Объём паров после испарения жидкости

↑

▷ Содержание

Стр 1 из 5Следующая ⇒

Содержание тяжелых углеводородов в газе.

Объём паров после испарения жидкости

Принято считать, что в газе три тяжелые фракции: пропановая, бутановая и газовый бензин. Последний принимается состоящим по массе из 1/3 бутана и 2/3 пентана (плюс вышекипящие).

Если дан массовый или молярный состав газа, то содержание тяжелых компонентов в г/м³ определяется по формуле

А_i=10g_ir_см= 10у_ir_i, г/м³. (1.10)

Здесь: g - содержание данного тяжелого углеводорода в газе, мас.%; r_см - средняя плотность 1.1. Основные параметры

Газовые законы

· закон Авогадро - 1кмоль газа при нормальных условиях (р=760 мм рт. ст.; Т=0⁰С) занимает объём 22.41м³;

· закон Дальтона - аддитивности парциальных давлений p_i

р= å р_i; (1.1)

· закон Амаги - аддитивности парциальных объёмов v_i

v=å v_i. (1.2)

Определения:

· аддитивным называется суммарное физическое свойство смеси, определяемое как сумма произведений молярных (объёмных) долевых концентраций компонентов в смеси на свойства этих компонентов;

· парциальное давление компонента смеси p_i - давление, которое он бы имел при удалении из объёма, занимаемого смесью, остальных компонент при неизменных величинах начального объёма и температуры;

· парциальный объём компонента смеси v_i- объём, который он бы имел при удалении из объёма, занимаемого смесью, остальных компонент при неизменных величинах начального давления и температуры.

Параметры газовых смесей

Плотность газа в нормальных условиях определяется по закону Авогадро

r = М/22.41, кг/м³, (1.3)

где М - молекулярная масса, М=G/m.

Относительная плотность - плотность газа отнесённая к плотности воздуха r_в при тех же значениях давления и температуры

. (1.4)

При определении относительной плотности надо иметь в виду, что стандартными условиями в физике считаются 0⁰С и 0,1013МПа, а коммерческие расчеты в газовой промышленности приводятся к условиям t=20⁰С и p=0,1013МПа. Соответственно, плотность воздуха в первом случае r_в0= 1,293кг/м³, а во втором - r_в0= 1,205кг/м³. Плотность воздуха при требуемом давлении определяется по формуле

r_в = 1,1665р (1.4.1)

Для сравнительной характеристики газа удобнее использовать относительную плотность при нормальных физических условиях

D₀=r₀ / 1,293. (1.4.2)

Состав природного газа характеризуется концентрациями (содержанием) компонент, которые подразделяются на:

· массовые g_i=G_i /G;

· молярные y_i=m_i /m;

· объёмные x_i=v_i /v.

Здесь: i - номер компоненты; G,m,v - масса, число молей и объём; величины без индексов относятся к смеси.

При известных молекулярных массах компонент М_i и смеси М можно осуществить переход от объёмных концентраций к массовым и наоборот:

g_i=x_i M_i /M. (1.5)

При этом по закону Авогадро y_i=x_i.

При известных концентрациях и параметрах компонент средние характеристики смеси определяются следующим образом:

· давление р=p_i /x_i (1.6)

· объём v=v_i /x_i (1.7)

· молекулярная масса M= å (x_i М_i)/100=100/ å (g_i /M_i) (1.8)

· плотность r =100/ å (g_i / r _i)=100M/ å (x_i M_i)/ r_i= å (x_i r _i) (1.9)

В формулах (1.8, 1.9) концентрация дана в процентах.

природного газа, кг/м³; у - содержание данного тяжелого углеводорода в газе, мол.%; r - плотность данного тяжелого углеводорода, кг/м³.

После определения содержания в газе отдельных компонентов пересчитывают содержание в нём n- бутана и газового бензина При этом считают, что в газовый бензин целиком переходит пентан плюс вышекипящие и часть нормального бутана, по величине равная половине содержания пентана плюс вышекипящие.

