Басниев К.С. Энциклопедия газовой промышленности

Подождите немного. Документ загружается.

1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

1.7.2.2.2.

Основные свойства компонентов

газов

распределительных

сетей

Основные компоненты потребляемых газов

(природный

газ, смеси пропан-воздух, бутан-воз-

дух и др.) представлены в следующей таблице.

Даются следующие характеристики:

М„

- молекулярная масса

[г/моль],

- критическое давление (бар),

- критическая температура (К),

Ze - критический коэффициент сжимаемости,

- температура (К) выкипания при Р = 1 атм

(=101,325кПа),

со

- ацентрический фактор,

Z(P, Т) - коэффициент сжимаемости в нор-

мальных

условиях Р

= 101,325 кПа,

= 273,15К,

р(Р,

Т) - плотность реального газа в нормаль-

ных условиях

(кг/м

°Ь(Ро.

) - относительная плотность по воздуху

реального газа в нормальных усло-

виях,

-ДсН°(Т

)

- теплота сгорания одной моли при 0°С

(энтальпия сгорания при Т

- 273,15 К) компонента в совершен-

ном

состоянии (кДж/моль),

-ДсН(Р

) - теплота сгорания одной моли при

1 атм (Т

= 273,15 К, Р

101,325 кПа) компонента в реаль-

ном

состоянии (кДж/моль),

PCS'(P

) - высшая теплота сгорания единицы

объема компонента в реальном со-

стоянии (кВт

•

ч/м

(н)). Условия

горе-

ния:

0°С и 101,325 кПа, условия

изме-

рения объемов: 0°С и 101,325 кПа.

Стандартный состав воздуха (мольные про-

центы):

азот

78,102

кислород

: 20,946

аргон

: 0,916

углекислота: 0,033

неон : 0,0018

гелий : 0,0005

следы элементов: СН

, Кг, NO, CO, Хе.

1.7.2.2.3.

Коэффициент

сжимаемости,

плотность

относительная плотность

1.7.2.2.3.1.

В газообразном состоянии

Коэффициент сжимаемости определяется из

любого уравнения состояния ДР, V, Т, х) = 0 (см.

§1.7.2.2.1),

как Z =

F(P,T,x,).

Плотность вычисляется как:

здесь

V°(P, T)= — мольный объем совершенного

газа

в условиях (Р, Т).

Относительная плотность есть отношение плот-

ности

рассматриваемого газа к плотности воздуха

при

тех же условиях (Р, Т).

Обычно используют нормальную плотность at =

d(P

, T

), то есть плотность, соответствующую

условиям, называемым нормальными. Так, во

Франции:

= 101,325 кПа, Т

- 273,15 К

(но

существует много других общепринятых стан-

дартных условий за границей, поэтому относитель-

ная плотность чувствительно варьируется в зави-

симости

от давления и температуры).

Для вычисления коэффициента сжимаемости

использовалось и используется до сих пор множе-

ство уравнений, в частности, уравнения Бенедик-

та-Вебба-Рубина и Редлиха-Квонга

(RK2-GDF),

либо принцип соответственных состояний.

Параллельно

были разработаны специальные

эмпирические

методы

(AGA-NX19

с коррекцией

BRKORR3H)

и более поздние методики

AGA8

GERG.

1.7.2.2.3.1.1.

Методика

AGA-NX19

Она определяет величину

F = /—' (коэффициент сверхсжимаемости)

используя данные: % N

, % СО

, относительную

плотность:

Z - коэффициент сжимаемости в условиях Р, Т;

Z,- коэффициент сжимаемости в стандартных ус-

ловиях (t -

60°F

15,6°С,

Р - 101,59 кПа).

Учитывая

погрешность методики (в среднем, от

0,5 до 1% для природного

газа),

можно принять,

что F,, =

где

- молекулярная масса, М = £х,М, (г/моль).

V(P, Т) - мольный объем (м

/моль) в условиях (Р, Т).

V(P, Т) = Z(P,

T)V°(P,

Т)

1.7.2.2.3.1.2.

Коррекция

BRKORR3H

Это есть поправка, вносимая в результат расче-

тов по методу

AGA-NX19,

имеющая вид:

ZBRKOR

ZAQAII

+ F(P, Т. d. PCS, % CO2]

Поправочный

член

является полиномиальной

функцией: давления, температуры, нормальной от-

носительной плотности, теплоты сгорания и содер-

жания углекислого

газа.

В среднем погрешность этих методов составляет

от 0,25

до1%

для природного газа при 0 < t

40°С

Р < 80 бар.

