Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 [ 32 ] 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284

1.7.2.2.5. Теплота сгорания. Число Вобба. Коэффициент окисляемости

1.7.2.2.5.1. Теплота сгорания

Теплота сгорания топлива есть количество тепла, которое может выделить в процессе своего горения единичное количество топлива при полном сгорании и при одинаковых условиях по температуре и давлению для исходных реагентов и продуктов реакции.

К примеру, для углеводорода CJH„ теплотворная способность определяется по теплу, выделяемому при реакции:

С„Н„+(л+)0,

ЛС0,+ Н,0

Таким образом, теплота сгорания равна энтальпии реакции горения с обратным знаком: PC » -АсН, и выражается в Дж/моль.

Теплота сгорания называется высшей (PCS) или низшей (PCI), если вода, выделяющаяся в ходе реакции, рассматривается в жидком или газообразном состоянии. В условиях Рд ш 101.325 кПа и То= 273,15 К этой альтернативе соотввтствует разница в 45,07 кДж на один моль образующейся воды.

Для газовых смесей (таких как природный газ), теплота сгорания определяется взвешиванием по мольным долям соответствующих величин для отдельных компонентов, взятых в совершенном состоянии:

PCSfTo) = - XxCHSfTo)

(выражается в кДж/моль), где

х, - мольная доля компонента /,

АСН ° - энтальпия сгорания при температуре То /- го компонента в совершенном состоянии (Дж/моль),

То -стандартная температура горения: если компоненты берутся в совершенном состоянии, то величины не зависят от давления.

Вычисленная таким образом величина PCS" учитывает компоненты смеси (углеводороды Cs), которые в чистом виде при температуре То находятся в жидком состоянии.

Можно показать, что для природного газа величина PCS(To) мало отличается от реальной величины PCS(Po, То), получаемой при строгих, более сложных расчетах (отклонение 50 Дж/моль для Ро = 101,325 кПа и То = 273,15К).

Очень часто используется высшая теплота сгорания, выраженная в МДж/м или в кВт - ч/иР. Она определяется соотношением:

PCS До. (Pi.T,)) =

PCSfTo)

V(P,.T,) где:

PCSfTo) - мольная теплота сгорания.

То - стандартная температура для процесса горения,

V(Pi. ТО - мольный объем смеси в условиях Р,, Т,, стандартных для измерения объемов:

V(P„T,) = Z(P„T,)V°(P,.T,) = Z(P„T,):

здесь Z(Pi, то - коэффициент сжимаемости смеси в условиях Pi и Т,.

Во Франции для процессов горения стандартной является температура То » 273,15 К, для измерения объемов стандартными являются нормальные условия: Ро = 101,325 кПа, То = 273,15 К (в других странах Европы стандартные условия выбираются иначе и везде по-разному).

Постановлением от 25 сентября 1977 года установлены диапазоны изменения теплоты сгорания газов в распределительной сети Франции:

газ В: 9,5 < PCS < 10,5 кВт • 4/vP(h)

газ Н: 10,7 < PCS < 12,8 кВт • ч/м(н)

Определение теплоты сгорания (и показателя Вобба, см. далее) регламентируется стандартом ISO 6 976; эта методика внедрена в программное обеспечение Газпак (см. таблицу § 1.7.2.2.3.1.4).

1.7.2.2.5.2. Число Вобба Определяется соотношением: PCS

и выражается в кВт ч/м(н)

где do ~ нормальная относительная плотность.

Можно показать, что мощность одной горелки пропорциональна числу Вобба сжигаемого газа при прочих бавных условиях; диапазон изменения числа Вобба, допустимый для горелки, соответствует области ее функционирования, ограниченной с одной стороны срывом пламени и, с другой стороны, санитарной нормой горючего (максимально допустимое отношение СО/СОг в продуктах сгорания).

С учетом имевшегося арсенала промышленных и бытовых аппаратов, границы этой области на 1 января 1986 года составляли:

газ В: 11,8 < W < 13,0 кВт • ч/мЗ(н)

газ Н: 13,4 < PCS < 15,7 кВт • ч/ыР(н)

Этот показатвль используется в смесительных установках транспортной сети для регулирования процесса и в области потребления для регулирования мощности нагревателей.

