天然气物性资料
天然气高压物性参数计算
摘要天然气的压缩因子、体积系数、压缩系数、粘度等高压物性参数随气藏压力和温度的变化而变化,定量描述和预测这些参数的变化规律具有十分重要的实际意义。
通过电脑程序将天然气高压物性的相关经验公式转变为程序计算，能够很快的得到计算结果以及对计算结果的图形分析，通过最后的图形分析我们能很直观的看出高压物性参数之间的关系，有利于确定合理的开发速度和规模，节省投资，将资金投向回报率高的方案上。
本文中首先介绍了天然气高压物性参数的相关经验及半经验公式，再利用excelVBA实现公式的程序计算，只要输入原始数据，点击相应的高压物性计算按钮就能得到计算结果，数据分析窗体能够自动输出高压物性与相关参数的图形。
关键字：高压物性偏差系数粘度压力温度ABSTRACTGas compressibility factor, volume factor, compressibility, viscosity and other physical parameters with high pressure gas reservoir pressure and temperature changes, quantitatively describe and predict the variation of these parameters has a very important practical significance. Through a computer program related to the physical properties of high pressure natural gas into a program to calculate the empirical formula, can quickly get the results and the calculation results of the graphical analysis, graphical analysis through the last we can see the pressure very intuitive relationship between the physical parameters will help determine a reasonable pace and scale of development, reduce investment, high return on the capital investment program on.This paper first introduces the gas pressure in the physical parameters relevant experience and semi.empirical formulas to achieve reuse excelVBA program calculates the formula, as long as the input raw data, click on the appropriate button to be able to calculate the physical properties of high pressure to get results, analysis of data form can be automatically output pressure properties and related parameters graphics.Keywords: PVT variation ；coefficient of viscosity；pressure ；temperature ；coefficient of volume.重庆科技学院本科生毕业设计目录目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 绪论 (1)1.1国内外天然气高压物性参数计算发展历史 (1)1.2国内天然气分布 (2)1.3天然气高压物性参数计算的意义 (2)2 计算方法介绍 (4)2.1天然气临界参数计算 (4)2.1.1 天然气平均分子量 (4)2.1.2 天然气的相对密度 (4)2.1.3 拟临界压力P PC和拟临界温度T PC (4)2.1.4 拟对比压力P Pr和拟对比温度T Pr的计算 (5)2.2天然气的偏差因子Z计算 (6)2.2.1 Pong.Robinson方程法 (6)2.2.2 Cranmer方法 (7)2.2.3 DPR法 (7)2.2.4 DAK法 (8)2.2.5 平均值法 (9)2.3天然气压缩因子计算 (9)2.4天然气体积系数计算 (10)2.5天然气膨胀系数的计算 (10)2.6天然气的粘度计算 (10)2.6.1 Lee关系式 (11)2.6.2 Dempsey关系式 (11)3 EXCELVBA程序计算 (13)3.1VBA简介 (13)3.2界面设计 (13)3.3操作步骤 (14)3.3.1 原始数据 (15)3.3.2 拟临界压力、温度，拟对比压力、温度的计算 (16)3.3.3 天然气高压物性的计算 (17)3.3.4 图形分析 (22)3.3.5 数据查询 (25)4 结论 (26)参考文献 (27)致谢 (28)1重庆科技学院本科生毕业设计 1 绪论1 绪论1.1 国内外天然气高压物性参数计算发展历史天然气高压物性参数计算问题早在20世纪40年代就有人提出了。
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.天然气物性参数及管线压降与温降的计算 20 C 标准状态1y i M i24.055任意温度与压力下Y i M i式中厂混合气体的密度，P —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， V i —i 组分摩尔容积， 天然气密度计算公式pMW gZRT天然气相对密度天然气相对密度△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。
