泵	80
高压齿轮泵	30

我国某烧结砖厂的内宽4.6m隧道窑用重油做燃料，其简要工艺流程如下：

储油罐（地下）

↓

过滤器（2个，因要清除堵滤网眼杂质，故备用1个）

↓

齿轮泵（2个，备用1个）

↓

油箱（地上，2个，备用1个）

↓

过滤器（2个，备用1个）

↓

齿轮泵（2个，备用1个）

↓

过滤器（4个，规格小）

↓

隧道窑喷油嘴（外套管送入空气）

说明：（1）只在烧成带的4个车位设喷油嘴，全窑共计16个喷油嘴：其中每个车位设1个侧墙喷油嘴，离窑车顶面高0.5m；另外每车位设3个窑顶面喷油嘴。

（2）重油喷在坯垛与坯垛间隙中，切忌喷在坯体上，以免烧成瘤子砖。

（3）喷入窑内的重油和风量可调。

2、水

在烧结砖瓦的原料制备过程中离不开水。和冷水制备相比较，热水制备有着明显的优势。其主要原因是随着温度的提高，水的粘度也随之减小，流动性能和渗透力也有所增强。例如10℃水的动力粘度μ为1305×10^-6Pa·S，而60℃水的动力粘度为469.7×10^-6Pa·S（见表5），前者比后者大2.78倍。故热水可加速泥料疏解，在较短的时间内促使泥料含水率均匀，提高泥料塑性性能，降低坯体成型水分。

水在不同温度时的动力粘度和运动粘度如表5所示。

表5 水在不同温度时的动力粘度和运动粘度

温度（℃）	体积密度（Kg/m³）	动力粘度（μ×10^-6Pa·S）	运动粘度（υ×10^-6㎡/s）	温度（℃）	体积密度（Kg/m³）	动力粘度（μ×10^-6Pa·S）	运动粘度（υ×10^-6㎡/s）
0	999.9	1787	1.787	190	876.0	144.2	0.165
10	999.7	1305	1.305	200	863.0	136.3	0.158
20	998.2	1004	1.006	210	852.8	130.4	0.153
30	995.7	811.1	0.814	220	840.3	124.6	0.148
40	992.2	653.1	0.658	230	827.3	119.6	0.145
50	988.1	549.2	0.556	240	813.6	114.8	0.141
60	983.2	469.7	0.478	250	799.0	109.8	0.137
70	977.8	406.0	0.415	260	784.0	105.9	0.135
80	971.8	355.0	0.365	270	767.9	102.0	0.133
90	965.3	314.8	0.326	280	750,7	98.06	0.131
100	958.4	282.4	0.295	290	732.3	94.14	0.129
110	951.0	258.9	0.272	300	712.5	91.12	0.128
120	943.1	237.3	0.252	310	691.1	88.24	0.128
130	934.8	221.7	0.237	320	667.1	85.31	0.128
140	926.1	201.0	0.217	330	640.2	81.39	0.127
150	917.0	186.3	0.203	340	610.1	77.47	0.127
160	907.4	173.6	0.191	350	574.4	72.56	0.126
170	897.3	168.8	0.188	360	528.0	66.68	0.126
180	886.9	153.0	0.173	370	450.5	56.87	0.126

