Магистральды газ құбырындағы табиғи газ қоспасын есептеу

Газ күйінің теңдеуі газдың мөлшерін, қысымын, көлемін және температурасын байланыстырады. Магистральды газ құбырларыүшін газ сығылғыштығы арқылы жазылған газ күйінің теңдеуі қолданылады:

(1.1)

мұндағы m – газ массасы, М – оның молярлық массасы, P, V және T – газ қысымы, көлемі және температурасы; R– берілген газ үшін табылатын газ тұрақтысы, ол универсал газ тұрақтысы (8,314Дж/(моль·К)) арқылы табылады:

. (1.2)

(1.1) – өрнектегі өлшем бірліктер: [ m ] = кг, [ M ] = кг/моль, [ Р ] = Па түрінде алыну керек, сонда газ қоспасының тұрақтысы Дж/(кг·К) түрінде табылады. (9) – өрнектегі z шамасы газ сығылғыштығы деп аталады. Ол әдетте тәуелділігінде берілетін номограмма көмегімен табылады, ал магистральды газ құбырлары үшін төмендегі тәуелділік ұсынылған:

. (1.3)

шамалары келтірілген параметрлер деп аталады:

. (1.4)

Газдың салыстырмалы (ауаға қатысты) тығыздығы Δ деп газ тығыздығының ауа тығыздығына қатынасын айтады:

, (1.5)

бұл жердегі [ M ]= г/моль, 28,96 г/моль – ауаның молярлық массасы.

Технологиялық есептеу кезінде тасымалданатын табиғи газды – газ қоспасы ретінде үлгілейді. Ол газ қоспасы метаннан, этаннан, пропан мен бутаннан, сол сияқты көмір қышқыл газы мен басқа да газдардан (негізінен азоттан) тұрады деп қарастырылады. Табиғи газ тасымалының параметрлерін есептеу үшін оның құрамындағы әрбір бөліктің физикалық–химиялық қасиеттерін және олардың әрқайсысының қоспадағы үлесін білу керек.

Айдалатын газ қоспасының негізгі физикалық–химиялық қасиеттеріне келесі параметрлер жатады:

– молярлық масса M;

– псевдокрикалық температура Т _кр;

– псевдокрикалық қысым Р _кр;

– псевдокрикалық көлем V _кр;

– тұрақты қысымдағы газдың меншікті жылу сыиымдылығы с;

– динамикалық тұтқырлық

Оларды әдетте газ қоспасының әрбір компонентінің физикалық–химиялық қасиеттері арқылы есептейді (1.1–кесте). Егер қоспадағы газ қоспасының әрбір компонентінің көлемдік үлесі у ₁, у ₂, у ₃, т.с.с. болса, онда газ қоспасының сәйкес параметрлері (молярлық массасы M, псевдокрикалық температурасы Т _кр, псевдокрикалық қысымы Р _кр және псевдокрикалық көлемі V _кр) төмендегі формулалардың көмегімен табылады:

, (1.6)

, (1.7)

. (1.8)

. (1.9)

Газ қоспасы параметрлері арқылы (1.2)–өрнектің көмегімен газ қоспасының тұрақтысын табады.

1.1–кесте.

Әртүрлі газдардың параметрлері

Газ	M г/моль	Т кр, К	Р кр, МПа	V кр 10^-3м^3/кг	Si, К	ci Дж/(кг∙К)	μi(P н ,T н )	b 0	b 1	b 2	b 3
Метан СН4	16,043		4,65	6,17				2173,62	197,64	87,23	-13,95
Этан С2Н6	30,07		4,95	4,92				1650,09	376,60	46,47	-12,53
Пропан С3Н8	44,097		4,26	4,6				1559,21	429,43	38,70	-15,26
Бутан С4Н10	58,124		3,60	4,39				1591,00	424,28	21,42	-9,03
Пентан С5Н12	72,151		3,37	3,85				1595,00	420,85	16,96	-5,55
Көмір қ.г. СО2	44,011		7,40	2,14				815,13	105,17	-7,78	-0,16
Азот ж.б. N2	28,016		3,39	3,2				1039,26	1,41	1,45	0,48