Пропан бутановая фракция при повышенных давлениях находится в жидком состоянии и переходит в газообразное при понижении давления до атмосферного. Объём паров, получаемый после испарения жидкого углеводорода(при нормальных физических условиях р=0,1013МПа, Т=273 К), можно вычислить по формуле

V_п=G / r_п= 22,41 G / М, м³, (1.11)

где М - молекулярная масса углеводорода, r_п - плотность паров углеводорода при нормальных условиях; G - масса жидкого углеводорода, кг.

Если имеется смесь жидких углеводородов, то объём паров подсчитывается по (1.11) с подстановкой средней молекулярной массы смеси испарившихся углеводородов.

Определение типа залежи

По составу углеводородов

В зависимости от условия залегания и количественного соотношения нефти и газа залежи подразделяются на:

а) газовые - нет тяжелых углеводородов (метан- 95-98%; относительная плотность

D» 0.56; при понижении температуры выделения жидких углеводородов не происходит);

б) газонефтяные - сухой газ + жидкий газ(пропан -бутановая смесь) + газовый бензин С₅₊ (метан = 35-40%, этан = 20%, жидкий газ = 26-30%, газовый бензин = 5%, не углеводороды = 8-13%, D» 1.1);

в) газоконденсатные - сухой газ + конденсат(бензиновая, керосиновая, лигроиновая и иногда масляная фракции) (метан =75-90%, этан = 5-9%, жидкий газ = 2-5%, газовый бензин = 2-6%, не углеводороды = 1-6%, D» 0.7-0.9).

г) газогидратные - газ в твердом состоянии.

Метод Коротаева, Карпова

Метод Коротаева Ю.П. и Карповам А.К. - тип залежи определяется по соотношению в газе изобутана к нормальному бутану:

а)газовые - i-С₄Н₁₀ / n-C₄H₁₀ =g>1;

б)газоконденсатно-нефтяные, газонефтяные и попутный газ - g =0.5-0.8;

в)газоконденсатные - g =0.9-1.1.

Единицы измерения

Пример расчета

По данному массовому составу газа, величине пластового давления p_пл определить:

* -содержание в нем пропана, бутана и газового бензина;

* - параметры смеси;

* - критические и парциальные параметры;

* -вид залежи.

Решение

1. Определяем среднюю молекулярную массу газа по (1.8)

2. Находим плотность газа при нормальных условиях по (1.3)

r_см=32,15/22,41=1,43 кг/м³

3. Находим содержание тяжёлых углеводородов в газе по (1.10) в г/м³

* пропана..............................10 ^. 37,95^.1,43=542,0;

* i - бутана.............................10 ^. 3,25^.1,43= 46,5;

* n -бутана.............................10 ^. 12,05^.1,43=172,0;

* пентана и высших...............10 ^. 8,15^.1,43=117,0;

__________________________________________________________

Всего..............................................................877,5 г/м³

Т.о., газового бензина (пентан целиком) и n-бутана (по величине, равной половине пентана) в составе газа будет

117+117/2=175,5 г/м³;

* пропана.............................. 542,0 г/м³;

* i - бутана............................. 46,5 г/м³;

* n -бутана............................. 172-58,5=113,5 г/м³.

Всего тяжелых углеводородов 877,5 г/м³.

5. Находим относительную плотность газа по (1.4.2)

D₀=1,43/1,293=1,106.

6. Определяем объёмные концентрации y_i компонент по (1.5), парциальные давления p_i по(1.6):

7. Определим тип залежи:

а) Имеем - D=1,106; метана-39,09%; жидкого газа (пропан-бутановая фракция) -»31%, газ. Бензина» 8%. Т.о. по разделу (3.1) месторождение можно считать газонефтяным.

в) по Коратаеву - g=0,27. Газ можно отнести к газонефтяному.

8. Найдем объём паров после испарения 702 кг пропан -бутановой фракции, в которой содержится: пропана - 542 кг, бутана - 160кг.

