Евгений Кириченко (gascount) wrote in engineering_ru,
Евгений Кириченко
gascount
engineering_ru

Коэффициент сжимаемости природного газа

Коэффициент сжимаемости природного газа

   Доброе время суток!
   С позволения модераторов, продолжу тему, начатую 4 апреля:


   Большое спасибо инженерной мысли за комменты к предыдущей заметке. Они очень помогли навести более-менее приемлемый порядок в изложении задачи.
   Кратко о подоплеке интриги. Природный газ имеет интересную особенность – при его сжатии образуется дополнительная степень свободы, позволяющая «доупаковываться» дополнительным количеством газа. Величина «доупаковки» характеризуется коэффициентом сжимаемости природного газа, зависимость коэффициента сжимаемости от давления, температуры и абсолютной плотности газа определяется только эмпирическим путем. Расчетных методик очень много, каждая из них имеет свои граничные условия применения.
   Если функциональная зависимость определяется эмпирическим путем – как правило, это говорит об отсутствии физической модели, которая адекватно описывала бы рассматриваемый процесс. О физическом смысле коэффициента сжимаемости толком не сказано ничего, основное определение – он характеризует отличие реального газа от идеального. Всё. Физическую модель происходящих процессов найти не удалось.
   Чтобы иметь численное представление о происходящих при компримировании природного газа процессах, приведу следующий пример: если сосуд геометрическим объемом один кубометр заполнить природным газом до абсолютного давления сто атмосфер (абсолютная плотность 0,7 кг/м3, температура 20 градусов Цельсия, атмосферное давление 760 мм рт.ст.), то газа в сосуде окажется не 100 кубометров, а 123,9.

   Коэффициент сжимаемости считается данностью, фундаментальным свойством природного газа, не подлежащим целенаправленному воздействию. Ну, есть и есть, как, например, закон всемирного тяготения или закон Кулона.
   Давайте попробуем усомниться в незыблемости закона изменения коэффициента сжимаемости природного газа.
   Велика вероятность того, что феномен сверхсжимаемости определен процессами, связанными с изменением состояния предельных углеводородов на молекулярном уровне – механистической модели для объяснения этого явления недостаточно.
   В комментах к предыдущей заметке, в том числе, прозвучала ключевая фраза: «силы Ван дер Ваальса». Это целая группа явлений, имеющих разные причины, но объединенных между собой объектом воздействия – молекулами. Результат воздействия этих сил на молекулы приводит к возникновению устойчивых и неустойчивых макромолекул и нанообъектов. Высказывалось, правда, мнение, что силы Ван дер Ваальса проявляются только в жидкостях. Но есть нюанс – много их, сил Ван дер Ваальса, хороших и разных. Если между молекулами происходит какое-то непонятное взаимодействие, то можно смело и обоснованно утверждать: это силы Ван дер Ваальса!
   Имеются косвенные факты, свидетельствующие о нелинейных процессах, происходящих при компримировании природного газа:
·        Нелинейное (с экстремумом) изменение скорости звука в природном газе;
·        Нелинейное (с экстремумом при больших значениях давления) изменение динамической вязкости метана;
·        Нелинейное (с экстремумом) изменение скорости истечения газа.
Примечание. Графики и формула Сен-Венана приведены в предыдущей заметке (ссылка в начале текста).

Итак, чисто инженерная задача

Цель: при прочих равных условиях (значениях давления, температуры и абсолютной плотности) добиться увеличения фактической плотности природного газа, что может быть интерпретировано как изменение (уменьшение) коэффициента сжимаемости.
Способ достижения: путем добавления «затравочных присадок» или в присутствии катализатора добиться образования макромолекул или нанообъектов, устойчивых при высоком давлении и самораспадающихся при снижении давления.
Ожидаемый эффект: увеличение пропускной способности участков магистрального газопровода; увеличение запаса газа в ПХГ и  связанная с этим более равномерная по сезонам работа скважин; увеличение количества газа в газобаллонном оборудовании автомобилей, использующих СПГ.
Граничные условия:
·        «Присадки» должны быть топливом и сгорать или перерабатываться вместе с природным газом;
·        «Присадки» не должны иметь отравляющих свойств, то есть быть безопасными для применения в быту конечным потребителем;
·        Макромолекулы (нанообъекты) должны иметь устойчивое состояние при рабочих давлениях оборудования и разрушаться при снижении давления;
Примечание. Возможно, долговременное стабильное состояние макромолекул  – необязательное условие. Допустимо кратковременное взаимодействие молекул при условии, что этих кратковременных взаимодействий будет много в каждый момент времени и что их количество будет одинаково в любой момент времени. Как вариант таких взаимодействий - дисперсные силы между нейтральными молекулами.
·        Макромолекулы (нанообъекты) должны иметь устойчивое состояние в диапазоне температур от -60 до 60 градусов Цельсия;
·        Макромолекулы (нанообъекты) не должны быть жидкой фракцией;
·        Макромолекулы (нанообъекты) не должны оказывать абразивное воздействие на лопатки турбин газоперекачивающих агрегатов и внутренние стенки трубы газопроводов (неактуально для газобаллонного оборудования автомобилей).
   Конечно же, это самый минимум требований.
   Я понимаю, что из окопов прикладной газовой динамики на танке вломиться на делянку химиков – сплошной моветон. Но иначе – никак. Если изложенная задача имеет решение, то решение это будет расположено где-то на стыке физики газа и органической химии.
   И еще. Возможно, у химиков уже существует решение, которое соответствует перечисленным граничным условиям, и решение это было положено в корзинку с надписью «производственный брак». Ну кого могут интересовать полимеры, разрушающиеся при естественном (атмосферном) давлении? Транспортники газа – исключение. Нас интересуют.

Tags: газ, производство, энергоэффективность
Subscribe
promo engineering_ru march 2, 2015 08:17 174
Buy for 200 tokens
Помните байку о разработке космической ручки? Да, она не основана на реальных событиях, но очень наглядно иллюстрирует идею, что простое решение может оказаться лучше сложного. Ракета, построенная по принципу "большого глупого носителя" ("Big Dumb Booster") находится не в диапазоне…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 38 comments