3、天然气

天然气主要成分为可燃烃类，其中以甲烷为主，不可燃物质很少。开采出来的天然气经清洗、除尘后可以远距离输送。

液化天然气是将天然气除去固体杂质、硫、二氧化碳及水之后进行液化处理所得。使用时需再经预热、气化等过程，因此液化天然气是经过加工的更纯净的燃料。

天然气属清洁燃料，用它烧砖后的烟气，无须再经过净化处理工序，可以直接向外界排放。因而，用天然气作烧结砖瓦窑炉的燃料是一个发展方向。

随着温度的升高，天然气的粘度随之升高，在管道中流动的阻力也要增大。

甲烷（天然气的主要成分）在不同温度时的粘度可由表6查的。

表6 气体在常压下各温度时的

动力粘度（μ×10^-6Pa·S）和运动粘度（υ×10^-6㎡/s）

		甲烷 CH₄	乙烷 C₂H₆	丙烷 C₃H₈	乙烯 C₂H₄	一氧化碳 CO	二氧化碳 CO₂	氢 H₂	氧 O₂	氮 N₂
0	动力粘度	10.506	8.630	7.508	9.623	16.943	14.094	8.510	19.661	16.931
0	运动粘度	14.374	6.435	3.497	7.548	13.295	6.994	92.866	13.497	13.242
20	动力粘度	11.128	9.220	8.020	10.256	17.815	15.038	8.910	20.720	17.817
20	运动粘度	16.592	7.504	4.078	8.779	15.204	8.146	105.63	15.478	15.159
100	动力粘度	13.620	11.570	10.060	12.787	21.305	18.813	10.510	24.954	21.360
100	运动粘度	25.463	11.780	6.403	13.704	22.842	12.756	156.68	23.404	22.825
200	动力粘度	16.360	14.230	12.380	15.635	25.089	23.076	12.305	29.615	25.207
200	运动粘度	38.784	18.380	9.972	21.247	34.109	19.841	233.27	35.221	34.158
300	动力粘度	18.822	16.670	14.500	18.225	28.461	26.966	14.045	33.780	28.637
300	运动粘度	54.054	26.080	14.170	30.003	46.873	28.087	321.70	48.666	47.011
400	动力粘度	21.071	18.920	16.460	20.608	31.525	30.550	15.657	37.570	31.756
400	运动粘度	71.075	34.770	18.890	39.847	60.982	37.374	421.23	63.575	61.232
500	动力粘度	23.147	21.010	18.280	22.818	34.346	33.880	17.199	41.063	34.628
500	运动粘度	89.676	44.350	24.100	50.679	76.312	47.605	531.48	79.810	76.688
600	动力粘度	25.314	22.970	19.990	24.886	36.973	36.995	18.670	44.314	37.302
600	运动粘度	110.76	54.760	29.750	62.418	92.772	58.707	657.57	97.270	93.294
700	动力粘度	26.900	24.820	21.590	26.833	39.411	39.929	20.091	47.368	39.812
700	运动粘度	131.18	65.940	35.830	75.010	110.30	70.622	781.47	115.88	110.98
800	动力粘度	28.617	26.570	23.120	28.675	41.773	42.709	21.463	50.252	42.184
800	运动粘度	153.90	77.840	42.660	88.402	128.81	83.302	920.65	135.58	129.68
900	动力粘度	30.250	28.230	24.560	30.427	43.986	45.352	22.799	52.944	44.440
900	运动粘度	177.84	90.420	49.140	102.54	148.30	96.702	1069.1	156.30	149.34
1000	动力粘度	31.807	29.830	25.950	32.099	46.100	47.876	24.093	55.610	46.591
1000	运动粘度	202.94	104.01	56.330	117.13	168.68	110.79	1226.1	178.00	169.92

天然气在大多数情况下，是处于中、高压状态下输送，此时粘度与压力也有关，它对输送气体的阻力及能力影响较大，故应按使用状态下的粘度来计算管道输送天然气的阻力及能力。天然气的主要成分甲烷的动力粘度与压力的关系如表7所示。

表7 甲烷的动力粘度与压力的关系

压力（绝对大气压）	动力粘度（μ×10^-6Pa·S）
压力（绝对大气压）	0℃	25℃	75℃
1	10.50	11.20	12.60
20	10.68	11.35	12.90
60	12.20	12.60	13.55
100	14.20	13.70	14.55
150	17.95	—	—
200	21.65	19.90	18.10
300	28.00	25.10	22.30
400	33.60	30.05	36.20
600	—	38.90	53.30

4、空气和烟气

在烧结砖瓦坯体干燥过程中，离不开热介质空气（烟气）。在制品焙烧过程中，离不开助燃空气，并必将产生烟气。随着温度的升高，它们的粘度随之升高，在管道中流动的阻力也要增大。

干空气在不同温度时的粘度如表8所示。烟气在不同温度时的粘度如表9所示。

表8 干空气在不同温度时的动力粘度和运动粘度

温度（℃）	体积密度（Kg/m³）	动力粘度（μ×10^-6Pa·S）	运动粘度（υ×10^-6㎡/s）	温度（℃）	体积密度（Kg/m³）	动力粘度（μ×10^-6Pa·S）	运动粘度（υ×10^-6㎡/s）
-50	1.584	14.6	9.24	140	0.854	23.7	27.80
-40	1.515	15.2	10.04	160	0.815	24.5	30.09
-30	1.453	15.7	10.80	180	0.779	25.3	32.49
-20	1.395	16.2	11.61	200	0.746	26.0	34.85
-10	1.342	16.7	12.43	250	0.674	27.4	40.61
0	1.293	17.2	13.28	300	0.615	29.7	48.33
10	1.247	17.6	14.16	350	0.566	31.4	55.46
20	1.205	18.1	15.06	400	0.524	33.0	63.09
30	1.165	18.6	16.00	500	0.456	36.2	79.38
40	1.128	19.1	16.96	600	0.404	39.1	96.89
50	1.003	19.6	17.95	700	0.362	41.8	115.4
60	1.060	20.1	18.97	800	0.329	44.3	134.8
70	1.029	20.6	20.02	900	0.301	46.7	155.1
80	1.000	21.1	21.09	1000	0.277	49.0	177.1
90	0.972	21.5	22.10	1100	0.257	51.2	199.3
100	0.946	21.9	23.15	1200	0.237	53.5	233.7
120	0.898	22.8	25.45

表9 烟气在不同温度时的动力粘度和运动粘度

（P=101335Pa；烟气成分：CO₂=13%,H₂O=11%,N₂=76%）

温度（℃）	体积密度（Kg/m³）	动力粘度（μ×10^-6Pa·S）	运动粘度（υ×10^-6㎡/s）	温度（℃）	体积密度（Kg/m³）	动力粘度（μ×10^-6Pa·S）	运动粘度（υ×10^-6㎡/s）
0	1.295	15.8	12.20	700	0.363	40.7	112.12
100	0.950	20.4	21.47	800	0.330	43.4	131.52
200	0.748	24.5	32.75	900	0.301	45.9	152.49
300	0.617	28.2	45.71	1000	0.275	48.4	176.00
400	0.525	31.7	60.38	1100	0.257	50.7	197.28
500	0.457	34.8	76.15	1200	0.240	53.0	220.83
600	0.405	37.9	93.58

主要参考资料：

1、赵镇魁《烧结砖瓦生产应知应会600问》北京，中国建材工业出版社2013

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