Основные физические свойства газа Кафедра

Основные физические свойства газа Кафедра ТХНГ доцент Назарова М. Н.

Существуют следующие условия состояния газа: -нормальные условия: температура - 0 0 С, давление - 0, 101325 МПа (760 мм рт. ст. ); -стандартные условия 20 о С: температура – 20 0 С, давление - 0, 101325 МПа (760 мм рт. ст. ); - стандартные условия 15 о С : температура – 15 0 С, давление - 0, 101325 МПа (760 мм рт. ст. ). Плотность воздуха при различных условиях равна: В 0 =1, 293 кг/м 3 ( 0 0 С, 760 мм рт. ст. ); В 20 =1, 206 кг/м 3 ( 20 0 С, 760 мм рт. ст. ); В 15 =1, 225 кг/м 3 ( 15 0 С, 760 мм рт. ст. ).

Для расчетов используют понятие относительной плотности , т. е. отношение плотности газа к плотности воздуха при одних и тех же условиях: = / в Плотность газа при нормальных условиях может быть определена по его молярной массе М: = М / 22, 41 где М - молярная масса, кг/кмоль; 22, 41 - объем, который занимаемый 1 кмоль газа при нормальных условиях, м 3/кмоль.

Приведение плотности, объема и расхода газа к стандартным условиям выполняется по следующим зависимостям: где Р и Рст – абсолютные давления; Т и Тст – абсолютные температуры газа; Z и Z ст – коэффициенты сжимаемости газа соответственно при двух состояниях.

Плотность смеси газов подчиняется закону аддитивности a I - молярная (мольная объемная) концентрация, i - плотность i- го компонента где - универсальная газовая постоянная,

Средние псевдокритические температура и давление смеси также подчиняются закону аддитивности где Т кр i и Р кр i - абсолютные критические температура и давление компонентов смеси. Критическим давлением называется такое давление, при котором и выше которого повышением температуры нельзя испарить жидкость. Критическая температура – это такая температура, при которой и выше которой при повышении давления нельзя сконденсировать пар.

Физические свойства компонентов, входящих в состав природных газов Параметр Метан Этан Пропан Н-Бутан И-Бутан н-Пентан СН 4 С 2 Н 6 С 3 Н 8 С 4 Н 10 С 5 Н 12 Молярная масса, кг/кмоль 16. 04 30. 07 44. 09 58. 12 72. 15 Плотность, кг/м 3: при 00 С и 0, 1013 МПа 0. 717 1. 356 2. 010 2. 307 2. 673 3. 457 при 200 С и 0, 01013 МПа 0. 669 1. 264 1. 872 2. 519 2. 491 3. 228 Вязкость: Динамическая 10 -7, Па с 1. 020 0. 880 0. 770 0. 690 при 00 С и 0, 1013 МПа 1. 102 0. 940 0. 820 0. 760 при 200 С и 0, 01013 МПа 14. 24 6. 35 3. 70 2. 45 Кинематическая 106, м 2/с 16. 18 7. 28 4. 26 2. 95 при 00 С и 0, 1013 МПа при 200 С и 0, 01013 МПа Критические параметры газа: темпаратура, К 190. 68 305. 75 370. 00 425. 17 460. 90 давление, МПа 4. 52 4. 88 4. 34 3. 75 3. 29 Газовая постоянная, Дж/(кг К) 518. 57 276. 64 188. 68 143. 08 115. 23 Теплота сгорания, к. Дж/м 3 (при 00 С и 0, 1013 МПа): 39830 70370 100920 133890 131800 158360 высшая 35880 64430 92930 123680 121750 146230 низшая Теплоемкость ср, к. Дж/(кг К) при 00 С 2. 167 1. 650 1. 430 1. 590

Физические свойства компонентов, входящих в состав природных газов Азот Водо-род Окись Двуо-кись уг- Воздух (без Серо-водород Параметр N 2 Н 2 углеро-да лерода СО 2) Н 2 S СО СО 2 Молярная масса, кг/кмоль 28. 02 2. 016 44. 01 64. 07 28. 96 34. 02 Плотность, кг/м 3: при 00 С и 0, 1013 МПа 1. 2505 0. 0899 1. 2500 1. 9768 1. 2928 1. 5392 при 200 С и 0, 01013 МПа 1. 1651 0. 0837 1. 1651 1. 8423 1. 2050 1. 4338 Вязкость: Динамическая 10 -7, Па с 1. 71 - - 1. 40 1. 745 1. 23 при 00 С и 0, 1013 МПа 1. 84 - - 1. 65 1. 822 - при 200 С и 0, 01013 МПа - - - Кинематическая 106, м 2/с - - - при 00 С и 0, 1013 МПа при 200 С и 0, 01013 МПа Критические параметры газа: темпаратура, К 126. 26 33. 30 133. 00 304. 26 132. 65 373. 60 давление, МПа 3. 45 1. 32 3. 44 7. 28 3. 777 8. 89 Газовая постоянная, Дж/(кг К) 296. 75 4124. 7 296. 94 188. 97 292. 70 115. 23 Теплота сгорания, к. Дж/м 3 (при 00 С и 0, 1013 МПа): - 12762 12636 - 25708 высшая - 10798 10649 - 23698 низшая Теплоемкость ср, к. Дж/(кг К) при 00 С 1. 058 - - 0. 816 1. 005 0. 993

В соответствии с нормами технологического проектирования псевдокритические параметры природного газа могут быть определены по известной плотности ст газовой смеси где ст – плотность газа (кг/м 3) при стандартных (200 С) условиях; псевдокритическое давление газа рассчитано в МПа, а псевдокритическая температура – в К.

