LNG热物性计算

刘 璐，刘宝玉，李少华，戚积功

LNG热物性计算

刘 璐，刘宝玉，李少华，戚积功

（辽宁石油化工大学，辽宁 抚顺 113001）

天然气在其液化或液态状态下输送过程中，其物性参数随着温度和压力的变化而不断改变，因此液化天然气物性计算中不能按理想状态处理。根据实际工程需要，使用LKP方程及其关联式对密度、焓和熵值进行计算；通过对比态原理和Lohrenz等关联式计算了比热容和粘度。计算结果和实验数据对比，表明其计算精度满足工程实际需求。

液化天然气； LKP； 物性； 焓

随着天然气工业的迅速发展，其需求量与日俱增，天然气开采出来后通常要去除杂质，在低温下液化成 LNG以提高运输和储存的效率。本文就天然气液化及输送过程所需要的一些物性参数做一介绍。

1 LKP方程

状态方程的类型很多，有着各自的计算特点，LKP方程不但适用于液相，尤其在烃类体系的物性计算中有较好的精度，同时LKP方程在国内外多数文献和工具书上也被认为是计算压缩因子、焓和熵的最佳方法。本文将采用LKP[1]方程来计算低温流体的物性。

LKP方程如下：（Byung IK Lee,1975）

方程中共有12个常数项，Lee-Kesler分别用氩和正辛烷的实验数据来拟合方程中简单流体和参考流体的常数，常数值见表1。

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

使用 LKP方程计算 LNG混合物的物性参数时，虚拟临界参数的表述如下:

若用对比密度来表示LKP方程[2]，则其表达式如下：

为了能够便于计算，本文采用牛顿迭代的方法确定简单流体和参考流体对比密度迭代计算。其计算公式如下：

其中：

为了能够更快捷的找出其对比密度迭代初值，可参见表2选取[3]。

表2 LKP方程对比密度初值的选取Table 2 Selection of initial contrast density of LKP equation

2 物性计算

2.1 密度和焓值的计算

由LKP方程式可以计算出对比密度rρ，以此可以得到密度和焓值[1]。其计算步骤如下：

（1）已知工质的molZTP ,,；

（2）根据公式(2)得出rrTP,；

（3）由表（2）设简单流体和参考流体的ργ；

（4）由公式（3）迭代计算出简单流体和参考流体的ργ；

（5）计算出简单流体和参考流体的压缩因子Zr；

（6）由公式计算出工质的压缩因子rZ和ργ；

（7）由以上参数计算出焓值和熵值。

焓值可由理想焓值与余焓值之和计算得出：

用 LKP方程计算简单流体和参考流体的余焓值：

其中：

计算工质的余焓：

理想焓值的计算：

2.2 熵值计算

理想熵值的计算：

用 LKP方程计算简单流体和参考流体的余焓值：

其中E同（6）式。

计算工质的余熵：

2.3 粘度的计算

LNG混合物的粘度采用 Lohrenz[4]等的粘度关联式来计算。

气相和液相粘度通过对比密度的四次多项式来表达：

式中：a1=0.102 30，a2=0.023 364，a3=0.058 533，a4=-0.040 758，a5=0.009 332 4；∗η是低压气体混合物的粘度， 是粘度对比化参数。

对于混合物， 由式（13）计算：

式中的临界参数使用 LNG混合物的虚拟临界参数。

稀薄气体混合物的粘度按下式∗η计算：

对于各个组分的稀薄气体粘度由下式计算

2.4 比热容的计算

本文的计算采用对比态原理（CSP）[5]。

其中常数见表3。

当纯液体i的piC ，值可以得到时，可仿理想气体混合物热容计算式，取组成液体混合物的各纯组分i的piC 的摩尔分数和质量分数的算数平均值[6]：

表3 理想气体、液体的热容Table 3 Heat capacity of Ideal gas and liquid

3 计算实例

根据国内某 LNG接收站引进的天然气组分，利用上述公式进行分析计算，工质成分见表 4。相对分子质量16.59。

表4 LNG组分Table 4 Compositions of LNG

计算1 MPa下温度为120 K时的基本物性，通过计算，工质的虚拟临界温度为193.32 K，虚拟临界压力为4.6 MPa。计算出密度 =413.91 kg/m3，焓值 h=-858.783 kJ/kg，熵 s=6.338 4 kJ/（kg·K），比热容Cp=3.478 kJ/（kg·K），粘度 =109.88×10-6Pa·s。

4 结 论

通过计算可以看出，计算结果和实验结果误差均控制在 5%以内。在上述温度和压力条件下，甲烷单质焓值计算结果和实测结果误差在2.1%左右。由以上数据分析可得，利用LKP方程及其关联式和上述粘度、比热容计算式可以对 LNG的物性进行较为准确的计算，满足工程实际需要。

[1] 顾安忠,鲁雪生.液化天然气技术[M].北京:机械工业出版社，2003:18-20.

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[4] K.S.佩德森.石油和天然气的性质[M].北京:中国石化出版社，1989:204-207.

[5] B.E.波林.气液物性估算手册[M].北京:化学工业出版社，2006:157.

[6] 童景山.流体热物性学基本理论与计算[M].北京:中国石化出版社，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

刘 璐（1982-），女，在读硕士研究生，吉林长春人，主要从事LNG冷能发电研究。E-mail：luchun31310@163.com。