天然气混合气体粘度计算方法

王 霞，卢 坤

（1.延安大学 能源与环境工程学院 ，陕西 延安 716000；2.长庆油田，陕西定边）

天然气混合气体粘度计算方法

王 霞1，卢 坤2

（1.延安大学 能源与环境工程学院 ，陕西 延安 716000；2.长庆油田，陕西定边）

为计算气液混输管道中气相与壁面、气相与液相之间的剪切力，必须已知气相在低压下流动过程中的粘度值。本文从生产现场获取天然气混合物的组分和各组分体积分数，给出了一套计算纯组分气体和混合气体粘度的方法，并利用 C＋＋程序实现结果的计算。通过对程序的结果进行分析表明，这种计算混合气体粘度的方法满足工程误差分析的要求。

天然气；动力粘度；C＋＋编程

1 概述

粘性是流体（液体或气体）的一个重要性质［1］，是流体抵抗流动的度量［2］。实际流体都具有粘性，都产生摩擦力。天然气粘度是表征天然气内摩擦力的参数［3］，是计算输气管路中摩擦力的基本物理量。根据组成气体组成成分的不同，可以划分纯组分气体和混合气体。纯组分气体和混合气体分别在高压和低压下的计算方法各不相同。这里主要研究天然气混合气体在等温输送时低压粘度的计算。

2 纯组分气体粘度的计算方法

2.1 TRAPP法计算纯组分气体粘度

单一成分气体的粘度计算方法较为简单。计算时可以采用由牛顿内摩擦定律导出的动力粘度公式，也可以采用TRAPP［4］方法。TRAPP是一种用来计算纯流体和混合物的粘度和导热系数的对比态方法，计算时以丙烷为参照流体。在 TRAPP方法中，纯组分流体的剩余粘度与参照流体丙烷的剩余粘度联系起来：

参照流体的值是在 T0和 ρ0下求得。η0是低压下的粘度，ηR是参照流体丙烷在温度 T0和密度 ρ0下的真实粘度。ηR0是丙烷在温度下 T0的低压粘度。

T0、ρ0和 Fη通过下列各式计算：

式中，f和 h为对应物质的对比比率，由以下确定：

联立公式（1）～（5），即可求出任一温度压力下纯组分气体的粘度。求出粘度后，按照低压混合气体粘度计算方法就可以求出天然气混合气体的粘度值。

2.2 牛顿内摩擦定律法［3］计算纯组分气体动力粘度

根据流体力学［1］的知识我们知道，符合牛顿内摩擦定律的牛顿型流体单位面积上受到的内摩擦力的计算公式为：

可以得到计算流体动粘度的数学公式为：

式中：τ为单位面积上的内摩擦力；μ为流体流动速度；h为流体层的厚度；du dy为速度梯度。有些情况下分析计算时，常出现动力粘度 η与流了半密度 ρ的比值，称为运动粘度，用符号 υ表示，即：υ＝ηρ。本文在计算时采用两种计算方法，并比较两种方法下计算所得粘度。

3 天然气混合物低压粘度的计算方法

求混合物粘度时，必须先计算出纯组分气体在温度 T下的粘度，然后计算天然气混合物的粘度。比较常用的计算公式［5］是：

式中：ηi为纯组分在温度 T下的粘度，μP；Mi为摩尔质量，g／mol；xi分别为各组分的摩尔分数。其中，ηi的值可由 TRAPP法或牛顿内摩擦定律法计算得出。Mi和 xi的值见表 1。

表1 天然气组分以及参数值

4 天然气混合物动力粘度的计算

文中采用的天然气组分是长庆油田采气厂组分值，其组分值如表1所示：

计算结果由 C＋＋程序实现。在环境温度为10℃，管道输送温度为50℃时，经 TRAPP法和公式（7）联立计算得到的天然气动力粘度为 168.11× 10－6Pa·s；经牛顿内摩擦定律法和公式（7）联立计算得到的天然气动力粘度为 149.76×10－6Pa·s。两种方法计算出的混合气体粘度值与真实值误差分别为12.4%和23%，均满足气体误差要求。

5 结束语

通过上面计算结果可知TRAPP法计算得到的粘度误差比牛顿内摩擦定律计算所得误差小，更能满足精度要求。TRAPP法计算复杂，计算时需要不断套用，给程序编写带来一定困难。采用牛顿内摩擦定律公式计算时，方法简单，但是误差较大。可见，天然气混合物粘度的计算误差与所选计算方法有关。另外，取不同生产时期的气体，即气体各组分摩尔分数发生变化时，计算误差有所变化，但是变化幅度小于2.756%，故组分变动对计算误差的影响可以忽略。

［1］袁恩熙.工程流体力学［M］.石油工业出版社，2007.

［2］堵锡华.酯类气体粘度的拓扑学研究［J］.南京工业大学学报，2005（3）：16－20.

［3］魏凯丰，宋少英，张作群.天然气混合气体粘度和雷诺数计算研究［J］.计量学报，2008（3）：248－250.

［4］Huber M L.Chap 12 in Transport Properites of Fluids，Their Correlation，Predection and Estimation［M］，Millat J，JDymond，and Nietode C.A.H astro（Eds.），IUPAC，Cambridge Univ.Press，1996.

［5］Wilke C R.A Viscosity equation for gas mixtares［J］. Chem.Phys.，1950（18）：517－519.

［责任编辑 李晓霞］

TE133＋1

A

1004-602X（2011）02-0054-02

2011 -03 -10

王霞（1982— ），女，山东泰安人，延安大学助教，硕士。