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天然气动力黏度的简便计算方程历勇【摘要】动力黏度是天然气的重要物理性质,API技术手册中给出了高、低压状态下天然气动力黏度的计算公式,但较为繁琐复杂.为了简化计算公式,通过文献调研,采用公式组合修正和通用公式两种不同算法,给出了计算高、低压状态下天然气动力黏度方程,并通过API实验组分、大庆天然气公司天然气组分以及西气东输某分输站天然气组分对其进行了计算验证.计算结果显示:大庆天然气公司的天然气组分采用温度、压力修正方程组计算动力黏度时,与参考真值最大相对误差为0.970％;采用通用公式计算时,与参考真值最大相对误差为-2.51％.由此得出采用公式组合修正方法计算准确度较高;通用公式计算简便,相对误差也在允许的范围内.%Dynamic viscosity is an important physical property of natural gas. Its calculation formulas under high and low pressure are given in the API technical manual,but the formulas are quite complicat-ed.In order to simplify the calculation formulas and based on the literature research,two different calcu-lation methods,namely the modified equation set and the general equation are used to provide the calcu-lation equation of the dynamic viscosity of natural gas under high and low pressure.And the two equa-tions are calculated and verified by API laboratory components,Daqing Natural Gas Company compo-nents and the components of a transportation station of West-East Gas Pipeline.The calculation results show that the maximum relative error is 0.910％ by using the temperature and pressure modified equa-tion set to calculate dynamic viscosity in Daqing Natural Gas Company,and the maximum relative error is-2.51％byusing the general equation.It is concluded that the modified equation setis more accurate in calculation,and the general equation is simple and its relative error is also within the allowable range.【期刊名称】《油气田地面工程》【年(卷),期】2017(036)009【总页数】3页(P9-11)【关键词】天然气;动力黏度;方程;修正公式;通用公式【作者】历勇【作者单位】大庆油田工程有限公司【正文语种】中文天然气在开采、输送、加工过程中，都需要精确的天然气黏度值[1]。
天然气基础知识第一部分天然气基本性质一、概述天然气是从地下开采出来的一种可燃性气体,它是埋藏在地壳下面的生物有机体,经过漫长的地质年代和复杂的转化过程而形成的。