Недавно появились две новью методики, исполь-

зующие уравнения состояния вириального типа

1.7.2.2.3.1.3.

Методика

AGA8

(GRI-OU)

Разработана в США (Университет Оклахомы)

для института исследований

газа,

использует

уравнение Стерлинга:

Z = 1 + Вр + Ср

+ Dp

+ Ер

(1+А

)ехр(-А

)

где

коэффициенты А,, А

, В, С, D, Е являются

функциями температуры, состава и параметров

молекул

(энергии,

размеров и др.). Применяются

специальные правила смешения.

114

Компоненты

Метан

Этан

Пропан

л-Бутан

2-Метил

пропан

л-Пентан

2-Метил

бутан

2,2-Диметилпропан

л-Гексан

2-Метил

пентан

2,2-Диметилбутан

л-Гептан

л-Октан

Этен

(этилен)

Пропен (пропилен)

1-Бутен

Пропадиен

1,2

Бутадиен

Ацетилен

(этин)

Циклогексан

Метил

циклогексан

Бензол

Толуол

Этилбензол

Оротоксилол

Водород

Одноокись

углерода

Гелий

Азот

Кислород

Двуокись

углерода

Сероводород

Вода

Метанол

Воздух

Формула

СН

СгН

л-С

£С

Ню

л-С

АС5Н12

пёоС

л-С

§й

/>С

СзН

Н,2

C7HU

Hio

Не

СН

ОН

Молярная

масса,

Г/МОЛЬ

16.043

30,070

44,097

58,123

72,150

86,177

100,20

114,23

28,054

42,081

56,108

40,065

54,092

26,308

84,161

98,188

78,114

92,141

106,17

2,016

28,010

4,003

28,013

31,999

44,010

34,082

18,015

32,042

28,963

Критические

параметры

бар

45,99

48,80

42,50

37,84

36,48

33,64

33,81

31.99

30,3

30,1

30,8

27,4

24,9

50,42

46,01

40,23

54,7

45,0

61,39

40,74

34,71

48,98

41,06

36,06

37,34

12,97

34,94

2,27

33,9

50,43

73,86

89,4

220,6

80,92

37,69

190,55

305,83

369,82

425,14

408,13

469,69

460,39

433.75

506,4

497,5

488,7

539,2

568,4

282,35

364,85

419,53

393,00

443,7

308,33

553,5

572,12

562,16

591,80

617,20

630,33

33,2

132.85

5.19

126,2

154,58

304,20

373,2

647,14

512,64

132,55

0,284

0,281

0,273

0,283

0,268

0,270

0,269

0,266

0,267

0,272

0,264

0,259

0,282

0,275

0,277

0,271

0,267

0,270

0,274

0,268

0,269

0,264

0,263

0,306

0,291

0,301

0,289

0,288

0,275

0,284

0,229

0,224

0,316

111,66

184,55

231,07

272,64

261,36

309,22

300,99

282,65

341,89

333,41

322,88

371,57

398,82

169,41

225,43

266,92

238,8

284,0

189,35

353,88

374,08

353.24

393,78

409,35

417,58

20,397

81,64

4.224

77,34

90,19

194,67

212,88

373,15

337.85

0,0115

0,0908

0,1454

0,1928

0,1756

0,2510

0,2273

0,1970

0,2957

0,2791

0,2310

0,3506

0,3942

0,0856

0,1477

0,1874

0,149

0,3394

0,1841

0,2144

0,2333

0,2100

0,2566

0,3011

0,3136

-0,218

0,053

-0,365

0,039

0,025

0,239

0,109

0,328

0,556

(Ро^о)

0,9976

0,9900

0,9789

0,9572

0,958

0,918

0,937

0,943

0,892

0,898

0,916

0.830

0,742

0,9925

0,981

0,965

0,980

0,955

0,991

0,897

0.855

0,909

0,849

0,764

0,737

1,0006

0,9993

1,0005

0,9995

0,9990

0,9933

0,990

0,930

0,773

0,99941

0,7175

1,355

2,010

2,709

2,707

3,51

3,435

3,41

4,31

4,28

4,20

5,39

6,87

1.261

1.91

2,59

1,82

2,53

1,18

4,19

5,12

3,83

4,84

6,20

6.43

0,08989

1,251

0,1785

1,250

1,429

1,977

1,536

0,864

1,85 ft

1,2929

do.

