Тепловые свойства природных газов

Теплоемкость природного газа

Удельной теплоемкостью называется количество теплоты, которое необходимо подвести к единице массы вещества, чтобы изменить его температуру на 1 градус.

Для газов различают удельные теплоемкости: изобарную с_р (р=const) и изохорную с_v (v=const)

Изобарная молярная теплоемкость природных газов определяется по формуле:

с_р0=0, 523(8, 36+0, 00892t)М_i^3/4, (2.10)

где t-температура,  С; М_i-молекулярная масса I-го компонента природного газа.

Тогда для смеси газов формула (17) преобразуется следующим образом:

, (2.11)

где y_i-молярная доля I-го компонента в смеси, с_р_i-изобарная молярная теплоемкость I-го компонента.

Изобарная молярная теплоемкость реальных природных газов зависит от давления и от температуры с_р=с_р0(t)+ c_p(P, t), (2.12)

где  c_p(P, t)-изотермическая поправка теплоемкости на давление, ее можно определить по номограмме в зависимости от приведенных параметров.

Для приближенных расчетов при 0, 02≤ Р_пр≤ 4, 1, 3≤ Т_пр≤ 2, 5

 c₀=32, 600Р_пр/Т_пр⁴ кДж/(кмоль∙ К) (2.13)

Теплоемкость неуглеводородных компонентов (N₂, H₂S и СО₂) примерно равна 0, 5 теплоемкости углеводорода с одинаковой молярной массой.

Теплотоворная способность или теплота сгорания – количество тепла, выделяемое при сгорании при определенных условиях (чаще всего при Р=0, 013 МПа и Т=288К). Единицы измерения - МДж/кг, МДж/м³ (ккал/кг, ккал/м³). Различают высшую и низшую теплоту сгорания. Для получения низшей теплоты сгорания из высшей вычитают тепло, расходуемое на испарение гигроскопической воды. Присутствие в смеси инертных газов понижает теплоту сгорания. При сгорании 1кг каменного угля выделяется 9 ккал, 1кг нефти – 11 ккал, 1м³газа - 7 ккал.

Дросселирование – расширение газа при прохождении через дроссель — местное гидравлическое сопротивление (вентиль, кран, сужение трубопровода и т.д.), сопровождающееся изменением температуры. Дросселирование – термодинамический процесс, характеризующийся постоянством энтальпии (i = const). В процессе дросселирования реального природного газа при его движении через штуцер, задвижку, регулятор давления, клапан-отсекатель, колонны труб в скважине, неплотности в оборудовании промыслов уменьшается температура газа.

Изменение температуры газов и жидкостей при изоэнтальпийном расширении называется эффектом Джоуля-Томсона или дроссель-эффектом, а D_i часто называют коэффициентом Джоуля-Томсона.

D_i = ( Т/ р)_i = [T ( V/ Т)_p– V]/с_p, или D_i =  Т/  Р, (2.14)

где  Т – изменение температуры, а  Р- изменение давления. Среднее значение коэффициента Джоуля—Томсона для природного газа изменяется от 2 до 4 К/МПа в зависимости от составагаза, падения давления и начальной температуры газа. Для приближенных расчетов среднее значение коэффициента Джоуля—Томсона можно принимать равным 3 К/МПа. У жидкостей D_i, <; 0, поэтому при дросселировании они нагреваются. Для наибольшего снижения температуры газа в штуцере необходимо удалять жидкость из газового потока до его поступления в штуцер.Среднее значение коэффициента Джоуля—Томсона для нефти изменяется от 0, 4 до 0, 6 К/МПа, для воды оно составляет 0, 235 К/МПа.

Опасные свойства природного газа

Токсичность

С увеличением молекулярной массы предельных углеводородов их токсические свойства возрастают. Санитарными нормами проектирования промышленных предприятий предусмотрена в рабочей зоне производственных помещений предельно допустимая концентрация углеводородов (паров бензина), равная 0, 3 мг/дм3. Из газовых компонентов природных и нефтяных газов особенно токсичен сероводород. Сероводород — бесцветный газ. Относительная плотность его по воздуху 1, 19. Человек чувствует сероводород (запах тухлых яиц) даже при содержании его в воздухе 0, 0014—0, 0023 мг/дм3. Однако даже при непродолжительном пребывании человека в сероводородной среде его обоняние притупляется. Сероводород является ядом, вызывающим паралич органов дыхания и сердца. Предельно допустимая концентрация сероводорода в рабочей зоне производственных помещений —0, 01 мг/дм3. Углекислый газ — бесцветный, практически без запаха. Общий характер действия на организм — наркотический и раздражающий кожу и слизистые оболочки. В высоких концентрациях вызывает быстрое удушье вследствие недостатка кислорода. При содержании 4—5% углекислого газа в воздухе у человека раздражается слизистая оболочка дыхательных путей и глаз, появляются кашель, головокружение, повышается кровяное давление. При вдыхании весьма высоких концентраций углекислого газа наступает смерть от остановки дыхания (при 20% газа в воздухе смерть наступает через несколько секунд).

Способность к образованию взрывоопасных смесей

Природные углеводородные газы образуют взрывоопасные смеси с воздухом. Для каждых данных условий существуют два предела взрываемости газовоздушных смесей:

1) нижний предел соответствует минимальной концентрации горючего газа, при которой горение еще возможно;

2) верхний предел соответствует максимуму этой концентрации.

С повышением давления смеси значительно возрастают пределы ее взрываемости. Горение и взрыв — однотипные химические процессы, но резко отличающиеся по интенсивности протекающей реакции. При взрыве реакция происходит очень быстро в замкнутом пространстве без доступа воздуха к очагу воспламенения взрывоопасной газовоздушной смеси. Скорость распространения детонационной волны горения при взрыве (900—3000 м/с) в несколько раз превышает скорость звука в воздухе при комнатной температуре. Сила взрыва максимальна, когда содержание воздуха в смеси становится теоретически необходимым для полного сгорания. При концентрации газа в воздухе в пределах воспламенения и при наличии источника воспламенения произойдет взрыв; если же содержание газа в воздухе меньше нижнего и больше верхнего пределов воспламенения, то смесь не способна взорваться.

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