我国利用天然气有着悠久的历史，它是气体燃料中出类拔萃的新秀，具有清洁、无毒、热值高、使用调节方便等优点，广泛用于各行各业，如熬盐、化工、化肥、冶炼、碳黑生产，CNG汽车和城市民用等。
随着城市建设发展，城市天然气事业迅速壮大，公用、民用气用户大量增加，为减轻环境污染，天然气在各行各业不断受到重视，它是二十一世纪一种清洁、高效、优质的环保能源。
二、天然气的种类1、气田气热值一般为34.69MJ/Nm3(8300KCAL/Nm3）2、油田伴生气热值一般为45.47MJ/Nm3(10878KCAL/Nm3）3、凝析气田气热值一般为48.36MJ/Nm3(11569KCAL/Nm3）4、煤层气热值一般为36.37MJ/Nm3(8700KCAL/Nm3）5、矿井气热值一般为18.84MJ/Nm3(4500KCAL/Nm3）三、主要成分天然气的典型组分（体积%）注：其它稀有组分未列出。
西气东输的气体密度约为0.6982kg/m3，忠武线气体密度约为0.75kg/m3四、主要参数1、主要成分： CH4（甲烷），另外含有少量的其他烷烃以及氮、二氧化碳、硫化氢、水份等。
2、临界温度： -82.3℃，临界压力4.58MPa。
3、沸点： -162 ℃（1atm），着火点：650 ℃4、低热值： 8800Kcal/Nm3（36.96MJ/Nm3）5、高热值： 9700Kcal/Nm3（40.98MJ/Nm3）6、爆炸范围：下限为5%，上限为15%7、气态密度： 0.75Kg/Nm3，为空气的0.58倍。
8、华白指数： 44.94MJ/Nm39、燃烧势： 45.18以上数据按CH4含量约为97%的天然气参数，为近似值。
五、天然气的类别六、天然气的燃烧1、燃烧天然气和氧气在达到一定浓度及一定温度下可以燃烧，燃烧产物主要是水和二氧化碳，当氧气不足时，燃烧会产生CO。
整个计算过程的公式包括三部分：一. 天然气物性参数及管线压降与温降的计算 二. 天然气水合物的形成预测模型 三. 注醇量计算方法.天然气物性参数及管线压降与温降的计算 20 C 标准状态1y i M i24.055任意温度与压力下Y i M i式中厂混合气体的密度，P —任意温度、压力下i 组分的密度，kg/m 3; y i — i 组分的摩尔分数； M i —i组分的分子量， V i —i 组分摩尔容积， 天然气密度计算公式pMW gZRT天然气相对密度天然气相对密度△的定义为：在相同温度，压力下，天然气的密度与空气密 度之比。
天然气分子量标准状态下，Ikmol 天然气的质量定义为天然气的平均分子量,Y i M iM式中 M —气体的平均分子量，kg/kmol ; y i —气体第i 组分的摩尔分数；M —气体第i 组分的分子量，kg/kmol天然气密度混合气体密度指单位体积混合气体的质量。
0 °C 标准状态按下面公式计算:1 22.414y i M i简称分子量。
(1)kg/m 3；kg/kmol；⑹式中 △—气体相对密度；厂气体密度，kg/m 3；p —空气密度，kg/m 3,在 P o =1O1.325kPa, T o =273.15K 时，p =1.293kg/m 3;在 P o =1O1.325kPa T O =273.15K 时，p =1.293kg/m 3。
因为空气的分子量为28.96,固有28.96假设，混合气和空气的性质都可用理想气体状态方程描述，则可用下列关系 式表示天然气的相对密度天然气的虚拟临界参数任何气体在温度低于某一数值时都可以等温压缩成液体，但当高于该温度时, 无论压力增加到多大，都不能使气体液化。
可以使气体压缩成液态的这个极限温 度称为该气体的临界温度。
当温度等于临界温度时，使气体压缩成液体所需压力 称为临界压力，此时状态称为临界状态。
混合气体的虚拟临界温度、虚拟临界压 力和虚拟临界密度可按混合气体中各组分的摩尔分数以及临界温度、临界压力和 临界密度求得，按下式计算。
