Фізико-хімічні властивості газів (стр. 2 из 2)

Тиск, при якому рідина при даній температурі знаходиться в стані рівноваги зі своїми парами, називається пружністю насичених парів рідини. Залежність пружності парів вуглеводневих газів показана на рисунку 1.03

Стисливість газу характеризує відхилення властивостей реальних газів від законів ідеального газу. Об'єм реальних газів змінюється не пропорційно його тиску й температурі і при однакових умовах стискується більше або менше, ніж ідеальний газ на величину Z— коефіцієнт стисливості, який визначають експериментально або по номограмі залежно від приведених температури й тиску газу.

де

—середні температура й тиск газу;

— середньокритичні температура й тиск газу

відповідно в °К, МПа.

Критичною температурою називають таку температуру, вище якої при будь-якому тиску не можна сконденсувати пару (перевести в рідкий стан).

Критичним тиском називають такий тиск, вище якого не можна випарити рідину при будь-якому підвищенні температури.

2. ТЕРМОДИНАМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ГАЗІВ

Теплоємність системи, Дж/°К,— це відношення кількості теплоти Q, поглинутої газом у певному термодинамічному процесі, до приросту температури ΔТ:

Відношення теплоємності (С) однорідного тіла до його маси (m) називається питомою масовою теплоємністю (Дж/кг·Кº), тобто:

Теплоємність реальних газів залежить від складу газу, температури й тиску.

Теплопровідність визначається кількістю теплоти (Q), що проходить крізь стінку площею (F), товщиною (δ) за проміжок часу (τ) при різниці температур по обидві сторони стінки (T₁ — Т₂) :

де К — коефіцієнт теплопровідності у Вт/м*°К.

Із підвищенням тиску теплопровідність газів зростає (рис. 1.04).

Рис. 1.04 Залежність теплопровідності від приведених температури Т_пр. і тиску Р_пр

Теплота згоряння (теплотворна здатність) — це тепло, що виділяється при згорянні одиниці об'єму (або маси) газу за певних умов. Теплота згоряння визначається кількістю тепла, яке виділяється при охолодженні продуктів згоряння до 273 °К і при конденсації утвореної вологи. Теплоту згоряння природного газу можна підрахувати по теплоті згоряння.

Наявність компонентів, які входятьу його склад, припускаючи, що природний газ підлягає законам ідеального газу (табл. 1.01). інертних газів у газовій суміші зменшує її теплоту згоряння (рис. 1.06).

Рис. 1.05 Залежність теплотворної здатності природного газу від його густини і вмісту інертних газів

Дроселювання газу — це технологічний процес при добуванні і транспортуванні газу, приякому відбувається різке зниження тиску і розширення газового потоку. При [у залежно від перепаду тисків знижується температура газу. Зміна температури газу при _дроселюванні отримала назву ефекту Джоуля-Томсона. Зміну температури газу при йогодроселюванні можна визначити по номограмі (рис.1.06).

Для визначення температури газу після дроселювання знаходять точку з координатами, що відповідає початковим тиску й температурі (до штуцера), а потім цю точку переміщують паралельно найближчійгазоентальпії кінцевого тиску (після штуцера). Ордината цієї точки в новому положенні визначить кінцевутемпературу (після штуцера).

Рис. 1.06 номограма для визначення інтегрального дросельного ефекту для метану

3.ТОКСИЧНІ І ТЕПЛОВІ ВЛАСТИВОСТІ ГАЗІВ

Небезпечними властивостями вуглеводневих газів е їх токсичність, пожежонебезпечність і здатність до утворення вибухонебезпечних сумішей із повітрям.

В атмосферному повітрі населених пунктів, у повітрі робочої зони і у воді водоймищ санітарно-побутового водокористування встановлюються гранично допустимі концентрації шкідливих речовин, які затверджуються Міністерством охорони здоров'я України.

Із газових компонентів природних і попутних газів особливо токсичний сірководень, його запах відчувається при вмісті в повітрі 0,0014—0,0023 мг/л.

Сірководень є отрутою, що викликає параліч органів дихання й серця. Концентрація сірководню 0,06 мг/л викликає головний біль. При концентраціях 1 мг/л і вище настають гостре отруєння і смерть. Гранично допустима концентрація сірководню в робочій зоні виробничих приміщень — 0,01 мг/л, а в присутності вуглеводнів С₁ — С₅— 0,003 мг/л.

Характер дії на організм людини вуглекислого газу — наркотичний, при високих концентраціях викликає швидку задуху через нестачу кисню. Вміст 4—5 % вуглекислого газу в повітрі призводить до запаморочення голови, підвищує кров'яний тиск. Вдихання високих концентрацій вуглекислого газу (20 %) спричиняє зупинку дихання і смерть.

Природні вуглеводневі гази утворюють вибухонебезпечні суміші з повітрям. Існують концентраційні границі вибуховості газів у суміші з повітрям: нижня границя відповідає мінімальній концентрації горючого газу, при якій вибух уже неможливий; верхня — максимальній концентрації, при якій ще можливий вибух.

При вибуху швидкість поширення детонаційної хвилі горіння (900— 3000 м/с) перевищує швидкість звуку в повітрі.

При концентрації газу в повітрі в межах запалювання при наявності джерела запалювання виникне вибух. Якщо вміст газу в повітрі менше нижньої і більше верхньої границі вибуховості, то суміш не здатна вибухати. При цьому вона згоряє спокійним полум'ям. Швидкість поширення фронту хвилі горіння при атмосферному тиску становить близько 0,3—2,4 м/с.

Тиск, що виникає при вибуху газоповітряної суміші, визначається по формулі:

де Р_поч — початковий тиск газоповітряної суміші до вибуху в Па;

Т_виб— температура газів, які утворюються при вибуху (1900—2000 °С), °К;

Т_поч— температура газоповітряної суміші до вибуху, °К;

m — об'єм продуктів горіння газу з урахуванням азот) повітря;

п — об'єм суміші газу в повітрі до вибуху.

Величини т і п визначаються рівняннями реакцій горіння складових частин газу з урахуванням балансу газу й азоту в повітрі, які беруть участь у реакції.

ВИСНОВКИ

Таким чином, ми розглянули фізико-хімічні властивості газів з трьох аспектів: з боку визначення основних параметрів, термодинамічних властивостей, а також токсичних і теплових властивостей. Такий підхід дав нам змогу побачити зв’язок між хімічною структурою, фізичними параметрами газу та навколишнього середовища та його поведінкою у тих чи інших процесах. Саме такий аналіз дозволяє нам, майбутнім експлуатаційникам газотранспортної системи, у подальшому вирішувати широке коло проблем, пов’язаних із професійною діяльність, проводити спеціальні розрахунки щодо характеристик газу, розуміти природу явищ, пов’язаних зі зберіганням, транспортуванням і використанням природного газу.

Отже, наразі ця інформація є завжди актуальною та необхідною, а особливо – у контексті майбутньої модернізації газотранспортної системи України, що є однією з найпотужніших у Європі.

ЛІТЕРАТУРА

1. Громов А.В., Гузанов Н.Е., Хачикян Л.А. Эксплуатационнику магистральных газопроводов.— М.: Недра, 1987. – 548с.

2. Розгонюк В.В., Удолов О.С., Нікішин В.П. Експлуотаційникові газонафтового комплексу: довідник. – К.: Росток, 1998. – 431 с.

3. Бойченко С.В., Моца В.Г., Тітова О.С. Газ і паливно-мастильні матеріали: Навчальний посібник. – К.:НАУ, 2002, - 188 с.