天然气水露点与含水量的换算.docx

1、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 李大全艾慕阳张鹏王玉彬苗青刘凯 西南石油大学，四川成都；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 中国石油兰州输气分公司，甘肃兰州 李大全等天然气水露点与含水量的换算油气储运，（）： 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：选用状态方程，并基于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

2、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，一。实际算例结果表明：该换算方法在压力范围为内计算结果准确性较高，当压力超过时，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；状态方程；逸度系数；相平衡 中图分类号：文献标识码：含水量是天然气的一项重要物性指标，与天然气参数准备 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、含水量示方法屯：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

3、件无关；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；绝对湿度，指单位体积中的水分干、湿混合体系摩尔组分换算 质量（），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；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；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。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，

4、但比条件（，）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），则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。在标准状态下，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，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！：！ 算过程中参数繁多，迭代求解复杂，且因选取不同的状如（一），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。咒一万而丽丽一 状态方程和关联方程式（）的扩展工作范围为

5、一。当温度为 ，二元交互系数正巧屉巧。 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（）气一液两相逸度系数 方程进行关联，其方程式为： 夕一月丁以根据天然气水露点温度的定义，天然气中水蒸气 。（）（）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（）；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，。够仍（）单组分参数：；（） 口：口广口庐半式中：五为液相中组分的物质的量浓度；为液相中 厂口（）组分的逸度系数；妒，为气相中组分的逸度系数。 由式（）和式（）可以得到： 愈谚毛咒（） 正；在式（）中，需要分别求解组分在气相和液相 （）中的

6、逸度系数。任中组分的逸度系数和该相状 式中：丁为临界温度，；。为临界压力，；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，；为气体温度，；为气体压力，。函数的状态方程，逸度系数可表示为口： 根据文献，反的关联式为： （一）（一）（一）（）痧咒歹 当丁适用范围不同，系数取值亦不同（表）。 表口函数中系数的取值去州啊一针， ， 厶一万（） 式中：为压缩因子；工为组分的逸度，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， 多组分混合。 采用范德华方程可以导出以下均衡规则：气相混合物组元 口。，口口（一向）（）利用式（）和式（）的混合规则，将式（）代入式 （），可以导出气相混

7、合物组元逸度系数的计算式口： 幺（） 口：鱼（）一（）“ 式中：五为混合物中各组分的物质的量浓度；志“为二元一，。垒一孙吻糍月丁）交互作用参数，需由二元对的相关实验数据回归得 到，志巧，在没有实验数据的情况下常取 尼“。液相纯组分 对于二氧化碳水、甲烷水和乙烷水的二元系状态方程利用压缩因子可表示为：统，有必要引入以温度丁为函数的交互作用参数是以一（）孑（一）获得对气一液平衡的准确描述。温度函数通常为：一（一）（） 劈磅西彖）（）肛羔肛羔（） 式中：志，、尼。为二元交互作用参数阳。式中：、为中间计算变量；系数口、的确定方法同三！竺竺：坐型 李大全等：天然气水露点与含水量的换算经验交流， 气体状态

8、方程的系数、。入参数变为天然气水露点、输出参数为含水量。根据 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和式为：编程工具，将换算过程编制成程序，并对计算产，（等）叫产础，结果进行对比。在迭代过程中采用改进的试位法， ，收敛速度快且稳定性好。 ：一（）综上所述，推导得出了天然气水露点与含水量的 换算方法，编写了计算程序，并进行了大量的数值验 利用式（）和式（）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（）进行迭代，即可得用的压力和温度范围分别为，到计算结果。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

9、证结果与参考文献 计算步骤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，而压力值超过后， 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，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，查阅组分的临界温度，此处主要为水李长俊天然气管道输送版北京：石油工业出版社，蒸气的临界温度，并由式（）计算对比温度丁；： 第四步，由式（）计算函数，由式（）和式（）陈赓良测定天然气水蒸气含量水露点的方法与仪器石油计算组分的和，由式（）

10、和式（）计算混合体系仪器，（）：， 的和；中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 第五步，利用状态方程（）求出混合体系的摩尔天然气水含量与水露点之间的换算北京：中国标准出体积；版社， 第六步，由式（）求出混合体系在、条件下的郭天民多元气液平衡一精馏北京：石油工业出版社，压缩因子；： 第七步，将求得的各参数代入式（）计算逸度系马沛生化工热力学北京：化学工业出版社，：数西，此处假设只有水蒸气组分达到气液平衡，因此液，工程数值方法于艳华，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，： 第八步，由式（）和式（）计算液相压缩因子，（收稿日期：；编辑：孙伶）由式（）计算液相（纯水

11、）逸度系数； 第九步，将气、液两相逸度系数代入式（）计算相 平衡系数； ， 第十步，判断老一占是否成立，若成立，贝。丁作者简介：李大全，在读博士生，年生，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：； 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