天然气压缩机多组分混合工质物性计算研究

摘要

天然气是一种洁净环保的优质能源，可从根本上改善环境质量，是21世纪最重要的能源之一。大型透平式压缩机是天然气运输与液化、石油裂解与冶炼、煤液化、化工生产与钢铁制造等能源工业的重要耗能设备，也是航空发动机等动力设备的重要组成部分。压缩机是否高效稳定运行直接影响整个化工及能源系统的经济性、安全性和可持续性。大型天然气压缩机的热力设计和优化过程中，介质物性计算是首要解决的关键问题之一。
　　本文基于与企业合作开发的“压缩机轻重介质物性计算程序”项目的一部分，首先以Peng-Robinson状态方程为基础对天然气混合物真实物性参数的计算方法进行研究，包括压缩因子、比热、熵、焓、逸度系数、露点温度、粘度以及混合物汽化率等物性参数。其中，为了探讨天然气混合气体真实露点温度的准确计算方法，本文基于气液平衡理论，采用改进的二分法迭代求解，针对不同组分天然气混合气体，开展了理想系统与真实系统露点温度的计算方法的研究，并且针对高于临界点的露点温度求解问题提出了相应的解决方案。
　　其次，本文也重点讨论了天然气物性计算方法在压缩机轻重介质物性计算程序中的应用，介绍了天然气物性计算程序的设计要求、设计思想以及最终程序框架，并列出了部分程序代码。本文结合具体工程实例计算了40组不同组成的天然气物性参数，共90个状态点，并借助化工流程模拟软件AspenProperties和物性计算软件Refprop对天然气物性计算程序进行对比验证并分析其准确性。其中，本文详细讨论了压缩因子与露点温度计算的准确性问题，并对相关计算问题给予了解释说明，完善了计算方法。最后，本文提供了压缩机部分热力设计过程的计算实例，用于验证天然气物性计算的研究对天然气压缩机热力设计的重要性。
　　综上所述，开展天然气压缩机真实气体物性计算方法的研究，开发拥有自主知识产权的物性计算程序，增强天然气压缩机设计和优化水平，对提升透平设备的性能与可靠性具有重要意义。