Тұрақты қысымдағы газдың меншікті жылу сыиымдылығы с мен динамикалық тұтқырлық әртүрлі әдебиеттерде әрқалай анықталады. Мысалы, «Мұнай–газ құбырлары» пәніне ұсынылатын біраз оқулықтарда [1] температура мен қысым әсерлерін ескермейтін төмендегі формулалар ұсынылған (1–әдіс):

, (1.10)

. (1.11)

Ал [2]–де (әдетте «Сорап және компрессор стансалары» пәні оқулықтарында қолданылады) температураның және қысым әсерлерін мынадай формула көмегімен ескереді (2–әдіс):

(1.12)

(1.13)

Мұндағы ρ_ст – стандарттық жағдайдағы газ қоспасының тығыздығы:

ρ _ст=1,205·Δ, (1.14)

ρ _ауа=1,205кг/м³– стандарттық жағдайдағы ауа тығыздығы, T _ор – газ қоспасының құбырдағы орташа интегралдық температурасы, – газ қоспасының келтірілген температурасы мен келтірілген қысымы: .

Орташа қысым мына формула көмегімен есептеледі:

, (1.15)

р _н және р _к – КС–ның L аралығының басы мен аяғындағы газ қысымдары. Орташа температура магистральды газ құбырының параметрлерімен есептеледі, олар газ қоспасын есептеу сатысында әзірге белгісіз болатындықтан, алғашқы нөлдік жуықтауда мынадай жуықтау өрнегін қолданады:

, (1.16)

бұл жердегі Т _н – КС шығысындағы газ қоспасының бастапқы температурасы, – газ құбырын қоршаған орта температурасы. Бұл әдісте Джоуль–Томсон коэффициенті төмендегі түрде анықталады:

, (1.17)

өлшем бірліктер [ с _р]=Дж/(кг∙К), [ D_i ]=К/МПа.

Осы параметрлер кейбір магистральды газ құбыр жобаларын есептегенде [3] сәл күрделі түрде есептеледі, бұл жағдайда тұрақты қысымдағы газдың меншікті жылу сыиымдылығы с мен динамикалық тұтқырлыққа температура мен қысымның әсерлері ескерілген (3–әдіс). Бұл тәселде алдымен Сатерленд формуласы көмегімен қалыпты қысымдағы (Р _норм=0,1013МПа) және берілген Т _ср температурадағы (1.16–формула) газ қоспасының әрбір компонентінің динамикалық тұтқырлығы есептеледі:

(1.18)

мұндағы Si_i – қоспадағы әрбір компоненттің Сатерленд тұрақтысы, Т _норм=273К– калыпты температура.

Екінші кезекте төмендегі формула көмегімен газ қоспасының қалыпты қысымдағы динамикалық тұтқырлығы табылады:

. (1.19)

Сонда қоспаның берілген Т _ср температурадағы және Р _ср қысымдағы динамикалық тұтқырлығы мына формуламен табылады:

(1.20)

Бұл жерде . Құбырдағы газ қоспасының орташа тығыздығы газ құбырларында қолданылатын нақты газ теңдеуінен анықталады:

. (1.21)

Бұл формуладағы өлшем бірліктер СИ жүйесінде алыну керек.

Қоспаның әрбір компонентінің изобаралық (тұрақты қысымдағы) меншікті жылу сыиымдылығының тәжірибелік әдіспен алынған температураға тәуелділігін жуықтап төмендегі өрнек арқылы сипаттауға болады (тәжірибелік нүктелерге ең жақын жататын дәрежелік сызық – тренд сызығының өрнегі):

, (1.22)

b_i коэффициенттері 1.1–кестеде берілген. b ₀ коэффициенті жуық шамаммен меншікті жылу сыиымдылықтың қалыпты жағдайдағы мәніне тең. Сонда

. (1.23)

Дата добавления: 2015-07-14