Тема 20. Теплотехнические свойства нефтепродуктов и газа

Теплота испарения – количество тепла, расходуемое на превращение в пар одного килограмма жидкости при температуре ее кипения (ее называют еще скрытой теплотой, т.к. она расходуется не на повышение температуры продукта, а на его испарение).

Средние значения теплоты испарения, в кДж/кг: бензина 293–314; керосина – 230–251; дизельных топлив – 209–213; масел – 167–209.

Теплоту испарения нефтяных фракций можно определить по следующей формуле:

l = 4,19· (22Т_к/μ), кДж/кг, где μ – молекулярная масса; Т_к – средняя температура кипения, К.

Теплота конденсации – количество тепла, выделяющееся при конденсации пара в жидкость при той же температуре и численно равное скрытой теплоте испарения.

Теплота сгорания (теплотворная способность) – количество тепла, выделяемое при полном сгорании топлива, кДж/кг (нефть – 42·10³, мазут – 41·10³, уголь – 31·10³, ацетилен – 49·10³, спирт метиловый – 22·10³, этан – 52·10³; бутан – 57·10³).

Теплота плавления (скрытая) – количество тепла, поглощаемое 1 кг твердого тела, когда оно при температуре плавления превращается в жидкость.

Температура застывания – температура, при которой продукт теряет текучесть. С увеличением содержания в нефтепродукте тяжелых углеводородов (УВ) температура застывания уменьшается. Данная характеристика является важным показателем для масел.

Температура кристаллизации – температура, при которой начинается выпадение УВ (в основном парафина), сопровождающееся помутнением нефтепродукта и изменением его вязкостных характеристик. Зная последние две характеристики, можно правильно выбрать способы хранения и транспортировки продуктов с низкой температурой застывания.

Температура кипения – температура, при которой происходит переход вещества из жидкого состояния в парообразное не только с поверхности вещества (как при испарении), но и со всего объема.

Теплоемкость – количество тепла, которое необходимо затратить для нагрева 1 кг вещества на 1°С. В зависимости от того, к какому количеству продукта относится тепло, различают удельную (на единицу массы) и мольную (на один моль) теплоемкости. Зная теплоемкость продукта, можно определить необходимое количество тепла на нагревание его до требуемой температуры. Теплоемкость увеличивается с повышением температуры и уменьшением плотности. В зависимости от условий, при которых происходит процесс для газов и паров, различают теплоемкость при постоянном давлении (С_р) и при постоянном объеме (С_v). Различают также истинную теплоемкость (при данной температуре). Средневзвешенную теплоемкость смеси С_см определяют по закону аддитивности.

Для бензинов теплоемкость изменяется от 1,93 до 2,21 кДж/кг·К при изменении температуры от 0 до 50 °С; для реактивного топлива – от 1,91 до 2,15 кДж/кг·К; для этана – 3,3; для пропана – 2,2.

Влагосодержание природных газов. Природный газ в пластовых условиях насыщен парами воды, поскольку газоносные породы содержат связанную, подошвенную или краевую воду. В эксплуатации месторождений значения давлений и температур изменяются. При этом снижение температуры вызывает уменьшение количества водяных паров в газовой фазе, а снижение давления – увеличение их содержания. В самом пласте по мере разработки происходит увеличение влагосодержания газа, т.к. пластовое давление падает при изотермическом режиме. Влагосодержание природного газа – важнейший параметр, который определяет технологические режимы эксплуатации скважин газопромысловых сооружений.

Содержание влаги в газе характеризуют абсолютными и относительным влагосодержанием.

Абсолютное влагосодержание W равно массе водяных паров в единице объема газовой смеси, приведенной к нормальным условиям (0 °С и 0,1 МПа), и измеряется в г/м³ или кг/1000 м³.

Относительное влагосодержание W₀ – отношение фактического содержания паров воды в единице объема газовой смеси при данных давлении и температуре к его влагосодержанию, т.е. к количеству водяных паров, которые могли бы содержаться в том же объеме и при тех же условиях при полном насыщении. W измеряется в долях единицы или в процентах. Полное насыщение оценивается как 100 %.

Кристаллогидраты природных газов. Многие компоненты природного газа (метан, этан, пропан, изобутан, углекислый газ, сероводород, азот) в соединении с водой образуют кристаллогидраты – твердые кристаллические соединения, существующие при высоких давлениях и положительных температурах. Они представляют собой физические соединения газа и воды, образующиеся при внедрении молекул газа в пустоты кристаллических структур, составленных из молекул воды. Все газы, размер молекул которых находится в пределах (4– 6,9) ·10^-9 м, образуют гидраты.

Гидратообразование определяется давлением, температурой, составом газа и воды.