(Po.To)

0,5549

1,048

1,554

2,095

2,094

2,71

2,66

2,64

3,33

3,31

3,25

4,17

5,31

0.9754

1.48

2,01

1,41

1.95 ft

0.907

3,24

3,96

2,96

3,74

4,80

4,97

0,06952

0,9672

0.1380

0,9671

1,105

1,529

1,188

0,668

1.43

1,00000

кДж/моль

892,97

1564,3

2223,9

2883,2

874.1

3542,8

3 535,9

3521.6

203,1

4195,5

4185,7

862,7

5 522,2

1 413,5

061,5

721,5

1945,2

597,1

1301,8

3960,5

609,2

3 305,0

3952,6

615,3

600,6

286,62

282,81

562,9

766,6

(РоЛо).

кДж/моль

893,00

1564,3

2 223,9

2 883,0

2 874,0

1 413,5

061,5

2721,5

1945.2

1301,9

286,63

282,83

563,0

PCS

(Р0Д0).

кВт

•

ч/и''(н)

11,094

19,58

28,155

37,33

37,18

17,65

26,04

34,95

24,60

16,281

3,550

3,508

7,048

величина, рассчитанная

для

гипотетического газового состояния,

/- для

жидкого состояния

условиях:

101,325

кПа,

273,15

К.

ГП

Физические

свойства

основных

компонентов

природного

газа.

1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

1.7.2.2.3.1.4.

Методика GERG

(VDW)

Разработана европейской группой исследова-

ний газов

использует усеченное вириальное

уравнение:

Вр

Ср

где

вириальные

коэффициенты

используемые

правила смешения

были

получены

на

основе

кор-

реляционного анализа множества эксперимен-

тальных

данных

по

коэффициенту сжимаемости

(базы данных

GERG

европейской группы иссле-

довании газов).

Погрешность этих

двух

последних методик

це-

лом менее

0,1%

для

природного газа

при

0 < / <

<40°С

и Р < 80 бар при

использовании состава

газовой фазы

качестве

входных

данных.

Однако, существуют упрощенные версии, экви-

валентные

(с

точки зрения приложений) методи-

кам

AGA-NX19

BRKORR3H, использующие

ка-

честве

входных

данных:

СО

относитель-

ную плотность,

PCS и т.д. и

обеспечивающие

погрешность около 0,2%.

Нижеследующие три таблицы представляют

не-

которые результаты расчетов коэффициента сжи-

маемости

природного газа

по

методу AGA8, полу-

ченные

помощью пакета Газпак,

котором

обе

методики

используются

как

рабочие.

1.7.2.2.3.2.

жидком состоянии

Коэффициент сжимаемости жидкостей очень

редко

рассчитывается

помощью общих уравне-

ний состояния, хотя

они

позволяют

это

сделать

(например,

для

кубических уравнений

это

есть

на-

именьший корень полинома степени

относитель-

но Z),

так как они не

обеспечивают

целом доста-

точную точность.

Более предпочтительны корреляции, основан-

ные

на

принципе соответственных состояний

поз-

воляющие оценивать

мольный

объем жидкости,

например,

методы Hankinson-Thompson (Costald)

Klosek McKinley

(с

модификацией MacCarthy).

Плотность жидкости есть отношение

M/V

(М

молекулярная масса,

V -

мольный

объем жид-

кости).

1.7.2.2.3.2.1.

Методика

Hankin-Tompson (Costald)

Она использует следующую формулировку

"со-

ответственных состояний*:

мольный

объем жидкости

равнове-

сии

на

кривой кипения;

характерный объем,

вычисляемый

по

характерным объемам

чистых

компо-

нентов

(\/j) с

помощью правил

смеше-

ния;

(0)

у<в>

унК

ИИ

НОИ

лишь

приведенной тем-

пературы

Т,;

со

ацентрический фактор.

Методика

имеет общее назначение и,

частнос-

ти,

хорошо адаптирована

сжиженным попутным

нефтяным газам

конденсатам природного

газа;

ее

погрешность порядка 1%

широком диапазоне.

