RKS方程在天然氣熱物性計算中的應用

油氣儲運2003年RKS方程在天然氣熱物性計算中的應用郝敏°陳保東(遼寧石油化工大學(xué))邯敏陳保東;RKS方程在天然氣熱物性計算中的應用,油氣儲運,2003,22(10) 22~27.摘要由于天然氣輸送中的壓力高達幾個(gè)甚至幾十個(gè)兆帕，因此,計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。計算結果表明,應用RKS方程計算天然氣的熱物性參數能較好地滿(mǎn)足工程需要。主題詞天然氣輸送熱物性計算RKS方程應用A=-嗚0.427 48a導(7)一、RKS方程B=告=0.086 64號(8)RKS方程式是由Sove在RK方程基礎上進(jìn)一步修正,于1972年提出的。RKS方程特別適合于分別為:當式(6)應用于混合物計算時(shí),其中的A和B計算烴類(lèi)氣體混合物，尤其計算純烴和烴類(lèi)混合物A= & 8xxjA,(9)體系的汽液平衡具有較高的精度,其形式為1.2 :B= 8x;B;(10)P=,-b~v(v+b .(1)式中的x(或xj)表示混合氣體中組分i(或j)=0.427 48R'T。(2)的摩爾分數,A,和B,由式(7)和式(8)給出。b=0.086 64 R4RT:(3)二、天然氣熱物性計算a95= 1+m(1- T;5)(4)輸氣管道工藝計算中衢要用到的熱物理性參數m=0.48+1.574 w一0.176 w2(5)有壓縮因子Z、密度ρ、定壓比熱c。、定容比熱c、溫T,==度絕熱指數kr、容積絕熱指數k.、比熱比k、節流效式中P系統的壓力,kPa;應系數D.(焦耳一湯姆遜效應系數)、焓h、熵s、粘氣體臨界壓力,kPa;度辦導熱系數λ等,這些熱物性參數可利用真實(shí)氣系統的溫度,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,-氣體對比溫度;在工程上用壓縮因子Z來(lái)表示真實(shí)氣體與理氣體比容,m2 /kmol;想氣體PVT特性的差別,其狀態(tài)方程可寫(xiě)成:氣體常數,R=8.314Pu= ZRT(11)kJ/(kmol. K);首先用牛頓法求出代數方程式(6)的根(),即壓偏心因子?？s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:下多項式:(12)Z-Z +(A- B- B*)Z-AB=0 (6. 13001,遼寧省撫順市;電話(huà)(0413)6650440第22卷第10期郝教等:RKS方程在天然氣熱物性計算中的應用●23.ρ= ZRT(13)k一臺.(n),(22)式中ρ-氣體的密度,kmol/m'。4、節流效應系數2、比熱氣體在流道中經(jīng)過(guò)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)生強烈的渦流，使壓力下降，天然氣是在高壓下輸送的,計算低壓下的氣體這種現象稱(chēng)為節流。節流后溫度下降的數值Ot與比熱是計算高壓下氣體比熱的基礎。壓力下降的數值OP的比值稱(chēng)為節流效應系數,又:氣體混合物在低壓下的定壓比熱為:稱(chēng)焦耳-湯姆遜效應系數,即昂= Exch(14)D.-lin(會(huì )) =())、(23)式中p%一氣體混合物低壓下的定壓比熱，kJ/(kmol●K);同樣,由熱力學(xué)關(guān)系式還可導出節流效應系數h一組分i低壓下的定壓比熱， 的計算公式:kJ/(kmol●K)。低壓下的定壓比熱也可用擬合方程式(15)計(24)Cρ算:cn= B,+2CT +3 D.T"5、焓和熵+4 ET'+5 FT4(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的各常數和溫度下,實(shí)際氣體的焓一般由在該溫度下的理想直”。由邁耶公式式(16)可求出低壓下的定容比熱:氣體的焓再加上一個(gè)修正項求得。h= (h-h")+h°(25)cg=c+R(16)式(25)中的h為實(shí)際氣體的焓,h°為系統溫度c°=c-R(17)下理想氣體的焓,而(h-ho)即為修正項，稱(chēng)為等溫(2)高壓下的氣體比熱:在高壓下,真實(shí)氣體的定容和定壓比熱與理想焓差。