天然气分子量标准状态下，Ikmol 天然气的质量定义为天然气的平均分子量,Y i M iM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 —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。
0 °C 标准状态按下面公式计算:1 22.414y i M i简称分子量。
(1)kg/m 3；kg/kmol；⑹式中 △—气体相对密度；厂气体密度，kg/m 3；p —空气密度，kg/m 3,在 P o =1O1.325kPa, T o =273.15K 时，p =1.293kg/m 3;在 P o =1O1.325kPa T O =273.15K 时，p =1.293kg/m 3。
因为空气的分子量为28.96,固有28.96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。
天然气(气体计算方程)
n
Mg yi Mi
i1
M g ¡ 天然气相对视分子量 yi ¡ 天然气个组分的摩尔分数 M i ¡ 组分i的分子量
三、天然气的视临界参数 天然气在临界点的温度和压力称为视临界参数，即视临 界温度和视临界压力。由于多组分特点，只有实验方法可以 直接测得天然气的视临界参数，间接方法有Kay混合规则方 法和经验公式 1）Kay方法 若天然气由k种组分组成，则视临界参数为
k
p c y i p ci
i 1 k
pc ¡ 天然气的视临界压力， Mpa Tc ¡ 天然气的视临界温度， K yi ¡ 天然气组分 i的摩尔分数 pci ¡ 天然气组分 i的临界压力， Mpa Tci ¡ 天然气组分 i的临界温度， K
非烃气体（少量）
硫化氢（H2S） 硫醇（RSH） 硫醚（RSR） 二氧化碳（CO2） 一氧化碳（CO） 氮（N2） 水汽（H2O）
稀有气体（微量）
氦（He） 氩（Ar）等。
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¡ 1 天然气的组成和相对视分子量及天然气的视临界参数 二、天然气的相对视分子量
¡ 1 天然气的组成和相对视分子量及天然气的视临界常数 一、天然气的组成 在常温常压下，1-5个碳原子的烃类为气体，即天然气。
天然气是指在不同地质条件下生成、运移，并以一定的压力储集 在地层中的气体。大多数气田的天然气是可燃性气体，主要成分是气 态烃类，并含有少量的非烃气体。 烃类气体
天然气物性参数计算
异丁烷iC4 正丁烷nC4 异戊烷iC5 正戊烷nC5 己烷C6
0.060
物性参数计算结果（标准参比条件101.325kPa，20℃） 摩尔质量(kg/kmol) 高位摩尔发热量 (MJ/mol) 临界压力(MPa) 沃泊指数 (MJ/m³) 17.4778 真实相对密度 918.6086 低位摩尔发热量 (MJ/mol) 0.6046 829.0536 参比条件密度 （kg/m³） 高位体积发热量 (MJ/m³) 0.7266 38.2706 4.8729
4.6022 临界温度(℃) 49.2207
197.3959 爆炸下限（%）
计算依据：GB/T 11062-2014
格
组分名称 摩尔百分数
庚烷C7 辛烷C8 壬烷C9 癸烷C10 氦气He 氩气Ar
黄色区域输入组分 摩尔百分数即可得 出计算结果
20℃） 标况压缩因子 低位体积发热量 (MJ/m³) 爆炸上限（%） 0.9978 34.5396 15.1264
天然气物性参数计算表格
天然气组分化验结果（mol/mol%） 组分名称 摩尔百分数 组分名称 பைடு நூலகம்2.470 水H2O 1.750 硫化氢H2S 0.680 氢气H2 3.500 一氧化碳CO 0.980 氧气O2 100 摩尔百分数 组分名称 摩尔百分数 0.340 0.220
甲烷C1 氮气N2 二氧化碳CO2 乙烷C2 丙烷C3
天然气物性参数
天然气物性参数
一、天然气
1、密度
常温、常压下甲烷的密度为0.7174kg/m3，相对密度为0.5548。
天然气的密度一般为0.75～0.8 kg/m3，相对密度一般为0.58～0.62。
2、着火温度
甲烷着火温度为540℃。
3、燃烧温度
甲烷的理想燃烧温度为1970℃。
天然气的理论燃烧温度可达2030℃。
4、热值
天然气热值一般为8500kcal/Nm3。
5、爆炸极限
天然气的爆炸极限为5%～15%。
二、压缩天然气
压缩天然气(CNG)通常是指经净化后压缩到20～25MPa的天然气。
CNG在20MPa时的体积约为标准状态下同质量天然气的1/200。
三、液化天然气
天然气在常压下，当冷却至-162℃时，由气态变为液态，称为液化天然气(LNG)。
LNG的密度通常在430～470kg/m3之间，LNG的体积约为同量气
态天然气体积的1/620。
四、LNG与燃料油比较
五、气态天然气与LNG换算
1tLNG≈2.3m3LNG
1m3LNG≈620Nm3气态天然气
1tLNG≈1400Nm3气态天然气
六、LNG成本费用
运费：0.062～0.077元/(m3·100km) 运输成本：33.6～42元/(m3·100km) 液化成本：0.6～1.0元/m3
气化站成本：0.6～1.0元/m3。
天然气计量中物性计算方法适用性探讨
标准研究/StandardResearch天然气计量中物性计算方法适用性探讨连子超1杨妮2李学成3许佳4代晓雨5吴萍4（1.华北油田公司华港燃气集团；2.中国石油西南油气田公司华油公司重庆凯源石油天然气有限责任公司；3.国家石油天然气管网集团北方管道大庆输油气分公司；4.国家管网集团山东省分公司德州作业区；5.中国石油吐哈油田分公司工程技术研究院地面工程设计所）摘要：针对目前天然气体积计量中面临的物性参数计算问题，在GB/T 17747.2—2011和ISO 20765-2：2015的基础上，采用Matlab 软件建立AGA8-92DC 和GERG-2008状态方程天然气物性求解程序，以相对偏差（RD）和平均相对偏差（ARD）为评价指标，评估了两种方程在计算不同种类天然气物性上的准确性。