где:

Компоненты

Метан

Этан

Пропан

л-Бутан

2-Метилпропан

п-Пентан

2-Мвтилбутан

2,2

Диметилпропан

С„Н

(л*6)

Гелий

АЗОТ

Углекислый газ

Основные свойства

Молярная масса, г/моль

Ро,

кг

•

м"

(н)

Относит, плотность

(сЦ)

PCS (0°С), кВт

•

ч/м» (н)

Вобб, кВт

•

ч/м

(н)

Метан

100,0

16,043

0,9976

0,7176

0,5549

11,094

14,89

Газ

88,499

9,097

1,521

0,241

0,177

0,002

0,011

0,002

0,450

17,98

0,9969

0,8048

0,6225

12,17

15,42

Газ

96,99

2,194

0,163

0,080

0,042

0,019

0,014

0,102

0,007

0,389

16,58

0,9975

0,7418

0,5738

11,34

14,97

Газ

94,755

1,306

0,304

0,059

0,043

0,013

0,015

0,002

0,033

0,025

3,127

0,318

16,85

0,9976

0,7538

0,5831

10,91

14,29

Газ

88,102

5,376

1,207

0,215

0,154

0,053

0,044

0,003

0,091

0,043

3,333

1,379

18,19

0,9972

0,8137

0,6294

11,37

14,34

Газ

82,381

3,326

0,576

0,103

0,086

0,027

0,023

0,004

0,072

0,047

12,324

1,031

18,59

0,9976

0,8313

0,6430

10,07

12,56

Составы

некоторых

природных газов (мольные

%).

116

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Температура

0°С

20-С

40°С

Давление

1бар

бар

150 бар

1бар

бар

150 бар

1бар

бар

150 бар

Метан

СН4

0,9976

0,9530

0,8836

0,8197

0,7395

0,9981

0,9637

0,9118

0,8657

0,8048

0,9985

0,9719

0,9327

0,8990

0,8547

Газ

0,9969

0,9384

0,8438

0,7532

0,6587

0,9976

0,9521

0,8815

0,8167

0,7353

0,9981

0,9625

0,9089

0,8611

0,7976

Газ

0,9975

0,9496

0,8746

0.8048

0,7200

0,9980

0,9611

0,9049

0,8547

0,7886

0,9985

0,9697

0,9273

0,8904

0,8416

Газ

0,9976

0,9520

0,8811

0,8161

0,7369

0,9981

0,9630

0,9101

0,8632

0,8025

0,9985

0,9714

0,9314

0,8972

0,8529

Газ

0,9972

0,9437

0,8586

0,7787

0,6901

0,9978

0,9564

0,8929

0,8355

0.7628

0,9983

0,9660

0,9179

0,8758

0,8205

Газ

0,9977

0,9533

0,8850

0,8236

0,7528

0,9982

0,9642

0,9134

0,8694

0,8154

0,9986

0,9724

0,9344

0,9024

0,8637

Коэффициент

сжимаемости

метана

некоторых

природных

газов,

рассчитанный

по

методу

AGA8.

Температура

0°С

20°С

40-С

Давление

1бар

бар

150

бар

1бар

бар

150

бар

1бар

бар

150

бар

Метан

СН4

0,708

14,82

39,97

68,94

143,2

0,659

13,66

36,09

60,82

122,6

0,617

12,68

33,03

54,83

108,1

Газ

0,794

16,88

46,92

84,10

180,3

0,740

15,50

41,85

72,27

150,5

0,692

14,35

38,00

64,17

129,9

Газ

0,732

15,38

41,76

72,60

152,2

0.682

14,16

37,60

63,70

129,5

0,638

13,14

34,35

57,24

133,6

Газ

0,744

15,59

42,12

72,76

151,1

0,693

14,36

38,00

64,10

129,3

0,648

13,33

34,76

57,73

133,9

Газ

0,805

17,01

46,74

82,46

174,5

0,750

15,64

41,88

71,61

147,1

0.701

14,49

38.14

63,95

128,0

Газ

0,821

17,18

46,25

79,52

163,1

0,764

15,82

41,75

70,20

140,3

0,715

14,69

38,21

63,31

124,0

Плотность

метана

некоторых

природных

газов,

рассчитанная

по

методу

AGA8

(в кг/м

117

1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

1.7.2.2.3.2.2.

Метод

Klosek-McKinley

(с

модификацией MacCarthy)

Это чисто эмпирический метод, предназначен-

ный для сжиженных газов (СН

> 60%, N

< 4%) на

их кривой кипения, то есть

вдали

от области низ-

ких температур.

070425

»сн

где:

мольный объем жидкости

(на

кривой ки-

пения),

мольный объем /-го жидкого компонента,

зависящий

от

температуры,

*•, и кг -

коэффициенты, зависящие

от

темпера-

туры

молекулярной массы,

сн<

их^-

мольные доли метана

азота.

Погрешность метода имеет порядок 0,1

0,2%

ограниченной области

(Т й

120К).

