3.3. Дросселирование газа. Коэффициент Джоуля-Томсона

Изменение температуры при снижении давления на 1ата называется коэффициентом Джоуля - Томсона. Этот коэффициент изменяется в широких пределах и может быть положительным (охлаждение) или отрицательным (нагревание). Для природных газов коэффициент Джоуля - Томсона определяется из выражения

, (3.17)

где .

Значение функции f можно определить по графику или рассчитать с погрешностью менее 7% по корреляции Гухмана и Нагарёвой

, (3.18)

при 0,82  р_пр  3,5 и 1,6  Т_пр  2,1.

Для реальных природных газов коэффициент Джоуля-Томсона, кроме (3.17) можно выразить через коэффициент сверхсжимаемости z:

. (3.19)

Изменение температуры газа в процессе изоэнтальпийного расширения при значительном перепаде давления на дросселе называется интегральным дроссель-эффектом. Это изменение можно определить по соотношению

(3.20)

или по энтальпийным диаграммам

Приближенно конечную температуру газа в процессе дросселирования находят по формуле

, (3.21)

где .

Интегральный коэффициент Джоуля-Томсона для природного газа изменяется от 2 до 4 К/МПа в зависимости от состава газа, падения давления и начальной температуры газа. Для приближенных расчетов среднее значение коэффициента Джоуля-Томсона можно принять равным 3 К/МПа.

Аналитические выражения частных производных от коэффициента сверхсжимаемости позволяют рассчитать изменение температур природных газов при изоэнтальпийном, изоэнтропийном и политропном процессах, т.е. изменение температур природных газов в процессе дросселирования, охлаждения и сжатия в идеальных детандере и компрессоре.

Дифференциальный коэффициент Джоуля-Томсона ( i =const)

. (3.22)

Изменение температуры природного газа в идеальном детандере или компрессоре (S=const)

. (3.23)

Изменение температуры в политропном процессе (=const)

, (3.24)

где ^* - условный к.п.д. процесса (^*<1 при сжатии газа в компрессоре и ^*>1 при расширении газа в детандере).

Эффективность использования свободного перепада давления для охлаждения газа в детандере по сравнению с дросселированием его в штуцере можно рассчитать по уравнению

. (3.25)

3.4. 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;  - 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 _пр=/_кр из зависимостей Стила -Тодоса и Тиракьяна.

Зависимости Стила-Тодоса:

а) _пр> 2

b) 0,5<_пр 2

(3.27)

3. _пр 0,5

где ,  измеряется в 418.68 Вт/(м К).

Коэффициент теплопроводности ₀ при атмосферном давлении имеет следующую зависимость от температуры

, (3.28)

где

Тпр	0,5	1,0	2,0	3,0	5,0	10,0	40,0
f	0,655	0,855	0,97	1,018	1,11	1,192	1,395

При Т_пр=0,8 - 8,0

. (3.29)

Зависимость Тиракьяна

(3.30)

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