Объем И Объемный раСХОД Обычно ОТНОСЯТ К Определенной Темпера-

туре и определенному давлению. В расчетах систем газоснабжения объем­ный расход определяют при температуре О °С и давлении 760 мм рт. ст. (1,03 ата или 0,101 МПа) или при температуре 20 °С и давлении 0,101 МПа.

Соответственно линейная скорость.определяется как объемный рас­ход газа в условиях потока через единицу поперечного сечения газопро­вода (м/с):

(1.12)

где С - линейная скорость газа в газопроводе; Q - объемный расход газа в условиях потока при данном давлении и температуре.

Между массовой и и линейной С скоростью существует простая взаимосвязь: и= mIF = ( Qp) IF = Ср. Использование в расчетах понятия массовой скорости удобно тем, что в отличие от линейной скорости она для газопровода постоянного сечения остается неиз­менной.

Влажность газов характеризует количество водяных паров, со­держащихся в единице количества газа. Транспортируемый по газо­проводам газ, к сожалению, всегда содержит какое-то количество влаги, что приводит к образованию конденсата, снижает количе­ство перекачиваемого газа, вызывает коррозию трубопровода. Раз­личают понятия абсолютной и относительной влажности газа. Абсо­лютную влажность можно рассматривать как массовую абсолют­ную влажность и как объемную абсолютную влажность. В первом случае влажность определяется как отношение количества водяно­го пара к количеству газа: d_m = т_п I т_г; во втором — как отношение количества водяного пара к объему газа: J_y = mJV. Относительную влажность газов определяют как отношение фактически содержа­щегося количества водяных паров т_цк максимально возможному m_s при определенных условиях:

ф= т 1т .

Т ПК

Относительную влажность определяют по соотношению плотностей пара и насыщенного пара, а также по соотношению парциального дав­ления водяного пара и давления насыщенного пара при той же темпера­туре. Влажный пар называется насыщенным, когда он содержит макси­мально возможное количество пара при данной температуре и давле­нии:

V=f>Jp, = P_I/P_l, (1.14)

где р_п - плотность пара; р _s - плотность насыщенного пара; Р_п - парци­альное давление водяного пара; P_s - давление насыщенного пара.

Таблица 1.1

Массовая теплоемкость некоторых газов при постоянном (атмосферном) давлении в кДж/ (кг- °С)

Теплоемкость газов

При тепловых расчетах газопроводов часто приходится пользовать­ся понятием удельной теплоемкости газа. Удельной теплоемкостью газа называется количество теплоты, необходимой для нагрева единицы мас­сы вещества (или объема) на один градус в определенном процессе:

C_im= gj (t₂-tj, (1.15)

где#₂ - количество теплоты, подведенной к единице массы (или объе­ма) газа в процессе его нагрева от температуры t_l до температуры t₂; t_{ и t₂- соответственно начальная и конечная температура газа.

На практике наиболее часто используются теплоемкости изобарно­го и изохорного процессов. Эти теплоемкости называются изобарной и изохорной и обозначаются соответственно С_р и С_у Теплоемкость C_z — величина переменная, зависящая от температуры и давления, а для иде­альных газов - только от температуры. Теплоемкость, определяемую уравнением ( 1.15 ), Называют средней теплоемкостью и обозначают С _т и С_т в отличие от истинных теплоемкостей С_ри С_у определяемых для конкретно заданной температуры.

Средняя теплоемкость газа в интервале заданных температур про­цесса определяется по значению среднеарифметической температуры процесса /_т=(г,+?₂) / 2, т.е. для того чтобы найти среднюю теплоемкость С _тнеобходимо знать среднюю температуру процесса t_m. По найденно­му значению средней температуры t_m определяется с использованием специальных таблиц (табл. 1.1) теплоемкость газов.

В практических расчетах среднюю теплоемкость наиболее просто определять по соотношению:

(1.16)

где /г, и А₂- энтальпии природного газа в начале и в конце процесса. Значения энтальпий определяются по соответствующим таблицам или диаграммам для данного газа или вещества.