结果表明，在管输天然气压力0～10MPa、温度280～320K 的范围内，AGA8-92DC 和GERG-2008状态方程的计算结果准确度一致，ARD 均为0.03%；对于含重烃天然气，压力小于30MPa、温度250～500K 的范围内，GERG-2008状态方程的计算表现更优，压力大于30MPa，部分温度范围内AGA8-92DC 状态方程的计算表现更优；AGA8-92DC 状态方程和GERG-2008状态方程分别在计算高含硫天然气和液化天然气物性上具有优越性，但当含硫量和重烃含量较大时，偏差会显著增大。
研究结果可为天然气计量工作的持续推进提供实际参考。
关键词：天然气计量；AGA8-92DC 方程；GERG-2008方程；压缩因子；物性计算方法DOI :10.3969/j.issn.2095-1493.2024.01.014Research on the adaptability of physical property calculation method in natural gas measurementLIAN Zichao 1，YANG Ni 2，LI Xuecheng 3，XU Jia 4，DAI Xiaoyu 5，WU Ping 41Huagang Gas Group of Huabei Oilfield Company2Huayou Company Chongqing Kaiyuan Oil &Gas Co.，Ltd.，Southwest Oil and Gas Field Company，CNPC3Daqing Oil and Gas Transmission Company of North Pipeline Co.，Ltd.，PipeChina 4Dezhou Operation Area of Shandong Company，PipeChina5Surface Engineering Design of Engineer Technology Research Institute of Tuha Oilfield，CNPCAbstract：At present，based on GB/T 17747.2—2011and ISO 20765-2：2015，faced with the cal-culation problem of physical property in the volumetric measurement of natural gas，the Matlab soft-ware is used to establish the natural gas physical property solving programs for AGA8-92DC and GERG-2008equation of ing relative deviation （RD）and average relative deviation （ARD）as evaluation indexes，the accuracy of the two equations in calculating the physical properties of differ-ent kinds of natural gas is evaluated.The results show that when the pressure of pipeline natural gas ranges from 0MPa to 10MPa and the temperature ranges from 280K to 320K，the accuracy of AGA8-92DC and GERG-2008equation of state is consistent and ARD is 0.03%.For natural gas con-taining heavy hydrocarbon，the GERG-2008equation of state is performed better when the pressure is less than 30MPa and the temperature is ranges from 250K to 500K while the calculation performance of AGA8-92DC equation is better when the pressure is greater than 30MPa and some temperature第一作者简介：连子超，2018年毕业于河北工业大学（工商管理专业）省任丘市万丰佳园小区，062550。
天然气物性参数(新)
2.1 天然气临界参数计算2.1.1 天然气平均分子量天然气是混合气体，分子量不是一成不变的，其平均分子量按Key 规则计算:g i i M y M =∑（2.1）式中 M g —天然气的平均分子量kg/mol ；M i 、y i —天然气中i 组分的分子量和摩尔分数。
2.1.2 天然气的相对密度首先假定空气和天然气都取同一标准状态，天然气的相对密度可用下式表示： 28.9729g g g gg air air M M M r M ρρ===≈（2.2） 式中 r g —天然气的相对密度；g ρair ρ—同一标准状态下，天然气、空气的密度kg/m 3；g M air M —天然气、空气的平均分子量kg/mol 。
2.1.3 拟临界压力P PC 和拟临界温度T PC① 组分分析方法pc i ci p y p =∑pc i ci T yT =∑（2.3）g i i M y M =∑式中 ci p —— 天然气组分i 的临界压力(绝),MPa ；ci T —— 天然气组分i 的临界温度,(273+t)°K 。
