ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ПРИРОДНИХ ГАЗІВ

Основні параметри газів

Природні гази поділяються на три групи: гази, які добуваються з чисто газових родовищ і складаються в осношвому з метану (82—98 %), гази, які одержують із газоконденсатних родовищ і є сумішшю газу та конденсату широкої фракції, що складається з бензину, лігроїну, керосину, а іноді й солярового масла — цей газ також містить значну кількість метану (80—95%); гази, які добуваються разом із нафтою з нафтових родовищ — це попутні гази, що складаються з суміші газу з газовим бензином і пропан-бутанової фракції, містять тільки 30-70% метану .

До основних параметрів газу відносяться:

Густина газу (кг/м³) - маса одиниці об'єму, що дорівнює відношенню молекулярної маси М_r газу до об'єму моля:

(1.01)

Сума молекулярних мас атомів, що складають молекулу, називається молекулярною масою речовини.

Якщо відомий мольний, тобто об'ємний склад суміші газу у відсотках, то середня молекулярна маса його (М_rсеред) визначається по формулі:

(1.02)

де V₁, V₂ … V_n - мольні (об'ємні) концентрації компонентів, %;

М_rп, М_r2…М_rп - молекулярні маси компонентів.

Якщо відомий масовий склад суміші у відсотках, то його середня молекулярна маса визначається:

(1.03)

де Y₁, Y₂…Y_n - масові концентрації, %.

Якщо молекулярний склад виражений у частках одиниці, то відповідно середня молекулярна маса:

(1.04)

де а₁, а₂, ... а_п - молекулярний склад у частках одиниць,

т_1, т₂, ... т_п - маси компонентів.

У розрахунках використовують відносну густину природного газу по повітрю. Густина повітря при нормальних умовах дорівнює 1,293 кг/м³.

(1.05)

Оскільки густина залежить відтиску (Р), температури (Т) і стисливості (Z) газу, то перерахунок густини (ρ₂) на інший тиск (P₂) проводиться по формулі:

(1.06)

де Р₁, T₁ , Z₁ - відповідають умовам для ρ₁.

Р₁, T₁ , Z₁ - параметри, при яких необхідно визначити ρ₁.

Питомий об'єм газу - об'єм одиниці маси газу:

(1.07)

де V - об'єм газу, м³;

m - маса газу, кг;

V _с - питомий об'єм середовища, м³/кг.

Масовий розхід - маса газу (m), що проходить через поперечний переріз потоку за одиницю часу (t), кг/с, кг/год.:

(1.08)

де t - час, протягом якого через даний переріз проходить газ, с, год.

Об'ємний розхід - кількість газу в одиниці об'єму, що проходить через поперечний переріз потоку за одиницю часу, м³/с,

(1.09)

У розрахунках систем газопостачання використовують поняття об'ємного розходу при нормальних умовах Т=273⁰ К і Р=0,1013 МПа та при стандартних умовах Т=293⁰ К і Р=0,1013 МПа.

Лінійна швидкість газу визначається як об'ємний розхід газу (Q) в

(1.10)

де F - площа поперечного перерізу потоку, м².

Масова швидкість - масовий розхід газу через одиницю поперечного перерізу потоку, кг/с · м²:

(1.11)

Тиск - дорівнює границі відношення нормальної складової сили (N) до площі (S), на яку діє сила:

(1.12)

При рівномірному розподілі сил:

(1.13)

Абсолютний тиск газів (Р) - це тиск газів на стінки трубопроводів і посудин.

Надмірний тиск газів (Р_надм.) — різниця між абсолютним тиском газу і барометричним (Р_бар.)

Р_надм. = Р - Р_бар. (1.14)

Р_вак. - різниця між барометричним тиском і абсолютним

Р_вак= Р _бар.- Р (1.15)

У гідравлічних розрахунках газопроводів використовують абсолютний тиск.

В'язкість газу — це властивість газу чинити опір при русі, яка виникає в результаті сил тертя між шарами газу, що рухається. Коефіцієнт, який враховує цю властивість реальних газів, називається коефіцієнтом динамічної (абсолютної) в'язкості (Па · с) і визначається по формулі:

(1.16)

де τ - тангенціальна сила внутрішнього тертя,

l₂ – l₁ - відстань між нескінченно тонкими шарами середовища, які рухаються з швидкістю W₂ – W_1.

Залежність динамічної в'язкості газів від температури виражається формулою Сатерланда:

(1.17)

де μ - динамічна в язкість газу при заданій температурі;

μ_о - в'язкість газу при 273 °К;

Т - температура газу °К;

С - стала, яка залежить від властивостей газу.

У гідравлічних розрахунках використовують поняття кінематичної в'язкості (м²/с), яка визначається співвідношенням:

(1.18)

Кінематична в'язкість залежно від температури і тиску виражається формулою:

(1.19)

де ν — кінематична в'язкість, м²/с;

μ - динамічна в'язкість, Па · с;

ρ - густина, кг/м³;

R - газова стала, Дж/кмоль · К.

Із підвищенням температури газу в'язкість збільшується.

При наявності в природному газі сірководню (Н₂S), вуглекислого газу (С0₂) і азоту (N₂) в'язкість його трохи збільшується.

Залежність в'язкості газів від молекулярної маси при атмосферному тискові показано на графіку (рис. 1.01).

Вологість - природний газ у пластових умовах, насичений парами води, які при русі газу конденсуються, збираються в низьких місцях газопроводів, порушуючи технологічний режим транспортування газу. Сполучення