天然气水露点与含水量的换算.docx
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天然气水露点与含水量的换算
天然气水露点与含水量的换算
天然气水露点与含水量的换算
李大全１２艾慕阳２张鹏１王玉彬２苗青２刘凯３
１．西南石油大学，四川成都６１０５００；２．油气管道输送安全国家工程实验室・中国石油管道科技研究中心，河北廊坊０６５０００
３．中国石油兰州输气分公司，甘肃兰州７３００７０
李大全等．天然气水露点与含水量的换算．油气储运，２０１２，３１（３）：
２２５—２２７
摘要：
在天然气水露点与含水量的换算过程中，涉及天然气状态方程、气液相平衡、气体混合规则等多步计算，参数多且需要迭代求解，整个计算过程相当复杂。
为此，提出了一种快速、准确的天然气水露点与含水量的换算方法：
选用ＰＲ状态方程，并基于ＧＢ／Ｔ２２６３４－－２００８提供的关联关系曲线，通过相平衡理论导出计算气、液相的逸度系数公式，最后迭代求解。
给出了整个换算过程的详细计算步骤，该计算方法的适用范围可扩展至ｏ．１ＭＰａ≤Ｐ≤３０ＭＰａ，一５０℃≤ｔ≤４０℃。
实际算例结果表明：
该换算方法在压力范围为０．１～５ＭＰａ内计算结果准确性较高，当压力超过８ＭＰａ时，计算不确定度有待进一步分析。
关键词：
天然气；水露点；含水量；换算；ＰＲ状态方程；逸度系数；相平衡
中图分类号：
ＴＥ８３２文献标识码：
ＡＤＯｈＣＮＫＩ：
１３—１０９３／ＴＥ．２０１２０１１６．０８４３．００１含水量是天然气的一项重要物性指标，与天然气１参数准备
的压力、温度和组成等条件有关。
准确描述天然气中
的含水量值，是确保天然气加工、储存运输等过程工艺１．１输入与输出
计算准确性的基础。
天然气中水蒸气含量值有多种表输入参数主要包括干气组成、绝对压力、含水量示方法ｎ屯Ｊ：
①物质的量浓度，它与气体的压力和温度（或者水露点）等；输出参数则主要包括水露点（或者含条件无关；②体积分数，对于理想气体，它与气体的压水量）。
力和温度条件无关；③绝对湿度，指单位体积中的水分１．２干、湿混合体系摩尔组分换算
质量（ｍｇ／ｍ３），使用时必须给出气体的压力和温度参干气与水蒸气共同组成新的混合体系，需要重新比条件；④相对湿度，指天然气绝对湿度与饱和湿度之计算各个组分的物质的量浓度。
湿混合气体的总物比；⑤天然气水露点，指天然气在水汽含量和气压都不质的量等于干气的物质的量与水蒸气的物质的量之改变的条件下，冷却至开始析出液态水滴时的温度，露和，利用干天然气的物质的量咒’即可计算出湿混合点温度越低，气体的干燥程度越高。
气体中各组分的物质的量浓度∥ｉ。
例如：
输入标准参上述表示方法均可以描述天然气的水分含量，但比条件（１０１．３２５ｋＰａ，０℃）下的天然气含水量值∥（单在较多情况下因计算目标不同或为方便比较，需要将位为ｍｇ／ｍ３），则１ＩＴｌ３天然气中水蒸气的物质的量为不同的单位进行换算。
在工程实际中，常常遇到将天∥×１０～／１８。
在标准状态下，１ｍ３干天然气的物质的然气水露点与含水量进行换算的问题，该换算过程涉量约为４４．６２ｔｏｏｌ，则水蒸气的物质的量浓度：
及天然气状态方程、气液相平衡、气体混合规则等，计生兰！
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算过程中参数繁多，迭代求解复杂，且因选取不同的状如（∥×１０一／１８）＋４４．６２，一
态方程和关联关系，形成不同的计算方法，在实际应用其他组分的物质的量浓度：
过程中存在诸多不便。
为此，提出了一种天然气水露
点与含水量的简便换算方法。
咒一万而Ｆ丽丽一４４．６２Ｆ
２状态方程和关联方程式（８）的扩展工作范围为一５０～４０℃。
当温度为
０，二元交互系数正巧＝屉巧ｏ。