集输工程计算一、集输工艺参数计算（一）气体混合物的临界参数和对比参数 1.虚拟临界温度和虚拟临界压力计算∑==ni i i T x T 1c c （2-7-1）∑==ni i i T x p 1c c （2-7-2）式中 T c ——气体混合物的虚拟临界温度，K ； P c ——气体混合物的虚拟临界压力，kPa （绝）； T ci ——组分i 的临界温度，K ； P ci ——组分i 的临界压力，kPa （绝）； x i ——组分i 的分子分率。
2.对比温度和对比压力计算cr T TT =（2-7-3） cr P PP =（2-7-4） 式中 T r ——气体混合物的对比温度，K ；P r ——气体混合物的对比压力，kPa （绝）； T ——气体混合物的操作温度，K ； P ——气体混合物的操作压力，kPa(绝)； T c ——气体混合物的虚拟临界温度，K ； P c ——气体混合物的虚拟临界压力，kPa(绝)。
3.计算举例集气站高压分离器顶部出来的气体组成如表2-7-1所示,分离器的操作压力为10000kPa(绝),操作温度为22℃，计算天然气的虚拟临界参数和对比参数。
表2-7-1 天然气组成解：由表2-7-1查得各组分的临界参数，用公式（2-7-1）和（2-7-2）计算天然气的虚拟临界温度和虚拟临界压力，如表2-7-2。
表2-7-2 天然气虚拟临界温度和虚拟临界压力1 2 3 4 5 6 组分分子分率临界温度T c ,K 虚拟临界温度 （2）×（3）T c ,K临界压力P c ,kPa(绝) 虚拟临界压力（2）×（5）P c ,kPa(绝)CH 4 C 2H 6 C 3H 8 iC 4H 10 nC 4H 10 iC 5H 12 nC 5H 12 C 6H 14 C 7H 16 N 2 H 2S ∑0.9079 0.0395 0.0164 0.0065 0.0042 0.0028 0.0022 0.0021 0.0023 0.0041 0.0120 1.0000190.6 305.43 369.82 408.13 425.16 460.39 469.6 507.4 540.2 126.1 373.5173.0457 12.0645 6.0650 2.6528 1.7857 1.2891 1.0331 1.0655 1.2425 0.5170 4.4820 205.24294604 4880 4249 3648 3797 3381 3369 3012 2736 3399 90054179.9716 192.7600 69.6836 23.7120 15.9474 9.4668 7.4118 6.3252 3.2928 13.9359 108.0600 4633.5671由表2-7-2计算所得天然气的虚拟临界温度和虚拟临界压力为:T c =205.2429K P c =4633.5671kPa(绝)用公式(2-7-3)和公式(2-7-4)计算所得天然气的对比温度和对比压力为:4376.12.20522273c r =+==T T T （K ）1581.26.463310000c r ===P P P （kPa ） (二)气体混合物的压缩因子计算气体的压缩因子是对比温度和对比压力的函数,由气体的特性、温度和压力来确定。
生产原理一、天然气1、性质天然气是一种易燃易爆气体，和空气混合后，温度只要到达550℃就燃烧。
在空气中，天然气的浓度只要到达5-15%就会爆炸。
天然气无色，比空气轻，不溶于水。
一立方米气田天然气的重量只有同体积空气的55%左右。
天然气的热值较高，兆焦/立方米〔约合8500-10000千卡/立方米〕。
天然气的主要成分是甲烷，甲烷本身是无毒的，但空气中的甲烷含量到达10%以上时，人就会因氧气缺乏而呼吸困难，眩晕虚弱而失去知觉、昏迷甚至死亡。
天然气中如含有一定量的硫化氢时，也具有毒性。
硫化氢是一种具有强烈臭鸡蛋味的无色气味，当空气中的硫化氢浓度到达0.31毫克/升时，人的眼、口、鼻就会受到强烈的刺激而造成流泪、怕光、头痛、呕吐；当空气中的硫化氢含量到达1.54毫克/升时，人就会死亡。