② 相关经验公式方法在缺乏天然气组分分析数据的情况下，可引用Standing 在1941年发表的相关经验公式对于干气2pc 2pc 4.6660.1030.2593.31817g g g gp T γγγγ=+-=+- （2.4）对于湿气2pc 2pc 4.8680.35639.7103.9183.339.7g g g gp T γγγγ=+-=+- （2.5）也可以用下面经验关系式进行计算 对于干气pc pc pc pc 4.88150.386192.2222176.66670.74.77800.248292.2222176.66670.7g g g g gg p T p T γγγγγγ=-=+≥=-=+<（2.6）对于湿气pc pc pc pc 5.10210.6895132.2222176.66670.74.77800.2482106.1111152.22220.7g g g g gg p T p T γγγγγγ=-=+≥=-=+< （2.7）注意：上式是对于纯天然气适用，而对于含非烃CO 2 、H 2S 等可以用Wichert 和Aziz 修正。
天然气物性参数(新)
T ci天然气组分i 的临界温度，(273+t) °2.1天然气临界参数计算2.1.1天然气平均分子量天然气是混合气体，分子量不是一成不变的，其平均分子量按 Key 规则计算:(2.1)式中M g —天然气的平均分子量kg/mol ；M 、y i —天然气中i 组分的分子量和摩尔分数2.1.2 天然气的相对密度首先假定空气和天然气都取同一标准状态，天然气的相对密度可用下式表示:M g M air —天然气、空气的平均分子量 kg/mol2.1.3 拟临界压力 田和拟临界温度T PC①组分分析方法(2.3)M g y j M i式中P ci ―― 天然气组分i 的临界压力(绝),MPa ；r gairM g M gM g M air 28.9729(2.2)式中 r g —天然气的相对密度;air—同一标准状态下，天然气、空气的密度kg/m 3；P pcy i P ci② 相关经验公式方法在缺乏天然气组分分析数据的情况下，可引用Standing 在1941 年发表的相关经验公式对于干气p pc T pc 4.66693.30.103 g181 g 70.25 g22 g（2.4）对于湿气p pc 4.8680.356 g39.7 g2Q（2.5）T pc 103.9 183.3 g 39.7 g2也可以用下面经验关系式进行计算对于干气p pc4.8815 0.3861 gT pc92.2222 176.6667 g g 0.7p pc4.7780 0.2482 gT pc 92.2222 176.6667 g g 0.72.6)对于湿气p pc5.1021 0.6895 gT pc132.2222 176.6667 g g 0.7（2.7）p pc4.7780 0.2482 gT pc 106.1111 152.2222 g g 0.7注意：上式是对于纯天然气适用，而对于含非烃CO2 、H2S 等可以用Wichert 和Aziz 修正。
油藏物理 第二章
i 1
Mi为组分i的摩尔质量
第一节 天然气的视分子量和密度
例：已知质量组成求摩尔组成：
组分 C1 C2 C3 C4 ∑
质量分数wi 0.85 0.1 0.04 0.01 1
ni=wi/Mi 0.85/14 0.1/30 0.04/44 0.01/58 0.065
yi=ni/∑ni 0.932 0.051 0.014 0.003 1.000
素及确定方法 本章难点： 压缩因子的定义、物理意义和确定方法 天然气粘度的影响因素分析
第二章 天然气的高压物理性质
天然气的最大特点是具有极大的压缩性
1、天然气是以溶解状态存在于石油中或以游离状态存在于油 藏的顶部(气顶气)或存在于全部气藏中(气田气)
2、天然气是一种混合气体，其组分复杂且经常改变 3、天然气和原油之间处于同一相态平衡体系中，油气相态随
第二章 天然气的高压物理性质
本章目的： 了解天然气的化学组成描述方法 了解天然气分子量、密度和相对密度的定义 了解天然气的状态方程和对应状态原理 了解天然气的压缩因子、体积系数、压缩系
数、粘度的定义、影响因素及确定方法
第二章 天然气的高压物理性质
本章重点： 天然气的状态方程和对应状态原理； 天然气各高压物性参数的定义、影响因
第二节 天然气的状态方程★和对比状态原理
(2)压缩因子
定义：给定T、P下，实际气体所占体积与同温同压下相同数
量的理想气体所占体积之比
物理意义: 反映了实际气体与理想气体压缩性的差异 ➢ 实际气体分子有体积→实际气体比理想气体难压缩 ➢ 分子间有引力→实际气体比理想气体易压缩；
大小反映了两方面影响的综合效果 ➢ Z＝1，V实＝V理→实气接近理气 ➢ Z＜1，V实＜V理→实气比理气易压缩←引力 ➢ Z＞1，V 实＞V 理→实气比理气难压缩←斥力
天然气物性参数(新)
2.1 天然气临界参数计算2.1.1 天然气平均分子量天然气是混合气体，分子量不是一成不变的，其平均分子量按Key 规则计算: g i i M y M =∑ （2.1） 式中 M g —天然气的平均分子量kg/mol ；M i 、y i —天然气中i 组分的分子量和摩尔分数。
2.1.2 天然气的相对密度首先假定空气和天然气都取同一标准状态，天然气的相对密度可用下式表示：28.9729g g g g g air air M M M r M ρρ===≈（2.2） 式中 r g —天然气的相对密度；g ρair ρ—同一标准状态下，天然气、空气的密度kg/m 3；g M air M —天然气、空气的平均分子量kg/mol 。
2.1.3 拟临界压力P PC 和拟临界温度T PC① 组分分析方法pc i ci p y p =∑pc i ci T yT =∑（2.3） g i i M y M =∑式中 ci p —— 天然气组分i 的临界压力(绝),MPa ；ci T —— 天然气组分i 的临界温度,(273+t)°K 。
② 相关经验公式方法在缺乏天然气组分分析数据的情况下，可引用Standing 在1941年发表的相关经验公式对于干气2pc 2pc 4.6660.1030.2593.31817g g g gp T γγγγ=+-=+- （2.4）对于湿气2pc 2pc 4.8680.35639.7103.9183.339.7g g g gp T γγγγ=+-=+- （2.5）也可以用下面经验关系式进行计算 对于干气pc pc pc pc 4.88150.386192.2222176.66670.74.77800.248292.2222176.66670.7g g g g gg p T p T γγγγγγ=-=+≥=-=+< （2.6）对于湿气pc pc pc pc 5.10210.6895132.2222176.66670.74.77800.2482106.1111152.22220.7g g g g gg p T p T γγγγγγ=-=+≥=-=+< （2.7）注意：上式是对于纯天然气适用，而对于含非烃CO 2 、H 2S 等可以用Wichert 和Aziz 修正。
