база Уфимского Топливно Энергетического Колледжа / фсякий полезный и безполезный мусор / домашка / дз / Жанис 5 расчет

Расчет основных физических свойств газа

Цель: Рассчитать основные физические свойства газа

Исходные данные

Газ месторождения Уренгой.

Температура воздуха самого холодного месяца -22⁰С = 251 К.

Температура минимальная на глубине заложения +2⁰С = 275 К.

Состав газа месторождения Уренгой:

Метан СН₄ 95,4%

Этан С₂ Н₆ 1,8%

Пропан С₃ Н₈ 0,64%

Бутан С₄ Н₁₀ 0,56%

Пентан С₅ Н₁₂ 0,16%

Двуокись углерода СО₂ 0,33%

Азот N₂ и редкие газы 3,7%

1)Плотность газа (газовой смеси) определяется по правилу аддитивности (сложения):

n

ρ =Σ а_i ρ_i (1)

i = 1

ρ_см =а₁ ρ₁ + а₂ ρ₂ + …..ρ_n,

где а₂, а₁, … а_n – объемные концентрации компонентов смеси;

ρ₁, ρ₂, … ρ_n – плотность компонентов смеси.

2)Плотность газа при стандартных условиях:

(Т = 293 К, ρ = 0, 1033МПа)

ρ_{ст =} 0,954*0,717 + 0,018*1,344 + 0,0064*1,967 + 0,0056*2,494 + 0,0016*3,162 + 0,0033*1,872 + 0,037*1,185 = 0,847 кг/м³

2) Относительная плотность газа, т. е. отношение плотности газа к плотности воздуха при одних и тех же условиях

∆ = ρ_г / ρ_в, (2)

где ρ_г - плотность газа;

ρ_в - плотность воздуха;

∆ = 0,79/1,206 = 0,655

3) Газовая постоянная природного газа [Дж/(кг К)] зависит от состава газовой смеси

_

R= R̲ , (3)

М

где R- универсальная газовая постоянная,

R= 8314,3 Н*м/(киломоль*К);

М- молярная масса природного газа, кг/моль;

n

М= Σ а_i M_i (4)

i=1

М= 0,954*16,04+0,018*30,07+0,0064*44,1+0,0056*58,12+0,0016*72,15

+0,0033*44,011+0,037*28,02=17,319 кг/моль

R=8314,3/17,319= 480 кг*К

4)При нормальных условиях плотность газа можно определить по его молярной массе

ρ_н= М/ 22,41 (5)

где 22,41- объем одного киломоля газа при нормальных условиях (Т= 273 К, Р= 0,1033 МПа)

ρ_н=17,319/22,41= 0,773 кг/м³

5) Псевдокритическая температура и давление газовой смеси определяются по формулам:

Т_п.к.=Σⁿ_i=1*а_i*Т_крi, (6)

Р_п.к.= Σⁿ_i=1*а_i*Р _крi, (7)

Т_крi, Р _крi соответственно абсолютные критические температура и давление i- го компонента газовой смеси.

Критическая температура

Т_кр- температура при которой и выше которой при повышении давления нельзя сконденсировать пар.

Критическое давление.

Р _кр- давление при котором и выше которого нельзя испарить жидкость.

Псевдокритические температура и давление в соответствии с нормами технологического проектирования могут быть найдены по известной плотности при стандартных условиях.

Т_пк=1,5524*(0,564+ρ_ст) (8)

Р_пк=0,1737*(26,831- ρ_ст) (9)

Т_пк= 0,954*190,55+ 0,018*305,83 + 0,0064*369,82 + 0,0056*408,13+ 0,0016*469,69+ 0,0033*304,2 + 0,037*126,2=189 К;

Р_пк= 0,954*4,6+ 0,018*4,88 + 0,0064*4,25 + 0,0056*3,65+ 0,0016*3,96+ 0,0033*7,39 + 0,037*3,39 = 4,78 МПа.

6) Коэффициент сжимаемости учитывает отклонение свойств природного газа от законов идеального газа. Сжимаемость газа характеризуется коэффициентом сжимаемости Z, который определяется экспериментально. Если таких данных нет, то коэффициент сжимаемости определяется по номограммам в зависимости от приведенных температуры и давления или в зависимости от давления, относительной плотности газа по воздуху и температуры.

Для идеального газа коэффициент сжимаемости Z=1,

Т_пр=Т_ср/Т_пк, (10)

Р_пр=Р_ср/Р_пк, (11)

где Т_ср, Р_ср- абсолютные критические температура и давление газа при рабочих условиях;

Т_кр,Р_кр- абсолютные критические температура и давление газа.

Р_ср=() (12)

где Р_н и Р_к- соответственно давление вначале и конце рассматриваемого участка (Р_н= 7,5 МПа, Р_к=5,2 МПа).

Т_ср=0,5*(Т_н+Т_о), (13)

Где Т_н- начальная температура на входе в линейный участок. В первом приближении можно принять Т_н=293…303 К(20…30^оС),

Т_о- температура окружающей среды Т_о=275 К(2^оС).

Р_ср=)=6,97 МПа

Т_ср=0,5*(299+275)=286 К

Р_пр=6,97/4,78=1,46 МПа

Т_пр=286/189=1,51 К

По графику Z=0,83.

7) Вязкость газа не подчиняется закону аддитивности, поэтому ее определяют по эмпирическим формулам.

8) Динамическая вязкость определяется по формуле

μ=5,1*10^-6[+ρ_ст(1,1-0,25*ρ_ст)]*[0,037+Т_пр(1-0,0104* Т_пр)]*[]=

=12,12*10^-6 МПа*с (14)

9)Кинематическая вязкость

U=μ/ρ (15)

U=12,12*10^-6/0,773=15,68*10⁶ м²/с

10)Теплоемкость газа зависит от его состава, давления и температуры. Изобарная теплоемкость природного газа с содержанием метана 85% и более, согласно отраслевым нормам ОНТП 51-185 определяются по формуле:

с_р=1,695+1,838*10^-3*Т_ср+1,96*10⁶(Р_ср-0,1), (16)

Т³_ср

с_р=1,695+1,838*10^-3*286+1,96*10^-6(6,97-0,1)=2,8 кДг*к

286³

11)Понижение давления по длине газопровода и дросселирование газа на ГРС сопровождается охлаждением газа. Это явление учитывается коэффициентом Джоуля- Томсона (К/МПа), для определения которого отраслевыми нормами рекомендуется зависимость для природных газов с содержанием метана 85% и более:

D_i =1(0,98*10⁶-1,5) (17)

с_ср * Т_ср²

D_i =1(0,98*10⁶-1,5)=4,24 К. 2,8* 286²

Вывод: Рассчитали основные физические свойства газа.