intTypePromotion=1
ADSENSE

Bài giảng: Công nghệ khí (ThS. Hoàng Trọng Quang) - Chương 2

Chia sẻ: Vang Thi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:78

122
lượt xem
28
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chương 2. Tính chất vật lý và nguyên lý động lực học của khí thiên nhiên - Tính chất của khí thiên nhiên bao gồm: tỷ trọng, khối lượng riêng, áp suất và nhiệt độ giả tới hạn, độ nhớt, hệ số lệch khí, hệ số nén đẳng nhiệt. Sự am hiểu những thông số này là cực kỳ quan trọng để thiết kế và phân tích hệ thống khai thác và xử lý.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng: Công nghệ khí (ThS. Hoàng Trọng Quang) - Chương 2

  1. Bài giảng CÔNG NGHỆ KHÍ Chương 2: TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ NGUYÊN LÝ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA KHÍ THIÊN NHIÊN GVGD: ThS. Hoàng Trọng Quang GVTG: ThS. Hà Quốc Việt
  2. NỘI DUNG Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Tính chất vật lý của khí thiên nhiên GIỚI THIỆU KHÍ LÝ TƯỞNG VÀ KHÍ THỰC TỶ TRỌNG VÀ KHỐI LƯỢNG RIÊNG TÍNH CHẤT GIẢ TỚI HẠN HỆ SỐ LỆCH KHÍ HỆ SỐ THỂ TÍCH THÀNH HỆ HỆ SỐ NÉN ĐẲNG NHIỆT ĐỘ NHỚT NHIỆT ĐỐT CHÁY CỦA KHÍ ENTROPY ENTANPI Nguyên lý động lực học của khí thiên nhiên Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 2
  3. GIỚI THIỆU Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Tính chất của khí thiên nhiên bao gồm: tỷ trọng, khối lượng riêng, áp suất và nhiệt độ giả tới hạn, độ nhớt, hệ số lệch khí, hệ số nén đẳng nhiệt. Sự am hiểu những thông số này là cực kỳ quan trọng để thiết kế và phân tích hệ thống khai thác và xử lý. Khi thành phần của khí được biết thì những tính chất của khí có thể được xác định thông qua các tương quan. Ở đây trình bày các tương quan được phát triển từ những thí nghiệm khác nhau. Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 3
  4. KHÍ LÝ TƯỞNG – KHÍ THỰC Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Định luật khí lý tưởng: P.V = n.R’.T Định luật khí thực: p.Va = z.n.R’.T Với: P - áp suất tuyệt đối (psia). V - thể tích (ft3). n - số mole (lb-mole). R’ - hằng số = 10,73 psia.ft3/lb.mole.R. T - nhiệt độ tuyệt đối (R). z - Hệ số lệch khí. Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 4
  5. KHÍ LÝ TƯỞNG – KHÍ THỰC Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Mole: Lượng vật chất (số nguyên tử hoặc phân tử) có khối lượng bằng trọng lượng nguyên tử hoặc phân tử của vật chất đó.  Không khí: M = 28,97 lbm/lb-mol = 28,97 kg/kmol  Ethane: M = 30,07 lbm/lb-mol = 30,07 kg/kmol  Oxygen: M = 32 lbm/lb-mol = 32 kg/kmol Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 5
  6. KHÍ LÝ TƯỞNG – KHÍ THỰC Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Thể tích khí tiêu chuẩn: Thể tích mà 1 lb-mol choán chỗ ở những điều kiện chuẩn về áp suất (14,7 psia = 1 atm = 760 mmHg) và nhiệt độ (60F = 15,5 C = 520 R) n.R '.T 1 .10 ,73 .520 V tc    379 , 4 SCF P 14 ,7 (SCF- Standard Cubic Feet, ft3) Một lượng khí ròng có thể được biểu diễn theo: ft3 (ở một nhiệt độ và áp suất nhất định) Số mole, Số pound hay số phân tử. Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 6