Находим процентное содержание пропана и бутана в данной фракции:

пропан - g = 542^.100 / 702=77,2%;

бутан - g= 100-77,2= 22,8%.

Определим среднюю молекулярную массу смеси

Объём паров (11)

V_п= 22,41^.702 / 46,72=336,7 м³.

9. Найдём критические и приведенные параметры смеси:

Т.к. объёмное содержание высококипящих и неуглеводородных компонент больше 10%, то для расчета критических параметров используем зависимости (1.12.1)

К= 128.46; К²= 16502,85; J=106,79; J²=11404,1041;

р_кр=1,45 МПа; Т_кр=154,5 К.

Рассчитаем критические параметры по (12):

р_кр=4,3 МПа; Т_кр=266,5 К.

Рассчитаем критические параметры по (14.1):

р_кр=4,44 МПа; Т_кр=262,3 К.

1.8. Проверочные задания

По данному составу газа, величине пластового давления p_плопределить:

* -содержание в нем пропана, бутана и газового бензина;

* - параметры смеси;

* - критические и парциальные параметры;

* -вид залежи.

Вязкость

Для расчета динамической вязкости природных газов m следует использовать соотношения Тодоса, которые в зависимости от величины приведённой плотности r_пр=r/r_кр имеют вид:

а) r_пр> 2

b) 0,3<r_пр£ 2

(3.1)

c) r_пр£ 0,3

где .

Коэффициент динамической вязкости m₀ при атмосферном давлении в зависимости от температуры рассчитывается по зависимостям:

а) при Т_пр³ 1,5

(3.2)

при Т_пр< 1,5

В формулах (2), (3): р_кр - 0,1МПа, m - мкПа×с, Т - ^оК.

Для расчета вязкости в зависимости от температуры при атмосферном давлении можно использовать и следующие зависимости:

(3.3)

или

, (3.3.1)

где t- ⁰С, h-м Па ^.с.

Погрешность расчетов по формулам (3.3), (3.3..1) при 12 £ М_см£100 и 283 £ Т£477 К не превышает 5%.

Порядок расчета m:

При содержании азота в при родном газе более 5% следует учитывать его влияние на вязкость газа по правилу аддитивности:

, (3.4)

где у_а - молярная доля азота в составе смеси; m_а, m_у - коэффициенты динамической вязкости азота и углеводородной части, соответственно.

Коэффициент динамической вязкости углеводородного конденсата при различных давлениях и температурах приближенно можно рассчитать по эмпирической формуле Муталибова, Шубина и Абдурахманова:

, (3.5)

при 0,1 £ р£50,0 МПа и 30 £ t£200 ⁰C.

Теплоёмкость

При изобарическом процессе зависимость молярной теплоёмкости углеводородных компонентов природных газов при атмосферном давлении и различной температуре приближенно можно выразить следующим уравнением

, (3.6)

где t - температура, ⁰С; M_i - молекулярная масса углеводорода, являющегося компонентом природного газа (от метана до гексана включительно). Погрешность в интервале температур от -40 до +120⁰С: для СН₄ - С₅Н₁₂ – не более5%, для С₆Н₁₄-С₇Н₁₆ – не превышает 10%.

При изобарическом процессе молярная теплоёмкость неуглеводородных компонентов природных газов (азота, углекислого газа, сероводорода) равна примерно половине теплоёмкости углеводорода с одинаковой молекулярной массой при одной и той же температуре, которая рассчитывается по уравнению (7). Теплоёмкость смесей рассчитывается по правилу аддитивности

, (3.7)

где y_i - молярная доля i-го компонента в смеси; С_р,i - молярная теплоёмкость i-го компонента.

Молярная теплоёмкость природных газов зависит от давления и температуры

, (3.8)

где DС_р(р,t) - изотермическая поправка теплоёмкости на давление.

