RKS方程在天然氣熱物性計算中的應用

2003年RKS方程在天氣熟性計山的畫(huà)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RKS方程A=URpr=0.42748aB=R=0.06864(8)RKS方程式是由Sove在RK方程基礎上進(jìn)一計算烴類(lèi)氣體混合物,尤其計算純烴和烴類(lèi)混合物過(guò)(6)應用于混合物計算時(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)的摩爾分數,A和B,由式(7)和式(8)給出b=0. 086 s4 RT(3)天然氣熱物性計算a.5=1+m(1-T5)(4)m=0.48+1.574a-0.176d2輸氣管道工藝計算中需要用到的熱物理性參數有壓縮因子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5、粘氣體臨界壓力,kPa;度刁導熱系數λ等這些熱物性參數可利用真實(shí)氣T—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,m3/kmol想氣體PVT特性的差別,其狀態(tài)方程可寫(xiě)成:R—氣體常數,R=8.314(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:下多項式:2-2+(A-B-B2)Z-AB=0(6)113001,遼寧省撫順市;電話(huà):(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算中的應用式中P—氣體的密度kmol/m34、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△t與比熱是計算高壓下氣體比熱的基礎。壓力下降的數值△P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)焦耳一湯姆遜效應系數,即式中c—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CB—組分i低壓下的定壓比熱,的計算kJ/(kmol.K)低壓下的定壓比熱也可用擬合方程式(15)計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(gè)修正項求得。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,稱(chēng)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,根據熱力學(xué)分析、推導并代入同理,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,°為系統溫度。-z(F)dp(18)下理想氣體的熵,而(-°)即為修正項,稱(chēng)為等溫高壓下的定壓比熱為熵差。aP\2根據熱力學(xué)分析與推導得到:ce =ce+3.(19)(h-b\⊥PRT+P-T3、絕熱指數和比熱比(-;)=-RRT)+[-()]度(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+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的計算常數(;中國煤化工CNMHG油氣儲運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,其計算常數為:W/(m·K)A= Xxp: A:lu(1)低壓?jiǎn)谓M分氣體的導熱系數p=2x;低壓?jiǎn)谓M分氣體的導熱系數可用 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A=4.45×10-74FT,(37)合物c的值6、粘度對于所有其它碳氫化合物及其它的對比溫度流體中任一點(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A=(10-)(14.52T,-5.14)2g(38)可用物質(zhì)的臨界參數來(lái)預計氣體的粘度。當T<1時(shí)r=:(2(39)7=nT:"(32)式中A—低壓?jiǎn)谓M分氣體導熱系數當T>1時(shí):.71+0.2,T7-界(33)(2)低壓氣體混合物的導熱系數2≈3.35×10低壓氣體混合物的導熱系數可用簡(jiǎn)化預計公式(34)計算,其計算式為式中n—氣體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算:1+ΣG0∑x(41)式中—氣體混合物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的導熱式中—高壓混合氣體粘度,Pa·s;系數,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熱系數,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熱系數n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、導熱系數14.0×106×1)導熱系數A是在溫差為1K時(shí),每秒通過(guò)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算中的應用當0.5