ＰＲ方程式最初是针对气体冷凝系统导出的，在许
多应用中被作为标准工具。
基于ＰＲ（Ｐｅｎｇ—Ｒｏｂｉｎｓｏｎ）３气一液两相逸度系数
方程进行关联，其方程式为：
夕２—Ｖ－－—ｂ一—Ｖ２＋２ｂ—Ｖ－ｂｚ月丁以根据天然气水露点温度的定义，天然气中水蒸气
。
（１）（）与液态水处于相平衡状态，故首先运用相平衡理论进式中：
尺为气体常数，取８．３１４ｋＪ／（ｋｍｏｌ・Ｋ）；Ｖ为气体行计算。
相平衡常数的定义和相平衡条件分别为：
摩尔体积，ｍ３／ｋｍｏｌ。
Ｋ＝够１／仍ｖ（９）２．１单组分参数ｙ＿：
＝Ｋ；ｚｔ（１０）
口：
—０．］４５７口２——１广—２口庐半式中：
五为液相中ｉ组分的物质的量浓度；∥为液相中
２４厂Ｒ—２—ＴＬ２口（２）ｉ组分的逸度系数；妒，为气相中ｉ组分的逸度系数。
由式（９）和式（１０）可以得到：
愈㈥ＬＪ７谚毛２∥咒（１１）
正＝；１在式（１１）中，需要分别求解组分ｉ在气相和液相
（（４）４Ｊ中的逸度系数。
任－－＊Ｎ中组分ｉ的逸度系数和该相状
式中：
丁ｃ为临界温度，Ｋ；ｐ。
为临界压力，Ｐａ；ｔ为对比态变量问的关系通常由状态方程连接。
对于压力是显温度，Ｋ；Ｔ为气体温度，Ｋ；ｐ为气体压力，Ｐａ。
函数的状态方程，逸度系数可表示为口‘５１：
根据文献［３］，反的关联式为：
ａ＝Ｅ１＋Ａｉ（１一ｚ０５）＋４（１一ｚ０５）２＋４（１一ｚ０５）４］２（５）ｌｎ痧ｉ＝ｌｎ咒ｆ歹＇
当丁适用范围不同，系数Ａ取值亦不同（表１‘３１）。
表１口函数中系数４的取值＝去Ｆ㈣州啊一针ＨＭ㈨，
，——ｐＶ
厶一ｉ万（１３）
式中：
Ｚ为压缩因子；工为ｉ组分的逸度，对于真实气
体，逸度为校正的分压；咒为气体混合物的物质的量，
２．２多组分混合ｍ０１。
采用范德华方程可以导出以下均衡规则：
３．１气相混合物组元
口＝∑∑ｚ。
ｚ，√口ｉ口ｊ（１一向）（６）利用式（６）和式（７）的混合规则，将式（１）代入式
ｉＪ（１２），可以导出气相混合物组元逸度系数的计算式口］：
６＝∑‘幺（７）
１ｎ口：
鱼（２ｒ＿１）一ｉｎｐ（Ｖ－－ｂ）“
式中：
五为混合物中各组分的物质的量浓度；志“为二元＋一２ｘｆ２ａＲＴｆ，。
垒ｂ一孙吻］ｔｎ糍６月丁ｆ１４）交互作用参数，需由ｉ—ｉ二元对的相关实验数据回归得
到，志巧＝％，ｋｉｉ＝％＝ｏ，在没有实验数据的情况下常取
尼“２０。
３．２液相纯组分
对于二氧化碳／水、甲烷／水和乙烷／水的二元系ＰＲ状态方程利用压缩因子可表示为Ｈｊ：
统，有必要引入以温度丁为函数的交互作用参数是∥以Ｚ３一（１－－Ｂ）孑＋（Ａ一３８２—２Ｂ）Ｚ获得对气一液平衡的准确描述。
温度函数通常为：
一（ＡＢ－－Ｂ２一Ｂ３）＝０（１５）
％２劈＋磅‘西彖～１）（８）肛羔肛羔（１６）
式中：
志ｉ，ｏ、尼。
１为二元交互作用参数阳１。
式中：
Ａ、Ｂ为中间计算变量；系数口、ｂ的确定方法同三ｉ］！
竺竺：
１９坐型
李大全等：
天然气水露点与含水量的换算经验交流ＬｉＤａｑｕａｎ，ｅｔａｈＴｈｅｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｂｅｔｗｅｅｎｗａｔｅｒｃｏｎｔｅｎｔａｎｄｗａｔｅｒｄｅｗｐｏｉｎｔｏｆｎａｔｕｒａｌｇａｓ
ＰＲ气体状态方程的系数ａ、ｂ。
入参数变为天然气水露点、输出参数为含水量。
根据
ＦｈＰＲ方程导出的纯组分逸度系数妒一。
的表达以上计算步骤，分别利用数学计算软件ＭａｔｈＣＡＤ和式为：
编程工具ＶＢ．ＮＥＴ，将换算过程编制成程序，并对计算・ｎ‰产，ｎ（等）叫产・Ｈｎｃｚ础，结果进行对比。
在迭代过程中采用改进的试位法¨ｏ，
ｍ，收敛速度快且稳定性好。
————Ｉ———————————：
＝——一Ｉ４．１ｚ＋（１＋４ｚ）Ｂ综上所述，推导得出了天然气水露点与含水量的
２．８２８Ｂ换算方法，编写了计算程序，并进行了大量的数值验