油层物理学2
注：偏心因子ω的意义及应用见第三章
2—4 名 称 分子式 分子量
一些非烃类气体的物性常数 临界压力 Pc，MPa 3.7714 7.3787 0.2289 1.3031 9.0080 3.3936 5.0807 22.1286 临界温度 Tc，K 132.78 304.17 5.278 33.22 373.56 126.11 154.78 647.33 液体密度 （标准 条件下）g/cm3 0.856 0.827 / 0.07 0.79 0.808 1.14 1.0 -0. 2234 0. 0949 0. 0355 0. 0196 0.3210 0. 2250 偏心因子 ω
第二节 天然气的状态方程和对比状态原理 2.2、 真实气体状态方程(State equation of real gases ) 对真实气体引入一个压缩因子Z，从而得到真实气体的状态 方程，即：
PV = ZnRT
（2—11）
式中Z 通常称为压缩因子，或偏差因子、偏差系数(gas deviation factor )。其物理意义为：给定压力和温度下，一 定量真实气体所占的体积与相同温度、压力下等量理想气体所 占有的体积之比。即： V实际气体
第一节
天然气的视分子量和密度
2、天然气的组成的表示法 （1）摩尔组成
yi =
ni
∑n
i =1
N
N
（2—1）
i
（2）体积组成
φi =
Vi
∑V
i =1
（2－2）
i
（3）质量组成
Gi =
wi
∑w
i =1
N
（2－3）
i
Petro-Physics
油层物理学
中国石油大学（北京）
天然气基础知识
MJ/m3
低位 33.367 59.39 84.94 110.47 110.09 136.01 135.72 135.13 161.59 161.27 161.38 160.86 161.19 187.13 212.67 238.25 263.8 131.76 156.8 10.05 11.76 21.53
（2）湿气：是指戊烷以上的可凝组分含量高于100g/m3的天然气，也称为富气。 甲烷含量一般在90%以下，伴生气一般为湿气。
3．按天然气含硫量分类
（1）酸气：含硫量在1g/m3以上的天然气。 （2）净化气：含硫量在1g/m3以内的天然气。
4．按天然气输送方式分类
（1）管输天然气：使用密闭管道输送的天然气，这与“井口天然气”概念 相对应。井口天然气一般没有经过分离或处理，气质很差；管输天然气一般经 过多级处理，气质较干净。国内天然气输送大部分采用管输方式。
C8H18 N2 CO2 1.75% 0.68%
0.15%
0.05% 0.56% 0.76%
三、天然气分类
1．按天然气的来源分类
（1） 气层气：是指在地层中呈气态单独存在，采出地面后仍然为气态的 天然气，例如四川大多数气田、中原油田的文23气田都属于这种类型的天然 气。气层气的甲烷含量一般在90%以上。
3．摩尔分数 摩尔分数由下式进行换算：
xi
yi / zi
(y
i 1
N
(1-1)
i
/ zi )
式中：xi——气体某组分的摩尔分数 yi——气体某组分的体积分数； zi——气体某组分的压缩因子。 4．混合气体的摩尔质量 混合气体的摩尔质量按下式计算：
M xi Mi
i 1
N
（1-2）
1天然气主要物性
六、天然气体积系数 １、定义： –相同数量的天然气在地下条件下的体积与其在标准 条件下的体积之比。 –两个特定状态，与过程无关 –Ｂg<<１ , ２、计算式 单位：m3／sm3
–标准条件:Psc=0.101325MPa, Tsc=293.15K
υ = m3/Kg
g
比容
–υ = Vm/Mg = 1/ρ
３、两个气体常数
(1)、通用气体常数 – 定义式：
P Vm R T
P MP a TK m3 Vm Kmol
MP am R Kmol K
3
–Ｒ的数值： • 公制标准状态
0.101325 22.4 MPa m R 0.008314 273.15 Kmol K
第一章
天然气的主要物性参数
在油层物理基础上拓宽、提高。 一、天然气
1、天然气
–烃类气体：CnH2n+n：C1、C2、……、C6、C7+， –非烃类气体：H2S、CO2、N2、 He、H2O等的混合气体。 • 空气：N2、O2、Ar
2、天然气组成
–质量组成ω i=mi/Σ mi –摩尔组成yi=ni/Σ ni –体积组成yi=Vi/Σ Vi –有小数和百分数两种表示。例如：C1＝0.5， C1＝50％
–ｂ与气体种类有关。
４、应用举例
g
MgP 1 zRT
air
(1)、标准态下空气密度： ρ
= 1.205 kg/m3 = 1.205ｒg kg/m3
(2)、标准态下天然气密度：ρ
sc
四、天然气的偏差系数 1、PVT实验测定，恒温恒质膨 胀试验 2、Standing & Katz 系数图 概念：
天然气工程教程-第2章 天然气物理化学性质
g
air
干燥空气密度， Kg/m3
二、天然气的分子量和相对密度
２、天然气相对密度
g g / air
取1摩尔天然气来研究，有：
g g g
( M / V ) /( M / V )
M M g g/ air
M 28 . 97 air
air air
因为： 又： 有：
M 28 . 97 g g/
3 0 n .05
y n n n i i /i i i n 0 . 9 0 . 05 0 . 05 1 1 i i 1
3
3
2、天然气组成
体系中各组分的摩尔组成:
汽
相
y 1 n1 0 . 9 y 2 n 2 0 . 05 y 3 n 3 0 . 05
又：
m m i i/ i
