Основные физические свойства газа

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 2

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 (Т_пр, р_пр) 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 с_р— 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; Q_Hi— 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)