氣體的值差別很大，根據熱力學(xué)分析、推導并代人同理,實(shí)際氣體的熵為:s∞(s-s)+8(26)RKS方程,則高壓下的定容比熱為:式(26)中的s為實(shí)際氣體的熵，s為系統溫度c=c+°。-(導),d(18)下理想氣體的熵，面(s-s°)即為修正項,稱(chēng)為等溫高壓下的定壓比熱為:熵差。根據熱力學(xué)分析與推導(“32得到:(器)”(19)(h-R2)=P-Rr+°[p- r(C)]號(27)3、絕熱指數和比熱比(-1)=- RI(RD+O°[R -(器)]歲(28)在高壓下求解絕熱過(guò)程中的狀態(tài)參數，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，如容積絕熱指數k、溫.歸多項式求得:度絕熱指數kr和定壓、定容比熱比k(式(20)和式h?= (A, + B,T+C;T2 + D.TS(21)中的比熱c,、Cp的單位為kJ/(kmol●K))。+ E,T' + F,T*)μ;(29)k=里(20)s= (B.InT+2CT +是D,T'經(jīng)熱力學(xué)推演得到: .+ ET8 + BpTt +G.)p:(30)比1.上.(器)。(21)式中 A、B、C、D、E、F.G,--純物 質(zhì)i的計算krρ°cp(op)r常數”;●24.油氣儲運2003年p;一-純物質(zhì)i的分子量。為1 m'、厚度為1 m物料層的熱量，單位為對于混合氣體,其計算常數為:W/(m. K)。A= ExpA:/μ(31)(1)低壓?jiǎn)谓M分氣體的導熱系數μ=Exp;低壓?jiǎn)谓M分氣體的導熱系數可用Mis ic和式中μ-混合氣體的分子量。Thodos基于量綱分析而提出的經(jīng)驗公式計算。對同理可計算出其它混合氣體常數B、C、D、E、于甲烷環(huán)烷烴、芳香烴,在T,<1時(shí):F、G的值。該計算方法同樣適用于求理想氣體混λ=4.45X10~7半r,(37)合物c的值。對于所有其它碳氫化合物及其它的對比溫度6、粘度流體中任一點(diǎn)上單位面積的剪應力與速度梯度范圍:的比值定義為流體的粘度。在工程計算中，低壓下λ= (10~*)(14.52 T,-5.14)切號(38)可用物質(zhì)的臨界參數來(lái)預計氣體的粘度。r=gu/"(39)當T,<1時(shí):η=π: Tr:ges(32) 式中入一-低壓?jiǎn)谓M分氣體導熱系數，當T,>1時(shí):W/(m. K).(33)(2)低壓氣體混合物的導熱系敷_3.35X10-*μ°"p./低壓氣體混合物的導熱系數可用簡(jiǎn)化預計公式(34)計算,其計算式為“0 ;式中p°一 氣體常 壓臨界溫度下的粘度,Pa.s。λo= 2(40)氣體混合物低壓下的粘度可按下式計算:1+ icg五7= Yxy.5(35)Gg = eiD&(41)式中n一氣體混合物i組分的粘度，由式(32)螞=(出)(42)或式(3)確定。，高壓下氣體混合物粘度用剩余粘度法計算“0):ε=瞇=(當(43)(η- rn)E_ = (1. 08)[exp(1. 439 ρn)一exp(-1.111 p:85)] (36)μ=出十世(44)2ρ= zRr,u =√μ●μ45)式中μ(或 u)混合氣體中組分i(或j)的分ρ,= p/pe子量印= [T./(p'p:)/]λ; --低壓混合氣體中組分i的導熱式中η高壓混合氣體粘度,Pa●s ;系數,W/(m. K),由式(37)功-低壓混合氣體粘度,Pa. s,由或式(38)確定;式(35)確定;A。低壓混合氣體的導熱系數，p:-- - -虛擬混合氣體臨界密度;ρ,--虛擬混合氣體對比密度，(3)高壓氣體混合物的導熱系敷一混合物組合數。在低壓和中壓下,壓力對氣體導熱系數的影響對于混合氣體,T,為虛擬混合氣體臨界溫度，較小,但在高壓下氣體導熱系數是隨壓力而增加的，由式(49)和式(51)確定p。為虛擬混合氣體臨界壓可按式(46)計算。力,由式(49)、式(50)和式(51)確定。當p.<0.5時(shí):7、導熱系敷(x-2)IZ: = 14.0X10*X (-55.-1)導熱系數λ是在溫差為1K時(shí)，每秒通過(guò)面積(46)第22卷第10期.郝敏等:RKS 方程在天然氣熱物性計算中的應用當0.5