V 22 .4 n i i
y V / V 22 . 4 n / 22 . 4 n i i i i i
2、天然气组成
y n n i i/ i
y ( m / M ) / ( m / M ) i i i i i
m m i i/ i
A ( A / T A / T )
9 7 pr
2 2 ( A A / T A / T )pr 6 7 pr 8 pr
2 2 3 2 A ( 1 A )( / T ) exp( A ) (1) 10 11 pr pr pr 11 pr
0 . 27 p/( ZT )
190.6
305.4
4.604
4.880 4.294 3.796
C3
C4
0.02
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。
∑=ii 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 055241.ρ (3) 任意温度与压力下∑∑=ii ii 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gpMW ZRTρ= (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。
aρρ∆=(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28.96M∆=(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28.96gg ga 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。
LNG液化天然气 Chapter 02 天然气性质
2.4 压缩因子
2、混合气体
对比状态参数用拟对比参数ppr和Tpr来表征。ppr和Tpr
根据拟临界压力ppc和拟临界温度Tpc来确定。
Tpc yiTci Ppc yi Pci
Tpr T / Tpc
Ppr P / Ppc
3、压缩因子的计算 根据对应状态定律，可利用Tr和pr将Z表示出来： Z＝f (Tr，pr)
College of Chemistry & Chemical Engineering,SWPU 11
Southwest Petroleum University
2.4 压缩因子
S-K经验图
如右所示，主要用于 估算洁气的压缩因子。
对含有非烃较多时，
需要校正处理，如式2-14、 式2-15以及式2-16。
Vi yi Vi 22.4ni ni (22.4ni ) ni
且有
( wi mi ) / M i (mi / M i ) wi / M i yi (mi / M i ) [( wi mi ) / M i ] (wi / M i )
College of Chemistry & Chemical Engineering,SWPU 5
Southwest Petroleum University
2.4 压缩因子
3、实际气体状态方程
理想气体方程为
pVideal nRT
则实际气体方程为
几种表示形式 nkmol：pV = ZnRT，V = m3 1kmol：pVm =ZRT， Vm = m3/kmol 1Kg： pυ= ZRT/M，υ = m3/kg
1、定义
一定数量的天然气，在相同压力温度下，实际体积和 理想体积之比。
天然气物性参数
2.1 天然气临界参数计算2.1.1 天然气平均分子量天然气是混合气体，分子量不是一成不变的，其平均分子量按Key 规则计算: g i i M y M =∑ （2.1） 式中 M g —天然气的平均分子量kg/mol ；M i 、y i —天然气中i 组分的分子量和摩尔分数。
2.1.2 天然气的相对密度首先假定空气和天然气都取同一标准状态，天然气的相对密度可用下式表示：28.9729g gggg a i r a i rM MMr Mρρ===≈（2.2） 式中 r g —天然气的相对密度；g ρair ρ—同一标准状态下，天然气、空气的密度kg/m 3；g M air M —天然气、空气的平均分子量kg/mol 。
2.1.3 拟临界压力P PC 和拟临界温度T PC① 组分分析方法p c i c ip y p =∑ p c i ci T yT =∑（2.3） g i i M y M =∑式中 ci p —— 天然气组分i 的临界压力(绝),MPa ；ci T —— 天然气组分i 的临界温度,(273+t)°K 。
② 相关经验公式方法在缺乏天然气组分分析数据的情况下，可引用Standing 在1941年发表的相关经验公式对于干气2pc 2pc 4.6660.1030.2593.31817g g g gp T γγγγ=+-=+- （2.4）对于湿气2pc 2pc 4.8680.35639.7103.9183.339.7g g g gp T γγγγ=+-=+- （2.5）也可以用下面经验关系式进行计算 对于干气pc pc pc pc 4.88150.386192.2222176.66670.74.77800.248292.2222176.66670.7g g g g gg p T p T γγγγγγ=-=+≥=-=+< （2.6）对于湿气pc pc pc pc 5.10210.6895132.2222176.66670.74.77800.2482106.1111152.22220.7g g g g gg p T p T γγγγγγ=-=+≥=-=+< （2.7）注意：上式是对于纯天然气适用，而对于含非烃CO 2 、H 2S 等可以用Wichert和Aziz 修正。
天然气物性参数(新)
2.1 天然气临界参数计算2.1.1天然气平均分子量天然气是混合气体，分子量不是一成不变的，其平均分子量按Key规则计算:M g y i M i（2.1）式中M g—天然气的平均分子量kg/mol ；M i、 y i—天然气中i 组分的分子量和摩尔分数。
