天然氣基本壓縮因子計(jì)算方法

1、天然氣基本壓縮因子計(jì)算方法編譯:闕洪培(西南石油大學(xué) 審校:劉廷元這篇文章提出一個(gè)簡(jiǎn)便展開(kāi)算法:任一壓力-溫度的基本壓縮因子的輸氣監(jiān)測(cè)計(jì)算。這個(gè)算法中的二次維里系數(shù)來(lái)源于參考文獻(xiàn)1。計(jì)算的壓縮因子接近AGA 8狀態(tài)方程值2。1 測(cè)量在天然氣工業(yè)實(shí)用計(jì)量中,壓力、溫度變化作為基本(或標(biāo)準(zhǔn)條件,不僅地區(qū)間有差別,而且在天然氣銷(xiāo)售合同也有不同。在美國(guó),通常標(biāo)準(zhǔn)參考條件是60°F和14.73 psia。歐洲常用的基本條件是0 和101.325 kPa,而標(biāo)準(zhǔn)條件是15 和101.325 kPa。阿根廷也用15 和101.325 kPa,而墨西哥則用的是20 和1kg/ sq cm(絕對(duì)。計(jì)算

2、真實(shí)氣體的熱值、密度、基本密度、基本體積、以及沃貝指數(shù)時(shí)要求已知基本條件的壓縮因子。表1是理想氣體值。表1中的理想氣體值不能用于密閉輸氣,必須計(jì)算相應(yīng)基本條件的壓縮因子。參考文獻(xiàn)提供的一些數(shù)據(jù)表和獲取基本條件壓縮因子方法,基本條件只能是60°F,14.73或14.696 psia。計(jì)算其它基本條件的壓縮因子可用AGA 8 程序,但代數(shù)計(jì)算較復(fù)雜,計(jì)算機(jī)編程共有三組軟件,比較耗時(shí)。本文提出了一個(gè)展開(kāi)算法,計(jì)算密閉輸氣基本條件(基本條件可是任何壓力溫度的壓縮因子。2 壓縮因子接近外界條件時(shí),即壓力小于16 psia,截?cái)嗑S里狀態(tài)方程(方程組中的方程1較好地描述了天然氣的體積性質(zhì)。方程1中

3、,各符號(hào)的物理意義是:Z = 基本條件下壓縮因子B = 二次維里系數(shù)R = 氣體常數(shù)P = 基本條件的絕對(duì)壓力T = 溫度條件的絕對(duì)壓力天然氣基本壓縮因子接近1,如0.99,B必然為負(fù)(圖1方程2是混合物的二次維里系數(shù),式中B ij = B ji為組分i和j的二次交互維里系數(shù),B ii為純組分i 的二次維里系數(shù)。二次維里系數(shù)是溫度的函數(shù)。也可用方程3求B,便于手工計(jì)算。比較適合密閉輸氣計(jì)算,方程3中B i的平方根為總因子,參見(jiàn)參考文獻(xiàn)1,3,4。問(wèn)題的提出:表中常見(jiàn)60°F總因子值,而未見(jiàn)有其它基本溫度條件的總因子值。由此本文獻(xiàn)出一種方法,求解任一溫度的壓縮因子。本方法不用因子求和法

4、而用了好用便于書(shū)寫(xiě)的二次維里系數(shù)法。方程3假定方程4已作校正。下面舉出2例說(shuō)明這種方程的用法。甲烷(B1和乙烷(B20 的B因子分別為-53.28和-219.38,甲烷和乙烷混合物(B12B因子等于B1*B2開(kāi)方(方程4或等于-108.11,而實(shí)驗(yàn)值為-111.86,此值很接近實(shí)際。丙烷B3在0的B因子為-470,甲烷和丙烷混合物B13的 B因子(方程4為-158,其實(shí)驗(yàn)值為-1565。方程4是獲得簡(jiǎn)化表達(dá)式方程3的關(guān)鍵,消除了計(jì)算過(guò)程中的可變量。表1是純烴和惰性氣體在可測(cè)壓力、溫度變化范圍的二次維里系數(shù)。參考文獻(xiàn)DIN1871中只有兩個(gè)溫度(0和30的B值,據(jù)說(shuō)方程5用線性內(nèi)插法可得其它溫度

5、的B值。表1中0和30以外的其它溫度的B值就是方程5用線性內(nèi)插法計(jì)算的,同理可推廣用于任一基本溫度。表2是兩種氣體混合物在0和60,基本壓力小于16 psia.計(jì)算的B因子。 二次維里系數(shù)(B,cc/mol 表1序號(hào) 組份 0 15 60°F 20 30*1 甲烷 -53.60 -47.35 -47.12 -45.27 -41.102 乙烷 -222.20 -200.99 -200.20 -193.92 -179.783 丙烷 -464.00 -415.65 -413.86 -399.53 -367.304 異丁烷 -828.00 -746.00 -742.96 -718.67 -6

6、64.005 正丁烷 -918.00 -813.00 -809.11 -778.00 -708.506 異戊烷 -1320.00 -1185.00 -1180.00 -1140.00 -1050.007 正戊烷 -1680.00 -1451.50 -1443.04 -1375.33 -1223.008 正已烷 -2412.00 -2096.00 -2084.15 -1989.33 -1776.009 正庚烷 -3810.00 -3245.00 -3224.07 -3056.67 -2680.0010 正辛烷 -5800.00 -4850.00 -4814.81 -4533.33 -3900.0

7、011 氮?dú)?-10.60 -7.40 -7.28 -6.33 -4.2012 二氧化碳 -149.70 -134.80 -134.25 -129.83 -119.90* 0和30的系數(shù)來(lái)自DIN1871,其它值用內(nèi)插法求得。實(shí)驗(yàn)系數(shù) 表2 序號(hào)組份Mole,% B i (0, cc/mol B(方程3 Mole,% B i (60°F, cc/mol B(方程3 1 甲烷 90.8945 -53.6 6.6546 83.02 -47.1 5.6987 2 乙烷 5.2203 -222.2 0.7782 7.45 -200.2 1.0541 3 丙烷 1.4701 -464 0.31

8、67 4.39 -413.9 0.8931 4 異丁烷 0.2700 -828 0.0777 0.83 743.0 0.2262 5 正丁烷 0.3900 -918 0.1182 1.08 -809.1 0.3072 6 異戊烷 0.1250 -1320 0.0454 0.31 -1180.0 0.1065 7 正戊烷 0.1000 -1680 0.0410 0.25 -1443.0 0.0950 8 正已烷 0.0700 -2416 0.0344 0.30 -2084.1 0.1370 9 正庚烷 0.0900 -3810 0.5560 0.00 -3224.1 0.0000 10 正辛烷 0.0000 -5800 0.0000 0.00 -4814.8 0.0000 11 氮?dú)?1.0301 -10.6 0.0335 0.35 -7.3 0.0094 12 二氧化碳 0.3400 -149.70.0416 2.02 -134.2 0.2340 總計(jì)100.00008.1968 B=67.1868100.008.7618 B=76.7602由方程1計(jì)算ZR,kg/sq cm-cc/mol-k 84.784 R,kg/sq cm-cc/mol-k 12.5091 T,K27