Поправка находится из графика по приведённым значениям давления и температуры или аналитически из уравнения состояния, на пример, Пенга-Робинсона

(3.9)

Здесь:

(3.10)

Для приближенных расчетов при 0,02 £ р_пр £ 4 и 1,3 £ Т_пр £ 2,5 поправку DС_р(р,t) можно рассчитать с погрешностью, не превышающей 10% по формуле

[кДж/(кмоль К)]. (3.11)

При изобарическом процессе молярную теплоёмкость природного газа можно рассчитать и по формуле, предложенной Гухманом и Нагаревой

[кДж/(кмоль К)]. (3.12)

Для расчета температуры и мощности в процессах адиабатного расширения и сжатия природных газов необходимо строго математически определить значения температурного К_Т и объёмного К_V коэффициентов адиабаты. Последнее возможно при определении частных производных коэффициента сверхсжимаемости соотношениями (1.30) и подстановкой их в зависимости:

, (3.13)

, (3.14)

Коэффициент адиабаты природного газа находится по формуле

(3.15)

или используя аппроксимацию вычитаемого в знаменателе

(3.16)

Если в расчетах необходимо иметь не молярную, а массовую теплоёмкость, то следует значение молярной теплоёмкости разделить на молекулярную массу газа М_i, т.е на массу киломоля i-го компонента, кг/моль.

Теплопроводность газов

Теплопроводность - физическое свойство вещества, определяющее скорость переноса теплоты и выражаемое уравнением Фурье

, (3.26)

где dQ/dt - перенос теплоты посредством проводимости, Дж/с; l - коэффициент теплопроводности вещества (теплопроводность) Вт/(м К); А - площадь, перпендикулярная направлению потока тепла, м²; х - расстояние, м; Т - температура, К.

Теплопроводность природной газовой смеси можно определить по приведённой плотности r_пр=r/r_кр из зависимостей Стила -Тодоса и Тиракьяна.

Зависимости Стила-Тодоса:

а) r_пр> 2

b) 0,5<r_пр£ 2

(3.27)

c) r_пр£ 0,5

где , l измеряется в 418.68 Вт/(м К).

Коэффициент теплопроводности l₀ при атмосферном давлении имеет следующую зависимость от температуры

, (3.28)

где

При Т_пр=0,8 - 8,0

. (3.29)

Зависимость Тиракьяна

(3.30)

где n- число атомов углерода в молекулах; для смеси n=åx_in_i.

 

Табл. 1 Физико-термодинамические свойства компонент природного газа

Параметры	Компоненты
Формула	СН4	С2 Н6	С3 Н8	n – С4 Н10	i-С4 Н10	n- С5 Н12	i-С5 Н12
Молекулярная масса, М	16,04	30,07	44,1	58,12	58,12	72,15	72,15
Газовая постоянная R, м/оС	52,95	28,19	19,23	14,95	14,95	11,75	11,75
Относит. плотн. по воздуху	0,555	1,049	1,562	2,091	2,067	2,674	2,49
Температура кипения при 0,1МПа, К	111,7	184,6	231,1	272,7	261,5	309,3	301,0
Критическая температура, К	190,5	305,4	369,8	425,2	408,1	469,6	460,4
Критическое давление, кгс/см2	46,95	49,76	43,33	38,71	37,19	34,35	34,48
Критический уд. объём,м3/кг	0,0062	0,0047	0,0044	0,0044	0,0043	0,0043	--
Теплоёмкость при 0 С и 1ата,ккал/кг*оС Ср / Сv	0,5712 0,3936	0,3934 0,3273	0,3701 0,3252	0,3802 0,3466	0,3802 0,3466	0,3805 0,3533	0,3805 0,3533
Коэффициент динамич. вязкости, мкПа с(20ОС;1ата)	10,5	8,72	7,65	6,96	7,03	6,35	6,51
Критический коэффициент сжимаемости zкр	0,29	0,285	0,277	0,283	0,274	0,269	0,264
Ацентрический фактор w	0,0104	0,0986	0,1524	0,201	0,1849	0,2539	0,2223
Теплопроводность (273 К; 1ата), ккал/м*ч*оС	0,026	0,016	0,013	0,011	0,01	0,0106	0,0106

