天然气压缩机设计关键物性研究

【摘要】：天然气压缩机对天然气能源工业的发展起至关重要的作用,广泛应用于排水采气、集气处理、管道增压等工业流程中,天然气压缩机能否安全、经济、高效地运行是影响天然气工业发展的重要方面,而国产天然气压缩机在使用寿命、可靠性、技术参数和维修保养等方面与国外产品还有一定的差距。天然气压缩机的热力设计与优化过程,需要解决的关键问题之一就是天然气混合介质的物性计算。本文围绕天然气压缩机设计过程中需要准确计算的物性参数进行研究,包括p-V-T-x和气液相平衡特性参数,研究立方型状态方程在天然气混合介质物性计算中的适用性。利用Fortran语言在CVF平台建立SRK、PR和NB三种立方型状态方程的计算模型来计算天然气混合工质的物性,并将三种状态方程在压缩因子、气相密度、比热方面进行对比。查阅文献表明,NIST研发的REFPROP适用于碳氢化合物介质的物性计算,作者查阅大量文献搜集实验数据,对比REFPROP在天然气物性包括压缩因子、密度、定压比热和露点温度的计算精度,结果表明REFPROP可以作为天然气物性对比数据源。根据沈鼓提供的40种天然气组分及90个实际工况点,以REFPROP为对比数据源研究PR状态方程在预测天然气物性方面的适用性。黏度是天然气重要物性参数之一,在输运参数计算中需要较高的精度要求,尤其是天然气纯组分的黏度计算精度直接影响混合物黏度的计算精度。目前,没有严格的理论可以将介质的黏度表示成温度和压力的函数,同时因为双变量的复杂性,也没有二元回归模型可以准确描述黏度与温度、压力的关系,本文提出一种新的二元回归分析法,建立黏度与温度、压力的函数式,可以准确预测17种天然气纯组分在适用范围(230K≤T≤450K,p≤20MPa)内的黏度,以纯组分的临界温度Tc范围为基准,将17种纯组分分为三类,分别以CH4、iC5H12、CO2为例进行回归分析,经过与数据源和实验数据对比分析,本方法预测精度满足工业精度要求。