2.2.4 Тепловые свойства природных газов

Теплоемкость природного газа

Удельной теплоемкостью называется количество теплоты, которое необходимо подвести к единице массы вещества, чтобы изменить его температуру на 1 градус.

Для газов различают удельные теплоемкости: изобарную с_р (р=const) и изохорную с_v (v=const)

Изобарная молярная теплоемкость природных газов определяется по формуле:

с_р0=0,523(8,36+0,00892t)М_i^3/4,                                                   (2.10)

где t-температура, С;  М_i-молекулярная масса I-го компонента природного газа.

Тогда для смеси газов формула (17) преобразуется следующим образом:

,                                   (2.11)          

где y_i-молярная доля I-го компонента в смеси, с_рi-изобарная молярная теплоемкость I-го компонента.

Изобарная молярная теплоемкость реальных природных газов зависит от давления и от температуры    с_р=с_р0(t)+c_p (P,t),                                                                 (2.12)

    где c_p (P,t)-изотермическая поправка теплоемкости на давление, ее можно определить по номограмме в зависимости от приведенных параметров.

Для приближенных расчетов при 0,02≤Р_пр≤4, 1,3≤Т_пр≤2,5

c₀=32,600Р_пр/Т_пр⁴ кДж/(кмоль∙К)                                                                     (2.13)

Теплоемкость неуглеводородных компонентов (N₂, H₂S и СО₂) примерно равна 0,5 теплоемкости углеводорода с одинаковой молярной массой. 

Теплотоворная способность или теплота сгорания – количество тепла, выделяемое при сгорании при определенных условиях (чаще всего при Р=0,013 МПа и Т=288К). Единицы измерения  - МДж/кг, МДж/м³ (ккал/кг, ккал/м³). Различают высшую и низшую теплоту сгорания. Для получения низшей теплоты сгорания из высшей вычитают тепло, расходуемое на испарение гигроскопической воды. Присутствие в смеси  инертных газов понижает теплоту сгорания. При сгорании 1кг каменного угля выделяется 9 ккал,  1кг нефти – 11 ккал, 1м³ газа - 7 ккал.

            Дросселирование – расширение газа при прохождении через дроссель — местное  гидравлическое сопротивление (вентиль, кран, сужение трубопровода и т.д.), сопровождающееся изменением температуры. Дросселирование – термодинамический процесс, характеризующийся постоянством энтальпии (i = const).  В процессе дросселирования реального природного газа при его движении через штуцер, задвижку, регулятор давления, клапан-отсекатель, колонны труб в скважине, неплотности в оборудовании промыслов уменьшается температура газа.

Изменение температуры газов и жидкостей при изоэнтальпийном расширении называется эффектом Джоуля-Томсона или дроссель-эффектом, а D_i   часто  называют коэффициентом Джоуля-Томсона.

D_i = (Т/р)_i = [T (V/Т)_p – V]/с_p,  или  D_i  = Т/ Р,                                    (2.14)

где Т – изменение температуры, а Р- изменение давления.  Среднее значение коэффициента Джоуля—Томсона для природ­ного газа изменяется от 2 до 4 К/МПа в зависимости от состава газа, падения давления и начальной температуры газа. Для приближенных расчетов среднее значение коэффициента Джоуля—Томсона можно принимать равным 3 К/МПа.  У жидко­стей D_i, <;0, поэтому при дросселировании они нагреваются. Для наибольшего снижения температуры газа в штуцере необходимо удалять жидкость из газового потока до его поступления в штуцер.Среднее значение коэффициента Джоуля—Томсона для нефти изменяется от 0,4 до 0,6 К/МПа, для воды оно составляет 0,235 К/МПа.