 

Параметры	Компоненты
Формула	С6Н14	С7 Н16	С8 Н18	N2	H2O (пар)	H2S	CO2
Молекулярная масса, М	86,18	100,2	114,22	28,02	18,02	34,08	44,01
Газовая постоянная R, м/оС	9,84	8,46	7,42	30,26	37,06	24,89	19,27
Относит. плотн. по воздуху	2,974	3,45	3,82	0,967	0,624	1,19	1,529
Температура кипения при 0,1МПа, К	341,9	371,6	398,9	77,3		211,4	194,7
Критическая температура, К	507,4	540,2	568,8	126,26	647,15	373,6	304,2
Критическое давление, кгс/см2	30,72	27,9	25,35	34,65	225,4	91,85	75,27
Теплоёмкость при 0 С и 1ата,ккал/кг*оС Ср / Сv	0,3827 0,36	0,3846 0,3652	0,3856 0,3686	0,2482 0,177	0,4441 0,4369	0,253 0,192	0,1946 0,1496
Коэффициент динамич. вязкости, мкПа с(20ОС;1ата)	0,6169	0,55	0,503	1,698	0,901	1,202	1,394
Критический коэффициент сжимаемости zкр	0,264			0,291	0,23	0,268	0,274
Ацентрический фактор w	0,301	0,35	0,402	0,04	0,348	0,1	0,231
Теплопроводность (273 К; 1ата), ккал/м*ч*оС	0,0097	0,0092	0,0084	0,02	0,015	0,011	0,012

Табл. 2 Единицы измерения

 

Параметры	Единицы измерения
	СИ	СГС	Смешанная
Теплоёмкость	Дж/ град	эрг/ град= 10-7 Дж/ град	кал/град= 4,1868 Дж/ град
Газовая постоянная R	Дж/(кг град)	эрг/(г град)	м/град= 9,81Дж/(кг К) кал/ (г град)= 4,1868 Дж/(кг град)
Температура	К=273 + оС	К	оС
Сила	ньютон(н)= кг*м/с2=105дн= 0,1013кгс	дина(дин)= г*м/с2 =10-5 н	кгс=9,81н
Давление	паскаль(Па) =н/м2 =10дин (1МПа=106Па)	дин/см2=0,1Па= мкбар	ата=кгс/см2= 9,81*104Па» 0,1МПа=1бар
Коэффициент динамич. вязкости	Па*с=н с/м2= кг/(м с) (1мкПа*с=10-6 Па*с)	пуаз(Пз)= дин*с/см2= 0,1Па*с	кгс с/м2=9,81 Па*с= 90,81Пз
Теплопроводность	вт/(м град)	эрг/(см град)= 10-5 вт/(м град)	ккал/(м*ч*град)= 1,163 вт/(м град) кал/(см с град)=418,68 вт/(м град)
Энергия	Дж	эрг=10-7Дж	кал=4,1868Дж

 

Содержание тяжелых углеводородов в газе.

Объём паров после испарения жидкости

 

Принято считать, что в газе три тяжелые фракции: пропановая, бутановая и газовый бензин. Последний принимается состоящим по массе из 1/3 бутана и 2/3 пентана (плюс вышекипящие).

