天然气物性参数及管线压降与温降的计算

整个计算过程的公式包括三部分：

一．天然气物性参数及管线压降与温降的计算 二．天然气水合物的形成预测模型 三．注醇量计算方法

一．天然气物性参数及管线压降与温降的计算 天然气分子量

标准状态下，1kmol 天然气的质量定义为天然气的平均分子量，简称分子量。

∑=i

i M y M

(1) 式中 M —气体的平均分子量，kg/kmol ；

y i —气体第i 组分的摩尔分数；

M i —气体第i 组分的分子量，kg/kmol 。

天然气密度

混合气体密度指单位体积混合气体的质量。按下面公式计算： 0℃标准状态

∑=i i M y 14

.4221ρ (2) 20℃标准状态

∑=i i M y 055

241.ρ (3) 任意温度与压力下

∑∑=i

i i

i V y M y ρ

(4)

式中 ρ—混合气体的密度，kg/m 3

；

ρi —任意温度、压力下i 组分的密度，kg/m 3； y i —i 组分的摩尔分数；

M i —i 组分的分子量，kg/kmol ； V i —i 组分摩尔容积，m 3 /kmol 。 天然气密度计算公式

g

pMW ZRT

ρ= (5)

天然气相对密度

天然气相对密度Δ的定义为：在相同温度，压力下，天然气的密度与空气密度之比。

a

ρ

ρ∆=

(6) 式中 Δ—气体相对密度；

ρ—气体密度，kg/m 3； ρa —空气密度，kg/m 3，在P 0=101.325kPa ，T 0=273.15K 时，ρa =1.293kg/m 3；

在P 0=101.325kPa ，T 0=273.15K 时，ρa =1.293kg/m 3。

因为空气的分子量为28.96，固有

28.96

M

∆=

(7) 假设，混合气和空气的性质都可用理想气体状态方程描述，则可用下列关系式表示天然气的相对密度

28.96g

g g

a a pMW MW MW RT pMW MW RT

∆===

(8) 式中 MW a —空气视相对分子质量；

MW g —天然气视相对分子质量。

天然气的虚拟临界参数

任何气体在温度低于某一数值时都可以等温压缩成液体，但当高于该温度时，无论压力增加到多大，都不能使气体液化。可以使气体压缩成液态的这个极限温度称为该气体的临界温度。当温度等于临界温度时，使气体压缩成液体所需压力称为临界压力，此时状态称为临界状态。混合气体的虚拟临界温度、虚拟临界压力和虚拟临界密度可按混合气体中各组分的摩尔分数以及临界温度、临界压力和临界密度求得，按下式计算。

∑=i

ci

i c T y T

(9)

∑=i

ci

i c P y P

(10)

∑=i

ci

i c y ρρ

(11)

式中 T c —混合气体虚拟临界温度，K ；

P c —混合气体虚拟临界压力(绝)，Pa ； ρc —混合气体虚拟临界密度，kg/m 3； T ci —i 组分的临界温度，K ； P ci —i 组分的临界压力(绝)，Pa ； ρci —i 组分的临界密度，kg/m 3；

y i —i 组分的摩尔分数。

天然气的对比参数

天然气的压力、温度、密度与其临界压力、临界温度和临界密度之比称为天然气对比压力、对比温度和对比密度。

c r P P

P =

(12)

c r T T

T =

(13)

c r ρρ

ρ=

(14)

式中 P r —气体对比压力；

T r —气体对比温度； ρr —气体对比密度。

天然气压缩系数

对于理想气体，在所有状态下都有RT P ρ=。对于实际气体，引入一个修正系数以使得

RT Z P ρ= (15)

式中Z 叫做压缩系数，它表示实际气体与理想气体的偏离程度。对于理想气体，在所有状态下Z 的值都为l 。对于实际气体，Z 是状态函数。

关于天然气压缩因子的计算，主要采用Pong-Robinson 方程：

()

()()

RT a T p V b V V b b V b =

--++- (16) 式中

0.511

()()(1)n n

i j i j i j ij i j a T x x a a K αα===-∑∑ (17)

1

n

i i j b x b ==∑ (18)

220.45724cr

i cr

R T a p = (19) 0.0788

cr

i cr

RT b p = (20) ()2

0.5

ri 11i i m T α⎡⎤=+-⎣⎦ (21)

20.37464 1.54220.26992i i i m ωω=+- (22)

式中 K ij —天然气的交互作用参数；

p cr —组分i 的气体临界压力； T cr —组分i 的气体临界温度； T r —组分i 的对比温度； ωi —组分i 的偏心因子。 由方程(16)可得到关于Z 的方程

()()

023)1(32223=-----+--B B AB Z B B A Z B Z (23)