Расчет характеристик газовой смеси

 

Состав природного газа, как смеси газов может быть выражен в объемных, мольных и массовых долях.

Соответствующие концентрации i-го компонента в смеси будут:

Объемная

(1)

Мольная

(2)

Массовая

(3)

Здесь - объем i-го компонента; - число молей в объеме ; - масса i-го компонента.

 

Плотность газа (газовой смеси) определяется по правилу аддитивности (сложения)

,(2.1)

где a₁¼a_n – объемные (молярные) концентрации компонентов смеси;

r₁¼r_n – плотности компонентов смеси.

В расчетах часто пользуются понятием относительной плотности газа, то есть отношением плотности газа r к плотности воздуха r_В при одних и тех же условиях

.(2.2)

 

При этом различают нормальные (T=273,15 K и P=0,1013 МПа) и стандартные (T=293,15 K и P=0,1013 МПа) условия.

При нормальных условиях плотность газа можно определить по его молярной массе

,(2.3)

 

где 22,41 – объем одного киломоля газа при нормальных условиях, м³/кмоль

– молярная масса природного газа, кг/кмоль;

a_i, M_i – соответственно объемная доля и молярная масса i-го компонента

 

Пересчет плотности газа с одних параметров состояния (P₁, T₁, z₁) на другие (P, T, z) можно осуществить по формуле

,(2.4)

где P и P₁ – абсолютные давления газа;

T и T₁ – абсолютные температуры газа;

z и z₁ –коэффициенты сжимаемости газа;

Газовая постоянная природного газа (Дж/(кг×К)) зависит от состава газовой смеси

,(2.5)

где `R – универсальная газовая постоянная R=8314,3 Н×м/(кмоль×К).

 

Псевдокрититические температура и давление газовой смеси определяются по формулам

,(2.6)

 

,(2.7)

где T_{КР i} и P_{КР i} – соответственно абсолютные критические температура и давление i-го компонента газовой смеси.

Критическая температура T_КР – температура при которой и выше которой при повышении давления нельзя сконденсировать пар.

Критическое давление P_КР – давление при котором и выше которого нельзя испарить жидкость.

Псевдокритические параметры природного газа в соответствии с нормами технологического проектирования могут быть найдены по известной плотности при стандартных условиях r_СТ

 

;(2.8)

 

.(2.9)

 

Коэффициент сжимаемости учитывает отклонение свойств природного газа от законов идеального газа. Коэффициент сжимаемости z определяется по специальным номограммам в зависимости от приведенных температуры и давления либо по формуле, рекомендованной отраслевыми нормами проектирования [13]

 

; (2.10)

 

. (2.11)

 

Динамическая вязкость газа (Па×с) определяется по формуле

 

(2.12)

 

Кинематическая вязкость газа определяется из соотношения

 

. (2.13)

 

Теплоемкость газа зависит от его состава, давления и температуры. Изобарная теплоемкость (кДж/(кг×К)) природного газа с содержанием метана 85% и более согласно отраслевым нормам ОНТП 51-1-85 определяется по формуле

 

. (2.14)

 

Понижение давления по длине газопровода и дроссе­лирование газа на ГРС сопровождается охлаждением газа. Это явление учитывается коэффициентом Джоуля-Томпсона (К/МПа), для определения которого отраслевыми нормами [13] рекомендуется зависимость (для природных газов с содержанием метана 85% и более)

 

. (2.15)

 

где C_P – средняя изобарная теплоемкость газа, определяемая для средних значений температуры и давления в процессе дросселирования.