利用式（１４）和式（１７）分别计算气液两相的逸度算。
结果表明：
天然气水露点与含水量的换算方法适系数，并利用相平衡关系公式（１１）进行迭代，即可得用的压力和温度范围分别为０．１ＭＰａ≤ｐ≤３０ＭＰａ，到计算结果。
－－５０℃≤Ｔ≤４０℃。
在应用过程中，必须同时满足压
力和温度两项适应条件。
将数值验证结果与参考文献
４计算步骤［３］的示例结果进行对比分析：
计算结果准确性比较高
的压力范围是０．１～５ＭＰａ，而压力值超过８ＭＰａ后，
根据含水量计算水露点的具体步骤为：
结果偏差扩大，需要经过更多的数值实验或者其他手第一步，输入干天然气组成和绝对压力Ｐ，并假定段对计算结果的不确定性进行分析。
初始水露点温度丁；
第二步，计算干天然气与水蒸气组成的新混合体
系中各组分的摩尔分数；参考文献：
第三步，查阅ｉ组分的临界温度ｆ，此处主要为水［１］李长俊．天然气管道输送［Ｍ］．２版．北京：
石油工业出版社，蒸气的临界温度，并由式（４）计算对比温度丁ｒ；２００８：
５４—５７．
第四步，由式（５）计算ａ函数，由式（２）和式（３）［２］陈赓良．测定天然气水蒸气含量／水露点的方法与仪器［Ｊ３．石油计算ｉ组分的ａｉ和ｂｉ，由式（６）和式（７）计算混合体系仪器，２０００，１４（４）：
４３—４６，６２．
的ａ和ｂ；［３］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局．ＧＢ／Ｔ２２６３４—
第五步，利用状态方程（１）求出混合体系的摩尔２００８天然气水含量与水露点之间的换算［Ｓ］．北京：
中国标准出体积ｙ；版社，２００９．
第六步，由式（１３）求出混合体系在Ｐ、Ｔ条件下的［４］郭天民．多元气液平衡一精馏［Ｍ］．北京：
石油工业出版社，压缩因子Ｚ；２００２：
３６—４１．
第七步，将求得的各参数代入式（１４）计算逸度系［５］马沛生．化工热力学［Ｍ］．北京：
化学工业出版社，２００５：
８９—１０１．数西ｉ，此处假设只有水蒸气组分达到气液平衡，因此液［６］ＣｈａｐｒａＳＣ，ＲａｙｍｏｎｄＰＣａｎａｌｅ．工程数值方法［Ｍ］．于艳华，相为水的单一组分，只需要计算水蒸气的逸度系数；译．北京：
清华大学出版社，２０１０：
１２４—１２９．
第八步，由式（１５）和式（１６）计算液相压缩因子，（收稿日期：
２０１１—０４—０２；编辑：
孙伶）由式（１７）计算液相（纯水）逸度系数；
第九步，将气、液两相逸度系数代入式（９）计算相
平衡系数Ｋ；
１．，
第十步，判断ｌ老一Ｘｉｌ＜占是否成立，若成立，贝。
丁作者简介：
李大全，在读博士生，１９８０年生，２００５年硕士毕业于西
南石油大学油气储运专业，现主要从事油气管道清管仿真模拟及完
为露点温度；反之，则需修正继续迭代。
整性管理技术的研究工作。
由天然气水露点计算含水量的步骤同上，此时输电话：
１３７３１６１７９３５；Ｅｍａｉｈｌｄｑ８０＠１２６．ｃｏｍ
天然气水露点与含水量的换算
作者：
作者单位：
李大全，艾慕阳，张鹏，王玉彬，苗青，刘凯李大全（西南石油大学,四川成都610500;油气管道输送安全国家工程实验室·中国石油管道科技研究中心
河北廊坊065000），艾慕阳,王玉彬,苗青（油气管道输送安全国家工程实验室·中国石油管道科技研究中
心,河北廊坊065000），张鹏（西南石油大学,四川成都,610500），刘凯（中国石油兰州输气分公司,甘肃兰
州,730070）
油气储运
oil&gasstorageandtransportation
2012,31（3）刊名：
英文刊名：
年，卷（期）：
本文链接：
d.g.wanfangdata/periodical_yqcy201203019.aspx
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