RKS方程在天然气热物性计算中的应用

油气储运2003年RKS方程在天然气热物性计算中的应用郝敏°陈保东(辽宁石油化工大学)邯敏陈保东;RKS方程在天然气热物性计算中的应用,油气储运,2003,22(10) 22~27.摘要由于天然气输送中的压力高达几个甚至几十个兆帕，因此,计算天然气的热物性时不能按理想气体处理。介绍了采用RKS方程求解天然气热物性的求解方法和技巧。计算结果表明,应用RKS方程计算天然气的热物性参数能较好地满足工程需要。主题词天然气输送热物性计算RKS方程应用A=-呜0.427 48a导(7)一、RKS方程B=告=0.086 64号(8)RKS方程式是由Sove在RK方程基础上进一步修正,于1972年提出的。RKS方程特别适合于分别为:当式(6)应用于混合物计算时,其中的A和B计算烃类气体混合物，尤其计算纯烃和烃类混合物A= & 8xxjA,(9)体系的汽液平衡具有较高的精度,其形式为1.2 :B= 8x;B;(10)P=,-b~v(v+b .(1)式中的x(或xj)表示混合气体中组分i(或j)=0.427 48R'T。(2)的摩尔分数,A,和B,由式(7)和式(8)给出。b=0.086 64 R4RT:(3)二、天然气热物性计算a95= 1+m(1- T;5)(4)输气管道工艺计算中衢要用到的热物理性参数m=0.48+1.574 w一0.176 w2(5)有压缩因子Z、密度ρ、定压比热c。、定容比热c、温T,==度绝热指数kr、容积绝热指数k.、比热比k、节流效式中P系统的压力,kPa;应系数D.(焦耳一汤姆逊效应系数)、焓h、熵s、粘气体临界压力,kPa;度办导热系数λ等,这些热物性参数可利用真实气系统的温度,K;体状态方程及热力学关系式的推演而求得。T.-气体临界温度,K;1、压缩因子和密度T,-气体对比温度;在工程上用压缩因子Z来表示真实气体与理气体比容,m2 /kmol;想气体PVT特性的差别,其状态方程可写成:气体常数,R=8.314Pu= ZRT(11)kJ/(kmol. K);首先用牛顿法求出代数方程式(6)的根(),即压偏心因子。缩因子Z的值,然后由式(12)与式(13)联立求得密为了方程式求解方便，常将状态方程表示为以度:下多项式:(12)Z-Z +(A- B- B*)Z-AB=0 (6. 13001,辽宁省抚顺市;电话(0413)6650440第22卷第10期郝教等:RKS方程在天然气热物性计算中的应用●23.ρ= ZRT(13)k一台.(n),(22)式中ρ-气体的密度,kmol/m'。4、节流效应系数2、比热气体在流道中经过突然缩小的断面(如管道上(1)低压下的气体比热.的针形阀、孔板等),产生强烈的涡流，使压力下降，天然气是在高压下输送的,计算低压下的气体这种现象称为节流。节流后温度下降的数值Ot与比热是计算高压下气体比热的基础。压力下降的数值OP的比值称为节流效应系数,又:气体混合物在低压下的定压比热为:称焦耳-汤姆逊效应系数,即昂= Exch(14)D.-lin(会) =())、(23)式中p%一气体混合物低压下的定压比热，kJ/(kmol●K);同样,由热力学关系式还可导出节流效应系数h一组分i低压下的定压比热， 的计算公式:kJ/(kmol●K)。低压下的定压比热也可用拟合方程式(15)计(24)Cρ算:cn= B,+2CT +3 D.T"5、焓和熵+4 ET'+5 FT4(15)实际气体的焓不同于理想气体。在给定的压力式中B,、C、D、E、F- 纯物质气体 i的各常数和温度下,实际气体的焓一般由在该温度下的理想直”。由迈耶公式式(16)可求出低压下的定容比热:气体的焓再加上一个修正项求得。h= (h-h")+h°(25)cg=c+R(16)式(25)中的h为实际气体的焓,h°为系统温度c°=c-R(17)下理想气体的焓,而(h-ho)即为修正项，称为等温(2)高压下的气体比热:在高压下,真实气体的定容和定压比热与理想焓差。气体的值差别很大，根据热力学分析、推导并代人同理,实际气体的熵为:s∞(s-s)+8(26)RKS方程,则高压下的定容比热为:式(26)中的s为实际气体的熵，s为系统温度c=c+°。-(导),d(18)下理想气体的熵，面(s-s°)即为修正项,称为等温高压下的定压比热为:熵差。根据热力学分析与推导(“32得到:(器)”(19)(h-R2)=P-Rr+°[p- r(C)]号(27)3、绝热指数和比热比(-1)=- RI(RD+O°[R -(器)]岁(28)在高压下求解绝热过程中的状态参数，需要使纯物质理想气体的焓值和熵值可分别按下列回用不同状态下的绝热指数，如容积绝热指数k、温.归多项式求得:度绝热指数kr和定压、定容比热比k(式(20)和式h?= (A, + B,T+C;T2 + D.TS(21)中的比热c,、Cp的单位为kJ/(kmol●K))。+ E,T' + F,T*)μ;(29)k=里(20)s= (B.InT+2CT +是D,T'经热力学推演得到: .+ ET8 + BpTt +G.)p:(30)比1.上.(器)。(21)式中 A、B、C、D、E、F.G,--纯物 质i的计算krρ°cp(op)r常数”;●24.油气储运2003年p;一-纯物质i的分子量。为1 m'、厚度为1 m物料层的热量，单位为对于混合气体,其计算常数为:W/(m. K)。A= ExpA:/μ(31)(1)低压单组分气体的导热系数μ=Exp;低压单组分气体的导热系数可用Mis ic和式中μ-混合气体的分子量。Thodos基于量纲分析而提出的经验公式计算。对同理可计算出其它混合气体常数B、C、D、E、于甲烷环烷烃、芳香烃,在T,<1时:F、G的值。该计算方法同样适用于求理想气体混λ=4.45X10~7半r,(37)合物c的值。对于所有其它碳氢化合物及其它的对比温度6、粘度流体中任一点上单位面积的剪应力与速度梯度范围:的比值定义为流体的粘度。在工程计算中，低压下λ= (10~*)(14.52 T,-5.14)切号(38)可用物质的临界参数来预计气体的粘度。r=gu/"(39)当T,<1时:η=π: Tr:ges(32) 式中入一-低压单组分气体导热系数，当T,>1时:W/(m. K).(33)(2)低压气体混合物的导热系敷_3.35X10-*μ°"p./低压气体混合物的导热系数可用简化预计公式(34)计算,其计算式为“0 ;式中p°一 气体常 压临界温度下的粘度,Pa.s。λo= 2(40)气体混合物低压下的粘度可按下式计算:1+ icg五7= Yxy.5(35)Gg = eiD&(41)式中n一气体混合物i组分的粘度，由式(32)蚂=(出)(42)或式(3)确定。，高压下气体混合物粘度用剩余粘度法计算“0):ε=眯=(当(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)混合气体中组分i(或j)的分ρ,= p/pe子量印= [T./(p'p:)/]λ; --低压混合气体中组分i的导热式中η高压混合气体粘度,Pa●s ;系数,W/(m. K),由式(37)功-低压混合气体粘度,Pa. s,由或式(38)确定;式(35)确定;A。低压混合气体的导热系数，p:-- - -虚拟混合气体临界密度;ρ,--虚拟混合气体对比密度，(3)高压气体混合物的导热系敷一混合物组合数。在低压和中压下,压力对气体导热系数的影响对于混合气体,T,为虚拟混合气体临界温度，较小,但在高压下气体导热系数是随压力而增加的，由式(49)和式(51)确定p。为虚拟混合气体临界压可按式(46)计算。力,由式(49)、式(50)和式(51)确定。当p.<0.5时:7、导热系敷(x-2)IZ: = 14.0X10*X (-55.-1)导热系数λ是在温差为1K时，每秒通过面积(46)第22卷第10期.郝敏等:RKS 方程在天然气热物性计算中的应用当0.5