Показатель адиабаты природного газа
Здравствуй, Голос!
Очень хочется писать так, чтоб было интересно – про задачи оптимизации и способы их реализации на языках высокого уровня, про решение нелинейных уравнений, про численное интегрирование на Паскале и еще много о чем. Но пока не получается, все имеющиеся наработки так или иначе связаны с природным газом, поэтому придется материал излагать поступательно, от простого к сложному. По мере возможности, постараюсь «узкие» профессиональные темы сделать максимально интересными. Хотя, всё, что связано с природным газом, само по себе увлекательно. Очень непростой феномен.
Интересен его состав. Основная «масса» - это, конечно, метан (сибирский газ - 95-98%). Чем больше метана – тем качественнее природный газ и тем меньше «копоти» и всевозможной дряни образуется при его сгорании. Кроме метана, в природном газе обязательно присутствуют: этан, пропан, и-бутан, н-бутан, неопентан, и-пентан, н-пентан, с6 и высшие, диоксид углерода, азот, гелий, водород… Плюс «отягчающие» факторы, с которыми ведется натуральная борьба – кислород, пары воды, меркаптановая сера, твердые примеси.
Кубометр качественного природного газа (сибирского) весит примерно 700 грамм. Менее качественный туркменский – ближе к 800 граммам. Мутная информация по американскому сланцевому газа предполагает, что его вес (одного кубометра) приближается к 900 граммам.
Сложен в добыче и транспортировке. Запустить новую скважину – дорого. Заглушить действующую скважину – дорого. Снова ввести в работу заглушенную скважину – затраты сопоставимы с бурением новой скважины. Из всех этих проблем возникает необходимость долгосрочного планирования необходимых объемов добычи газа и, как следствие, наличие «длинных» контрактов на его поставку.
Теперь по сегодняшней теме – показателю адиабаты.
У меня богатое воображение, но представить умозрительно физический смысл показателя адиабаты получается с большим трудом. Как можно предметно и наглядно описать параметр, который характеризует – внимание! - изменение удельной теплоемкости газа в зависимости от компонентного состава, плотности, температуры и давления? Кстати, второе наименование показателя адиабаты – показатель изоэнтропии – подразумевает, что изменение удельной теплоемкости рассматривается без теплообмена с окружающей средой, то есть энтропия Вселенной в данном случае выводится за рамки модели.
Смутное понимание характеристики никоим образом не отменяет необходимость ее расчета. Без определения величины показателя адиабаты невозможно рассчитать скорость звука в газе, скорость истечения газа и выполнить всю последующую цепочку сложных расчетов, связанных с дальнейшими телодвижениями по контролю оперативного режима и обеспечения безаварийной и эффективной работы систем транспортировки и распределения природного газа.
Для расчета коэффициента адиабаты имеется эмпирическое выражение, которое называется формулой Кобза:
Это наиболее оптимальное выражение для расчета, так как все исходные данные всегда под рукой, в том числе и молярная доля азота в газе – химический анализ газа выполняется на объектах повсеместно, и как минимум один раз в десять дней формируется паспорт качества природного газа, в котором, помимо прочего, указывается и молярная составляющая азота.
Если имеется интерес или необходимость, то расчет в онлайн-режиме можно сделать здесь:
У меня в Голосе только второй пост и между головой и руками еще не выработались взаимосвязи, позволяющие по человечески оформлять публикуемые материалы, поэтому вариант функции для расчета показателя адиабаты (Object Pascal) размещаю «картинкой»:
Понимаю, что это моветон. Однако, заинтересовавшиеся могут перейти по ссылке в LiveJournal, где вариант функции (на PHP) представлен в текстовом виде: