天然气物性参数新

54囱魁科技2020年•第3期天然血高压物性参数预测研究◊中国石化胜利油田分公司勘探开发研究院 郑文龙近年来，越来越多的人致力于天然气高压物性参数预测 方面的研究工作，并获得了很多天然气物性参数预测方面有意义的公式。

这对一些无法进行试验测定的天然气井来说， 提供了一种新的途径。

在元坝地区天然气高压物性变化规律的基础上，我们开展了天然气偏差系数的预测研究，以验证 元坝地区参数预测方程的准确性。

(1)(2)1经验公式评价通过天然气组分来计算偏差系数，常用公式主要包括Hall-Yarborough 法 、Dranchlk-Abu-Kassem 法和 Soave-Redlich-Kwong 法％（1） Hall-Yarborough 方法（H-Y ）。

11-丫方程建立在5-咪态方程的基础上，H-Y 方程的数学表示形式为：Z _ 0.06125”/『如"yZ =-（14.7& - 9.76f 2 +4.5&彳）y+ （90.7^ - 242.N + 42.4? ）j （11St282,）表达式中涉及到视对应压力丙、视对应温度f 以及对应密 度丁。

如果得到y 值便可以通过上式求得气体的偏差系数，而y 值可以通过联立求解式（5.1）和式（5.2）得到。

天然气组分中硫 化氢、二氧化碳等酸性气体对天然气的临界点存在一定的影响，并导致计算结果偏差较大。

因此，在计算偏差系数时，需含酸性气体的天然气临界琢（2） D-A 方法。

偏差系数的计算中，另一个比较优势的方程就是D-A （ Dranchuk and Abou-Kassem ） StandingKatz 状态方 程，D-A 方程建立在试验数据的基础上，通过计算获得气体的 临#»多元计算，舷将桶整理为两个变量缈入和心，影响鎌的因素只包括气体摩尔比乙以及纯组分临界点在两个变量参数中，我们将天然气组分划分为三部分。

第 一部分包括桂类气体；第二部分是非桂类气体，包括二氧化碳、硫化氢、氮气、氮气等；第三部分是正庚烷傳分物。

摘要天然气的压缩因子、体积系数、压缩系数、粘度等高压物性参数随气藏压力和温度的变化而变化,定量描述和预测这些参数的变化规律具有十分重要的实际意义。

通过电脑程序将天然气高压物性的相关经验公式转变为程序计算，能够很快的得到计算结果以及对计算结果的图形分析，通过最后的图形分析我们能很直观的看出高压物性参数之间的关系，有利于确定合理的开发速度和规模，节省投资，将资金投向回报率高的方案上。

本文中首先介绍了天然气高压物性参数的相关经验及半经验公式，再利用excelVBA实现公式的程序计算，只要输入原始数据，点击相应的高压物性计算按钮就能得到计算结果，数据分析窗体能够自动输出高压物性与相关参数的图形。

关键字：高压物性偏差系数粘度压力温度ABSTRACTGas compressibility factor, volume factor, compressibility, viscosity and other physical parameters with high pressure gas reservoir pressure and temperature changes, quantitatively describe and predict the variation of these parameters has a very important practical significance. Through a computer program related to the physical properties of high pressure natural gas into a program to calculate the empirical formula, can quickly get the results and the calculation results of the graphical analysis, graphical analysis through the last we can see the pressure very intuitive relationship between the physical parameters will help determine a reasonable pace and scale of development, reduce investment, high return on the capital investment program on.This paper first introduces the gas pressure in the physical parameters relevant experience and semi.empirical formulas to achieve reuse excelVBA program calculates the formula, as long as the input raw data, click on the appropriate button to be able to calculate the physical properties of high pressure to get results, analysis of data form can be automatically output pressure properties and related parameters graphics.Keywords: PVT variation ；coefficient of viscosity；pressure ；temperature ；coefficient of volume.重庆科技学院本科生毕业设计目录目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 绪论 (1)1.1国内外天然气高压物性参数计算发展历史 (1)1.2国内天然气分布 (2)1.3天然气高压物性参数计算的意义 (2)2 计算方法介绍 (4)2.1天然气临界参数计算 (4)2.1.1 天然气平均分子量 (4)2.1.2 天然气的相对密度 (4)2.1.3 拟临界压力P PC和拟临界温度T PC (4)2.1.4 拟对比压力P Pr和拟对比温度T Pr的计算 (5)2.2天然气的偏差因子Z计算 (6)2.2.1 Pong.Robinson方程法 (6)2.2.2 Cranmer方法 (7)2.2.3 DPR法 (7)2.2.4 DAK法 (8)2.2.5 平均值法 (9)2.3天然气压缩因子计算 (9)2.4天然气体积系数计算 (10)2.5天然气膨胀系数的计算 (10)2.6天然气的粘度计算 (10)2.6.1 Lee关系式 (11)2.6.2 Dempsey关系式 (11)3 EXCELVBA程序计算 (13)3.1VBA简介 (13)3.2界面设计 (13)3.3操作步骤 (14)3.3.1 原始数据 (15)3.3.2 拟临界压力、温度，拟对比压力、温度的计算 (16)3.3.3 天然气高压物性的计算 (17)3.3.4 图形分析 (22)3.3.5 数据查询 (25)4 结论 (26)参考文献 (27)致谢 (28)1重庆科技学院本科生毕业设计 1 绪论1 绪论1.1 国内外天然气高压物性参数计算发展历史天然气高压物性参数计算问题早在20世纪40年代就有人提出了。

天然气定压比热容1.定义及物理意义定压比热容（Specific Heat Capacity at Constant Pressure）是指在恒定压力下，单位质量物质温度升高1度所需要的热量。

它是天然气工业中一个重要的热物性参数，用于描述天然气在处理、运输和利用过程中的热行为。

2.影响因素定压比热容主要受到温度、压力、气体组成等因素的影响。

其中，温度是影响最大的因素，随着温度的升高，定压比热容通常会增大。

压力和气体组成也对定压比热容产生影响，但相对较小。

3.计算方法定压比热容的计算方法包括经验公式和实验测定。

经验公式通常基于气体的组成和温度、压力等参数进行计算，但准确性通常较低。

实验测定是通过实验室测量定压比热容的值，这种方法准确度高，但需要专门的设备和条件。

4.实验测定实验测定定压比热容的方法包括量热计法和绝热膨胀法等。

量热计法是通过测量加热气体所需的热量来计算定压比热容，绝热膨胀法是通过测量气体膨胀过程中的温度变化来计算定压比热容。

这些方法都需要专门的实验设备和条件。

5.数值模拟研究数值模拟方法可以用来研究天然气的热行为，包括定压比热容的计算。

这种方法可以通过模拟气体的分子运动和能量传递过程，得到定压比热容的近似值。

数值模拟方法需要使用专门的计算机软件和算法，但其优点是可以在不需要实验设备的情况下预测天然气的热行为。

6.对比分析对比分析可以用来评估不同计算方法和实验测定的准确性。

通过比较不同方法的计算结果和实验测定值，可以评估各种方法的优劣和适用范围。

同时，也可以通过对比不同气体组成和温度、压力条件下的定压比热容值，了解各种因素对定压比热容的影响程度。

7.结论与展望定压比热容是天然气工业中一个重要的热物性参数，对于天然气的处理、运输和利用过程具有重要的意义。

本文从定义及物理意义、影响因素、计算方法、实验测定、数值模拟研究和对比分析等方面对定压比热容进行了全面的介绍和研究。

未来，随着天然气工业的发展和技术的进步，对于定压比热容的研究和应用也将不断深入和完善。

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。

天然气物性参数
一、天然气
1、密度
常温、常压下甲烷的密度为0.7174kg/m3，相对密度为0.5548。

天然气的密度一般为0.75～0.8 kg/m3，相对密度一般为0.58～0.62。

2、着火温度
甲烷着火温度为540℃。

3、燃烧温度
甲烷的理想燃烧温度为1970℃。

天然气的理论燃烧温度可达2030℃。

4、热值
天然气热值一般为8500kcal/Nm3。

5、爆炸极限
天然气的爆炸极限为5%～15%。

二、压缩天然气
压缩天然气(CNG)通常是指经净化后压缩到20～25MPa的天然气。

CNG在20MPa时的体积约为标准状态下同质量天然气的1/200。

三、液化天然气
天然气在常压下，当冷却至-162℃时，由气态变为液态，称为液化天然气(LNG)。

LNG的密度通常在430～470kg/m3之间，LNG的体积约为同量气
态天然气体积的1/620。

四、LNG与燃料油比较
五、气态天然气与LNG换算
1tLNG≈2.3m3LNG
1m3LNG≈620Nm3气态天然气
1tLNG≈1400Nm3气态天然气
六、LNG成本费用
运费：0.062～0.077元/(m3·100km) 运输成本：33.6～42元/(m3·100km) 液化成本：0.6～1.0元/m3
气化站成本：0.6～1.0元/m3。

2.1 天然气临界参数计算2.1.1 天然气平均分子量天然气是混合气体，分子量不是一成不变的，其平均分子量按Key 规则计算:g i i M y M =∑（2.1）式中 M g —天然气的平均分子量kg/mol ；M i 、y i —天然气中i 组分的分子量和摩尔分数。

2.1.2 天然气的相对密度首先假定空气和天然气都取同一标准状态，天然气的相对密度可用下式表示： 28.9729g g g gg air air M M M r M ρρ===≈（2.2） 式中 r g —天然气的相对密度；g ρair ρ—同一标准状态下，天然气、空气的密度kg/m 3；g M air M —天然气、空气的平均分子量kg/mol 。

2.1.3 拟临界压力P PC 和拟临界温度T PC① 组分分析方法pc i ci p y p =∑pc i ci T yT =∑（2.3）g i i M y M =∑式中 ci p —— 天然气组分i 的临界压力(绝),MPa ；ci T —— 天然气组分i 的临界温度,(273+t)°K 。

② 相关经验公式方法在缺乏天然气组分分析数据的情况下，可引用Standing 在1941年发表的相关经验公式对于干气2pc 2pc 4.6660.1030.2593.31817g g g gp T γγγγ=+-=+- （2.4）对于湿气2pc 2pc 4.8680.35639.7103.9183.339.7g g g gp T γγγγ=+-=+- （2.5）也可以用下面经验关系式进行计算 对于干气pc pc pc pc 4.88150.386192.2222176.66670.74.77800.248292.2222176.66670.7g g g g gg p T p T γγγγγγ=-=+≥=-=+<（2.6）对于湿气pc pc pc pc 5.10210.6895132.2222176.66670.74.77800.2482106.1111152.22220.7g g g g gg p T p T γγγγγγ=-=+≥=-=+< （2.7）注意：上式是对于纯天然气适用，而对于含非烃CO 2 、H 2S 等可以用Wichert 和Aziz 修正。

上海煤气 2019年第4期〈〈 1LNG 热物性参数的计算同济大学机械与能源工程学院 罗 洋 周伟国 贾云飞摘要：液化天然气(LNG)是多元混合物，其热物性参数的计算不能按照理想状态处理。

引入各参数相应混合规则，分别介绍了LNG 导热系数、动力黏度、密度及定压比热容的计算方法，并且以某气源为例，用Matlab 编程计算出不同温度下LNG 的这四种基本热物性参数，并和HYSYS 的计算结果进行了比较，结果表明该计算方法可行。

关键词：LNG 热物性参数 计算天然气液化后的体积约为同质量气态天然气体积的1/625，大大节省了储存空间及运输成本，具有明显的经济优势和发展潜力。

天然气在其液态状态输送过程中，其热物性参数会随着温度和压力的变化而不断变化。

较为准确的热物性参数是天然气在液化、换热和运输等环节流程模拟及动态分析的基础，同时也是提高流程模拟分析准确性的关键。

本文主要针对LNG 导热系数λ、动力黏度µ、密度ρ和定压比热容Cp 四个热物性参数的计算方法进行总结和验证。

1 混合物热物性计算方法天然气是多元混合物，分子之间的尺寸、形状和极性等存在较大差异，分子间相互作用与纯物质中同种分子间的相互作用存在本质上的差别，如果用纯组分热物性、摩尔分数以及分子量等参数建立函数关系计算混合物热物性，则忽略了各组分之间分子作用力，导致计算出现偏差；并且方程中一些参数值或参数的关联式仅适合于纯物质，用状态方程处理混合物体系时，离不开方程中有关参数的混合规则；其次，对于某些组分的热物性参数数据缺乏时，只能采用估算值进行计算，使得计算值和实测值偏差较大。

天然气作为混合物，需要综合考虑各组分之间的相互作用对于整体效应的影响。

由此需要引进混合规则，根据对应态原理，混合物可以看作具有一套按一定规则求出的假临界参数、性质均一的虚拟的纯物质，其对应的物性参数需要通过混合规则求出。

由于这种假想参数强烈依赖于混合物的成分，因此完全由实验确定是非常困难的。

2.1 天然气临界参数计算2.1.1 天然气平均分子量天然气是混合气体，分子量不是一成不变的，其平均分子量按Key 规则计算: g i i M y M =∑ （2.1） 式中 M g —天然气的平均分子量kg/mol ；M i 、y i —天然气中i 组分的分子量和摩尔分数。

2.1.2 天然气的相对密度首先假定空气和天然气都取同一标准状态，天然气的相对密度可用下式表示：28.9729g g g g g air air M M M r M ρρ===≈（2.2） 式中 r g —天然气的相对密度；g ρair ρ—同一标准状态下，天然气、空气的密度kg/m 3；g M air M —天然气、空气的平均分子量kg/mol 。

2.1.3 拟临界压力P PC 和拟临界温度T PC① 组分分析方法pc i ci p y p =∑pc i ci T yT =∑（2.3） g i i M y M =∑式中 ci p —— 天然气组分i 的临界压力(绝),MPa ；ci T —— 天然气组分i 的临界温度,(273+t)°K 。

② 相关经验公式方法在缺乏天然气组分分析数据的情况下，可引用Standing 在1941年发表的相关经验公式对于干气2pc 2pc 4.6660.1030.2593.31817g g g gp T γγγγ=+-=+- （2.4）对于湿气2pc 2pc 4.8680.35639.7103.9183.339.7g g g gp T γγγγ=+-=+- （2.5）也可以用下面经验关系式进行计算 对于干气pc pc pc pc 4.88150.386192.2222176.66670.74.77800.248292.2222176.66670.7g g g g gg p T p T γγγγγγ=-=+≥=-=+< （2.6）对于湿气pc pc pc pc 5.10210.6895132.2222176.66670.74.77800.2482106.1111152.22220.7g g g g gg p T p T γγγγγγ=-=+≥=-=+< （2.7）注意：上式是对于纯天然气适用，而对于含非烃CO 2 、H 2S 等可以用Wichert 和Aziz 修正。

2.1 天然气临界参数计算2.1.1 天然气平均分子量天然气是混合气体，分子量不是一成不变的，其平均分子量按Key 规则计算: g i i M y M =∑ （2.1） 式中 M g —天然气的平均分子量kg/mol ；M i 、y i —天然气中i 组分的分子量和摩尔分数。

2.1.2 天然气的相对密度首先假定空气和天然气都取同一标准状态，天然气的相对密度可用下式表示：28.9729g gggg a i r a i rM MMr Mρρ===≈（2.2） 式中 r g —天然气的相对密度；g ρair ρ—同一标准状态下，天然气、空气的密度kg/m 3；g M air M —天然气、空气的平均分子量kg/mol 。

2.1.3 拟临界压力P PC 和拟临界温度T PC① 组分分析方法p c i c ip y p =∑ p c i ci T yT =∑（2.3） g i i M y M =∑式中 ci p —— 天然气组分i 的临界压力(绝),MPa ；ci T —— 天然气组分i 的临界温度,(273+t)°K 。

② 相关经验公式方法在缺乏天然气组分分析数据的情况下，可引用Standing 在1941年发表的相关经验公式对于干气2pc 2pc 4.6660.1030.2593.31817g g g gp T γγγγ=+-=+- （2.4）对于湿气2pc 2pc 4.8680.35639.7103.9183.339.7g g g gp T γγγγ=+-=+- （2.5）也可以用下面经验关系式进行计算 对于干气pc pc pc pc 4.88150.386192.2222176.66670.74.77800.248292.2222176.66670.7g g g g gg p T p T γγγγγγ=-=+≥=-=+< （2.6）对于湿气pc pc pc pc 5.10210.6895132.2222176.66670.74.77800.2482106.1111152.22220.7g g g g gg p T p T γγγγγγ=-=+≥=-=+< （2.7）注意：上式是对于纯天然气适用，而对于含非烃CO 2 、H 2S 等可以用Wichert和Aziz 修正。

2.1 天然气临界参数计算2.1.1天然气平均分子量天然气是混合气体，分子量不是一成不变的，其平均分子量按Key规则计算:M g y i M i（2.1）式中M g—天然气的平均分子量kg/mol ；M i、 y i—天然气中i 组分的分子量和摩尔分数。

2.1.2天然气的相对密度首先假定空气和天然气都取同一标准状态，天然气的相对密度可用下式表示：gM g M g M g（2.2）r gM a i r 2 8. 9 7 2 9a i r式中r g—天然气的相对密度；g air—同一标准状态下，天然气、空气的密度 kg/m 3；M g M air—天然气、空气的平均分子量kg/mol。

2.1.3拟临界压力P PC和拟临界温度T PC① 组分分析方法p p c yipc iT p c y T i ci（2.3）M g yiMi式中p ci——天然气组分 i 的临界压力 (绝),MPa；T ci——天然气组分 i 的临界温度 ,(273+t)°K 。

