毕业论文（设计）天然气纯组分粘度准确快速预测

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1、天然气纯组分粘度准确快速预测摘要针对临界温度在［230KJ50KJZ内的天然气纯组分，基于二元回归分析方法，以C02为例，快速准确地将粘度表示成温度和压力的函数n=f（T,P）o参照软件REFPROP得到定温条件下粘度随温度和压力的变化曲线簇,并基于相态的变化趋势,将曲线簇分为A（气相区）、B（液相区）、C（过渡区）、D（超临界区）四个区域，分别进行二元回归分析。预测结果与REFPROP的平均相对误差小于2%,其中4种介质与实验结果对比，平均相对误差在4%以内，满足工程精度要求。关键词天然气；纯组分；粘度；二氧化碳；回归

2、分析0前言在天然气的运输与加工等工艺设计中，需要不同相态与组分天然气的运输性质的精确预测，尤其是天然气的粘度值，影响雷诺数以及油气藏渗透率流动方程等计算⑴。刚开始，粘度的确定依赖于实验方法得到，但难以满足实际工程需求，随着各类粘度模型的建立，使得粘度的预测越来越方便与精确。天然气混合物的粘度计算一般需要先准确计算纯组分的粘度，然后在此基础上根据一定的混合法则确定混合物粘度。常用的粘度理论模型包括两种，基于对比态原理的关联式和拟立方形状态方程粘度模型【2】。前一种将天然气粘度表示成对比压力、对比温度、对比密度和相对分子量的

3、函数，TRAPP法，以丙烷为参照流体，可以预测计算气相和液相介质的粘度，但未涉及到H20等组分〔习，同时，某些流体对密度的収值很敏感。后一种例如P-T模型，是在Patel-Teja立方型状态方程基础上利用T-g-p和p-v-T图形相似性改进得到，对高压超临界状态流体预测偏差比较大⑷。目前预测天然气组分的经验或者半经验粘度模型主要有三种缺点⑶：（1）应用范围限制，有些只适用于常压，例如Matheson数据手册⑴给出的计算模型；或者只适用于气相或液相，比如Lucas粘度模型。（2）精度限制，在靠近临界区域，粘度变化急剧增加，

4、很难控制精度。（3）变量较多，例如加入密度或者分子量因素，使得粘度的预测精度与其联系起来，易导致较大误差。虽然在实践中，没有严格的理论可以将粘度表示成温度和压力的函数⑹，而基于二元回归法得到的纯组分粘度计算式，突破计算方法的限制，纯组分粘度被表示成温度和压力的函数，该方法有以下优点：（1）预测精确,9种天然气纯组分（H2,N2,CO,CH4,AR,iC5H12,nC5H12,nC6H14,H20）的粘度在适用范围（230KWTW450K,PW20MPa）内与实验值或参照软件REFPROP的平均相对误差均小于l%o（2）易

5、于编程应用，该方法计算参数只涉及压力与温度两种变量，给定状态点（P（）,T°）,就可得到对应纯组分的粘度。（3）快速定位，针对每一类组分都有对应的回归分析计算式。（4）无限接近真值的潜力，若有足够的实验真值作分析，则可以实现预测值与真值无限接近。（5）可借鉴作为其他二元甚至多元相似规律性数据的处理方法。1回归分析方法的适用性天然气纯组分粘度随压力、温度变化具有一定规律性，基于二元回归分析法，依据纯组分的临界温度范围，将其分为三类（TcS230K,Tc>450K和230K

6、CH4为例，可以使用三次或五次函数对变化曲线簇进行回归分析；针对第二类（Tr>450K）,以iC5H12为例，曲线簇可以分成气相和液相部分分别进行回归分析。除了临界温度在［230Q450K］之外的9种纯组分（H2,N2,CO,CH4,AR,iC5H12,nC5H12,nC6H14,H20）,临界温度在［230K,450K］范围内的纯组分（C02.H2S、C2H4、C2H6、C3H8、iC4H10、“C4H10、C5H10等）也可以使用二元回归分析法预测粘度。以C02为例（临界温度Tr=304.21K）,图1为C02的P-

7、T图，方框表示适用压力温度范围（230KWTW450K,PW20MPa）,图2为C02在定温条件下粘度随压力变化曲线簇（数据取自NIST权威软件REFPROP）o

8、1-P（定温）粘度▲(pPas)Fig.2CurvesofviscositywithpressureatconstanttemperatureofC02•230■240▲250*260270•280♦290•300-310•320■330•340350・370•390•410430450注：图中区域分割线非真实分割线►压力（MPa）在适用范阖内，纯组分呈气相、

9、液相或者超临界状态，粘度曲线因气、液相变化而产生阶跃，尤其在纯组分的临界点附近，粘度曲线变化趋势较复杂，其定温变化曲线不能用简单的回归方程表示。依据曲线基于相态的变化趋势，将曲线簇分为ABCD四个区域，A区为气相区，B区为液相区，C区表示临界点附近的气相或者超临界区域，D区则为超临界区。AB区以气液相变线分割，BDK