RKS方程在天然气热物性计算中的应用

2003年RKS方程在天气熟性计山的画用郝敏’陈保东(辽宁石油化工大学)郝敏陈保东: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RKS方程A=URpr=0.42748aB=R=0.06864(8)RKS方程式是由Sove在RK方程基础上进一计算烃类气体混合物,尤其计算纯烃和烃类混合物过(6)应用于混合物计算时,其中的A和B步修正,于1972年提出的。RKS方程特别适合于体系的汽液平衡具有较高的精度,其形式为::A=∑Σx;xAB=∑x,B;bυ(U+b)式中的x(或x)表示混合气体中组分i或j=0.42748T(2)的摩尔分数,A和B,由式(7)和式(8)给出b=0. 086 s4 RT(3)天然气热物性计算a.5=1+m(1-T5)(4)m=0.48+1.574a-0.176d2输气管道工艺计算中需要用到的热物理性参数有压缩因子Z、密度p定压比热cp定容比热cυ、温度绝热指数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5、粘气体临界压力,kPa;度刁导热系数λ等这些热物性参数可利用真实气T—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,m3/kmol想气体PVT特性的差别,其状态方程可写成:R—气体常数,R=8.314(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:2-2+(A-B-B2)Z-AB=0(6)113001,辽宁省抚顺市;电话:(0413)6650440中国煤化工CNMHG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式中P—气体的密度kmol/m34、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△t与比热是计算高压下气体比热的基础。压力下降的数值△P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:称焦耳一汤姆逊效应系数,即式中c—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CB—组分i低压下的定压比热,的计算kJ/(kmol.K)低压下的定压比热也可用拟合方程式(15)计D=1/7aP(24)算c8= B,+2CT+3 DT25、螗和熵+4Er+5 FiT(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气体的焓再加上一个修正项求得。由迈耶公式式(16)可求出低压下的定容比热h=(h-h°)+h°(25)cp=co+R(16)式(25)中的h为实际气体的焓,h°为系统温度Co= cp-R(17)(2)高压下的气体比热下理想气体的焓,而(h-h)即为修正项,称为等温焓差在高压下,真实气体的定容和定压比热与理想气体的值差别很大,根据热力学分析、推导并代入同理,实际气体的熵为:RKS方程,则高压下的定容比热为:(s-s9)+s°(26)式(26)中的s为实际气体的熵,°为系统温度。-z(F)dp(18)下理想气体的熵,而(-°)即为修正项,称为等温高压下的定压比热为熵差。aP\2根据热力学分析与推导得到:ce =ce+3.(19)(h-b\⊥PRT+P-T3、绝热指数和比热比(-;)=-RRT)+[-()]度(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+CT+DT(21)中的比热cn、cP的单位为kJ/(kmol·K)。+ET+FT)(29)(20)s:=(B, InT+2 CT+DD T2经热力学推演得到:共:+急ET+Fr+21)式中A、B1、C、D、E、F4、G;-纯物质i的计算常数(;中国煤化工CNMHG油气储运2003年—-纯物质i的分子量。为1m2、厚度为1m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= Xxp: A:lu(1)低压单组分气体的导热系数p=2x;低压单组分气体的导热系数可用 Mis ic和式中混合气体的分子量。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A=4.45×10-74FT,(37)合物c的值6、粘度对于所有其它碳氢化合物及其它的对比温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A=(10-)(14.52T,-5.14)2g(38)可用物质的临界参数来预计气体的粘度。当T<1时r=:(2(39)7=nT:"(32)式中A—低压单组分气体导热系数当T>1时:.71+0.2,T7-界(33)(2)低压气体混合物的导热系数2≈3.35×10低压气体混合物的导热系数可用简化预计公式(34)计算,其计算式为式中n—气体常压临界温度下的粘度,Pa·s(40)气体混合物低压下的粘度可按下式计算:1+ΣG0∑x(41)式中—气体混合物i组分的粘度,由式(32)e=)或式(33)确定。高压下气体混合物粘度用剩余粘度法计算((43)7-)。=(1.08)[exp(1.439P)十exp(-1.11130)](36)(44)式中(或p)——混合气体中组分氓(或j的分pr= p/pe子量;低压混合气体中组分i的导热式中—高压混合气体粘度,Pa·s;系数,W/(m·K),由式(37)n2—低压混合气体粘度,Pa·s由或式(38)确定;式(35)确定低压混合气体的导热系数,p虚拟混合气体临界密度;W/(m·K)。p虚拟混合气体对比密度(3)高压气体混合物的导热系数n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、导热系数14.0×106×1)导热系数A是在温差为1K时,每秒通过面积(46)中国煤化工CNMHG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