本节针对天然气所处的不同压力、相应地提出了适用于低压天然气、高压天然气和液化天然气的黏度计算方法。

1.气体黏度的压力修正界限判别准则

气体压力对气体黏度影响很大,在临界点附近及对比温度T_r为1～2时,气体黏度随压力的上升而增加;当对比压力很大时,可使气体黏度随温度升高而降低。因此,高、低压气体黏度的计算公式不同,需要考虑压力对气体黏度的影响。为此,首先需要确定气体黏度的压力修正的界限,定义天然气的混合规则如下:

式中,T_c,m为混合物的虚拟临界温度;p_c,m为混合物的虚拟临界压力;Z_c,i为组分i的临界压缩因子;V_c,i为组分i的临界摩尔体积;z_i为组分i的摩尔分数。

天然气在压力p、温度T下的对比压力、对比温度分别为

p_r,m=p/p_c,m (1-26)

T_r,m=T/T_c,m (1-27)

式中,p_r,m、Tr,m为混合物的虚拟对比压力和虚拟对比温度。

由气体修正黏度的分界线示意图^[15],可得如下判别准则:

p_r,m>0.188T_r,m-0.12 (1-28)

高压气体混合物以式(1-28)为界限。压力低于此限,可忽略压力对气体黏度的影响。

2.低压天然气的黏度计算公式

低压气体黏度计算较好的计算公式有Lucas法和Chung法^[16]。

1)Lucas法。Lucas低压气体混合物的黏度计算公式如下:

式中,η_m为混合物的黏度;F_m为极性气体的校正系数。

混合物的参数计算采用Lucas混合规则。

2)Chung法。Chung低压气体混合物的黏度计算公式如下:

式中,F_cm为极性气体校正系数;M_r,m为混合物相对分子质量;σ_m为混合物的碰撞直径;Ω_m为混合物碰撞积分;ω_m为混合物的偏心因子;μ_m为混合物偶极矩。

混合物的参数计算采用Chung混合规则。

3.高压天然气的黏度计算公式

高压气体黏度较好的计算公式有Lucas法、Chung法和剩余黏度法^[16]。

1)Lucas法。Lucas高压气体黏度计算公式如下:(www.daowen.com)

式中,K为压力修正项,定义为对比压力、对比温度的函数,计算时不需要求解混合物密度。η_mζm由式(1-29)计算。

2)Chung法。Chung高压气体混合物的黏度计算公式如下:

Chung法将压力修正项定义为气体密度的函数,计算中需要混合物密度值。

3)剩余黏度法:

式中,η_pm为高压气体混合物黏度;η⁰_m为低压气体混合物黏度;ρ_r,m为混合物虚拟对比密度。

剩余黏度法混合规则如下:

式中,Z_c,m为混合物的虚拟临界压缩因子。

T_c,m、Mr,m的混合规则与Lucas混合规则相同。

4.液化天然气黏度计算

液体黏度的理论研究较为复杂,需要多个特性参数,尚难以直接计算液体黏度。一般液体沸点在T_r^-1=1.5附近。当T_r^-1<1.5时,lnη与T_r^-1呈线性关系,可由经验公式计算;而沸点以上无此关系,要采用对应态关联式估算。液体混合物的黏度由单组分黏度通过混合规则导出。

LNG各组分的黏度可由以下经验公式计算,相应的公式参数见表1-8。

表1-8 液体黏度的经验公式参数

lnη=A+B/T (1-52)

lnη=A+B/T+CT+DT² (1-53)

式中,η为黏度。

液化天然气黏度根据各组分的黏度,采用Teja和Rice对应态法计算:

式中,r1、r2代表两种参考流体,可选天然气中摩尔组分最大的两种组分,由Teja混合规则计算。