ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ГАЗА

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

R 8,3144 êÄæ êì î ëü Ê

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Рисунок 1 – Зависимость коэффициента сверхсжимаемости z от приведенных параметров Pпр и Тпр

9

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

2. Лабораторные методы определения плотности природного газа

2.1. Пикнометрический метод

Пикнометрический метод установлен стандартом ГОСТ 17310-2002, в соот-

ветствии с которым определяется плотность (относительная плотность) газов и газовых смесей.

Сущность метода заключается во взвешивании стеклянного пикнометра объемом 100-200 см3 последовательно с осушенным воздухом и осушенным ис-

следуемым газом при одинаковой температуре и давлении.

Плотность сухого воздуха – величина эталонная. Зная внутренний объем пикнометра, можно определить плотность природного газа неизвестного состава

(исследуемого газа). Для этого предварительно определяется внутренний объем пикнометра («водное число»), поочередно взвешивая пикнометр с осушенным воздухом и дистиллированной водой, плотности, которых известны. Затем взве-

шивается пикнометр, заполненный исследуемым газом. Разность масс пикнометра с исследуемым газом и пикнометра с воздухом, поделенная на значение объема пикнометра («водное число») прибавляется к значению плотности сухого воздуха,

что составляет в итоге плотность исследуемого газа.

Вывод расчетных формул показан ниже.

2.1.1. Расчетные формулы

Плотность природного газа пикнометрическим способом определяется на основе следующих соотношений:

г – плотность газа в условиях проведения замеров, г/дм3 кг ;

м3

вз – плотность воздуха в условиях проведения замеров, г/дм3 кг ;

м3

Мг – масса газа в пикнометре, г;

Мвз – масса воздуха в пикнометре, г;

10

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Vп – объем пикнометра («водное число»), дм3.

Так как взвешивается пикнометр вместе с газом и воздухом, тогда можно записать

где Мгп , Мвзп – соответственно масса пикнометра с газом и воздухом, г;

Мп – масса пикнометра, г.

Преобразовав выражение (14) с учетом соотношений (15) и (16) получаем

Для приведения результатов определения к стандартным условиям Т=293 К

и Р = 760 мм рт.ст. (0,1013 МПа) используется коэффициент пересчета К, который находят в приложении Б или вычисляют по формуле

t – температура проведения измерений, оС;

Рб – барометрическое давление, мм рт.ст.

Объем пикнометра («водное число» пикнометра) находится по соотноше-

нию

где вод – плотность воды, г/дм3;

Мвод – масса воды в пикнометре, г.

Тогда по аналогии с предыдущим внутренний объем пикнометра с учетом соотношения

где Мводп – масса пикнометра с водой, г.

11

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Значение плотности воздуха при условиях проведения опыта вз =1,205 ∙ К,

г/дм3. К – коэффициент приведения к условиям опыта (приложение Б).

Плотность воды в зависимости от температуры приведена в приложении А.

Плотность природного газа при стандартных условиях ст вычисляется по формуле

2.1.2. Порядок определения плотности

Для определения плотности проба газа из газопровода, аппарата или другой емкости (например, контейнера) отбирается непосредственно в пикнометр спосо-

бом продувки. Для отбора пробы газа подготавливается специальная установка

(приведена на рис. 2.). Пробоотборная линия (трубка) должна быть снабжена вен-

тилем тонкой регулировки расхода газа, быть короткой и изготовленной из специ-

альных металлических, полиэтиленовых и резиновых труб диаметром 2-4 мм.

Перед отбором пробы пробоотборная линия продувается исследуемым га-

зом, давление в пробоотборной линии должно превышать атмосферное примерно на 10 кПа.

Подготовка пикнометра проводится в следующей последовательности: про-

мывки хромовой смесью, водой, ополаскивание дистиллированной водой, затем этиловым спиртом, высушивание продувкой сухим воздухом.

Для осушки исследуемого газа или воздуха (см. рисунок 2), U –образные трубки заполняются прокаленным хлористым кальцием и оба конца уплотняются гигроскопической ватой.

Маностат, служащий для сброса через него избыточного давления в системе и представляющий собой цилиндр с капиллярной трубкой диаметром 2-4 мм, за-

полняется трансформаторным или вазелиновым маслом на 150-200 мм его высо-

ты.

12

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Рисунок 2 – Схема отбора пробы газа

1 – трубка с гигроскопической ватой; 2 – винтовой зажим; 3 – маностат; 4, 5 – U-образные трубки; 6 – пикнометр; 7 – склянка (счетчик пузырьков)

Склянка, необходимая для визуального наблюдения прохождением газа че-

рез пикнометр и его скорость, заполняется трансформаторным или вазелиновым маслом так, чтобы капиллярная труба была погружена в масло на 1 мм. В качест-

ве счетчика пузырьков может быть использована любая склянка, в которую опу-

щена капиллярная трубка с конусным концом.

Внутренний объем пикнометра или «водное число» определяется в сле-

дующей последовательности. Предварительно измеряется масса пикнометра с осушенным воздухом. Продувается пикнометр воздухом через установку в тече-

ние 10-15 мин со скоростью 100-120 см3/мин (скорость устанавливают по одному из средств измерения расхода газа). Продувка должна обеспечить 10÷15-кратный объем пикнометра. Поток воздуха регулируются винтовым зажимом. В пикно-

метре создается избыточное давление, закрывая сначала краник на выходе, а за-

тем – на входе пикнометра. Пикнометр отсоединяется от U-образных трубок и счетчика пузырьков, затем взвешивается. U- образные трубки изолируются от контакта с воздухом с помощью специальных заглушек.

13

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Пикнометр около весов выдерживается 20-30 мин для выравнивания темпе-

ратуры, затем соединяется со счетчиком пузырьков и выпускает газ из пикномет-

ра для доведения давления в нем до атмосферного. Краники пикнометра закры-

ваются. Пикнометр отсоединяется от счетчика пузырьков, взвешивается на анали-

тических весах с точностью до 0,0001 г. Замеряется барометрическое давление и температура окружающей среды.

Далее для определения внутреннего объема пикнометра («водного числа»)

заполняют его свежепрокипяченной и охлажденной до комнатной температуры дистиллированной водой, следя за тем, чтобы на стенках внутри пикнометра, в

отводных трубках и краниках не оставалось пузырьков воздуха. Излишки воды с поверхности пикнометра и отводных трубок удаляются фильтровальной бумагой.

Пикнометр с дистиллированной водой взвешивается на аналитических ве-

сах с погрешностью не более 0,0001 г, если масса не превышает 200 г, и на техни-

ческих весах с погрешностью не более 0,001 г, если масса превышает 200 г. Рас-

чет внутреннего объема пикнометра проводится по формуле (21).

За результат определения внутреннего объема пикнометра принимается среднее арифметическое результатов двух определений, допускаемое расхожде-

ние между которыми не должно превышать 0,001 дм3.

При определении плотности исследуемого газа измеряется масса осушенно-

го газа и воздуха в объеме пикнометра при одних и тех же температуре и баро-

метрическом давлении. Порядок подготовки пикнометра, заполнения и взвешива-

ния исследуемым газом аналогичен такому же порядку при работе с воздухом.

Только газ на выходе из счетчика пузырьков направляется в вытяжной шкаф или за пределы помещения.

2.1.3. Расчет плотности газа

Расчет плотности исследуемого газа проводится по формуле (22). Коэффи-

циент для приведения газа (воздуха) при условии опыта (Р, Т) к стандартным ус-

ловиям (Т=293 К; Р=0,1013 МПа) находится из приложения Б или вычисляется по формуле (18).

14

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Результаты отдельных определений плотности исследуемого газа вычисля-

ются с точностью до 0,0001 кг/м3, и округляются до третьего десятичного знака.

За результат определения принимается среднее арифметическое результатов двух определений, допускаемое расхождение между которыми не должны превышать

0,004 кг/м3.

Результаты измерений и расчетов заносятся в таблицу 2.

Пример определения плотности газа пикнометрическим методом.

Таблица 2

Расчет плотности газа

Среднеарифметическое г =0,852 кг/м3.

2.2. Определение плотности газа методом истечения.

Метод основан на законе Грэма и заключается в измерении и сравнении времени истечения в атмосферу через капилляр равных объемов известного газа

(воздуха) и исследуемого газа при одинаковых значениях давления и температу-

ры.

2.2.1. Вывод соотношений для определения плотности исследуемого га-

за

Газ вытекает из сосуда через капилляр площадью сечения S в атмосферу за счет разности давлений

где Р – давление в сосуде;

Ро – атмосферное давление.

Таким образом, в единицу времени через капилляр из сосуда вытечет масса газа М, равная

15

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

– плотность газа;

V – линейная скорость истечения;

S – площадь сечения капилляра.

Газ совершает работу А, которая может быть выражена следующим соот-

Эта работа совершается за счет перехода потенциальной энергии газа в кинетиче-

скую энергию, т.е. справедлива запись

Соответственно для известного газа (воздуха) и исследуемого газа выражения имеют вид

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

2

г в ttг2 , (33)

в

где tв и tг – соответственно время истечения одинаковых объемов воздуха и ис-

следуемого газа через капилляр.

На основе закона Грэма можно также получить соотношения для определе-

ния коэффициента динамической вязкости исследуемого газа.

2.2.2. Порядок проведения работы

Для определения плотности исследуемого газа используется прибор эффу-

зиометр, работа которого основана на законе Грэма. Схема прибора представлена на рис. 3. В состав прибора входит измерительный сосуд 1 с двумя метками (а –

нижняя; б – верхняя); трехходовой кран 2 для переключения измерительного со-

суда на заполнение исследуемым газом (воздуха) и на капилляр 4 для выбора в атмосферу через отвод 5 исследуемого газа (воздуха); уравнительного сосуда 6

для создания избыточного давления в измерительном сосуде. Оба сосуда соеди-

нены резиновым шлангом 3.

Время истечения из измерительного сосуда исследуемого газа (воздуха) оп-

ределяется секундомером.

Для снижения растворимости компонентов газа измерительный и уравни-

тельный сосуды заполняются рассолом (концентрированным раствором поварен-

ной соли).

Измерения проводятся в следующем порядке:

а) трехходовой кран устанавливается в положение, при котором измери-

тельный сосуд 1 эффузиометра соединяется через отвод 5 с атмосферой, уравни-

тельный сосуд 6 помещается на подставку выше трехходового крана 2 для полно-

го заполнения измерительного сосуда 1 рассолом. Рассол при этом вытесняет газ,

который находится в измерительном сосуде до проведения опыта;

б) уравнительный сосуд 6 помещается на площадку ниже нижнего уровня измерительного сосуда, открывается трехходовой кран 2 в «атмосферу» (отвод 5),

17