LNG熱物性計算

劉 璐，劉寶玉，李少華，戚積功

LNG熱物性計算

劉 璐，劉寶玉，李少華，戚積功

（遼寧石油化工大學，遼寧 撫順 113001）

天然氣在其液化或液態狀態下輸送過程中，其物性參數隨著溫度和壓力的變化而不斷改變，因此液化天然氣物性計算中不能按理想狀態處理。根據實際工程需要，使用LKP方程及其關聯式對密度、焓和熵值進行計算；通過對比態原理和Lohrenz等關聯式計算了比熱容和粘度。計算結果和實驗數據對比，表明其計算精度滿足工程實際需求。

液化天然氣； LKP； 物性； 焓

隨著天然氣工業的迅速發展，其需求量與日俱增，天然氣開采出來后通常要去除雜質，在低溫下液化成 LNG以提高運輸和儲存的效率。本文就天然氣液化及輸送過程所需要的一些物性參數做一介紹。

1 LKP方程

狀態方程的類型很多，有著各自的計算特點，LKP方程不但適用于液相，尤其在烴類體系的物性計算中有較好的精度，同時LKP方程在國內外多數文獻和工具書上也被認為是計算壓縮因子、焓和熵的最佳方法。本文將采用LKP[1]方程來計算低溫流體的物性。

LKP方程如下：（Byung IK Lee,1975）

方程中共有12個常數項，Lee-Kesler分別用氬和正辛烷的實驗數據來擬合方程中簡單流體和參考流體的常數，常數值見表1。

表1 LKP方程中的常數Table 1 Constant of LKP equation

使用 LKP方程計算 LNG混合物的物性參數時，虛擬臨界參數的表述如下:

若用對比密度來表示LKP方程[2]，則其表達式如下：

為了能夠便于計算，本文采用牛頓迭代的方法確定簡單流體和參考流體對比密度迭代計算。其計算公式如下：

其中：

為了能夠更快捷的找出其對比密度迭代初值，可參見表2選取[3]。

表2 LKP方程對比密度初值的選取Table 2 Selection of initial contrast density of LKP equation

2 物性計算

2.1 密度和焓值的計算

由LKP方程式可以計算出對比密度rρ，以此可以得到密度和焓值[1]。其計算步驟如下：

（1）已知工質的molZTP ,,；

（2）根據公式(2)得出rrTP,；

（3）由表（2）設簡單流體和參考流體的ργ；

（4）由公式（3）迭代計算出簡單流體和參考流體的ργ；

（5）計算出簡單流體和參考流體的壓縮因子Zr；

（6）由公式計算出工質的壓縮因子rZ和ργ；

（7）由以上參數計算出焓值和熵值。

焓值可由理想焓值與余焓值之和計算得出：

用 LKP方程計算簡單流體和參考流體的余焓值：

其中：

計算工質的余焓：

理想焓值的計算：

2.2 熵值計算

理想熵值的計算：

用 LKP方程計算簡單流體和參考流體的余焓值：

其中E同（6）式。

計算工質的余熵：

2.3 粘度的計算

LNG混合物的粘度采用 Lohrenz[4]等的粘度關聯式來計算。

氣相和液相粘度通過對比密度的四次多項式來表達：

式中：a1=0.102 30，a2=0.023 364，a3=0.058 533，a4=-0.040 758，a5=0.009 332 4；?η是低壓氣體混合物的粘度， 是粘度對比化參數。

對于混合物， 由式（13）計算：

式中的臨界參數使用 LNG混合物的虛擬臨界參數。

稀薄氣體混合物的粘度按下式?η計算：

對于各個組分的稀薄氣體粘度由下式計算

2.4 比熱容的計算

本文的計算采用對比態原理（CSP）[5]。

其中常數見表3。

當純液體i的piC ，值可以得到時，可仿理想氣體混合物熱容計算式，取組成液體混合物的各純組分i的piC 的摩爾分數和質量分數的算數平均值[6]：

表3 理想氣體、液體的熱容Table 3 Heat capacity of Ideal gas and liquid

3 計算實例

根據國內某 LNG接收站引進的天然氣組分，利用上述公式進行分析計算，工質成分見表 4。相對分子質量16.59。

表4 LNG組分Table 4 Compositions of LNG

計算1 MPa下溫度為120 K時的基本物性，通過計算，工質的虛擬臨界溫度為193.32 K，虛擬臨界壓力為4.6 MPa。計算出密度 =413.91 kg/m3，焓值 h=-858.783 kJ/kg，熵 s=6.338 4 kJ/（kg·K），比熱容Cp=3.478 kJ/（kg·K），粘度 =109.88×10-6Pa·s。

4 結 論

通過計算可以看出，計算結果和實驗結果誤差均控制在 5%以內。在上述溫度和壓力條件下，甲烷單質焓值計算結果和實測結果誤差在2.1%左右。由以上數據分析可得，利用LKP方程及其關聯式和上述粘度、比熱容計算式可以對 LNG的物性進行較為準確的計算，滿足工程實際需要。

[1] 顧安忠,魯雪生.液化天然氣技術[M].北京:機械工業出版社，2003:18-20.

[2] 石玉美，顧安忠.天然氣物性的 LKP方程求解[J].天然氣工業，2001，22（2）：62-64.

[3] Schmidt G,Wenzel H.A modified van der Waals type of equation of state[J].Chemical Engineering science,1980(35):1503-1512.

[4] K.S.佩德森.石油和天然氣的性質[M].北京:中國石化出版社，1989:204-207.

[5] B.E.波林.氣液物性估算手冊[M].北京:化學工業出版社，2006:157.

[6] 童景山.流體熱物性學基本理論與計算[M].北京:中國石化出版社，2008:155.

Calculation of LNG Thermodynamic Properties

LIU Lu，LIU Bao-yu，LI Shao-hua，QI Ji-gong
(Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001，China）

LNG’s physical parameters constantly change along with temperature and pressure changing during transportation process，so LNG properties can not be calculated as ideal state. According to the actual project needs ，LKP equation and its correlation was used to calculate density, enthalpy and entropy，CSP and Lohrenz correlation was used to calculate heat capacity and viscosity. The calculated results were compared with experimental data. The results show that accuracy of their work can meet actual demand.

LNG; LKP; Properties; Enthalpy

TQ 015

A

1671-0460（2010）06-0696-03

2010-06-08

劉 璐（1982-），女，在讀碩士研究生，吉林長春人，主要從事LNG冷能發電研究。E-mail：luchun31310@163.com。