  7. KHÍ LÝ TƯỞNG – KHÍ THỰC Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Ví dụ 1: Tính lượng khí ethane trong bồn chứa theo số mole, pound, số phân tử và SCF. Cho biết V = 1000 ft3 ở áp suất p = 100 psia và nhiệt độ T = 100 F. Giải:  Giả sử định luật khí lý tưởng được thỏa mãn: PV = nR’T  Số mole: PV 100 .1000 n   16 ,64 lb - moles R' T 10 ,73 .560  Khối lượng: m  n.M  16,64  30,07  500 ,4 lbm  Số pound: G  n.M  16,64  30,07  500 ,4 lb  Số phân tử  n.(2,733 .10 26 )  45 ,5 .10 26 Chú ý: Hệ thống BES, trọng lượng (lb) = khối lượng (lbm = lb.s2/32,2 ft)  g (= 32,2 ft/s2). Thể tích khí ethane ở điều kiện chuẩn: Vtc  n.379,6 SCF  6316 SCF Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 7
  8. KHỐI LƯỢNG RIÊNG & TỶ TRỌNG Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí PV Copyright 2008 M Khoái löôïng n.M R ' T 1. Khối lượng riêng    Theåtích V V pM phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ  R'T 2. Tỷ trọng: g g  (ở cùng áp suất và nhiệt độ)  air pM M   g  R' T  (không phụ thuộc vào áp suất và p.28 ,97 28 ,97 R' T nhiệt độ) Ví dụ 2: Tỷ trọng của một chất khí là g = 0,75 thì khối lượng mole của nó là: M = 28,97g=28,970.75=21,7 lbm/lb-mole. Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 8
  9. KHỐI LƯỢNG RIÊNG CỦA KHÍ TRONG VỈA Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 pV p  Số mole khí chứa trong V = 1 ft3 của vỉa: n   zR ' T zR ' T  Khối lượng mol của 1 mol khí: M = 28,97g  Khối lượng riêng của khí trong vỉa: 28,97 . g .p  g  nM  zR' T • Ví dụ 3: Hãy tính khối lượng của khí trong vỉa biết g = 0,665, z = 0,91 ở p = 3250 psia và T = 213 F. • Giải: 28,97.0,665.3250 g   9.53 lbm / cuft 0,91.10.73(213  460) Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 9
  10. TÍNH CHẤT GIẢ TỚI HẠN Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Nhiệt độ tới hạn Tc là nhiệt độ mà trên nó, trạng thái khí không thể chuyển thành trạng thái lỏng dù có tăng áp suất. Ví dụ: nước ở 374 C, CO2 ở 31,1 C … Áp suất tới hạn pc là áp suất cần phải đạt được để chất khí ngưng tụ thành lỏng ở nhiệt độ tới hạn. Tương tự như khối lượng mole biểu kiến, những tính chất tới hạn của khí có thể được xác định dựa trên tính chất tới hạn của từng thành phần trong khí. Những tính chất như thế gọi là tính chất giả tới hạn. Áp suất giả tới hạn (ppc): Nhiệt độ giả tới hạn (ppc) pci và Tci là áp suất và nhiệt độ tới hạn của thành phần Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 10
  11. TÍNH CHẤT GIẢ TỚI HẠN Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Ví dụ 4: Xác định khối lượng mol biểu kiến; áp suất và nhiệt độ giả tới hạn; tỷ trọng của hỗn hợp khí thiên nhiên sau: 11
  12. TÍNH CHẤT GIẢ TỚI HẠN Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Giải: lập bảng tính 12
  13. TÍNH CHẤT GIẢ TỚI HẠN Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Nếu chỉ biết tỷ trọng của khí mà không biết các thành phần thì áp suất và nhiệt độ giả tới hạn có thể xác định từ đồ thị hoặc các tương quan dựa trên đồ thị. Một tương quan đơn giản: Được sử dụng với điều kiện: H2S < 3%, N2 < 5% và tổng thành phần ngoại lai nhỏ hơn 7% Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 13