② 相关经验公式方法在缺乏天然气组分分析数据的情况下，可引用Standing 在 1941年发表的相关经验公式对于干气ppc4.666 0.1030.252ggTpc93.3 181 g 72g对于湿气ppc4.868 0.35639.7 2gg T pc 103.9 183.339.7 2gg也可以用下面经验关系式进行计算 对于干气p pc 4.8815 0.3861 gT pc 92.2222 176.6667 ggppc4.7780 0.2482 gTpc92.2222 176.6667 gg对于湿气（2.4）（2.5）0.7（2.6）0.7p pc 5.1021 0.6895 gT pc 132.2222 176.6667 g gppc4.7780 0.2482 gTpc106.1111 152.2222 gg0.7（2.7）0.7注意：上式是对于纯天然气适用，而对于含非烃CO 2 、2等可以用WichertH S和 Aziz 修正。

基于AGA8和AGA10的天然气物性参数计算的软件设计作者：陈玉洁沈昱明来源：《软件》2020年第09期摘要：根据美国燃气协会（AGA）发表的AGA No.8及AGA No.10报告中提出的计算方程，采用向量法、机械求积法等对AGA推荐算法进行了优化;并通过MATLAB编程，计算了天然气物性参数，包括：压缩性系数、比热、声速、等熵指数、焓和熵;分析了AGA8中天然气压缩性系数随压力与温度的变化关系。

测试结果表明，计算误差低于0.0003‰，优化后程序运行平均耗时仅150 ms左右。

关键词： MATLAB;天然气;物性参数;AGA8-92DC方程;AGA10;优化算法中图分类号： TP391.75 文献标识码： A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2020.09.027本文著录格式：陈玉洁，沈昱明. 基于AGA8和AGA10的天然气物性参数计算的软件设计[J]. 软件，2020，41（09）：9699+132【Abstract】： According to the calculation equations proposed in the AGA No. 8 and AGA No.10 reports issued by the American Gas Association （AGA）， the AGA recommendation algorithm was optimized using the vector method and the mechanical quadrature method; and the physical properties of natural gas was calculated through MATLAB， including compressibility factor， heat capacity， speed of sound， isentropic index， enthalpy and entropy; the relationship between the compressibility factor of natural gas in AGA8 and the pressure and temperature was analyzed. The test results show that the calculation error is less than 0.0003‰， and the average running time of the optimized program is only about 150 ms.【Key words】： MATLAB; Natural gas; Physical properties; AGA8-92DC equation; AGA10; Optimization0 引言天然氣物性参数，特别是压缩性系数的精确度，对天然气流量计量影响巨大[1]。

天然气标准立方单位天然气作为一种重要的能源资源，在现代工业和生活中具有广泛的应用。

为了标准化天然气的计量和交易，国际上普遍采用标准立方米作为天然气的单位。

本文将从天然气的定义、性质、标准立方米的含义、计量方法以及国际标准等方面对天然气标准立方单位进行探讨。

天然气是一种由甲烷、乙烷等烃类气体混合而成的天然气体，其主要成分为甲烷。

其性质为无色、无味、无毒，易燃。

天然气具有燃烧效率高、燃烧产物少、污染较小等特点，因此在工业生产、生活供暖、发电等领域得到了广泛应用。

标准立方米是指在标准大气压下(1.01325×10^5帕)和标准温度(273.15K)，天然气体所占的体积。

标准大气压和标准温度是国际上公认的标准条件，以保证不同条件下计量的准确性和可比性。

标准立方米是天然气计量的重要单位。

在天然气的生产、输送和使用过程中，为了进行准确计量和交易，需要借助各种技术手段来进行测量。

常见的天然气计量方法包括体积测量法、重量测量法和能量测量法。

体积测量法是指通过流量计、标准容器等装置来测量天然气的体积，从而计算出标准立方米；重量测量法是通过天平等设备来测量天然气的质量，并通过气体的密度等参数来计算出标准立方米；能量测量法则是通过燃烧试验等方法，按照天然气产生的热量来计算出标准立方米。

这些方法都需要按照国际标准来进行准确计量，以确保天然气的质量和交易的公平性。

国际上，关于天然气标准立方米的计量和交易，有一系列国际标准对其进行了规范。

例如ISO 6976:2016《天然气-计量和流量测量-通用推荐规范》，该标准规定了通过温度、压力、湿度等参数对天然气进行准确计量和换算的方法；ISO 5167-1:2003《流体流动的测量-管道系统中的流速测量设备-部分1：用孔板、喷嘴和Venturi喉测定单相气体流速的标准》以及ISO 12213-2:1997《天然气-计量-计算低压天然气相当的体积、高压天然气相当的体积及标况的气体流量》等，都对天然气的流速测量、体积换算等方面进行了具体规定。