Некоторые результаты расчетов, полученные

помощью программного обеспечения Газпак, кото-

рое включает

эти

методики, приведены

ниже-

следующей таблице.

1.7.2.2.4.

Удельны* теплоемкости

изэнтропические показатели

Удельные

теплоемкости при постоянном давле-

нии (Ср) и постоянном объеме (С„) могут

быть

полу-

чены

на базе

удельных

теплоемкостей газа в со-

вершенном состоянии ( С° и С°: см. §

1.7.2.1.2.)

избыточных теплоемкостей (С

- С°) и (С„ - С°),

вычисляемых

с помощью уравнений состояния (см.

§ 1.7.2.2.1.2.).

Отношение

^, обозначаемое через у, позволя-

ет в рамках модели совершенного газа осуществ-

лять

быстрый расчет изэнтропических (адиабати-

ческих и обратимых) превращений согласно соот-

ношениям:

либо

- const или P,Vj =

~ или

* _ 1

Р^ т

Ш Т,

(см.

§1.7.2.1.3.).

случае

изэнтропических превращений реаль-

ных газов легко показать, что формулировка

вышеприведенных законов может

быть

сохранена

с заменой показателей у и [ I

\ У )

соответственно, где

на к и

—

либо иначе:

UPJT

а также

либо:

У-1

,5PJ.

К-Л

Эти показатели, называемые изэнтропически-

ми,

легко вычисляются с помощью уравнения со-

стояния.

Следующие четыре

таблицы

дают некоторые

значения Ср, у, к, (к' -1

)1к

для метана и различных

газов,

вычисленные с помощью пакета Газпак при

использовании метода

AGA8.

Замечание:

Изэнтропический показатель используется, в

частности, для расчета изменений энтальпии в

изэнтропическом

обратимом процессе (расчет ги-

потетической работы, выполняемой флюидом в

идеальной тепловой машине при сжатии или рас-

ширении,

расчет сопла и др.):

АН

fvdP

или,

интегрируя при постоянной энтропии

PV*=const

Помимо того для изэнтальпических превращений

таким же образом вводится показатель, называе-

мый изэнтальпическим, с помощью соотношения:

л-1

(

эт

где

цд - коэффициент Джоуля-Томсона.

Температура,

(К)

Метан

СН

Газ1

Р, (МПа)

(кг/м

)

Р. (МПа)

(кг/м

)

110

0,0885

425,1

0,091

462,8

120

0,192

410,2

0,188

448,7

130

0,369

394,2

0,350

434,2

140

0,644

377,0

0,595

418,3

150

1,044

358,1

0,944

400,0

Плотность

метана

газа-f

(GNL) на кривой кипения (вкг/м

вычисленная

помощью

пакета

Газпак.

118

ОБЩИЕ

СВЕДЕНИЯ

Температура

0"С

20°С

40"С

Давление

1бар

20 бар

50 бар

80 бар

150 бар

1бар

20 бар

50 бар

80 бар

150 бар

1бар

20 бар

50 бар

80 бар

150 бар

Метан

сн.

34,9

37,4

42,5

49,2

62,3

35,6

37,6

41,4

46,0

55,9

36,3

38,0

41,0

44,4

51,9

Газ

37,1

40,3

47,8

58,9

73,7

37,9

40,5

45,9

52,8

66,0

38.9

41,0

45,1

50,0

60,2

Газ

35,5

38,2

43.8

51,3

65,1

36.2

38,3

42,5

47,6

58,2

37,0

38,8

42,0

45,7

53,8

Газ

35,2

37,7

43,0

49,9

63,0

35,8

37,9

41,8

46,6

56,6

36,6

38,3

41,4

44,9

52,5

Газ

36,4

39,4

46,0

55,1

69,5

37,1

38,5

44,3

50,3

62,2

38,0

40,0

43,7

48.0

57,1

Газ

35,2

37,7

42,9

49,6

61,7

35,8

37,9

41,8

46.4

55,8

36,5

38,2

41,3

44,7

52,0

Удельная

теплоемкость

при

постоянном

давлении

(CJ

метана

некоторых

природных

газов,

вычисленная

методом

AGA8

(ДжЛюль

•

К).