  14. TÍNH CHẤT GIẢ TỚI HẠN Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Đối với khí chua thì thường kết hợp phương pháp đồ thị và tương quan. Phương pháp Wichert-Aziz (1972) Nhiệt độ hiệu chỉnh Áp suất hiệu chỉnh Phương pháp Ahmed (1989) Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 14
  15. TÍNH CHẤT GIẢ TỚI HẠN Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Ứng dụng áp suất và nhiệt độ giả tới hạn để tính Áp suất giả giảm (pseudoreduced pressure): ppr Nhiệt độ giả giảm (pseudoreduced temperature): Tpr Dựa trên hai thông số: Tra đồ thị Standing & Katz những đại lượng cần tìm Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 15
  16. HỆ SỐ LỆCH KHÍ Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Hệ số lệch khí: Vactual z Videal gas  z = 0,7  1,2 (Z = 1 đối với khí lý tưởng) Có 04 phương pháp tính hệ số lệch khí z Phương pháp đo Ước tính từ tỷ trọng Phân tích các thành phần của khí Tính từ các tương quan 16
  17. PHƯƠNG PHÁP 1: ĐO THỂ TÍCH MẪU KHÍ Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Đo thể tích mẫu khí ở nhiệt độ và áp suất cần tính hệ số lệch khí rồi đo thể tích mẫu khí đó ở nhiệt độ và áp suất sao cho có hệ số lệch khí  1. p1.Va1  z 1.n.R.T 1  z pV T2   1  1 a1   p1.Va2  z 2 .n.R.T 2  z 2 T1 p 2 Va 2 Ví dụ 5: Một mẫu khí có Va1 = 364,6 ft3 ở 213 F và 3250 psia, Va2 = 70860 ft3 ở 82 F và 14,8 psia (z2  1). Tính hệ số lệch khí? Giải: z1 3250 .364 ,6 460  82    0,91  z1  0,91 1 460  213 14 ,8 .70860 17
  18. PHƯƠNG PHÁP 2: ƯỚC TÍNH Z TỪ TỶ TRỌNG g CỦA CHẤT KHÍ Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Phương pháp của Sutton: 1. Tính áp suất và nhiệt độ giả tới hạn theo (1) và (2) 2. Tính áp suất và nhiệt độ giả giảm theo (3) và (4) 3. Tra z nhờ đồ thị của Standing & Beggs (H.1.2). Áp suất giả tới hạn: ppc = 756,8 - 131,0g - 3,6g2 (0,57 < g < 1,68) (1) Nhiệt độ giả tới hạn: Tpc = 169,2 + 349,5g - 74g2 (0,57 < g < 1,68) (2) Áp suất giả giảm: ppr = p/ppc (3) Nhiệt độ giả giảm: Tpr = T/Tpc (4) Dùng đồ thị của Standing & Katz (ppr, Tpr, z)  z. Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 18
  19. PHƯƠNG PHÁP 2: ƯỚC TÍNH Z TỪ TỶ TRỌNG g CỦA CHẤT KHÍ Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008  Chú ý:  Đường cong hệ số lệch khí là đường quan hệ (p, z)  Nhiệt độ tới hạn là nhiệt độ mà trên nó, trạng thái khí không thể chuyển thành trạng thái lỏng dù có tăng áp suất. Ví dụ : nước ở 374 C, CO2 ở 31,1 C …  Áp suất tới hạn là á p suất cần phải đạt được để chất khí ngưng tụ thành lỏng ở nhiệt độ tới hạn. HÌNH 1 19
  20. PHƯƠNG PHÁP 2: ƯỚC TÍNH Z TỪ TỶ TRỌNGg CỦA CHẤT KHÍ Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Ví dụ 6: Chất khí trong vỉa có g = 0,665, p = 3250 psia, T = 213 F. Tính z? Giải: 1. Dựa theo công thức (1.14) và (1.15)  ppc = 668 psia, Tpc = 369 R 2. Công thức (1.16) và (1.17)  ppr  3250  4,87 ; ppr  160  213  1,82 668 369  ppr = 4,87 và Tpr = 1,82, tra đồ thị H.1.2  z = 0,918. Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 20
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD


intNumView=122

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2