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 相应的解诀方案。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Aspen Properties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。 【关键词】：压缩机 天然气 物性 Peng-Robinson方程
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH45
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 课题的背景及意义9
• 1.2 国内外发展与现状9-17
• 1.3 本文的研究内容17-19
• 2 计算程序编译工具与开发环境19-24
• 2.1 计算程序开发工具选择及概述19
• 2.2 Fortran语言及CVF简介19-21
• 2.2.1 Fortran语言简介19
• 2.2.2 CVF简介19-21
• 2.3 软件工程介绍21-24
• 2.3.1 软件设计概述21
• 2.3.2 软件设计模型的作用21-22
• 2.3.3 软件设计原则和策略22
• 2.3.4 软件设计后续工作22-24
• 3 天然气压缩机多组分工质物性计算数学模型24-43
• 3.1 天然气物性计算数学模型24-42
• 3.1.1 压缩因子26-27
• 3.1.2 压缩性函数、导数压缩因子及定熵指数27-28
• 3.1.3 焓、熵及逸度系数28-29
• 3.1.4 比热及虚拟临界参数29-31
• 3.1.5 饱和蒸汽压力31-32
• 3.1.6 露点温度32-38
• 3.1.7 气液相平衡38-41
• 3.1.8 粘度41-42
• 3.2 本章小结42-43
• 4 多组分天然气物性计算程序的开发及计算结果的分析43-61
• 4.1 程序结构框架43-46
• 4.2 程序实现计算结果分析46-52
• 4.2.1 天然气组分及工况46-47
• 4.2.2 物性数据来源47
• 4.2.3 基础物性参数计算与分析47-52
• 4.3 露点温度计算与分析52-54
• 4.4 气液相平衡计算与分析54-55
• 4.5 粘度计算与分析55-56
• 4.6 压缩机热力设计算例56-60
• 4.7 本章小结60-61
• 5 总结与展望61-63
• 参考文献63-65
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况65-66
• 致谢66-67

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