1.7.2.2.5.3. Окислительная способность и коэффициент окисляемости

Окислительная способность (обозначается как V,) есть безразмерное число, выражающее отношение объема воздуха, необходимого для ствхио-метрического горения единицы объема газа (оба объема измеряются в нормальных условиях).

Коэффициент окисляемости определяется отношением:

где:

V, - окислительная способность,

do - нормальная относительная плотность.

в С.Н,-6ут>и»н

..Ни-бутан

спаоабноетъы> (Н) газ1ы> (Н) мадуш

Диаграшм оюютвшюсти промышленных газообразных юплнв.

Сохранение этого параметра при потребляемом давлении фиксированной горелки обеспечивает возможность управления процессом горения; таким образом, этот параметр используется для регулирования горения и представляет собой величину, характеризующую массообмен между газами.

На вышеприведенном рисунке представлены различные газообразные топлива на диаграмме окисляемости: d-

1.7.2.2.6. Вязкость и теплопроводность

1.7.2.2.6.1. Динамическая и кинематическая вязкость

Динамическая вязкость отражает трение между частицами жидкости в потоке при наличии градиентов скорости:

\idu

где:

т - вязкостное напряжение; сила на единицу поверхности, нормальной к оси у,

ц - динамическая вязкость,

-7- - градиент скорости. dy

В системе СИ динамическая вязкость выражается в Па • с. Привычной внесистемной единицей является пуаз (11) или микропуаз (1 мкПз = 1&- Па • с). Старинная единица пуазейль равнялась 10 пуазам или же 1 Па с.

Подаижнп плктим

и(У)

Нтадммная пласлм

В уравнениях гидромеханики наиболее часто встречается отношение:

ц динамическая вязкость р плотность

называемое кинематической вязкостью.

В системе СИ кинематическая вязкость выражается в м/с. Часто используют мм/с, равный 1 сСт (Ст-стоке, единица кинематической вязкости в системе СГС).

Существует очень большое число методов оценки вязкостей газов, большей частью эмпирических.

1.7.2.2.6.2. В паровой фазе

Для чистых тел в паровой фазе наиболее употребима формула Сазерланда для расчета динамической вязкости разреженных газов (низкие давления) в интервале от О до 150°С:

где В и с являются коэффициентами, выражаемыми соответственно в (мкПз - К-) и (К) (см. таблицу ниже), а Т есть абсолютная температура в Кельвинах.

(М - молекулярная масса в г/моль).

Для природных газов была предложена обобщенная зависимость Lee, Starling, Dolan и Ellington в виде:

ц - К ехр Хр*

при этом:

(7.77 + 0,0063М)Т 2,57+1 914,5

122,4 + 12,9М + Т • Т + 0,0095М

Y=1,11+0,04X

Соотношения Херни(4га и Ципперера (Heming. Zipperer) применимы для газовых смесей:

или непосредственно:

при этом:

х, - мольная доля компонента /.

М/ - молекулярная масса (г/моль).

В„ и С„ - коэффициенты смешения (мкПз • К"" и К).

\1„ - динамическая вязкость смеси (мкПз).

Эти соотношения позволяют оценить вязкость газов при атмосферном давлении, а влияние изменения давления на вязкость, хотя оно и мало, может быть учтено с помощью соотношения Экин-Эл-лингтона (Eakin-Ellington):

МР.7)-ц:(П = = Л[вхр (7,237р)-ехр (- 45.9р)]

где:

р - плотность в г/ал", и:

А = 32,80 - 0,1637М

а также:

Т - абсолютная температура в фвдусах Ренкина (T(R) = т(Ю),

р - плотность в г/см,

М - молекулярная масса в г/моль.

Эта корреляция обеспечивает хорошую точность (в лучшем случае невязка составляет несколько в условиях до 170°С и 560 бар) оценки динамической вязкости природных газов в паровой фазе (тяжелых углеводородов С < 0.8%).

Нижеприведенная таблица демонстрирует несколько значений, рассчитанных для метана и различных природных газов (результаты получены с помощью пакета Газпак).

Динашгюская вязкость (в мПз - 10~Пв с) и теплопроводность (а мВт/и К) метана и природного газа (средняя величина для газов 1 - 5).