база Уфимского Топливно Энергетического Колледжа / фсякий полезный и безполезный мусор / домашка / дз / прохор

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 95,7%

Этан С₂ Н₆ 2,1%

Пропан С₃ Н₈ 0,64%

Бутан С₄ Н₁₀ 0,54%

Пентан С₅ Н₁₂ 0,11%

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 =} 0,953*0,717 + 0,021*1,344 + 0,0064*1,967 + 0,0054*2,494 + 0,0011*3,162 + 0,0033*1,872 + 0,037*1,185 = 0,85 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= 0,953*16,04+0,021*30,07+0,0064*44,1+0,0054*58,12+0,0011*72,15

+0,0033*44,011+0,037*28,02=17,423 кг/моль

R=8314,3/17,423= 477,2 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=17,423/22,41= 0,778 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= 0,953*190,55+ 0,021*305,83 + 0,0064*369,82 + 0,0054*408,13+ 0,0011*469,69+ 0,0033*304,2 + 0,037*126,2=192 К;

Р_пк= 0,953*4,6+ 0,021*4,88 + 0,0064*4,25 + 0,0054*3,65+ 0,0011*3,96+ 0,0033*7,39 + 0,037*3,39 = 4,853 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=)=7,84 МПа

Т_ср=0,5*(299+275)=287 К

Р_пр=7,84/4,853=1,62 МПа

Т_пр=287/192=1,49 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)]*[]=

=12,75*10^-6 МПа*с (14)

9)Кинематическая вязкость

U=μ/ρ (15)

U=12,75*10^-6/0,778=16,39*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*287+1,96*10^-6(7,84-0,1)=2,79 кДг*к

287³

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)=4,25 К. 2,79* 287²

Вывод: Рассчитали основные физические свойства газа.