Температура

Давление

1бар

20 бар

50 бар

80 бар

150 бар

1бар

20 бар

50 бар

80 бар

150 бар

1бар

20 бар

50 бар

80 бар

150 бар

Метан

СК,

1,31

1,38

1,53

1.73

2,13

1,30

1,36

1,47

1.61

1,90

1.29

1,34

1,43

1.52

1.74

Газ

1,29

1.37

1,57

1,88

2,29

1.28

1,35

1.49

1.67

2.03

1,27

1,32

1.43

1,55

1,82

Газ

1.31

1,38

1,54

1,76

2,17

1,30

1,36

1.47

1,62

1,92

1,29

1,34

1,42

1,53

1,75

Газ

1.31

1,38

1.53

1.74

2,12

1.30

1,36

1,47

1,61

1.90

1,29

1,34

1,43

1,52

1,74

Газ

1,30

1,38

1,56

1,82

2,22

1,29

1,35

1.48

1,64

1,97

1,28

1,33

1.43

1,54

1,78

Газ

1.31

1,38

1.53

1,73

2,07

1,30

1,36

1,47

1,60

1,87

1,29

1,34

1.42

1.52

1,72

Отношение

удельных

теплоемкостей

(у-

Ср/С

)

метана

некоторых

природных

газов,

вычисленное

методом

AGA8.

119

ОБЩИЕ

СВЕДЕНИЯ

Температура

0°С

20°С

40°С

Давление

1бар

20 бар

50 бар

80 бар

150 бар

1бар

20 бар

50 бар

80 бар

150 бар

1бар

20 бар

50 бар

80 бар

150 бар

Метан

СН

1,31

1,32

1,36

1,46

2,05

1.31

1,32

1.35

1,43

1,81

1,30

1.31

1,34

1,40

1.68

Газ

1,29

1.29

1,33

1.46

2,39

1.28

1,29

1,32

1,41

1,95

1.27

1.28

1,31

1,37

1,73

Газ

1.31

1.35

1,46

2,11

1,30

1.31

1.34

1.42

1,83

1.29

1,30

1,33

1,39

1,69

Газ

1,31

1,32

1,36

1,46

2,07

1,30

1.31

1.35

1.43

1,82

1.29

1,31

1.34

1,40

1,68

Газ

1,30

1,34

1,46

2,23

1.29

1,30

1,33

1,41

1,89

1.28

1.29

1,32

1.39

1.71

Газ

1,31

1,32

1.37

1.47

2,05

1.30

1,32

1,36

1.43

1,82

1,30

1.31

1.34

1.41

1,69

Иэзнтропический

показатель

метана

некоторых

природных

газов,

вычисленный

методом

AGA8.

Температура

0°С

20°С

40°С

Давление

16ар

20 бар

50 бар

80 бар

150 бар

1бар

20 бар

50 бар

80 бар

150 бар

16ар

20 бар

50 бар

80 бар

150 бар

Метан

СН

0.24

0,23

0,21

0,19

0,17

0,23

0,21

0,20

0,18

0,23

0,22

0,21

0,20

0,19

Газ

0,22

0,21

0,18

0.16

0,15

0,22

0,21

0,19

0,17

0,16

0,21

0,19

0,18

0,17

Газ

0,23

0,22

0,20

0,18

0,16

0.23

0,22

0,21

0,19

0,18

0,22

0,21

0,20

0,19

Газ

0,24

0,22

0,20

0,18

0,17

0,23

0,22

0,21

0,19

0,18

0,23

0.22

0,21

0,20

0,19

Газ

0,22

0.22

0,19

0,17

0,16

0,22

0,21

0.20

0,18

0,17

0,22

0,21

0,20

0,19

0,18

Газ

0,24

0,22

0,20

0,18

0,17

0,23

0,22

0,21

0,20

0,18

0,23

0,22

0,21

0,20

0,19

Изэнтропический

показатель

k^-^

метана

некоторых

природных

газов,

вычисленный

методом

AQA8.

120

1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

1.7.2.2.5. Теплота сгорания. Число Вобба. Ко-

эффициент окисляемости

1.7.2.2.5.1.

Теплота сгорания

Теплота сгорания топлива есть количество теп-

ла, которое может выделить в процессе своего го-

рения единичное количество топлива при полном

сгорании

и при одинаковых условиях по температу-

ре и давлению для исходных реагентов и продук-

тов реакции.

примеру, для углеводорода С„Н

теплотвор-

ная способность определяется по теплу, выделяе-

мому при реакции:

,, Т,) =

Таким образом, теплота сгорания равна энталь-

пии

реакции горения с обратным знаком: PC » -ДсН,

и выражается в Дж/моль.

