2003年RKS方程在天氣熟性計(jì)山的畫用郝敏’陳保東(遼寧石油化工大學(xué))郝敏陳保東:RKS方程在天然氣熱物性計(jì)算中的應(yīng)用,油氣儲運(yùn),2003,22(10)22~27摘要由于天然氣輸送中的壓力高達(dá)幾個甚至幾十個兆帕,因此,計(jì)算天然氣的熱物性時(shí)不能按理想氣體處理。介紹了采用RKS方程求解天然氣熱物性的求解方法和技巧。計(jì)算結(jié)果表明,應(yīng)用RKS方程計(jì)算天然氣的熱物性參數(shù)能較好地滿足工程需要。主題詞天然氣輸送熱物性計(jì)算RKS方程應(yīng)用RKS方程A=URpr=0.42748aB=R=0.06864(8)RKS方程式是由Sove在RK方程基礎(chǔ)上進(jìn)一計(jì)算烴類氣體混合物,尤其計(jì)算純烴和烴類混合物過(6)應(yīng)用于混合物計(jì)算時(shí),其中的A和B步修正,于1972年提出的。RKS方程特別適合于體系的汽液平衡具有較高的精度,其形式為::A=∑Σx;xAB=∑x,B;bυ(U+b)式中的x(或x)表示混合氣體中組分i或j=0.42748T(2)的摩爾分?jǐn)?shù),A和B,由式(7)和式(8)給出b=0. 086 s4 RT(3)天然氣熱物性計(jì)算a.5=1+m(1-T5)(4)m=0.48+1.574a-0.176d2輸氣管道工藝計(jì)算中需要用到的熱物理性參數(shù)有壓縮因子Z、密度p定壓比熱cp定容比熱cυ、溫度絕熱指數(shù)kr、容積絕熱指數(shù)k、比熱比k、節(jié)流效式中P—系統(tǒng)的壓力,kPa;應(yīng)系數(shù)D(焦耳一湯姆遜效應(yīng)系數(shù))、焓h、熵5、粘氣體臨界壓力,kPa;度刁導(dǎo)熱系數(shù)λ等這些熱物性參數(shù)可利用真實(shí)氣T—系統(tǒng)的溫度,K;體狀態(tài)方程及熱力學(xué)關(guān)系式的推演而求得。T氣體臨界溫度,K;1、壓縮因子和密度T—?dú)怏w對比溫度;在工程上用壓縮因子Z來表示真實(shí)氣體與理氣體比容,m3/kmol想氣體PVT特性的差別,其狀態(tài)方程可寫成:R—?dú)怏w常數(shù),R=8.314(11)kJ/(kmol·K);首先用牛頓法求出代數(shù)方程式(6)的根,即壓偏心因子縮因子Z的值然后由式(12)與式(13)聯(lián)立求得密為了方程式求解方便,常將狀態(tài)方程表示為以度:下多項(xiàng)式:2-2+(A-B-B2)Z-AB=0(6)113001,遼寧省撫順市;電話:(0413)6650440中國煤化工CNMHG第22卷第10期郝敏等:RKS方程在天然氣熱物性計(jì)算中的應(yīng)用式中P—?dú)怏w的密度kmol/m34、節(jié)流效應(yīng)系數(shù)2、比熱氣體在流道中經(jīng)過突然縮小的斷面(如管道上(1)低壓下的氣體比熱的針形閥、孔板等),產(chǎn)生強(qiáng)烈的渦流,使壓力下降天然氣是在高壓下輸送的,計(jì)算低壓下的氣體這種現(xiàn)象稱為節(jié)流。節(jié)流后溫度下降的數(shù)值△t與比熱是計(jì)算高壓下氣體比熱的基礎(chǔ)。壓力下降的數(shù)值△P的比值稱為節(jié)流效應(yīng)系數(shù),又氣體混合物在低壓下的定壓比熱為:稱焦耳一湯姆遜效應(yīng)系數(shù),即式中c—?dú)怏w混合物低壓下的定壓比熱,kJ/(kmol·K)同樣,由熱力學(xué)關(guān)系式還可導(dǎo)出節(jié)流效應(yīng)系數(shù)CB—組分i低壓下的定壓比熱,的計(jì)算kJ/(kmol.K)低壓下的定壓比熱也可用擬合方程式(15)計(jì)D=1/7aP(24)算c8= B,+2CT+3 DT25、螗和熵+4Er+5 FiT(15)實(shí)際氣體的焓不同于理想氣體。在給定的壓力式中B.C、D、E、F—純物質(zhì)氣體i的各常數(shù)和溫度下,實(shí)際氣體的焓一般由在該溫度下的理想氣體的焓再加上一個修正項(xiàng)求得。