ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Фазовые состояния природных углеводородов из "Очистка и переработка природных газов" Для характеристики исследуемой системы и расчета ее энергетического уровня необходимо знать, находится ли система в твердом, жидком или парообразном состоянии или представляет собой сочетание этих состояний. На рис. 6 представлена в общем виде диаграмма давление—объем—температура для чистых веществ. Для удобства пользования два из этих переменных параметров могут быть представлены в обычной системе координат. Графики этого типа описывают качественное поведение системы. [c.23] График р—Т для чистых веществ. На рис. 7 представлена зависимость давления от температуры для чистых веществ. Линии НВ, НС и/ Я называются равновесными, так как они соответствуют сочетанию давлений и температур, при которых примыкающие фазы находятся в равновесии. При равновесии можно изменить фазовое состояние системы, не изменяя давление и температуру, а лишь добавив или изъяв из системы определенное количество энергии. Точка Я называется тройной, так как она соответствует давлению и температуре, при которых вещество одновременно может находиться в трехфазном состоянии. Вдоль линии ЕН не может быть жидкой фазы и твердое тело сублимируется в пар, минуя жидкое состояние. [c.23] Кривая НП представляет собой равновесную линию между твердой и жидкой фазами. Примером такого равновесного состояния является лед, который тает при 0° С и атмосферном давлении. [c.23] Кривая НС — линия равновесия между паром и жидкостью, которое начинается в тройной точке и продолжается до критической точки С. Давление и температура Г в этой точке называются критическими. В точке С свойства жидкой и паровой фаз становятся одинаковыми. Для чистых веществ критическая точка может быть определена как точка, выше которой жидкость не может существовать как единственная отдельная фаза. [c.23] Линию НС часто называют кривой упругости паров. На рис. 8 приводятся данные по упругости паров углеводородов, некоторых хладагентов и воды. Одновременно линия НС является также кривой температур кипения и кондецсации чистых веществ. [c.23] Проследим за ходом процесса, который начался при давлении р и продолжается при постоянном давлении (см. рис. 6, 7). [c.23] Таким образом, система переходит из жидкого состояния в парообразное при одних и тех же температуре и давлении без резкого изменения фаз, что подтверждает принцип непрерывности между фазами. [c.24] Вдоль отрезка bd сосуществуют шар и жидкость. Так как в однокомпонентной системе при постоянной температуре жидкость и пар могут сосуществовать только под давлением пара, то линия bd располагается горизонтально. Точка d — это точка росы (конденсации), так как она соответствует условиям, при которых из паровой системы образуется первая капля жидкости. Вдоль линии de вся система находится только в паровой фазе. Изменение удельного объема (а также плотности) на отрезке Ъ—d представляет собой изменение удельного объема системы от состояния насыщенной жидкости до состояния насыщенного пара. [c.25] Температурная линия, проходящая через точку С, соответствует критической температуре T . Она определяет также критическое давление Рк и критический объем Необходимо отметить, что эта линия является единственной плавной линией графика. [c.25] Кривую, связывающую область двух фаз, в которой существует пар и жидкость, обычно называют фазовой оболочкой. [c.25] Поперечный график насыщенных фаз показан на рис. 10. Линия, проведенная через средние значения соответствующих плотностей пара и жидкости, проходит также и через критическую точку, в которой все свойства системы, в том числе и плотность, становятся одинаковыми. [c.25] Степени свободы системы связаны с перемени],1МП, определяющими ее фазовое состояние с давлением, температурой, объемом, а также с общим или парциальным составом одной или нескольких фаз, из которых состоит система. [c.26] Рассмотрим метан как систему (см. рис. 7—9), число компонентов которой равно единице. В этом случае Р р = Ъ. Если мы имеем две фазы, находящиеся в равновесии вдоль линии НС (см. рис. 7), лз р = = 2 и = 1, поэтому для определения положения системы достаточно одного параметра — давления или температуры. В точке g существует только одна. фаза, а р = 1 и Р = 2, поэтому для определения точного расположения этой точки на фазовой диаграмме необходимо знать давление и температуру системы. В точке IV могут существовать три фазы, в этом случае р = 3. [c.26] В системе может существовать не одна, а несколько жидкостей. Многие системы содержат не только углеводороды, но и воду в жидкой фазе, так как они нерастворимы друг в друге. Они образуют отдельные жидкие фазы, имеющие различные свойства. Для системы, состоящей из паров, углеводородной жидкости и воды, р = 3 и и = 2. Подобными свойствами могут обладать и некоторые индивидуальные вещества. Например, гелий при температурах, близких к температуре абсолютного нуля, образует несколько жидких фаз, каждая из которых имеет свою характеристику. [c.26] Кривая точек кипения соответствует 100%-ному содержанию жидкости, кривая точек конденсации (точек росы) — отсутствию жидкости в системе. [c.27] Линия АВВЕ отражает типичный процесс изотермической ретроградной конденсации, которая происходит в пласте любого газоконденсатного месторождения. В точке А находится отдельная жидкая фаза за пределами фазовой оболочки. По мере падения давления продукт пласта достигает области, в которой начинается конденсация (точка В). При дальнейшем снижении давления жидкости образуется еще больше за счет изменения крутизны линий равных объемов. Заштрихованная область ограничивается точками изгиба этих линий. После выхода процесса за пределы заштрихованной области жидкости образуется все меньше и меньше, пока не будет достигнута точка росы Е. Ниже точки Е жидкость не образуется. [c.27] Заштрихованная область, расположенная слева от критической точки С, не имеет большого значения при эксплуатации месторождений, однако ее можно использовать для температурного контроля за процессом разработки. Поскольку положение критической точки на фазовой оболочке изменяется в зависимости от состава системы, то и величина заштрихованной области изменяется в широких пределах от системы к системе. [c.27] Критическая температура, максимальная температура, при которой жидкость и пар могут сосуществовать в равновесии, а также кривая точек кипения характеризуют продукт пласта, добываемого при эксплуатации месторождения. Соотношение газ—жидкость, плотность жидкости, ее цвет, давление и температура пласта являются лишь общими параметрами и указателями системы и только характеристики фазовой оболочки позволяют определить тип жидкости. [c.27] Нефтяное месторождение, для которого точка I соответствует любой, более низкой, чем критическая температура, как правило, содержит легкую летучую нефть. Пласт такого месторождения отличается от пласта, содержащего тяжелую нефть, тем, что отношение газ—нефть в нем выше, а сама жидкость имеет меньшую плотность. Давление в таком пласте может быть выше или ниже критического. Вообще температура в пласте с легкой нефтью будет ближе к критической температуре, чем в пласте с тяжелой нефтью. [c.27] Любая жидкость, находящаяся в пласте при условиях, определяемых точками I и. 4, не потечет в скважину до тех пор, пока ее концентрация в поро-вом пространстве не достигнет объема, определяемого кривой относительной проницаемости данного пласта. Как только это произойдет, в скважину хлынет двухфазный поток. [c.28] Вернуться к основной статье