Обучение Учитесь работать эффективно и аккуратно
Введение Физика l Свойства газов l
Повестка дня Физические свойства газов
Словарь l l l l Газ Идеальный газ Природный газ Плотность газа Вязкость газа Теплоемкость газа Температуропроводность газа Теплопроводность газа
Раздел 1 Газом называют агрегатное состояние вещества, в котором все его частицы (атомы, молекулы) слабо взаимодействуют между сосбой и, двигаясь, заполняют весь предоставляемый ему объем. Основным свойством газа является его способность полностью заполнить сосуд, в котором он находится. Идеальный газ - газ, для которого энергия взаимодействия между молекулами пренебрежимо мала по сравнению с кинетической энергией их хаотичного (теплового) движения. Уравнение состояния для n молей идеального газа, занимающего объем V при температуре Т и давлении р, имеет вид: p. V = n R T, где R - газовая постоянная (уравнение Клапейрона - Менделеева). В настоящем разделе кратко изложены некоторые общие сведения, касающиеся физических свойств газов. Конкретные физические свойства разных газов находятся в подразделах нашего сайта (см. выше). Эти подразделы будут постепенно пополняться новой информацией, которая, возможно, окажется полезной инженерам и конструкторам при проведении расчетов. Плотность газа: , [кг/м 3] Килограмм на кубический метр [кг/м 3] равен плотности однородного газообразного вещества, масса которого при объёме 1 м 3 равна 1 кг. где dm - масса элемента газа, объёмом d. V - объём элемента газа. Динамическая вязкость газа: , [Па с] где F - сила внутреннего трения газа. S - площадь поверхности слоя газа, на которую рассчитывается сила внутреннего трения. - величина, обратная градиенту скорости газа. Паскаль-секунда [Па с] равна динамической вязкости газа, касательное напряжение в которой при ламинарном течении на расстоянии 1 м по нормали к направлению скорости, равно 1 Па. Кинематическая вязкость газа: , [м 2/с] где - динамическая вязкость газа. - плотность газа. Квадратный метр на секунду [м 2/с] равен кинематической вязкости газа с динамической вязкостью 1 Па с и плотностью 1 кг/м 3. Коэффициент теплопроводности газа: , [Вт/(м К)] где t - время. S - площадь поверхности. Q - количество теплоты [Дж], перенесённое за время t через поверхность площадью S. - величина, обратная градиенту температуры газа. Ватт на метр-кельвин [Вт/(м К)] равен коэффициенту теплопроводности газа, в котором при стационарном режиме с поверхностной плотностью теплового потока 1 Вт/м 2 устанавливается температурный градиент 1 К/м. Теплоемкость газа: , [Дж/К] где d. Q - количество теплоты, необходимое для нагревания газа. d. T - разность температуры. Джоуль на кельвин [Дж/К] равен теплоемкости газа, температура которого повышается на 1 К при подведении к нему количества теплоты 1 Дж. Удельная массовая теплоемкость газа (при постоянном давлении): , [Дж/(кг К)] Джоуль на килограмм-кельвин [Дж/(кг К)] равен удельной теплоемкости газа, имеющего при массе 1 кг теплоемкость 1 Дж/К. Температуропроводность газа: , [м 2/с] где - теплопроводность газа.
Раздел 2 Месторождение природного газа В осадочной оболочке земной коры сосредоточены огромные залежи природного газа. Согласно теории биогенного (органического) происхождения нефти, они образуются в результате разложения останков живых организмов. Считается, что природный газ образуется в осадочной оболочке при больших температурах и давлениях, чем нефть. С этим согласуется тот факт, что месторождения газа часто расположены глубже, чем месторождения ефти. н l Огромными запасами природного газа обладают Россия (Уренгойское месторождение), Иран, большинство стран Персидского залива, США, Канада. Из европейских стран стоит отметить Нидерланды, и иногда упоминают Норвегию, но её запасы невелики. Среди бывших республик Советского Союза большими запасами газа владеет Туркмения, Азербайджан, Узбекистан а также Казахстан(Карачаганакское месторождение) l Во второй половине XX века в университете им. И. М. Губкина были открыты природные газогидраты (или гидраты метана). Позже выяснилось, что запасы природного газа в данном состоянии огромны. Они располагаются как под землёй, так и на незначительном углублении под морским дном. l Метан и некоторые другие углеводороды широко распространены в космосе. Метан — третий по распространённости газ вселенной, после водорода и гелия. В виде метанового льда он участвует в строении многих удалённых от солнца планет и астероидов, однако такие скопления, как правило, не относят к залежам природного газа, и они до сих пор не нашли практического применения. Значительное количество углеводородов присутствует в антии Земли, однако они тоже м не представляют интереса. l Добыча и транспортировка l Природный газ находится в земле на глубине от 1000 метров до нескольких километров. Сверхглубокой скважиной недалеко от города Новый Уренгой получен приток газа с глубины более 6000 метров. В недрах газ находится в микроскопических пустотах (порах). Поры соединены между собой микроскопическими каналами — трещинами, по этим каналам газ поступает из пор с высоким давлением в поры с более низким давлением до тех пор, пока не окажется в скважине. Движение газа в пласте подчиняетсяопределённым законам. l Газ добывают из недр земли с помощью скважин. Скважины стараются разместить равномерно по всей территории месторождения. Это делается для равномерного падения пластового давления в залежи. Иначе возможны перетоки газа между областями месторождения, а также преждевременное обводнение залежи. l Газ выходит из недр вследствие того, что в пласте находится под давлением, многократно превышающем атмосферное. Таким образом, движущей силой является разность давлений в пласте и системе сбора. l В 2005 году в России объём добычи природного газа составил 548 млрд м³. Внутренним потребителям было поставлено 307 млрд м³ через 220 региональных газораспределительных организаций. На территории России расположено 24 хранилища природного газа. Протяжённость магистральных газопроводов России составляет 155 тыс. км. l В 2009 году США впервые обогнали Россию не только по объему добытого газа (624 млрд м³ против 582, 3 млрд м³), но и по объему добычи товарного газа, то есть идущего на продажу контрагентам[4]. Это объясняется ростом добычи сланцевого газа[5] l Крупнейшие мировые газодобытчики. Страна 20092006 Добыча, млрд куб. м. Доля мирового рынка (%)Российская Федерация 582, 3673, 4618 Соединенные Штаты Америки 62466718 Алжир171, 35 Иран 1705 Норвегия 1434 Индонезия 88, 12, 4 Саудовская Аравия 85, 72, 3 Нидерланды77, 672, 1 Малайзия 69, 91, 9 Туркменистан 66, 21, 8 Азербайджан 411, 1 Остальные страны1440, 1738, 4 Мировая добыча газа 1003646100 Подготовка природного газа к транспортировке Завод для подготовки природного газа. Газ, поступающий из скважин, необходимо подготовить к транспортировке конечному пользователю — химический завод, котельная, ТЭЦ, городские газовые сети. Необходимость подготовки газа вызвана присутствием в нём, кроме целевых компонентов (целевыми для различных потребителей являются разные компоненты), также и примесей, вызывающих затруднения при транспортировке либо применении. Так, пары воды, содержащейся в газе, при определённых условиях могут образовывать гидраты или, конденсируясь, скапливаться в различных местах (например, изгиб трубопровода), мешая продвижению газа; ероводород вызывает с сильнуюкоррозию газового оборудования (трубы, ёмкости теплообменников и т. д. ). Помимо подготовки самого газа, необходимо подготовить и трубопровод. Широкое применение здесь находят азотные установки, которые применяются для создания инертной среды в трубопроводе. l Газ подготавливают по различным схемам. Согласно одной из них, в непосредственной близости от месторождения сооружается установка комплексной подготовки газа (УКПГ), на которой производится очистка и осушка газа в абсорбционных колоннах. Такая схема реализована на Уренгойском месторождении. l Если газ содержит в большом количестве гелий либо сероводород, то газ обрабатывают на газоперерабатывающем заводе, где выделяют гелий и серу. Эта схема реализована, например, на Оренбургском месторождении. l Транспортировка природного газа l В настоящее время основным видом транспорта является трубопроводный. Газ под давлением 75 атм прокачивается по трубам диаметром до 1, 4 м. По мере продвижения газа по трубопроводу он теряет кинетическую энергию, преодолевая силы трения как между газом и стенкой трубы, так и между слоями газа, которая рассеивается в виде тепла. Поэтому через определённые промежутки необходимо сооружать компрессорные станции (КС), на которых газ дожимается до 75 атм и охлаждается. Сооружение и обслуживание трубопровода весьма дорогостоящи, но тем не менее — это наиболее дешёвый с точки зрения начальных вложений и организации способ транспортировки газа на небольшие и средние расстояния. l Кроме трубопроводного транспорта широко используют специальные танкеры — газовозы. Это специальные суда, на которых газ перевозится в сжиженном состоянии в специализированных изотермических емкостях при температуре от − 160 до − 150 °С. При этом степень сжатия достигает 600 раз в зависимости от потребностей. Таким образом, для транспортировки газа этим способом, необходимо протянуть газопровод от месторождения до ближайшего морского побережья, построить на берегу терминал, который значительно дешевле обычного порта, для сжижения газа и закачки его на танкеры, и сами анкеры. Обычная т l
Выводы В презентации представлены физические свойства газа с формулами для расчета, подробно изложена информация о природном газе, его местонахождении, производстве и транспортировке.
Источники дополнительных сведений l Интернет
Скачать презентацию Обучение Учитесь работать эффективно и аккуратно Введение
презентация по физике.ppt