2第二章 天然气管道输送基础幻灯片.pptx

第二章 天然气管道输送基础;2;2.1.1 天然气的组成 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二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、氮(N2)、氢(H2)、硫化氢(H2S)和水汽(H2O)以及微量的惰性气体氮(He)、氩(Ar)等。; 天然气中单一气体的特性是计算其混合气体特性的基础数据。气体的特性与气体所处的状态有关。目前，气体的标准状态有三种。 1954年第十届国际计量大会(CGPM)协议的标准状态：温度273.15K(0℃),压力101.325kPa。世界各国科技领域广泛采用这一标准状态。 国际标准化组织(ISO)和美国国家标准(ANSI)：温度288.15K(15℃)，压力101.325kPa，是计量气体体积流量的标???。 我国《天然气流量的标准孔板计量方法》(SYL04):温度293.15K(20℃)，压力101.325kPa，是计量气体体积流量的标准。;2.1.2 天然气虚拟临界参数和对比参数 1.天然气虚拟临界参数 当计算天然气的某些物性参数时，常常要用到虚拟临界常数值（临界压力、临界温度、临界密度）。 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，对应的气体密度称为临界密度：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单一组分的摩尔分数及其临界温度、临界压力、临界密度求得：; 2.天然气对比参数 天然气的压力、温度、密度与其临界压力、临界温度和临界密度之比称为天然气对比压力、对比温度和对比密度。 ;2.1.3 天然气的PVT关系 一、实际气体状态方程 可压缩气体的压力P、密度ρ（或摩尔体积V）和温度T之间的关系式是十分重要的。表达这种关系的方程叫做状态方程。对于1kmol的理想气体，状态方程： 或 得到上述经验方程，是基于两点基本假设： 分子是质点； 分子间没有相互作用力 ; 这两个假设对于压力为零的气体是合理的。但是，当压力升高或密度增大时，气体分子本身占据的体积大得越来越重要，而分子间的相互作用力也变得越来越明显。 为了考虑这些效应，范得瓦尔在1873年提出另一个状态方程，即范得瓦尔状态方程。尽管该方程能够描述实际气体的一般特性，但只是定性的。在范得瓦尔方程提出之后，为了考虑实际气体的性质，又提出了大量的状态方程： 一些是基于理论的论证 另一些则完全是经验方程;描述天然气方面的一些常用方程如下： RK状态方程 SRK方程 PR状态方程：天然气管网模拟推荐选用 BWRS状态方程：天然气管网模拟推荐选用 ;（1）RK状态方程 Redlich-kwong方程是1949年提出的二参数状态方程： 式中a和b是常数，其数值求法对应于单组分气体和混合气体分别有不同的计算方式。 ;（2）SRK方程 SRK方程是Soave在改进Redlich-kwong状态方程基础上，于1972年提出的一种状态方程，其形式为 式中a和b的计算方法对应于单组分气体和混合气体同样有不同算法。 SRK方程适用于气相、液态烃和气液平衡计算，但在预测液体密度时欠准确：对烃类组分（甲烷除外），预测的液相密度普遍较实验数据小。;（3）PR状态方程 为进一步提高对热力学性质和汽液平衡数据预测的准确性，Peng和Robinson在Soave模型的基础上又于1976年作了些改进，提出以下PR状态方程。 式中a和b的计算方法对应于单组分气体和混合气体同样有不同算法，具体算法与SRK方法类似。;（3）PR状态方程 优点： 在较大的压力、温度范围内都比较精确。 在相变区或相变区附近也比较精确。 可以作气体组分跟综。 计算量少于BWRS。 缺点： 需要输入气体的全部组分 PR方程适用于气相、液态烃和气液平衡计算，在液相较多时推荐选用。 ;（4）BWRS状态方程 上面介绍的状态方程对于高压低温条件下不能完全适合。为了扩大应用范围及提高在高压、低温下的精确度，