Если дан массовый или молярный состав газа, то содержание тяжелых компонентов в г/м³ определяется по формуле

А_i=10g_ir_см= 10у_ir_i, г/м³. (1.10)

Здесь: g - содержание данного тяжелого углеводорода в газе, мас.%; r_см - средняя плотность 1.1. Основные параметры

Газовые законы

 

· закон Авогадро - 1кмоль газа при нормальных условиях (р=760 мм рт. ст.; Т=0⁰С) занимает объём 22.41м³;

· закон Дальтона - аддитивности парциальных давлений p_i

р= å р_i; (1.1)

· закон Амаги - аддитивности парциальных объёмов v_i

v=å v_i. (1.2)

Определения:

· аддитивным называется суммарное физическое свойство смеси, определяемое как сумма произведений молярных (объёмных) долевых концентраций компонентов в смеси на свойства этих компонентов;

· парциальное давление компонента смеси p_i - давление, которое он бы имел при удалении из объёма, занимаемого смесью, остальных компонент при неизменных величинах начального объёма и температуры;

· парциальный объём компонента смеси v_i- объём, который он бы имел при удалении из объёма, занимаемого смесью, остальных компонент при неизменных величинах начального давления и температуры.

 

Параметры газовых смесей

 

Плотность газа в нормальных условиях определяется по закону Авогадро

r = М/22.41, кг/м³, (1.3)

где М - молекулярная масса, М=G/m.

Относительная плотность - плотность газа отнесённая к плотности воздуха r_в при тех же значениях давления и температуры

. (1.4)

При определении относительной плотности надо иметь в виду, что стандартными условиями в физике считаются 0⁰С и 0,1013МПа, а коммерческие расчеты в газовой промышленности приводятся к условиям t=20⁰С и p=0,1013МПа. Соответственно, плотность воздуха в первом случае r_в0= 1,293кг/м³, а во втором - r_в0= 1,205кг/м³. Плотность воздуха при требуемом давлении определяется по формуле

r_в = 1,1665р (1.4.1)

Для сравнительной характеристики газа удобнее использовать относительную плотность при нормальных физических условиях

D₀=r₀ / 1,293. (1.4.2)

Состав природного газа характеризуется концентрациями (содержанием) компонент, которые подразделяются на:

· массовые g_i=G_i /G;

· молярные y_i=m_i /m;

· объёмные x_i=v_i /v.

Здесь: i - номер компоненты; G,m,v - масса, число молей и объём; величины без индексов относятся к смеси.

При известных молекулярных массах компонент М_i и смеси М можно осуществить переход от объёмных концентраций к массовым и наоборот:

g_i=x_i M_i /M. (1.5)

При этом по закону Авогадро y_i=x_i.

При известных концентрациях и параметрах компонент средние характеристики смеси определяются следующим образом:

· давление р=p_i /x_i (1.6)

· объём v=v_i /x_i (1.7)

· молекулярная масса M= å (x_i М_i)/100=100/ å (g_i /M_i) (1.8)

· плотность r =100/ å (g_i / r _i)=100M/ å (x_i M_i)/ r_i= å (x_i r _i) (1.9)

В формулах (1.8, 1.9) концентрация дана в процентах.

 

природного газа, кг/м³; у - содержание данного тяжелого углеводорода в газе, мол.%; r - плотность данного тяжелого углеводорода, кг/м³.

После определения содержания в газе отдельных компонентов пересчитывают содержание в нём n- бутана и газового бензина При этом считают, что в газовый бензин целиком переходит пентан плюс вышекипящие и часть нормального бутана, по величине равная половине содержания пентана плюс вышекипящие.

Пропан бутановая фракция при повышенных давлениях находится в жидком состоянии и переходит в газообразное при понижении давления до атмосферного. Объём паров, получаемый после испарения жидкого углеводорода(при нормальных физических условиях р=0,1013МПа, Т=273 К), можно вычислить по формуле

V_п=G / r_п= 22,41 G / М, м³, (1.11)

где М - молекулярная масса углеводорода, r_п - плотность паров углеводорода при нормальных условиях; G - масса жидкого углеводорода, кг.

Если имеется смесь жидких углеводородов, то объём паров подсчитывается по (1.11) с подстановкой средней молекулярной массы смеси испарившихся углеводородов.

 

12345Следующая ⇒

Поделиться:

Познавательные статьи:



Техника прыжка в длину с разбега

Организация работы процедурного кабинета

Области применения синхронных машин

Оптимизация по Винеру и Калману