2.1.2天然气的相对密度首先假定空气和天然气都取同一标准状态，天然气的相对密度可用下式表示：gM g M g M g（2.2）r gM a i r 2 8. 9 7 2 9a i r式中r g—天然气的相对密度；g air—同一标准状态下，天然气、空气的密度 kg/m 3；M g M air—天然气、空气的平均分子量kg/mol。
2.1.3拟临界压力P PC和拟临界温度T PC① 组分分析方法p p c yipc iT p c y T i ci（2.3）M g yiMi式中p ci——天然气组分 i 的临界压力 (绝),MPa；T ci——天然气组分 i 的临界温度 ,(273+t)°K 。
② 相关经验公式方法在缺乏天然气组分分析数据的情况下，可引用Standing 在 1941年发表的相关经验公式对于干气ppc4.666 0.1030.252ggTpc93.3 181 g 72g对于湿气ppc4.868 0.35639.7 2gg T pc 103.9 183.339.7 2gg也可以用下面经验关系式进行计算 对于干气p pc 4.8815 0.3861 gT pc 92.2222 176.6667 ggppc4.7780 0.2482 gTpc92.2222 176.6667 gg对于湿气（2.4）（2.5）0.7（2.6）0.7p pc 5.1021 0.6895 gT pc 132.2222 176.6667 g gppc4.7780 0.2482 gTpc106.1111 152.2222 gg0.7（2.7）0.7注意：上式是对于纯天然气适用，而对于含非烃CO 2 、2等可以用WichertH S和 Aziz 修正。
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天然气基础知识十问1、什么是天然气？答：天然气是指动、植物通过生物、化学作用及地质变化作用，在不同地质条件下生成、转移，在一定压力下储集，埋藏在深度不同的地层中的优质可燃气体。
天然气是由多种可燃和不可燃的气体组成的混合气体。
以低分子饱和烃类气体为主，并含有少量非烃类气体。
在烃类气体中，甲烷占绝大部分，乙烷、丙烷、丁烷和戊烷含量不多，庚烷以上烷烃含量极少。
另外，所含的少量非烃类气体一般有二氧化碳、一氧化碳、氮气、氢气、硫化氢和和水蒸气以及少量的惰性气体。
纯天然气的组成以甲烷为主，比空气轻，沸点-162.49度，难易液化。
天然气爆炸极限为5%-15%（占空气中体积%），天然气相对容易爆炸。
天然气既是清洁、优质的民用、商用和工业绿色能源，又是化工产品的原料气。
2、天然气按形成条件的不同可分为几种？答：（1）气田气；（2）油田伴生气；（3）凝析气田气；（4）煤层气；（5）矿井气。
3、城市天然气为什么要加臭？天然气具有无色无味和易燃易爆之特性，因此，当发生天然气漏气时，为易于被人们发觉，进而消除漏气，要求对没有臭味的天然气加臭。
它对于确保人民生命和财产安全，及时发现并防止事故发生是一项重要的安全措施。
4、什么叫热值，热值分几种，有什么区别？单位体积天然气完全燃烧可放出的热量称为天然气的热值，单位KJ/Nm3。
热值分高热值和低热值两种天然气的高热值在数值上大于其低热值，区别是高热值指烟气中所含水蒸气以冷凝状态所释放的汽化潜热。
甲烷在标准状态下，高热值为39.82MJ/m3，低热值为35.88MJ/m3。
5、什么是着火温度，什么是燃烧温度？着火温度指燃气与空气的混合物开始进行燃烧反应的自燃的最低温度，甲烷着火温度为540度。
燃烧温度指燃气按燃烧反应方程式完全燃烧时产生的理论温度。
实际燃烧温度低于理论燃烧温度，因为燃烧时总有一部分热量要散失掉。
甲烷理论燃烧温度为1970度。
6、什么样是天然气爆炸浓度极限？什么是爆炸上限？什么是爆炸下限？当空气中含有天然气浓度范围达到爆炸危险的混合物。
该气体与火源接触时，即形成爆炸。
该天然气浓度范围称为天然气爆炸浓度极限。
天然气爆炸浓度极限为5%-15%。
当空气中含有天然气浓度增加到不能引起爆炸浓度点称为爆炸上限，因为由于缺氧也无法维持燃烧爆炸。
当空气中含有天然气浓度减少到不能引起爆炸浓度点称为爆炸上限，因为氧化反应产生的热量不足以弥补散失的热量，无法维持燃烧爆炸。
7、为什么天然气灶具与液化石油气灶具不能互换使用？（1）两种燃气的热值不同，天然气的热值为40MJ/m3，液化石油气的热值为104.6540MJ/m3。
（2）两种燃气的燃烧速度、理论空气量、压力、比重均不同，而设计灶具时却是根据各自的特性来决定灶具各部分尺寸的。
若液化石油气通过天然气灶具由于一次空气量不足，点火后使液化石油气不能充分燃烧，从火孔中喷出长而无力的黄火焰，因此不同气源的灶具不能互换使用。
8、一卡等于多么焦耳？1卡等于4.2焦耳。
9、什么是CNG？什么是LNG？CNG是压缩天然气。
天然气经加气站由压缩机加压后，压到20至25Mpa，再经过高压深度脱水，充装进入高压钢瓶组槽车储存，再运送到各个城市输入管网，向居民用户、商业用户和工业企业用户供应天然气。
LNG是液化天然气。
天然气液化是一个低温过程，在温度不超过临界温度（-82度），对气体进行加压0.1Mpa以上，可以使天然气液化，由气态变为液态，其体积缩小600多倍，便于运输和储存。
10、天然气的优点？（1）经济：天然气的主要成分是甲烷，按照热值换算关系，17立方米的天然气就相当于一罐15公斤液化气的热值，也就是说使用17立方米的天然气相当于一罐液化气。
（2）清洁：管道输送的天然气都过滤和干燥处理，除去了杂质和水分，因此可以充分的燃烧，不会产生任何残留物，能够保持您厨房的清洁卫生。
（3）方便：与液化气相比，天然气使用燃气管道直接输送到家中，省了灌装、搬运的麻烦，也不会再有饭做到一半液化气用完的烦恼。
天然气如何换算天然气换算表1千克液化天然气=1.4-1.5立方米天然气（标况气态）1立方米天然气（标况气态）=0.7256千克液化天然气1立方米液化天然气（LNG）可气化600-625立方米天然气（标况气态）1立方米液化天然气的质量约为 430-470 千克1升液化天然气=0.001立方米液化天然气=0.6-0.625立方米天然气（标况气态）1升液化天然气=0.001立方米液化天然气其质量为0.43-0.47千克1升天然气（压力为20MPa）=0.001立方米天然气（压力为20MPa）=0.208立方米天然气（标况气态）LNG与柴油比较1.单位体积热值的比较用LNG取代柴油，1 标准立方米天然气相当于1.017升柴油，柴油车百公里消耗燃油27.5升,LNG燃料汽车百公里消耗天然气30标准立方米天然气。