因此，国家规定：对供应城市民用的天然气，每立方米中硫化氢含量要控制在20毫克以下天然气的主要成分是甲烷〔CH4〕，气标准沸点为111K〔-162℃〕，临界温度为190K〔-83℃〕。
标准沸点时液态密度426Kg/m3,标准状态时气态甲烷密度0.717 Kg/m3，两者相差约600倍。
2、生产目的1.1合成生产出的甲烷气，采用林德工艺进展深冷液化制成液态天然气〔LNG〕。
1.2 LNG能量密度大，便于储存和运输。
1.3 LNG密度小、储存压力低，更加平安。
1.4 LNG组分纯洁、燃烧完全、排放清洁。
1.5 LNG机动灵活，不受燃气管网制约。
3、生产任务液化天然气50000 Nm³/h，400000000 Nm³/年。
二、生产原理液化天然气是指天然气原料经过预处理，脱除其中的杂质后，再通过低温冷冻工艺在-162℃下所形成的低温液体混合物，常见的LNG是Liquefied Natural Gas的缩写。
目前，世界上80％以上的天然气液化装置采用混合制冷剂液化循环，该循环以C1-C5的碳氢化合物及氮气等组成的多组分混合制冷剂为工质，进展逐级冷凝、蒸发、节流、膨胀，得到不同温度水平的制冷量，以到达冷却和液化天然气的目的。
天然气基础知识第一部分天然气基本性质一、概述天然气是从地下开采出来的一种可燃性气体,它是埋藏在地壳下面的生物有机体,经过漫长的地质年代和复杂的转化过程而形成的; 我国利用天然气有着悠久的历史,它是气体燃料中出类拔萃的新秀,具有清洁、无毒、热值高、使用调节方便等优点,广泛用于各行各业,如熬盐、化工、化肥、冶炼、碳黑生产,CNG汽车和城市民用等; 随着城市建设发展,城市天然气事业迅速壮大,公用、民用气用户大量增加,为减轻环境污染,天然气在各行各业不断受到重视,它是二十一世纪一种清洁、高效、优质的环保能源;二、天然气的种类1、气田气热值一般为Nm38300KCAL/Nm32、油田伴生气热值一般为Nm310878KCAL/Nm33、凝析气田气热值一般为Nm311569KCAL/Nm34、煤层气热值一般为Nm38700KCAL/Nm35、矿井气热值一般为Nm34500KCAL/Nm3三、主要成分天然气的典型组分体积%注：其它稀有组分未列出;西气东输的气体密度约为m3,忠武线气体密度约为m3四、主要参数1、主要成分： CH4甲烷,另外含有少量的其他烷烃以及氮、二氧化碳、硫化氢、水份等;2、临界温度：℃,临界压力;3、沸点： -162 ℃1atm,着火点：650 ℃4、低热值： 8800Kcal/Nm3Nm35、高热值： 9700Kcal/Nm3Nm36、爆炸范围：下限为5%,上限为15%7、气态密度： Nm3,为空气的倍;8、华白指数： Nm39、燃烧势：以上数据按CH4含量约为97%的天然气参数,为近似值;五、天然气的类别六、天然气的燃烧1、燃烧天然气和氧气在达到一定浓度及一定温度下可以燃烧,燃烧产物主要是水和二氧化碳,当氧气不足时,燃烧会产生CO; CH4+2O2=CO2+2H2O 1Nm3天然气燃烧需要2Nm3氧气即需要约10Nm3空气因此从安全角度讲,使用天然气的厨房需要良好通风；卫生间内安装旧式的直排式热水器是相当危险的;2、爆炸天然气在室内空气中的含量达到5%--15%时,一遇明火或高温物体,甚至开关电灯时所产生的电火花,都可引起门窗紧闭的房间发生爆炸; 天然气中含有少量的硫化氢气体,国家有关规范要求,一立方米天然气中硫化氢含量小于或等于20毫克,它具有臭皮蛋气味,并且硫化氢气体还是一种强烈的神经性毒物; 为保证使用安全,城市燃气内添加臭剂通常为四氰噻吩 ,臭剂量15~20mg/Nm3,保证天然气在空气中浓度达到1%时即可闻到;3、热值单位体积天然气完全燃烧可放出的热量称为天然气的热值,单位KJ/Nm3;热值分高热值和低热值两种;天然气的高热值在数值上大于低热值,区别是高热值指烟气中所含水蒸气以冷凝状态所释放的汽化潜热;4、着火温度指燃气与空气的混合物开始进行燃烧反应的自燃的最低温度;甲烷着火温度为540 ℃;５、燃烧速度垂直于燃烧焰面,火焰向未燃烧气体方向传播的速度叫做燃烧速度;甲烷最大燃烧速度为米/秒;6、华白数华白数是一项控制燃具热负荷恒定状况的指标;是燃气互换性指标,华白数在±１０％内的两种燃气可以互换;W=Qh/S1/2W-华白数；Qh-天然气的高热值；S-天然气的相对密度；7、燃烧势燃烧势是反映燃气燃烧火焰所产生离焰、回火、黄焰和不完全燃烧的倾向性的一项反映燃具燃气燃烧稳定的状态的综合指标;是不同类型燃气间互换时燃烧稳定状态的特性指数;Cp=K{H2+CmHn+Co+}/S1/2 K=1+8、天然气的临界参数当温度低于某一数值时,对气体进行加压,都可以等温压缩成液体,但当高于该温度时,无论加多大压,都不能使气体液化;可使气体压缩成液体的这个极限温度称为该气体的临界温度;当温度等于临界温度时,使气体液化时所必须的最低压力称为临界压力;此时的状态称为临界状态;气体在临界状态下的温度、压力、比体积、密度分别称为临界温度、临界压力、临界比体积和临界密度;天然气的临界温度为℃,临界压力;9、各种热值1千克标准煤的热值为兆焦7011KCal1度电1KWh的发热量为兆焦860KCal1千克重油的热值：10000KCAL/千克汽油：10313KCAL/千克柴油：11014KCAL/千克10、民用建筑的采暖、空调及生活热水热负荷的计算Qn=q×A×10-3Qn—采暖热负荷,KW；q-采暖热指标,W/m2,A-采暖建筑物的建筑面积,m2采暖热指标推荐值七、城市天然气热值和杂质含量的要求1、天然气发热量,总硫、硫化氢含量、水露点指标应符合现行国家标准〈天然气〉GB17820的一类气或二类气的规定;天然气的技术指标GB17820注：1、标准中气体体积的标准参比条件是,20℃;2、取样方法按GB\T13609;2、在天然气交接点的压力和温度条件下,天然气的烃露点应比最低环境温度低5℃,天然气中不应有固态、液态或胶状物质;八、天然气的储存与运输1、管道输送天然气在常温下不能液化,通常保持在一定压力下采用管道输送;城市间天然气管道输送造价较高,通常需要较大规模用气量才可能实施长输管道工程;城市内天然气通常全部采用管道输送至各用户;2、CNG压缩天然气将天然气压缩到20MPa,压缩后体积缩小约220倍,采用气瓶车运输至城市门站减压供给城市用气,或压缩后供给CNG汽车作为燃料; CNG储存效率较高,但是由于压力很高,需多级压缩,耗能较高,同时气瓶金属耗量非常大,因此CNG汽车运输效率很低,因此通常为近距离小规模运输;一般为200公里,最大400公里;3、LNG液化天然气将天然气深度冷冻,通常约-162℃即1atm下,天然气的沸点温度,此时液化后的体积约缩小约600多倍,采用低温槽车国际间采用低温槽船运输至城市气化站气化为常温天然气供给城市用气;LNG储存温度很低,储存压力略高于常压,储存效率高,单位体积运输费用较低;国际间天然气贸易中LNG所占比重逐年增加,我国正在大力引进国外的LNG;我国天然气资源分布不均,目前国内已有2座中小型LNG液化厂,并有多座正在建设,极大的促进了国内天然气事业的发展;LNG的覆盖范围约1000-3000公里,每1000公里运费约元指40立方米槽车;九、城市燃气管网压力级制城镇燃气设计压力表压分级第二部分CNG工艺流程及基本原理一、概述压缩天然气CNG是将管道天然气经过脱水、脱硫后用压缩机将天然气压力增加到20-25Mpa;目前主要应用于汽车燃料、城市小区、工业用户等领域;压缩天然气具有清洁、储存效率高、运输使用方便、快捷等优点;压缩天然气的应用还可解决管道施工困难的城市人口密集地区的清洁燃料供应问题,从而有效提高城市气化率;解决部分需要天然气作为燃料原料工业企业的用气要求;二、CNG的性质１、储存压力：20-25MPa２、水露点温度：水露点温度－55℃以下３、其他指标同天然气三、CNG加气站工艺流程略四、CNG减压站及子站工艺流程略第三部分LNG工艺流程及基本原理一、概述LNG Liquefied Natural Gas ,是天然气经过净化,压缩制冷而得到－162℃的液态天然气,体积缩小了约600倍,适宜于长途运输和储存;LNG比液化前的天然气组分更纯净,几乎不含水分;主要成份为CH4,还有少量C２H６、C３H８、N２;二、LNG的性质１、储存温度：-145~-162℃２、储存压力：~３、液态密度： m3 4、其他参数同天然气三、LNG 气化工艺流程各种燃料燃值及换算1千克标准煤的热值为兆焦7011KCal 即 MJ/Kg 7011 KCal /Kg气1Nm3＝ Kg1千克焦炭的热值为 30 MJ/Kg7011KCal1度电1KWh的发热量为兆焦860KCal 即 MJ/KWh 860 KCal /KWh气1Nm3＝ KWh重油的热值：10000 KCal /千克即MJ/Kg 10000 KCal /Kg 气1Nm3＝ Kg汽油的热值：10313 KCal /千克即MJ/Kg 10313 KCal /Kg气1Nm3＝ Kg=柴油的热值：11014 KCal /千克即MJ/Kg 11014 KCal /Kg气1Nm3＝ Kg=液化石油气热值： MJ/ Kg 即Kg 10860 KCal /Kg气1Nm3＝ Kg天然气燃值：1、气田气热值一般为 Nm3 8300 KCal /Nm32、油田伴生气热值一般为Nm3 10878 KCal /Nm33、凝析气田气热值一般为Nm3 11569 KCal /Nm34、煤层气热值一般为 Nm35、矿井气热值一般为 Nm3 4500 KCal /Nm3在一个下,每立方米空气所具有的质量千克就是空气.我们一般采用的空气密度是指在0摄氏度、绝对标准指标下,密度为m3公式：重量=密度×体积;但是气体的密度与压强的关系很大;一般情况下：液化天然气密度：~cm3420~460 Kg/m3；气态大约是：cm3×103 Kg/m3;天然气市场周报近似换算：1吨LNG≈1360 m3～1480汽油比重：90汽油为mlKg；93汽油为ml；97汽油为ml柴油比重：柴油为mlKg重油比重：热值单位换算： KCal / MJ。
海底天然气物理化学性质第一节海底天然气组成表示法一、海底天然气组成海底天然气是由多种可燃和不可燃的气体组成的混合气体。
以低分子饱和烃类气体为主，并含有少量非烃类气体。
在烃类气体中，甲烷（CH4）占绝大部分，乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）和戊烷（C5H12）含量不多，庚烷以上（C5+）烷烃含量极少。
另外，所含的少量非烃类气体一般有氮气（N2）、二氧化碳（CO2）、氢气（H2）、硫化氢（H2S）和水汽（H2O）以及微量的惰性气体。
由于海底天然气是多种气态组分不同比例的混合物，所以也像石油那样，其物理性质变化很大，它的主要物理性质见下表。
海底天然气中主要成分的物理化学性质二、海底天然气容积分数和摩尔分数定义混合物中各组分的容积为V i ，总容积V ；摩尔分数y i ：i 组分的摩尔数n i 与混合物总摩尔数n 的比值。
∑=='i i i i V VV V y ； 1='∑i y ；∑==ii i i n n n n y ； 1=∑i y 由分压定律，存在P i V= n i R M T ；P i V=n R M T 由分容定律，存在PV i = n i R M T ；PV=n R M Tppn n y i i i ==； i i i i y n n V V y ==='结论：对于理想气体混合物，任意组分的摩尔分数可以用该组分的分压与混合物总压的比值表示，且摩尔分数与容积分数相等。
三、海底天然气分子量标准状态下，1kmol 天然气的质量定义为天然气的平均分子量，简称分子量。
∑=i i M y M 四、海底天然气密度（1）平均密度混合气体密度指单位体积混合气体的质量。
按下面公式计算： 0℃标准状态 ∑=i i M y 414.221ρ； 20℃标准状态 ∑=i i M y 055.241ρ 任意温度与压力下 i i i i V y M y ∑∑=/ρ （2）相对密度在标准状态下，气体的密度与干空气的密度之比称为相对密度。