Смеси газов

Природные газы представляют собой смесь, состоящую из несколь­
ких чистых веществ, химически не взаимодействующих между собой:
метана СН₄, этана С₂Н₆, пропана C₃H_g, бутана С₄Н₁₀ и других углеводо­
родов. Поэтому одной из важнейших характеристик смеси является ее
состав. Состав смеси обычно определяется посредством нахождения
массовой или мольной концентрации компонентов, входящих в смесь,
Понятие «моль», как отмечалось выше, означает количество вещества
в граммах, численно равное его мольной массе, а киломоль - количество
вещества в килограммах, тоже численно равное его мольной массе. Так,
например, киломоль кислорода О₂ равен 32 кг, киломоль метана
СН₄ —16,04 кг и т.д. Физические характеристики компонентов природ­
ного газа приведены в табл. 1.2. ^^

Массовой концентрацией т. - го компонента^называвтся^тноще'НИ^™-массы данного компонента G. к массе всей смеси,

Таблица 1.2 Физические характеристики компонентов природного газа

Соответственно определяется изобарная теплоемкость смеси газов:

(1.20)

где т. - массовая доля i - го компонента смеси; С . - изобарная теплоемкость 1-го компонента; п - число компонентов в смеси.

Мольной концентрацией г - го компонента называется отношение числа киломолей данного компонента G к общему числу киломолей G:

r.= G.IG ,

i i ~

(1.22)

Сумма всех мольных концентраций компонентов, составляющих смесь, равна единице:

п п -р; т п 74

'V__I_ "У — __ . ^ri⁼ z+g ⁼^^ ^Gi =ТГ ⁼¹-

Отношение массы данного компонента G к количеству молей этого компонента G характеризует его мольную массу и, а отношение массы всей смеси G к количеству молей смеси характеризует мольную массу смеси и :

"т

(1.18)

Сумма всех массовых концентраций компонентов, составляющих смесь, равна единице:

i m- = jLi G.I G =

i=l ' i=l

С учетом вышеприведенных соотношений средняя мольная масса смеси определяется соотношением:

V_n=GlG = 2j№i =

i=\

Мольные концентрации компонентов смеси идеального газа числен­но равны его объемным концентрациям, которые определяются как от­ношение объема данного компонента V. при давлении и температуре смеси к объему всей смеси V. В силу этого объемные концентрации ком­понентов смеси газов в ряде случаев определяют и через соотношение давлений:

г. = Р./Р_т, (1.26)

где Р. -парциальное давление компонента газа; .Р_га-давление смеси в целом.

Состав природного газаюбычно регулярно определяется на газопро­водах соответствующими лабораториями с использованием хроматог-рафического анализа.

Пример 1.1. Определить мольные концентрации компонентов при­родного газа и его среднюю мольную массу при следующем объем­ном составе компонентов газа: метана СН₄ = 94%, этана С₂Н₆ = 3%, пропана С₃Н₈ = 1,5%, бутана С₄Н_Ш = 0,5%, углекислого газа СО₂= 1,0%.

Решение. Мольные концентрации компонентов по уравнению (1.21): г = 0,94; г =0,03; г = 0,015; г. = 0,005; г = 0,01. По

мет. ' ' этан. ' ' проп. ' ' бут. ' ' уг.газ. v,v*. *..iw

уравнению (1.25) с учетом численных значений мольных масс компо­нентов получим:

учетом конденсации водяных паров, образующихся при окислении во­дорода. Низшей теплотой сгорания называется количество теплоты (кДж), выделяющееся при полном сгорании единицы количества веще­ства при нормальных или стандартных условиях без учета теплоты, выделяющейся при конденсации водяных паров. На основе численного значения теплоты сгорания топлива определяют потребность в газооб­разном топливе, а также КПД газоперекачивающих агрегатов и других газоиспользующих установок.

