2018-01-08
9270
КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Физические свойства веществ
При расчетах технологических режимов работы оборудования и трубопроводов широко используются следующие физические величины: плотность, вязкость, удельная теплоемкость, коэффициент Джоуля-Томсона, давление насыщения, температура кипения, теплотворная способность.
Плотностью называют массу единицы объема вещества.
В общем случае плотность зависит од давления и температуры. В инженерных расчетах связанных с расчетом жидкости чаще всего влиянием давления на плотность пренебрегают. При этом плотность нефти при заданной температуре t можно определить по двум формулам:
где β - коэффициент объёмного расширения, принимаемый в зависимости от плотности нефти при температуре 200С (табл. 1.1). :
Таблица 1.1
Коэффициент объемного расширения нефти
| ρ20, кг/м3 | β,1/ C | ρ20, кг/м3 | β,1/ C | ρ20, кг/м3 | β,1/ C |
| 700 - 720 | 0,001255 | 800 - 820 | 0,000937 | 900 - 920 | 0,000688 |
| 720 - 740 | 0,001188 | 820 - 840 | 0,000882 | 920 - 940 | 0,000645 |
| 740 - 760 | 0,001118 | 840 - 860 | 0,000831 | 940 - 960 | 0,000604 |
| 760 - 780 | 0,001054 | 860 - 880 | 0,000782 | 960 - 980 | 0,000564 |
| 780 - 800 | 0,000995 | 880 - 900 | 0,000734 | 980 -1000 | 0,000526 |
|
|
|
,
где ζ – температурная поправка, кг/(м3. град);
.
При определении плотности газа влияние давления учитывается в обязательном порядке. В этом случае для определения плотности применяется уравнение состояния газа (уравнение Менделеева-Клапейрона):
,
где P – давление газа, Па;
v – удельный объем газа, м3/кг;
z – коэффициент сжимаемости газа;
R – газовая постоянная, Дж/(кг.град);
T – температура газа, К.
Коэффициент сжимаемости газа учитывает отличие сжимаемости реального газа по отношению к сжимаемости идеального газа и численно
равняется отношению объема реального газа к объему идеального газа при одинаковых условиях. Коэффициент сжимаемости определяется через приведенные значения давления и температуры газа
,
где РПР – приведенное давление;
;
ТПР – приведенная температура;
;
РКР, ТКР – критические значения давления и температуры газа;
;
.
ρCТ – плотность газа при стандартных условиях (Р = 0,1МПа, Т = 293К).
Учитывая, что v= 1/ ρ, получим выражение для определения плотности газа
.
Газовую постоянную любого газа можно определить через универсальную газовую постоянную или через газовую постоянную воздуха
,
где RВ – газовая постоянная воздуха, RВ = 286 Дж/(кг.К);
Δ – относительная плотность газа,
;
ρВ – плотность воздуха, кг/м3.
Плотность газа при стандартных условиях можно определить из уравнения
,
где ρВСТ =1,205 – плотность воздуха при стандартных условиях, кг/м3.
Относительная плотность природного газа составляет величину порядка 0,56 – 0,67. Для метана Δ = 0,55.
|
|
|
При известном значении плотности газа ρ 1 при температуре Т1 и давлении Р1 плотность газа при любых условиях можно определить, используя зависимость
.
Вязкость характеризует способность жидкости и газа оказывать сопротивление их перемещению.
При расчетах течения жидкости и газа по трубопроводам используются понятия динамической и кинематической вязкости
,
где ν – кинематическая вязкость, м2/с;
η – динамическая вязкость, Па.с.
В общем случае вязкость жидкости с повышением температуры уменьшается, а вязкость газа повышается.
Понятие динамической вязкости чаще используется при расчете газопроводов. При этом она мало меняется по длине газопровода и обычно принимается величиной постоянной при средних значениях температуры и давления. Для случая транспорта природного газа можно принимать
η = 12.10-6 Па.с.
При расчете трубопроводов для транспорта жидкости обычно используется понятие кинематической вязкости. Влияние вязкости на гидравлическое сопротивление трубопровода для транспорта жидкости намного больше по сравнению со случаем транспорта газа, что вызывает необходимость более точного определения вязкости жидкости при температуре ее течения.
В настоящее время для определения вязкости ньютоновской нефти используется уравнение Филонова – Рейнольдса
где ν и ν1 – кинематическая вязкость нефти при температуре t и t1;
U – коэффициент крутизны вискограммы, 1/град.
Для определения коэффициента крутизны вискограммы необходимо знать вязкость нефти при двух температурах
.
Удельная теплоемкость вещества показывает количество теплоты, которое должно быть подведено к единице массы вещества для повышения его температуры на один градус.
Удельная теплоемкость жидких углеводородов повышается с увеличением температуры и может быть определена из уравнения Крего
;
где с – удельная теплоемкость углеводорода, Дж/(кг.град);
ρ20 – плотность углеводорода при 200С, кг/м3;
Т – температура углеводорода, К.
Удельная теплоемкость газообразных углеводородов с увеличением температуры уменьшается и повышается с ростом давления
,
где ср – удельная теплоемкость газа при постоянном давлении, кДж/(кг.К);
Т – температура газа, К;
Р – давление газа, МПа.
Ориентировочные значения удельной теплоемкости составляют:
- для жидких углеводородов сМ = 2100Дж/(кг.град);
- для газов ср = (2500-2700)Дж/(кг.град).
Коэффициент теплопроводности нефти λн изменяется в пределах 0,1…0,16. Обычно в расчетах используют среднее значение λн =0,13 ВТ/(м·К). Для более точных расчетов используют формулу Крего-Смита, справедливую для температур 273…473 К.
Коэффициент Джоуля-Томсона (Di) характеризует снижение температуры газа при его расширении вследствие снижения давления (дросселирования) и определяется следующим уравнением
,
где Di – коэффициент Джоуля-Томсона, К/МПа;
сР – удельная теплоемкость газа, кДЖ/(кг.град);
Т – температура газа, К.
Температура кипения (tК) и давление насыщенных паров (PS) характеризуют переход жидкости в газ и обратно.
Температура кипения – это температура, при которой происходит переход жидкости в газ при данном давлении. С повышением давления температура кипения повышается.
Давление насыщенных паров PS это давление, при котором при заданных термодинамических параметрах и фазовых соотношений происходит переход жидкости в газ. С повышением температуры давление насыщения снижается.
Таблица 1.2
