1÷9 Теплопроводность газов при Рат: 1 – метана, 2 – этана, 3 – азота, 4 – пропана, 5 – n-бутана, 6 – n-пентана, 7 – углекислого газа, 8 – n-гексана, 9 – n-гептана.

2.2.10 Дросселирование газа. Коэффициент Джоуля-Томсона. (рис 87-91)

Дросселирование – расширение газа при постоянной энтальпии в процессе его прохождения через сужающие устройства (т.е. через местное сопротивление, каковым являют­ся: дроссель, диафрагмы, сопла, штуцера, вентиль, кран, сужение трубы и т.д.), сопровождаю­щееся изменением температуры, вызванным затратой энергии на преодоление внутренних молекулярных сил взаимного притяжения. Процесс, происходящий при этих условиях, т.е. при постоянстве энтальпии, называется адиабатическим. Изме­нение температуры газа при изоэнтальпийном его расширении называется дроссель-эффектом и установлено Джоулем и Томсоном. Отношение изменения температуры к изменению давления называется коэффициентом Джоуля-Томсона.

Коэффициент Джоуля-Томсона зависит от состава газа, давления и температуры, изменяется в широких пределах и, может иметь положительный и отрицательный знак. Отрицательный знак коэффициента Джоуля-Томсона показывает, что дроссели­рование сопровождается нагреванием газа. Для природных газов при температурах и давлениях, встречаемых на практике, дросселирование практически всегда сопровождается ох­лаждением газа. На Астраханском газоконденсатном месторождении при давлениях, близких к начальному коэффициент Джоуля-Томсона отрицательный. С увеличением давления за его критическим значением коэффициент Джоуля-Томсона уменьшается и проходит через нуль, т.е. через инверсионную точку, и становится отрицательным. В этом случае газ при дросселировании нагревается. Чем выше давление, тем значительнее нагревание газа.

Значение коэффициента Джоуля-Томсона может быть определено эксперимен­тально и расчетным путем. Для проведения термогазогидродинамических расчетов используют аналитический способ определения коэффициента Джоуля-Томсона D_i по формуле:

(2.76)

В формуле (2.76) Т_кр, Р_кр – критические температура и давление газа, метод определения которых в зависимости от состава газа изложен ранее; f(D_i) – функция, определяемая по графику из рисунка 2.30 в зависимости от приведенных давления и температуры газа. Функция f(D_i) имеет размерность теплоемкости газа.

Графические зависимости f(D_i), показанные на рисунке 2.30 в диапазоне изменений 1,6≤T_пp≤2,1 и 0,8≤Р_пр≤3,5, могут быть выражены формулой:

(2.77)

Или (одно и тоже) Обобщенная функция Джоуля-Томсона равна

кДж/кг*К

Для определения изменения температуры в результате дросселирования газа можно пользоваться номограммой, построенной для метана и показанной на рисунке 2.31. Для определения величины температуры газа после дросселирования на графике находят точку с координатами, соответствующими давлению Р₁ и температуре Т₁ до дрос­селирования. От этой точки проводят параллельно ближайшей изоэнтальпийной кри­вой линию до заданного после дросселирования давления Р₂ и определяют Т₂.

Средний коэффициент Джоуля-Томсона при использовании изоэнтальпийных диаф­рагм определяется по формуле:

D_i=ΔТ/ΔР (2.78)

Рисунок 2.30 – Зависимость обобщенной функции f(D_i) от приведенных давления и температуры.

Рисунок 2.31 – Номограмма для определения интегрального дроссель-эффекта метана.

или из выражения для определения конечной температуры газа после дросселирования:

(2.79)

где

=(Р₁+Р₂)/2Р_п.кр; Т_пр1=Т₁/Т_п.кр; =(P_пр, Т_пр1); (2.80)

– средний коэффициент теплоемкости, рассчитанный для условий средних до и после дросселя давлений и температуры.

Интегральный дроссель-эффект может быть рассчитан и по уравнению состояния Битти-Бриджмена согласно [18].