Сжимаемость газа учитывает отклонение газов от законов идеального газа. Сжимаемость газа характеризуется коэффициентом сжимаемости Z , который определяется экспериментально. При отсутствии экспериментальных данных коэффициент сжимаемости определяется по номограммам в зависимости от приведенных температуры и давления (Т пр , Р пр ) газа или в зависимости от давления, температуры и относительной плотности по воздуху, а также по формулам, рекомендованным в отраслевых нормах проектирования

Влажность газов. Практически все газы содержат водяные пары, т. е. имеют некоторую влажность. Влажность природных газов обусловлена пластовыми условиями. В магистральных и распределительных газопроводах транспортируемый газ может насыщаться влагой, оставшейся в газопроводе после гидравлических испытаний. Присутствие сконденсированных водяных паров и кислых газов может вызвать коррозию трубопроводов и оборудования. При некоторых условиях (температуре и давлении) при наличии капельной влаги в газе могут образовываться кристаллогидраты. Содержание влаги в газе характеризуется абсолютной и относительной влажностью.

Абсолютная влажность w (в г/м 3 или кг/кг) характеризует содержание водяных паров соответственно в единице объема или единице массы газа. Влагосодержание природных газов зависит от состава газа, температуры и давления и определяется по номограмме

Относительная влажность газа – отношение фактического количества водяных паров в единице объема газа к максимально возможному количеству при определенных давлении и температуре. = mп / m. T где m п – количество водяного пара в единице объема пара; m T – максимально возможное количество водяного пара, которое может находиться в газе без конденсации при данных давлении и тем-пературе; Рп – парциальное давление водяного пара в газовой сме-си; Р Т – давление насыщенного водяного пара при температуре Т.

Температура, при которой газ становится насыщенным при определенном давлении, называется точкой росы. При подготовке к транспорту газ должен быть осушен так, чтобы точка росы была на 5… 7 градусов ниже минимальной температуры охлаждения газа в газопроводе. Требования к влажности транспортируемого газа Параметр Значение параметра Климатическая зона по ГОСТ 16350 -86 А В Точка росы по влаге и тяжелым углеводородам при Р=5, 5 МПа, К, не более: 263 240 в зимний период (1. X… 30. IV) 270 258 в летний период (1. V… 30. IX) Примечание: 1. А – умеренная и жаркая климатическая зона; В – холодная климатическая зона. 2. Для обеих зон содержание механических примесей не более 0, 1 г/100 м 3, сероводорода не более 2 г/100 м 3, кислорода не более 1%.

Вязкость газа характеризуется коэффициентом динамической (абсолютной) вязкости (Па с) и определяется по формуле. Теплоемкость реальных газов зависит от состава газа, температуры и давления. Изобарная теплоемкость природных газов (в к. Дж/(кг К) с содержанием метана более 85% в отраслевых нормах проектирования определяется из соотношения

Эффект Джоуля-Томсона При снижении давления по длине газопровода и при дросселировании газа на ГРС наблюдается снижение температуры. Это явление учитывается коэффициентом Джоуля- Томсона (в К/МПа), для определения которого в отраслевых нормах проектирования рекомендуется аппроксимация (для природных газов с содержанием метана более 85%). где ср – средняя изобарная теплоемкость газа, определяемая для средних значений давления и температуры в процессе дросселирования.

Теплотворная способность (теплота сгорания) – тепло, выделяемое при сгорании единицы объема (или массы) газа при определенных условиях. Различают высшую и низшую теплотворную способность топлива. В большинстве энергетических установок (газотурбинные установки, печи и т. п. ), предназначенных для использования или преобразования тепловой энергии, можно рассчитывать лишь на низшую теплоту сгорания топлива из-за невозможности воспользоваться теплотой, выделяющейся при конденсации паров воды как продукта сгорания топлива. Более идеальной, в этом смысле, является стоящая на горящей газовой плите большая "потеющая" кастрюля с пока еще негорячей водой. Теплота сгорания природных газов определяется по правилу аддитивности с учетом теплоты сгорания индивидуальных компонентов и их молярной (объемной) доли в составе природного газа.

Влажность природных газов влияет на их теплотворную способность. Пересчет молярной доли компонентов, плотности и теплоты сгорания рабочего состава газа (индекс р ) с учетом влажности производится по формулам: где К определяется по формуле В приведенных выше формулах - влагосодержание газа, выражаемое в кг на м 3 сухого газа при 0 0 С и 0, 101325 МПа

Спасибо за внимание !