Критические параметры газов

Газ	Температура Ткр, ^оС	Давление ркр , МПа
Азот Бутан Водяной пар Воздух Кислород Метан Пропан Этан Пентан	-147,1 152,8 374,15 -140,7 -118,8 -82,5 95,6 32,1 197,2	3,39 3,62 21,77 3,77 5,04 4,65 4,40 4,94 3,34

Приведённые температуру и давление выбранной смеси газов для заданного избыточного давления смеси р_изб =2,942 МПа и температуры газа Т =293 К определим

Т_пр.см = Т / Т_кр.см =293/203,5=1,44

р_пр.см = р / р_кр.см =3,043/4,62=0,66

где р=р_изб + р_б =2,942+0,101=3,043 МПа – абсолютное давление газа.

Пример 1.2. Рассчитаем критические давление и температуру газовой смеси с плотностью при нормальных условиях ρ_н.см =0,7763 кг/м³ для газовой смеси, не содержащей азот и углекислый газ, а также содержащей азот с объёмной концентрацией 1% и углекислый газ с концентрацией 0,5%. Для газа, не содержащего азот и углекислый газ, определим критические параметры

р_кр = 4,757 - 0,1773 ρ_н.см =4,757 - 0,1773∙0,7763=4,619 МПа;

Т_кр =87,5 + 155,24 ρ_н.см =87,5 + 155,24∙0,7763=208 К.

Для расчёта критических параметров газовой смеси с объёмным содержанием азота 1% и углекислого газа 0,5% предварительно определим концентрацию азота и углекислого газа в долях единицы, т.е.

N₂ =1:100=0,01 и CO₂ =0,5:100=0,005.

Определим критические параметры смеси газов с содержанием азота и углекислого газа

р_кр =4,757 - 0,1773 ρ_н.см – 1,160 N₂ + 2,958 CO₂=4,757 – 0,1773∙0,7763 –1,160∙0,01 + +2,958∙0,005= 4,622 МПа;

Т_кр =87,5 + 155,24 ρ_н.см – 148,35 N₂ – 88,25 CO₂ = 87,5 +155,24∙0,7763 – 148,35∙0,01 – -88,25∙0,005 = 206,1 К.

Пример 1.3. Расчёт коэффициента сжимаемости природного газа в рабочих условиях. Рассчитаем коэффициент сжимаемости природного газа при следующих значениях параметров газа: плотность газа при нормальных условиях р_{н .}=0,76 кг/м³, избыточное давление газа р_изб =0,78 МПа, температура газа t = -9,5 ^оС, барометрическое давление р_б =0,1 МПа, концентрация азота 1%, углекислого газа – 0,5%.

Для расчета коэффициента сжимаемости предварительно определим абсолютное давление газа р, а также критические и приведённые температуры и давления. Абсолютное давление газа р определяется выражением

р = р_изб + р_б = 0,78 + 0,1=0,88 МПа,

а абсолютная температура газа

Т = t + 273,15 = -9,5 +273,15 = 263,65 К.

Определим критические давление и температуру

р_кр = 4,757 - 0,1773 ρ_н.см – 1,160 N₂ + 2,958 CO₂ = 4,757 – 0,1773∙0,77 – 1,160∙0,01 + +2,958∙0,005 = 4,62 МПа

Т_кр =87,5 + 155,24 ρ_н.см – 148,35 N₂ – 88,25 CO₂ = 87,5 +155,24∙0,76 – 148,35∙0,01 – 88,25∙0,005 = 203,56 К

Определим приведённые давление и температуру

р_пр = р / р_кр = 0,88/4,62 = 0,191

Т_пр = Т / Т_кр = 263,65/203,56 = 1,295

Для расчёта Z найдём значение коэффициентов р_с и Т_с

р_с = 0,6714 р_пр = 0,6714∙0,191 = 0,128

Т_с = 0,71892 Т_пр = 0,71892∙1,295 = 0,931

Так значение р_с < 1,3, а Т_с < 1,09, значение F

Найдем значение

Найдем значение

Далее найдём

Определим

Найдем значение

Зная коэффициенты определим коэффициент сжимаемости природного газа Z в рабочих условиях:

Определим значение коэффициента сжимаемости Z по приближенной формуле при абсолютном давлении р =0,88 МПа и температуре газа Т= 263,6К

Сравнивая значения Z, видим, что они различаются друг от друга не более чем на 0,5%, а это вполне допустимо при выполнении большинства практических расчётов.

В качестве примера рассмотрим также определение коэффициента сжимаемости Z в зависимости от приведённых температуры и давления по графикам, показанным на рис. 1. На оси абсцисс откладывается значение приведённого давления р_пр и восстанавливается перпендикуляр до пересечения с кривой, соответствующей заданной приведённой температуре Т_пр. Из точки пересечения перпендикуляра с кривой приведённой температуры проводится горизонтальная прямая до пересечения с осью ординат, на которой отсчитывается искомое значение коэффициента сжимаемости Z. Если заданное значение приведённой температуры находится между двумя кривыми приведённых температур, то производится графическая аппроксимация этих значений.

В качестве примера найдём коэффициент сжимаемости Z при р_пр =3,41 и Т_пр =1,71. отложим на оси абсцисс значение приведённого давления р_пр =3,41 (рис. 1) и восстановим перпендикуляр до пересечения с кривой приведённой температуры Т_пр =1,71. Так как на рис. 1 имеются только кривые для Т_пр =1,7 и 1,8, то значение Т_пр =1,71 находится методом аппроксимации. Из точки пересечения перпендикуляра с кривой для Т_пр =1,71 проведём горизонтальную прямую до пересечения с осью ординат, на которой и отсчитываем искомое значение Z =0,86.

Значение Z, определённое по рис. 1, по исходным данным предыдущего примера (р _пр=0,191 и Т _пр=1,295), равно 0,98.

Рис. 1. График зависимости коэффициента сжимаемости газов от приведенного давления (р_пр) и приведенной температуры (Т_пр)

Рис. 2. Зависимость абсолютной влажности природного газа от температуры его точки росы и абсолютного давления

Расчёт влажности газа. В качестве примера определим по рис. 2 абсолютную влажность газа при его температуре точки росы 5 ^оС и абсолютном давлении 0,5 МПа. Для этого из точки на оси абсцисс со значением температуры точки росы 5 ^оС восстановим перпендикуляр до пересечения с кривой, соответствующей давлению 0,5 МПа, и из точки пересечения проведём горизонтальную прямую до пересечения с осью ординат. При этом искомое значение абсолютной влажности газа будет 1,4 г/м³. По рис. 2 можно также определить массу воды, выделяющуюся из 1 м³ насыщенного влагой газа при снижении температуры от t ₁ до t ₂. Так при снижении температуры стенок трубопровода от t ₁=10 ^оС до t ₂ = -10 ^оС абсолютная влажность, определённая по рис. 2 изменяется от 10 до 2 г/м³, т.е. из каждого 1 м³ газа выделяется 8 г воды.

Дата добавления: 2015-07-11