Критические и приведенные параметры газа

Основные параметры, характеризующие состояние газа – объем , давление и температура . Уравнение, связывающее эти параметры между собой, называется уравнением состояния газа.

Уравнение состояния идеальных газов получено из условия отсутствия межмолекулярного взаимодействия и объема молекул. В инженерных расчетах пользуются обобщенным уравнением Менделеева-Клайперона, в которое вводится коэффициент, учитывающий отклонение реальных газов от закона идеального, названный коэффициентом сверхсжимаемости газа . С учетом этого уравнение состояния газа принимает вид:

, (2.17)

здесь – универсальная газовая постоянная.

Заменив удельный объем плотностью газа, получим это же уравнение в более распространенном виде:

. (2.18)

где – безразмерный коэффициент сверхсжимаемости газа;

– газовая постоянная, это работа расширения 1 г моля газа при нагревании на 1°С, при постоянном давлении для всех газов равна 848 кгс×м/моль×°С или 8,314 кДж/моль×К

Критическим называется такое состояние вещества, при котором плотность вещества и его насыщенного пара равны друг другу. Параметры, соответствующие этому состоянию, называются критическими параметрами.

Для природного газа, являющегося смесью углеводородов и неуглеводородных компонентов, критические параметры определяются как псевдокритические по составу газа.

Когда природный газ содержит меньше 10% высококипящих углеводородных фракций и неуглеводородных компонентов, псевдокритические параметры определяются по формулам:

. (2.19)

. (2.20)

Для природных углеводородных газов псевдокритические давление и температура могут быть определены по выражениям:

, (2.21)

где – молярная доля в смеси углекислого газа и азота соответственно.

В том случае, когда компонентный состав газа неизвестен, псевдокритические параметры можно определить по относительной плотности газа (рис. 2.2).

При наличии в газе азота, сероводорода, углекислого газа вводятся соответствующие поправки.

Приведенными параметрами называются отношения соответствующих параметров к их критическим значениям:

. (2.22)

. (2.23)

Критические и приведенные параметры позволяют использовать принцип соответственных состояний для определения коэффициента сверхсжимаемости вязкости и некоторых других характеристик газа.

Коэффициент сверхсжимаемости природного газа

Коэффициент сверхсжимаемости газа – функция давления, температуры и состава газа. Метод определения следует выбирать исходя из состава газа. Большинство методов определения сверхсжимаемости основаны на применении приведенных параметров давления и температуры . Коэффициент сверхсжимаемости зависит от содержания в смеси газа тяжелых и неуглеводородных компонентов.

1. Если в природном газе содержится большое количество тяжелых углеводородов, используется кроме двух и третий параметр – характеристический фактор (ацентричность молекул).

2. Если количество неуглеводородных и тяжелых углеводородных компонентов в газе менее 10%, коэффициент сверхсжимаемости определяется по двум параметрам давлению (рис.2.3).

В случае необходимости аналитического определения сверхсжимаемости в частности для расчетов с помощью ПК, можно использовать уравнение Папаи:

. (2.24)

Для метанового газа при K и МПа справедливо уравнение:

. (2.25)

Вязкость природного газа

Под вязкостью газа понимают его свойство сопротивляться перемещению одних частиц относительно других. Вязкость, как температура, давление и объем – функция состояния газа и может быть использована для его характеристики. Единица измерения – мПа×с. Вязкость природного газа зависит от давления и температуры.

Расчет вязкости при заданных условиях проводится в два этапа. Сначала определяют вязкость при заданных температуре и атмосферном давлении , а затем полученное значение вязкости пересчитывают на заданное давление.

Определение можно проводить аналитическим путем по известному составу газа и графическим способом по его относительной плотности. Второй способ более удобен для практических расчетов, не требующих высокой точности. Вязкость газа при атмосферном давлении и заданной температуре определяют по относительной плотности газа по графику (рис. 2.4). При этом влияние других компонентов учитывают по дополнительному графику. Значения поправок должны быть вычтены из значения вязкости, определенной по основному графику.

Расчет вязкости при заданных давлении и температуре проводят графическим способом. По графику (см. рис. 2.5) для найденных и определяют . По известным и вычисляют искомую вязкость при заданных Р и Т:

,

 

Контрольные вопросы:

1. Расскажите как определяется плотность пластовой нефти и воды.

2. Что характеризует объемный коэффициент пластовой нефти b_н и пластовой воды b_в.

3. Расскажите от чего зависит вязкость пластовой нефти m_н.

4. Напишите формулу расчета вязкости пластовой воды m_в.

5. Напишите формулу расчета плотности газа при r_г при известном компонентном составе газа.

6. Что называется относительной плотностью газа ` r.

7. Дайте определение критического давления и температуры Р_кр, Т_кр.

8. Что такое коэффициент сжимаемости газа z и как его определить графическим и аналитическим методами.