В расчетах обычно используют понятие низшей теплоты сгора­ния топлива в силу того, что отходящие из газоиспользующих уста­новок продукты сгорания имеют относительно высокую температу­ру, значительно выше, чем температура точки росы, при которой и происходит конденсация водяных паров, содержащихся в продук­тах сгорания.

Численные значения низшей теплоты сгорания ряда компонентов газообразного топлива приведены в табл. 1.3.

Следует заметить, что приводимые в литературе данные о теплоте сгорания отдельных компонентов газообразного топлива часто разнят­ся между собой. Это в определенной степени обусловлено различием в подсчете основных характеристик самого топлива.

Таблица 1.3 Низшая теплота сгорания некоторых компонентов природного газа

„= 2-1 гц.=0,94-16,04+0,03-30,07+0,015-44,09+0,01-58,12=17,37 кг/кмоль. ;•=!

Теплота сгорания газов

Теплота сгорания, или теплотворная способность газа как топлива, -это количество теплоты, выделяемой при полном сгорании единицы количества вещества (кг или м³), измеренного при нормальных стан­дартных условиях (давление, температура).

Различают высшую Q_f и низшую Q_u теплоту сгорания. Высшей теплотой сгорания называется количество теплоты (кДж), выделяющее­ся при полном сгорании единицы количества вещества ( кг или м³), с

Пример 1.2. Определить низшую теплоту сгорания природного газа, имеющего следующее процентное содержание компонентов: метана СН, = 94%; этана СД. = 3%; пропана С₃Н₈ = 1,5%; бутана С₄Н,₀ = 1%; пентана С₅Н₁₂ = 0,5%.

Решение. Расчет низшей теплоты сгорания топлива проводится по фор­муле:

где Q.- теплота сгорания компонентов смеси; г.- процентное содержа­ние компонентов смеси.

Применительно к данному случаю получим:

Q_a = 35880-0,94 + 64450-0,03 + 92949-0,015 + 118680-0,01 +
"" +146130-0,005 = 38672 кДж/м³.

Переход к определению массовой теплоты сгорания топлива (кДж/кг) осуществляется с использованием плотности газа в данных условиях [ б,_ф, кДж/кг = ( Q _пр кДж/м³) /р, кг/м³ ].

Пересчет теплоты сгорания газа от нормальных условий к стандарт­ным проводится по формуле:

(20°C)=Q,,_p(0°C)

Согласно существующим требованиям, номинальная низшая тепло­та сгорания топлива при проведении теплотехнических расчетов в сис­теме газовой промышленности принимается равной 34541 кДж/м³.

Пределы взрываемости газовоздушных смесей

пределы взрываемости сужаются. Следует отметить, что примесь кисло­рода в газе увеличивает опасность взрыва.

Пределы и интервал взрываемости газов в смеси с воздухом при тем­пературе 20 °С и давлении 0,1 МПа приведены в табл. 1.4.

Таблица 1.4

Пределы и интервал взрываемости газов в смеси с воздухом при температуре 20 °С и давлении 0,1 МПа

Исключение образования взрывоопасных газовоздушных концент­раций, а также появление источников воспламенения этой смеси (пламе­ни, искр) всегда является основной задачей обслуживающего персона­ла компрессорных станций. При взрыве газовоздушной смеси резко по­вышается давление в зоне взрыва, приводящее к разрушению строи­тельных конструкций, а скорость распространения пламени достигает сотни метров в секунду. Например, температура самовоспламенения метановоздушной смеси находится на уровне 700 °С, а метан является основным компонентом природного газа. Его содержание в газовых месторождениях колеблется в диапазоне 92—98%.

При взрыве газовоздушной смеси, находящейся под давлением 0,1 МПа, развивается давление около 0,80 МПа. Газовоздушная смесь взрывается, если в ней содержится 5—15 % метана; 2—10 % пропана; 2—9 % бутана и т.д. При повышении давления газовоздушной смеси

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: