Влияние способов добычи газов на их физические свойства

Основная часть

В гидравлики рассматриваются законы движения газов, при условии, что их скорость движения меньше скорости звука в данной среде. В этих условиях сжимаемость газов не значительна и в расчетах не учитывается, то есть по своим признакам напоминает жидкость.

Физические свойства газов зависят от способов получения газа. В настоящее время известно 3 способа получения газа:

газы, полученные из чисто газовых месторождений. Такие газы состоят из 82…98% метана - общая формула углеводородного ряда;

газы, полученные из газоконденсатных скважин. Представляют смесь газа с конденса-том широкой фракции в составе бензиновой, легроиновой, керосиновой, а в отдельных случаях встречаются соляровое масло. В состав газа, также входит метан (80…95%);

газы, полученные вместе с нефтью из нефтяных месторождений (попутный газ). В составе смеси таких газов – смесь газов с газовым бензином и пропанобутановой фракции, в составе 30…70% метана. К природным газам относятся: метан СН4 (С-74,97% Н-25,03%); Этан С2Н6 (С-79,96 Н-20,04); Этилен С2Н4 (85,7% Н-14,3%); Пропан С3Н8 (С-81,8% Н- 18,2%); Бутан С4Н10; Бутилен С4Н8; изо-Пентан С5Н12; Водород Н2.

К основным параметрам газа относятся:

1. Плотность газа (кг/м³) – масса единице объема, которое равняется отношению молекулярной массы М газа к молекулярному объему:

где: - 22,4 критерий (число) Авогадро. Амедео Авогадро (1776…1856) итальянский физик, химик, математик, открыл закон из которого следует, в одинаковых объемах любых газов при одинаковой температуре и давления содержится одинаковое число молекул. Из закона Авогадро следует: «Один килограмма газа при температуре Т=273,15 К (t = 0º С) и давлению 0,1013 МПа. (Нормальные условия), занимает объем равный 22,4 л.».

Нормальные условия отличаются от стандартных на величину температуры, которая равняется 20º С (293º К).

Сумма молекулярных масс атомов, которые составляют молекулу, называется молеку-лярной массой вещества. Молекулярная масса компонента, который входит в состав газа может быть определен по формуле:

где: V1; V2; Vn – объемная концентрация компонентов, %;

Мг1; Мг2; Мгп – молекулярная масса компонентов.

Плотность газа ρ зависит от температуры, давления и сжатия ρ = f(Т; Р; Z). Поэтому данные о плотности должны сопровождаться указанием условий (давление и температуры). Однако, когда речь идет о плотности при стандартных условиях, необходимые условия не сообщаются. Перерасчет плотности проводится по формуле:

Часто пользуются относительной плотностью газа по воздуху:

2. Удельный объем газа – объем единицымассы газа, величина обратная плотности газа:

где: V – объем газа, м³;

m – масса газа, кг;

Vc – удельный объем среды, м³/кг.

3. Массовый расход газа – масса газа (m) проходящая через поперечное сечение потока за единицу времени, кг/с (кг/ч).

где: t – время (с; ч) на протяжении которого через данное сечение проходит газ.

4. Объемный расход – количества газа, в единицах объема которое проходит через поперечное сечение потока в единицу времени, м³/с,

При проведении расчетов газоснабжения используют понятия объемного расхода при нормальных условиях Т=273º К и Р = 0,1013 МПа, а также при стандартных условий Т=293ºК (20º С) и при Р = 0,1013 МПа.

5. Линейная скорость газа – определяется как объемный расход газа (Q) отнесенный к единице площади потока (F) м/с.

где: F – площадь поперечного сечения потока, м².

6. Массовая скорость – массовый расход газа отнесенный к единицы поперечного сече-ния потока, кг/с ∙ м²:

7. Давление газа – отношение нормальной составляющей силы (N) к площади (S), на которую действует эта сила:

При равноме6рном распределении сил:

8. Абсолютное давление газов (Р) – это давление газов на стенки трубопровода и емкостей.

9. Избыточное давление газов ( Ризб. ) – разница между абсолютным давлением газа и барометрическим (Р бар.)

Ризб.= Р – Рбар.

Рвак. = Рбар – Р

В гидравлических расчетах газопроводов используется абсолютное давление.

10. Вязкость газа – свойство газа сопротивляться силам трения, которые возникают между слоями газа во время его движения. Вязкость газа, свойство являющееся причиной внутреннего трения, а следовательно, и сопротивления при движении в трубопроводе. Для оценки свойств реальных газов, вводится коэффициент динамической (абсолютной) вязкости (Па ∙ с) и определяется по формуле:

где:τ- тангенциальная сила внутреннего трения;

l2 – l1 – расстояние между слоями газовой среды, которая двигается со скоростью W2 – W1

Динамическая вязкость газа определяется главным образом количеством движения, переносимым молекулами при переходе из одного слоя к другому. При увеличении темпера-туры возрастает скорость движения молекул и, следовательно, переносимое количество дви-жения. Поэтому при повышении температуры вязкость возрастает. Зависимость динамической вязкости от температуры описывается формулой Сатерланда:

где: μ – динамическая вязкость газа при заданно температуре;

μо – вязкость газа при температуре 273º К;

Т - температура газа º К;

С - постоянная величина, которая зависит от свойств газа. Определяется по

отдельным таблицам.

При проведении и гидравлических расчетах, используют понятия кинематической вязкости (м²/с), которая определяется по соотношению:

Кинематическая вязкость, в зависимости от температуры и давления определяется по формуле:

где: R – газовая постоянная, Дж/кмоль ∙ К. В системе СИ R=8314 Дж/кмоль ∙ К

С повышением температуры газа вязкость увеличивается.

11. Влажность газа. Природный газ, в пластах насыщен водяными парами, которые конденсируются во время транспортировки газа и собираются в низких местах газопровода, нарушая технологический режим перекачки.

Наличие в газе водяных паров характеризуется абсолютной и относительной влаж-ностью.

Абсолютная влажность (U) характеризуется содержанием водяных паров в единице объема газа в г / м³ или кг/ м³.

Относительная влажность (U0) – отношение абсолютной влажности при данной тем-пературе и давлению к его влагоемкости. Относительная влажность газа, насыщенного водяными парами – 100% Влажность природных газов зависит от давления, температуры, содержанию газа и воды, а также характеристикой месторождения.

Температура, при которой газ полностью насыщается водяными парами, называется точкой росы данного газа.

Давление насыщенных паров углеводородов – функция температуры. При повышении температуры жидкости, давление увеличивается, за счет перехода части жидкости в парообразное состояние.

В условиях равновесия паровой и жидкой фазах, парциальное давление компонента в паровой фазе (над жидкостью) и в жидкой фазе (в жидкости) – одинаково.

Давление, при котором жидкость при данной температуре находится в равновесном состоянии со своими парами, называется давление насыщенных паров жидкости.

12. Сжимаемость газов. Характеризует отклонение свойств реальных газов от законов идеального газа.

Объем реальных газов изменяется не пропорционально его давлению и температуре и при одинаковых условиях сжимается больше или меньше чем идеальный газ на величину Z – коэффициент сжатия

13. Критическая температура. Температура, при которой не зависимо от изменения давления, газ невозможно перевести в жидкое состояние (сконденсировать).

14, Критическое давление. Давление, выше которого не возможно жидкость перевести в газ, не зависимо от повышения давления.

Дата добавления: 2014-01-20