由邁耶公式式(16)可求出低壓下的定容比熱h=(h-h°)+h°(25)cp=co+R(16)式(25)中的h為實(shí)際氣體的焓,h°為系統(tǒng)溫度Co= cp-R(17)(2)高壓下的氣體比熱下理想氣體的焓,而(h-h)即為修正項(xiàng),稱為等溫焓差在高壓下,真實(shí)氣體的定容和定壓比熱與理想氣體的值差別很大,根據(jù)熱力學(xué)分析、推導(dǎo)并代入同理,實(shí)際氣體的熵為:RKS方程,則高壓下的定容比熱為:(s-s9)+s°(26)式(26)中的s為實(shí)際氣體的熵,°為系統(tǒng)溫度。-z(F)dp(18)下理想氣體的熵,而(-°)即為修正項(xiàng),稱為等溫高壓下的定壓比熱為熵差。aP\2根據(jù)熱力學(xué)分析與推導(dǎo)得到:ce =ce+3.(19)(h-b\⊥PRT+P-T3、絕熱指數(shù)和比熱比(-;)=-RRT)+[-()]度(28在高壓下求解絕熱過程中的狀態(tài)參數(shù),需要使純物質(zhì)理想氣體的焓值和熵值可分別按下列回用不同狀態(tài)下的絕熱指數(shù),如容積絕熱指數(shù)k溫歸多項(xiàng)式求得度絕熱指數(shù)kr和定壓定容比熱比k(式(20)和式h=(A,+B T+CT+DT(21)中的比熱cn、cP的單位為kJ/(kmol·K)。+ET+FT)(29)(20)s:=(B, InT+2 CT+DD T2經(jīng)熱力學(xué)推演得到:共:+急ET+Fr+21)式中A、B1、C、D、E、F4、G;-純物質(zhì)i的計(jì)算常數(shù)(;中國煤化工CNMHG油氣儲運(yùn)2003年—-純物質(zhì)i的分子量。為1m2、厚度為1m物料層的熱量,單位為對于混合氣體,其計(jì)算常數(shù)為:W/(m·K)A= Xxp: A:lu(1)低壓單組分氣體的導(dǎo)熱系數(shù)p=2x;低壓單組分氣體的導(dǎo)熱系數(shù)可用 Mis ic和式中混合氣體的分子量。Thodos基于量綱分析而提出的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。對同理可計(jì)算出其它混合氣體常數(shù)B、C、D、E、于甲烷環(huán)烷烴、芳香烴,在T<1時(shí):F、G的值。該計(jì)算方法同樣適用于求理想氣體混A=4.45×10-74FT,(37)合物c的值6、粘度對于所有其它碳?xì)浠衔锛捌渌膶Ρ葴囟攘黧w中任一點(diǎn)上單位面積的剪應(yīng)力與速度梯度范圍:的比值定義為流體的粘度。在工程計(jì)算中,低壓下A=(10-)(14.52T,-5.14)2g(38)可用物質(zhì)的臨界參數(shù)來預(yù)計(jì)氣體的粘度。當(dāng)T<1時(shí)r=:(2(39)7=nT:"(32)式中A—低壓單組分氣體導(dǎo)熱系數(shù)當(dāng)T>1時(shí):.71+0.2,T7-界(33)(2)低壓氣體混合物的導(dǎo)熱系數(shù)2≈3.35×10低壓氣體混合物的導(dǎo)熱系數(shù)可用簡化預(yù)計(jì)公式(34)計(jì)算,其計(jì)算式為式中n—?dú)怏w常壓臨界溫度下的粘度,Pa·s(40)氣體混合物低壓下的粘度可按下式計(jì)算:1+ΣG0∑x(41)式中—?dú)怏w混合物i組分的粘度,由式(32)e=)或式(33)確定。高壓下氣體混合物粘度用剩余粘度法計(jì)算((43)7-)。=(1.08)[exp(1.439P)十exp(-1.11130)](36)(44)式中(或p)——混合氣體中組分氓(或j的分pr= p/pe子量;低壓混合氣體中組分i的導(dǎo)熱式中—高壓混合氣體粘度,Pa·s;系數(shù),W/(m·K),由式(37)n2—低壓混合氣體粘度,Pa·s由或式(38)確定;式(35)確定低壓混合氣體的導(dǎo)熱系數(shù),p虛擬混合氣體臨界密度;W/(m·K)。p虛擬混合氣體對比密度(3)高壓氣體混合物的導(dǎo)熱系數(shù)n混合物組合數(shù)在低壓和中壓下,壓力對氣體導(dǎo)熱系數(shù)的影響對于混合氣體,T為虛擬混合氣體臨界溫度,較小,但在高壓下氣體導(dǎo)熱系數(shù)是隨壓力而增加的由式(49)和式(51)確定;p為虛擬混合氣體臨界壓可按式(46)計(jì)算力,由式(49)、式(50)和式(51)確定。當(dāng)p<0.5時(shí)7、導(dǎo)熱系數(shù)14.0×106×1)導(dǎo)熱系數(shù)A是在溫差為1K時(shí),每秒通過面積(46)中國煤化工CNMHG第22卷第10期郝敏等:RKS方程在天然氣熱物性計(jì)算中的應(yīng)用當(dāng)0.5