Основные физические свойства газа
При расчете некоторых свойств газов, а также производительности и пропускной способности газопроводов различают следующие условия состояниягаза:
— нормальные условия:температура -0 °С, давление - 0,101325 МПа (760 мм рт. ст.);
— стандартные условия 20 °С:температура - 20 °С, давление - 0,101325 МПа (760 мм рт. ст.);
— стандартные условия 15 °С:температура - 15 °С, давление - 0,101325 МПа (760 мм рт. ст.).
Например, плотность воздухапри различных условиях равна:
= 1,293 кг/м3 (0 °С, 760 мм рт. ст.);
= 1,206 кг/м3 (20 °С, 760 мм рт. ст.);
= 1,225 кг/м3 (15 °С, 760 мм рт. ст.).
В расчетах достаточно часто пользуются понятием относительной плотности,т. е. отношением плотности газа к плотности воздуха при одних и тех же условиях
. (1.1)
Плотность газа при нормальных условиях может быть определена по его молярной массеМ
, (1.2)
где М - молярная масса, кг/кмоль; 22,41 —объем, который занимает 1 кмоль газа при нормальных условиях, м3/кмоль.
Приведение плотности, объема и расхода газа к стандартным условиям выполняется по следующим зависимостям:
, (1.3)
, (1.4)
, (1.5)
где и - абсолютные давления; и - абсолютные температуры газа; и - коэффициенты сжимаемости газа соответственно при двух состояниях.
|
|
Плотность смесигазов подчиняется закону аддитивности
(1.6)
где - молярная (мольная объемная) концентрация, -плотность г-го компонента.
Газовая постояннаязависит от состава газовой смеси и определяется (в ) по формуле
, (1.7)
где -универсальная газовая постоянная,
.
Средние псевдокритические температура и давлениесмеси также подчиняются закону аддитивности
, (1.8)
, (1.9)
где и — абсолютные критические температура и давление компонентов смеси.
Критическим давлениемназывается такое давление, при котором и выше которого повышением температуры нельзя испарить жидкость.
Критическая температура— это такая температура, при которой и выше которой при повышении давления нельзя сконденсировать пар
В соответствии с нормами технологического проектирования псевдокритические параметры природного газа могут быть определены по известной плотности газовой смеси
, (1.10)
, (1.11)
|
|
где - плотность газа (в кг/м3) при стандартных (20 °С) условиях; псевдокритическое давление газа рассчитано в МПа, а псевдокритическая температура - в К.
Сжимаемость газаучитывает отклонение газов от законов идеального газа. Сжимаемость газа характеризуется коэффициентом сжимаемости 2, который определяется экспериментально. При отсутствии экспериментальных данных коэффициент сжимаемости определяют по номограммам в зависимости от приведенных температуры и давления (Тпр, рпр) газа или в зависимости от давления, температуры и относительной плотности по воздуху, а также по формулам, рекомендованным в отраслевых нормах проектирования [28]
, (1.12)
где ,
, (1.13)
. (1.14)
Влажность газов.Практически все газы содержат водяные пары, т. е. имеют некоторую влажность. Влажность природных газов обусловлена пластовыми условиями. В магистральных и распределительных газопроводах транспортируемый газ может насыщаться влагой, оставшейся в газопроводе после гидравлических испытаний. Присутствие сконденсированных водяных паров и кислых газов может вызвать коррозию трубопроводов и оборудования. При некоторых условиях (температуре и давлении) при наличии капельной влаги в газе могут образовываться кристаллогидраты.
|
|
Содержание влаги в газе характеризуется абсолютной и относительной влажностью.
Абсолютная влажностьd(в г/м3 или кг/кг) характеризует содержание водяных паров соответственно в единице объема или единице массы газа. Влагосодержание природных газов зависит от состава газа, температуры и давления и определяется по номограмме.
Относительная влажность газа — отношение фактического количества водяных паров в единице объема газа к максимально возможному количеству при определенных давлении и температуре
, (1.15)
где — количество водяного пара в единице объема пара, - максимально возможное количество водяного пара, которое может находиться в газе без конденсации при данных давлении и температуре, - парциальное давление водяного пара в газовой смеси, - давление насыщенного водяного пара при температуре Т.
Температура, при которой газ становится насыщенным при определенном давлении, называется точкой росы.
|
|
При подготовке к транспорту газ должен быть осушен так, чтобы точка росы была на 5-7 градусов ниже минимальной температуры охлаждения газа в газопроводе.
Вязкость газа характеризуется коэффициентом динамической (абсолютной) вязкости µ (в Па·с) и определяется по формуле
. (1.16)
Теплоемкостьреальных газов зависит от состава газа, температуры и давления. Изобарная теплоемкость природных газов (в кДж/(кг•К) с содержанием метана более 85 % в отраслевых нормах проектирования определяется из соотношения
. (1.17)
Эффект Джоуля-Томсона. При снижении давления по длине газопровода и при дросселировании газа на ГРС наблюдается снижение температуры. Это явление учитывается коэффициентом Джоуля-Томсона (в К/МПа), для определения которого в отраслевых нормах проектирования рекомендуется аппроксимация (для природных газов с содержанием метана более 85 %)
, (1.18)
где ср— средняя изобарная теплоемкость газа, определяемая для средних значений давления и температуры в процессе дросселирования.
Теплотворная способность(теплота сгорания) — тепло, выделяемое при сгорании единицы объема (или массы) газа при определенных условиях. Различают высшую и низшую теплотворную способность топлива. В большинстве энергетических установок (газотурбинные установки, печи и т. п.), предназначенных для использования или преобразования тепловой энергии, можно рассчитывать лишь на низшую теплоту сгорания топлива из-за невозможности воспользоваться теплотой, выделяющейся при конденсации паров воды как продукта сгорания топлива. Более идеальной, в этом смысле, является стоящая на горящей газовой плите большая "потеющая" кастрюля с пока еще негорячей водой.Теплота сгорания природных газов определяется по правилу аддитивности с учетом теплоты сгорания индивидуальных компонентов и их молярной (объемной) доли в составе природного газа:
, (1.19)
где — молярная доля i-гокомпонента в составе сухого (индекс с)газа; QHi— низшая теплота сгорания i-го компонента (в кДж/м3).
Влажность природных газов влияет на их теплотворную способность. Пересчет молярной доли компонентов, плотности и теплоты сгорания рабочего состава газа (индекс р) с учетом влажности производят по формулам:
; ; (1.20)
; (1.21)
, (1.22)
где К определяется по формуле
. (1.23)
В приведенных выше формулах d — влагосодержание газа, выражаемое в кг на м3 сухого газа при 0 °С и 0,101325 МПа.
Основная литература: 1 осн. [11-29], 2 осн. [5-20]
Контрольные вопросы:
- Источникигазоснабжения.
- Чтоизсебяпредставляетгазоваяраспределительнаясеть?
- Классификация газопроводов систем газоснабжения.
- Неравномерности газопотребления.
- Методы компенсации неравномерности газопотребления.
- Перечислите виды газохранилищ?
- Перечислите основные физические свойства газа.
Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 612; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!