Теплота сгорания называется высшей (PCS) или

низшей (PCI), если вода, выделяющаяся в ходе ре-

акции,

рассматривается в жидком или газооб-

разном состоянии. В условиях Р

» 101.325 кПа и

- 273,15 К этой альтернативе соответствует

разница в 45,07 кДж на один моль образующейся

воды.

Для газовых смесей (таких как природный газ),

теплота сгорания определяется взвешиванием по

мольным долям соответствующих величин для от-

дельных

компонентов, взятых в совершенном со-

стоянии:

PCSYr,,)

= - 2>/ACH?(To)

(выражается в кДж/моль), где

ж, - мольная доля компонента /,

ЛСН ° - энтальпия сгорания при температуре Т

/- го

компонента в совершенном состоянии

(Дж/моль),

-стандартная температура горения: если

компоненты берутся в совершенном состо-

янии,

то величины не зависят от давления.

Вычисленная таким образом величина

PCS

учитывает компоненты смеси (углеводороды £С

которые в чистом виде при температуре Т

нахо-

дятся в жидком состоянии.

Можно показать, что для природного газа вели-

чина

PCS°(T

)

мало отличается от реальной вели-

чины

PCS°(P

), получаемой при строгих, более

сложных расчетах (отклонение £50 Дж/моль для

- 101,325 кПа и Т

273,15К).

Очень

часто используется высшая теплота

сгорания,

выраженная в

МДж/м

или в кВт ч/и

Она определяется соотношением:

PCS/T

(Р„Т,))

PCS°(T

)

V(P,.T,)

где:

PCS°(T

)

- мольная теплота сгорания,

- стандартная температура для процесса

горения,

V(Pi, T,) - мольный объем смеси в условиях Р,, Т,,

стандартных для измерения объемов:

здесь Z(P,, T,) - коэффициент сжимаемости смеси

в условиях Р, иТ,.

Во Франции для процессов горения стандартной

является температура Т

- 273,15 К, для измере-

ния объемов стандартными являются нормальные

условия: Р

- 101,325 кПа, Т

- 273,15 К (в других

странах Европы стандартные условия выбираются

иначе и везде по-разному).

Постановлением от 25 сентября 1977 года уста-

новлены диапазоны изменения теплоты сгорания

газов

в распределительной сети Франции:

газ

В: 9,5 < PCS < 10,5 кВт

•

ч/м

(н)

газ

Н: 10,7 < PCS < 12,8 кВт

•

ч/м

(н)

Определение теплоты сгорания (и показателя

Вобба, см. далее) регламентируется стандартом

ISO 6 976; эта методика внедрена в программное

обеспечение Газпак (см. таблицу § 1.7.2.2.3.1.4).

1.7.2.2.5.2. Число Вобба

Определяется соотношением:

PCS

W =

и выражается в кВт

•

ч/м

(н)

где

- нормальная относительная плотность.

Можно показать, что мощность одной горелки

пропорциональна числу Вобба сжигаемого газа при

прочих равных условиях; диапазон изменения чис-

ла Вобба, допустимый для горелки, соответствует

области ее функционирования, ограниченной с од-

ной стороны срывом пламени и, с другой стороны,

санитарной нормой горючего (максимально допус-

тимое отношение

СО/СО

в продуктах сгорания).

С учетом имевшегося арсенала промышленных

и бытовых аппаратов, границы этой области на 1

января 1986 года составляли:

газ

В: 11,8 < W < 13,0 кВт

•

ч/м

(н)

газ

Н: 13,4 < PCS < 15,7 кВт

•

ч/м

(н)

Этот показатель используется в смесительных

установках транспортной сети для регулирования

процесса и в области потребления для регулирова-

ния мощности нагревателей.

1.7.2.2.5.3. Окислительная способность и коэф-

фициент окисляемости

Окислительная способность (обозначается как

V,) есть безразмерное число, выражающее отно-

шение объема воздуха, необходимого для стехио-

метрического горения единицы объема газа (оба

объема измеряются в нормальных условиях).

Коэффициент окисляемости определяется от-

ношением:

В =

где:

V, - окислительная способность,

do - нормальная относительная плотность.

121

1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

- •

1.5

-Бутан

V,-

комшрчасиого бутана

51,5 %),

- «этмоаашиммоП

наганом

м>(Н)газа'и>(Н)

кадка

15 20

25 30

Диагрш

ЮТИ

промышленных газообразных

топлив.

Сохранение этого параметра

при

потребляемом

давлении фиксированной горелки обеспечивает

возможность управления процессом горения;

та-

ким

образом, этот параметр используется

для

регу-

лирования горения

представляет собой величи-

ну, характеризующую массообмен между

газами.