2.续驶里程比较LNG燃料汽车采用低温液态储存方式，能源密度较高，其液化比为1：625，其配置375L车用LNG储气罐，储存量大约234标准立方米天然气，扣除LNG的蒸发量，在满载的情况下可以行驶700公里。
柴油车配置280升油箱，在满载的情况下可以行驶600公里，因此在续驶里程上LNG燃料汽车比柴油车要长些。
3.车辆尾气污染物排放汽车尾气排放是造成空气污染的主要原因之一，据统计汽车尾气排放占了空气污染源总量的40％以上，将汽车燃料由燃油改为天然气后，尾气污染将会明显减少。
LNG燃料汽车尾气中相对于柴油其尾气CO2排放减少24%，CO排放减少31%、NMHE减少49%，颗粒物和SO2减少100%、烟度为0，不生产苯、铅等致癌物质，因此LNG是汽车最佳的清洁燃料之一。
能够促进污染物排放的减少。
4.车辆的安全性能比较LNG采用密闭真空储存设备储存，不与空气接触，而燃油储油箱内有部分空气，所有从储存方式上来说LNG比燃油更加的安全。
在大气条件下，LNG一旦在系统中发生较小的泄漏，便能很快完全蒸发，不会发生泄漏的LNG聚集的现象，从而杜绝了燃烧及爆炸的可能，保证了乘客及车辆的安全。
而燃油在发生泄漏时则不会挥发，容易发生聚集，易发生事故和污染，因此发展液化天然气汽车具有极好的安全效益。
CNG与汽油比较1.单位体积热值的比较用CNG取代汽油，1 标准立方米天然气相当于1.03 升汽油，出租车百公里消耗燃油8升,LNG燃料汽车百公里消耗天然气7.76标准立方米天然气。
2.运行安全天然气相对密度（空气为1）小，为0.58～0.68，泄漏后很快升空，易散失，不易着火；汽油蒸气较重，液态挥发有过程，且不易散失，易着火爆炸。
天然气爆炸极限为4.8%～14.8%，汽油爆炸极限为1%～6%，而且天然气自燃点（在空气中）为650℃，比汽油自燃点（510～530℃）高，故天然气比汽油泄漏着火的危险小。
而且天然气汽车的钢瓶是高压容器，其材质及制造、检验试验有严格的规程控制，不易因汽车碰撞或翻覆造成失火或爆炸，而汽油汽车的油箱系非压力容器，着火后容易爆炸。
3.天然气汽车综合比较结论通过CNG与汽油的对比,CNG是一种更清洁、更安全、更经济的替代车用燃料。
因此CNG作为车用燃料的市场前景非常广阔,随着CNG燃料市场的进一步扩展,必将为社会创造巨大的经济效益和社会效益。
LNG车辆与CNG车辆的比较LNG燃料汽车采用低温液态储存方式，能源密度较高，其液化比为1：625，其配置375升车用LNG储气罐，储存量大约234标准立方米天然气，在满载的情况下可以行驶780公里。
CNG燃料汽车配置8个90升水容积钢瓶，储存压力20.0兆帕,一次充满大约储存150标准立方米天然气，在满载的情况下可以行驶500公里。
因此LNG汽车在续驶里程上优于CNG汽车，应用在长途客车上可以降低日充装次数。
LNG是什么？LNG的生产过程是怎么样的？LNG低温装备有哪些？液化天然气是一种低温液态燃料，在标准大气压下，液化天然气为-162℃．体积缩小到原来的1/625，相当于天然气被60MPa的压力压缩，LNG的燃点为650℃，比汽柴油的燃点高，点火能也高于汽柴油，所以比汽柴油更难点燃；LNG的爆炸极限为5％～15％，且汽化后密度很低，只有空气的一半左右，因而稍有泄漏立即挥发扩散，很难形成遇火燃烧爆炸的浓度。
LNG的生产过程大体可描述为：从底层采出的天然气，首先经净化处理，依次除去天然气中的二氧化碳、硫化氢、水、汞、苯、重烃等杂质，使天然气成为合格的净化气后，进入天然气液化单元液化成LNG，随后进LNG储罐储存或输送。
LNG低温装备包括：汽车罐车,低温液体泵,低温阀门,LNG加气撬装装置,液体运输车,低温绝热管及管件,绝热储罐,车用气瓶,天然气压缩机,罐式集装箱,低温绝热气瓶,管束式集装箱,制氮机等，其产品制造企业需具备相应的特种设备制造许可证。
燃气行业人需要牢记的天然气知识1．国家规定的安全色有几种？国家规定的安全色为红、蓝、黄、绿四种。
红色的含义表示禁止、停止（也表示放火）。
蓝色的含义表示指令和必须遵守的规定。
黄色的含义表示警告、注意。
绿色的含义表示提示、安全状态、通行。
2．安全标志分几类？分禁止、警告、指令、提示四类标志。
禁止标志的含义是不准或制止人们的某些活动。
警告是使人们注意可能发生的危险。
指令的含义是必须要遵守的意思。
提示标志的含义是示意目标或方向。
3．天然气的用途有哪些？（1）天然气是重要的能源，是优质燃料。
天然气的主要成分是甲烷，可用作燃料或用作制造炭黑、合成氨、甲醇、乙炔等的原料；（2）天然气是宝贵的化工原料。
4．天然气输送有哪两种基本方式？管道输送和液化输送。
5．LNG冷量的用途有哪些？用于空气分离；制取液化二氧化碳和干冰；冷库；低温破碎和粉碎；蓄冷装置。
6．安全使用天然气“五先五后”是什么？（1）先通知，后停气；（2）先断气，后检修；（3）先检查，后使用；（4）先点火，后开气；（5）先灭火，后离人。
7．低温材料有何特点？一些为低温设计的材料会随着温度的降低变得更坚硬。
低温下的不锈钢、铝、黄铜、和聚四氟乙烯塑料的拉伸力和曲变力比在室温下要高。
8．为什么要将天然气液化成LNG？将天然气液化成LNG是为了便于天然气的储存和运输。
9．LNG能否直接进行燃烧？LNG在点燃前必须要汽化。
在非受限环境中，LNG和LNG蒸汽都不会发生爆炸。
10．LNG的燃烧产物主要是什么？LNG的燃烧产物主要是CO2和水蒸汽，还有极少量的CO、SO2和氮氧化物等。
11．为什么LNG汽化之后在送入气体分配系统之前需要加入加臭剂？因为LNG汽化后是无色无味的气体，加臭便于气体泄露后引起用户的注意。
12．LNG火灾的特点有哪些？LNG火灾的特点是：火焰传播速度较快；质量燃烧速率大（地上和水上燃烧速率分别达到0.106kg/m2s和0.258kg/m2s，约为汽油的2倍）；火焰温度高、辐射热强；易形成大面积火灾；具有复燃、复爆性；难于扑灭。