На вышеприведенном рисунке представлены

различные газообразные топлива

на

диаграмме

окисляемости:

d- f(VJ

1.7.2.2.6.

Вязкость

теплопроводность

1.7.2.2.6.1.

Динамическая

кинематическая

вязкость

Динамическая вязкость отражает трение между

частицами жидкости

потоке

при

наличии гради-

ентов скорости:

lid и

где:

вязкостное напряжение; сила

на

единицу

по-

верхности, нормальной

оси

у,

динамическая вязкость,

—

градиент скорости.

В системе

СИ

динамическая вязкость выражает-

ся

в Па

•

с.

Привычной

внесистемной единицей

явля-

ется пуаз

(II) или

микропуаз (1 мкПз

= Кг

Па

•

с).

Старинная единица "пуазейль"

равнялась

10 пуа-

зам

или же

Па с.

В уравнениях гидромеханики наиболее часто

встречается отношение:

динамическая вязкость

плотность

называемое кинематической вязкостью.

В системе СИ кинематическая вязкость

выражается в м*/с. Часто используют мм

/с,

равный 1 сСт (Ст- стоке, единица кинематической

вязкости

в системе СГС).

Существует очень большое число методов оцен-

ки

вязкостей газов, большей частью эмпирических.

122

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

1.7.2.2.6.2.

В паровой фазе

Для

чистых

тел в паровой фазе наиболее упо-

требима

формула Сазерланда для расчета дина-

мической

вязкости разреженных газов (низкие

давления) в интервале от 0 до 150°С:

где

В и С

являются

коэффициентами, выражаемыми

соответственно в (мкПз К-"

) и (К) (см. таблицу ни-

же),

а Т есть абсолютная температура в Кельвинах.

Газ

Метан

Этан

Пропан

л-бутан

Азот

Кислород

СОг

Воздух

В,

мкПз

•

1/2

9,91

10,0

9,13

9,20

14,0

17,8

16,2

15,1

С,

164

259

279

333

110

140

260

120

Соотношения Хернинга и Ципперера (Herning,

Zipperer)

применимы для газовых смесей:

или непосредственно:

£х,с,

при этом:

х, - мольная доля компонента /,

М,

- молекулярная масса (г/моль),

и С

- коэффициенты смешения (мкПз

•

Кг"

и К),

- динамическая вязкость смеси

(мкПз).

Эти

соотношения позволяют оценить вязкость

газов

при атмосферном давлении, а влияние

изме-

нения давления на вязкость, хотя оно и мало, мо-

жет

быть

учтено с помощью соотношения Экин-Эл-

лингтона (Eakin-Ellington):

А [ехр

(7,237р)

- ехр (-

45,9р

)

]

где:

- плотность в г/см

, и:

А-32.80-0.1637М

(М

- молекулярная масса в г/моль).

Для природных газов

была

предложена обоб-

щенная

зависимость Lee, Starling, Dolan и Ellington

в виде:

ехр Xp

при этом:

(7,77

0,0063М)Т

2,57

914,5

122,4

12.9М+

Т ' " Т

0.0095М'

Y=1,11+0,04X

также:

Т - абсолютная температура в градусах Ренкина

(T(R)

|т(К)),

- плотность в г/см

- молекулярная масса в г/моль.

Эта

корреляция обеспечивает хорошую точ-

ность (в лучшем случае невязка составляет не-

сколько в условиях до 170°С и 560 бар) оценки ди-

намической

вязкости природных газов в паровой

фазе

(тяжелых углеводородов С

* <

0.8%).

Нижеприведенная таблица демонстрирует не-

сколько значений, рассчитанных для метана и раз-

личных

природных газов (результаты

получены

помощью пакета Газпак).

Параметр

Темпе-

ратура

0°С

20°С

40°С

Давление

1бар

бар

100

бар

1бар

бар

100

бар

1бар

бар

100

бар

Динамическая

вязкость,

мкПз

Метан

СН

102

105

114

139

109

112

119

139

115

118

125

141

Природный

газ

104

108

118

148,5

111

114,5

123

146

118

121

128,5

147,5

Теплолро

водность,

мВт/(м

•

К)

Метан

СН

Природный

газ

31,5

35,5

31,5

33,5

38,5

35,5

41,5

Динамическая

вязкость

(в мПз -

10~

Па

•

с) и

теплопровод-

ность

(в

мВт/и

•

К)

метана

природного

газа

(средняя

ве-

личина для газов 1-5).

123